【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分功能求解 在功能分析階段，我們需要確定產(chǎn)品的分功能，通過分功能求解。這種功能關(guān)系說明系統(tǒng)的輸入和輸出以及內(nèi)部的轉(zhuǎn)換。 功能元 功能元分解 1 2 3 A回轉(zhuǎn)裝置 步進(jìn)電機(jī) 伺服電機(jī) 交流電機(jī) B橫向運(yùn)動(dòng)裝置 帶傳動(dòng) 齒輪齒條 滑塊導(dǎo)軌 C灌裝裝置 蠕動(dòng)泵 真空泵 D 行程控制 行程開關(guān) 機(jī)械自鎖 表 肩頸腰多功能物理康復(fù)椅功能元解形態(tài)學(xué)矩陣 由上表可知，理論上可以組成 3x3x2x2=36 種方案 方案擬定： 方案一、 A1— B3— C1— D2 方案二、 A2— B1— C1— D1 方案三、 A2— B3— C1— D1 回轉(zhuǎn)式放射性液體稀釋分裝機(jī) 7 評(píng)價(jià)與決策 回轉(zhuǎn)式放射性液體稀釋分裝機(jī)的評(píng)價(jià)目標(biāo)：穩(wěn)定性、價(jià)格、定位精度、工作壽命、分裝精度，來確定它的加權(quán)系數(shù)： 比較目標(biāo) 評(píng)價(jià)目標(biāo) 穩(wěn)定性 價(jià)格 定位精度 工作壽命 分裝精度 iK 1ii niikgk??? 穩(wěn)定性 2 3 4 3 14 價(jià)格 4 3 3 4 13 定位精度 3 1 4 4 14 工作壽命 2 2 1 3 9 分裝精度 4 2 4 3 15 47iK ?? 1ig?? 表 加權(quán)系數(shù)評(píng)分表 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 0 1 2 3 4 不合格 不重要 相同重要 重要 很重要 表 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 由此可判定穩(wěn)定性，價(jià)格，定位精度，工作壽命，分裝精度的重要性，其中分裝精度與定位精度最為重要。 穩(wěn)定性 價(jià)格 定位精度 工作壽命 分裝精度 有效值法 方案一 3 2 3 2 3 方案二 2 2 2 3 2 8 方案三 4 3 4 3 3 加權(quán)系數(shù) 表 方案總評(píng)價(jià) 由此可見方案三 方 案一 方案二 方案三的組合為 A2— B3— C1— D1 該方案采用 ：工作時(shí)由稀釋泵將高濃度放射性液體液體稀釋，并存放于儲(chǔ)液瓶中。工作時(shí)由稀釋泵將高濃度放射性液體稀釋，并存放于儲(chǔ)液瓶中。灌裝時(shí)西林瓶由西林瓶驅(qū)動(dòng)電機(jī)送至灌裝位置定位后，再由灌裝泵將定量的藥液灌入西林瓶。第一瓶灌裝完后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，將西林瓶移動(dòng)電機(jī)將下一瓶移動(dòng)到灌裝位置，準(zhǔn)備灌裝。 液體輸送系統(tǒng)包括稀釋液體的輸送和分裝液體的輸送，液體稀釋系統(tǒng)采用經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)泵分別將定量的生理鹽水和高濃度放射性液體輸入儲(chǔ)液瓶中混合。為保證液體在蠕動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)下，能 順利灌入西林瓶中，液體灌入西林瓶之前用兩個(gè)針頭插入儲(chǔ)液瓶，一個(gè)針頭用來輸送液體（灌裝針），另一個(gè)針頭用來消除儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)外的壓力差（排氣針），從而保持西林瓶?jī)?nèi)、外的氣壓始終一致，同時(shí)保證放射性液體的精確計(jì)量。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蠕動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，分別將定量的生理鹽水和高濃度放射性液體輸入儲(chǔ)液瓶中混合。每次輸送的液體體積由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和蠕動(dòng)泵的流量自動(dòng)換算而得，實(shí)現(xiàn)了分裝液體的精確計(jì)量，然后再用同位素活度檢測(cè)儀自動(dòng)檢測(cè)稀釋后液體的活度，以確保稀釋液體達(dá)到規(guī)定的濃度。 3 回轉(zhuǎn)式放射性液體稀釋分裝機(jī)總體設(shè)計(jì) 分裝機(jī)布局設(shè)計(jì) 在總體布局設(shè)計(jì)中，關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和操作的方便性，以及機(jī)器的工作效率。在產(chǎn)品整個(gè)生命周期中，設(shè)計(jì)占有極其重要的位置它在很大程度上決定著產(chǎn)品的品質(zhì)和成本，而在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中布局設(shè)計(jì)起著重要作用。