下肢關(guān)節(jié)康復(fù)醫(yī)療器械的設(shè)計畢業(yè)論文doc(編輯修改稿)
2025-08-28 06:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 距）。公稱直徑是根據(jù)機構(gòu)傳遞的軸向的最大載荷，然后按照滾珠絲桿的尺寸系列表格來進行選擇計算與設(shè)計的。螺紋長度越長就越容易出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，螺紋也容易壞死，不好維護，所以在設(shè)計的時候盡可能的是螺紋長度短一些。一般螺紋長度與公稱直接的長度之比30是最佳的；公稱導(dǎo)程該按照裝置的承載能力和裝置的傳動精度及機構(gòu)的傳動速度來設(shè)計計算的。公稱導(dǎo)程的值越大表明絲桿的承載能力也大，公稱導(dǎo)程的值越小就說明裝置的傳動精度就較高。滾珠絲杠根據(jù)使用范圍分為定位型（P）和傳動型（T）兩種。根據(jù)精度要求分為7個精度等級，即7和10級。1級精度最高，依次遞減(如表4)。表4 有效螺紋長度精密等級C1C2C3C4C5超過以下EeEeEeEeEe31565871281212231831540075971310141225204005008510715101612272050063096118161218143023630800107139181320143525800100011815102115221640271000125013918112416251846301250160015102113291829205435160020001811251535213522654020002500221330184124412577462500315026153621502950299354螺紋長度=有效行程+螺母長度+設(