在分析機(jī)械產(chǎn)品布局涉及因素的基礎(chǔ)上針對(duì)布局設(shè)計(jì)探討其求解原理提出了布局設(shè)計(jì)模型。回轉(zhuǎn)式放射性液體稀釋分裝機(jī)要滿足回轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和它的橫向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)西林瓶的供送，其中的動(dòng)作不能相互干涉，分裝精度由蠕動(dòng)泵裝置精確分裝。 在布局設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，其中我把總分裝機(jī)分為幾部分 ： 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置 ， 橫向運(yùn)動(dòng)裝置， 3 灌裝裝置， 蠕動(dòng)泵裝置，還有重要零部 9 件：機(jī)座，前后防護(hù)板，防護(hù)罩。 分裝機(jī)總體布局如圖 圖 分裝機(jī)總體布局圖 ① 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置布局設(shè)計(jì) 在回轉(zhuǎn)裝置中，要求回轉(zhuǎn)盤能夠精確的供送西林瓶，所以在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置中就要使用到伺服電機(jī)，伺服電機(jī)由單片機(jī)控制其轉(zhuǎn)速，當(dāng)西林瓶灌裝結(jié)束后伺服電機(jī)接收到工作信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，下一個(gè)西林瓶精確到達(dá)灌裝位置。 同時(shí)，伺服電機(jī)需要橫向移動(dòng)，所以回轉(zhuǎn)裝置需要一個(gè)連接橫向移動(dòng)的裝置，我把其固定在不銹鋼板上，回轉(zhuǎn)盤與主軸 相連，主軸與軸承座配合，通過保持架與伺服電機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)。如圖 所示 10 圖 ② 橫向運(yùn)動(dòng)裝置布局設(shè)計(jì) 在回轉(zhuǎn)盤上西林瓶已經(jīng)灌裝完畢，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到橫向運(yùn)動(dòng)裝置中的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳給滾珠絲杠，滾珠絲杠帶動(dòng)滾珠螺母橫向運(yùn)動(dòng)，滾珠螺母與支撐架相連，支撐架固定在不銹鋼板上，不銹鋼板又與滑塊固定，此時(shí)，在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置中，回轉(zhuǎn)盤是和板固定的，此時(shí)，已達(dá)到回轉(zhuǎn)盤橫向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到行程開關(guān)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)到，等待西林瓶被取出。其橫向運(yùn)動(dòng)裝置如圖 顯示 。 11 ③ 蠕動(dòng)泵裝置 蠕動(dòng)泵與聯(lián)軸器相連，電機(jī)與蠕動(dòng)泵使用保持架連接。在分裝機(jī)中，蠕動(dòng)泵與灌裝針膠管相連，蠕動(dòng)泵負(fù)責(zé)精確灌裝， 對(duì)蠕動(dòng)泵的流量控制的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方式，一種是更換軟管，另一種是控制蠕動(dòng)泵電機(jī)的速度。對(duì)于本次設(shè)計(jì)采用固定軟管直徑，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來計(jì)算稀釋濃度，有利于生產(chǎn)的效率和便捷性。蠕動(dòng)泵整個(gè)裝置固定在機(jī)座的 80X80 的槽中，靠近儲(chǔ)液瓶和針架，方便軟管連接和灌裝。其裝置如圖 所示。 ④ 防護(hù)裝置 在整個(gè)機(jī)器設(shè) 計(jì)中，最后為了防護(hù)和美觀要求，在分裝 機(jī)的左右兩側(cè)加上防護(hù)板，在支撐 板上安 裝好防護(hù)罩，這樣減輕了機(jī)器日常維護(hù) 的任務(wù)，整體感覺就變得很合理緊湊， 12 ⑤ 控制部分 計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)出控制指令，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)兩臺(tái)蠕動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，分別將定量的生理鹽水和高濃度放射性液體液體輸入儲(chǔ)液瓶中混合。每次輸送的液體體積由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和蠕動(dòng)泵的流量自動(dòng)換算而得，實(shí)現(xiàn)了分裝液體的精確計(jì)量，并防止受到污染。然后再用同位素活度檢測(cè)儀自動(dòng)檢測(cè)稀釋后液體的活度，以確保稀釋液體達(dá)到規(guī)定的濃度。單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)計(jì) 算機(jī)和單片機(jī)的通訊。但這兩大主要功能是互相關(guān)聯(lián)、密不可分的，因此在軟件設(shè)計(jì)中，不可能嚴(yán)格按這兩大功能來進(jìn)行模塊劃分。所以，把整個(gè)軟件劃分為：制備清單模塊、制備模塊、分裝模塊、分裝動(dòng)態(tài)信息模塊、分裝失敗清單模塊、分裝清單模塊和工單模塊，共 7 個(gè)部分。計(jì)算機(jī)的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件采用人機(jī)交互界面。 13 圖 回轉(zhuǎn)式放射性液體稀釋分裝機(jī)的控制部分采用計(jì)算機(jī)和單片機(jī)二級(jí)控制的方式。其中，計(jì)算機(jī)承擔(dān)系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理和人機(jī)接口功能；單片機(jī)承擔(dān)動(dòng)作控制任務(wù)，并且具有獨(dú)立的按鍵 手動(dòng)控制功能?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的生產(chǎn)過程管理?？刂圃砣鐖D 和圖 所示： 圖 控制原理圖 電機(jī)的選擇及動(dòng)力學(xué)計(jì)算 14 步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 , 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。 伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械 元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 步進(jìn)電機(jī)和蠕動(dòng)泵的選擇 它的主要特點(diǎn)： 1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 2．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 它的主要特性：步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì) 以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 根據(jù)設(shè)計(jì)需求的步進(jìn)電機(jī)，步距角為 。所以選擇型號(hào)為： 86BYG350AL0601 其參數(shù)如下： 步距角： 相電流： 保持轉(zhuǎn)矩： 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 1320 重量： 3kg 外形尺寸： 858569 伺服電機(jī)的選擇 總重量可取 G=60N,角接觸球軸承 1? =98%，彈性聯(lián)軸器 2? =99%，各項(xiàng)摩擦損失3? =95% ，總傳動(dòng)效率 ???? 321 ???? 98% 99% 95%=92%。軸平均直徑 d0=22mm，軸總長(zhǎng)度取 L=153mm。 15 (1)、等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： 44( ) 2 ( 6 10 11 .55 10 ) 2 / 74 .a J J N rsT N mS ? ????? ? ? ? ? ?? ? ? (2)、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算： 44 S 1 1 1 2 2 2J ( d L ) / 3 2 d L / 3 2? ? ? ??? 4 3 4 34 3 4 342( 3 . 1 4 0 . 1 5 0 . 0 1 7 . 8 5 1 0 ) / 3 2 +( 3 . 1 4 0 . 2 5 0 . 0 1 5 7 . 8 5 1 0 ) / 3 2+( 3 . 1 4 0 . 2 5 0 . 0 2 2 . 7 1 0 ) / 3 2 +( 3 . 1 4 0 . 0 2 0 . 1 5 3 7 . 8 5 1 0 ) / 3 2= 7 . 8 5 1 0 .K g m?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? 2）橫向運(yùn)動(dòng)裝置伺服電機(jī)的計(jì) 算： 橫向運(yùn)動(dòng)裝置中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇伺服電機(jī)之前先選定滾珠絲杠。 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和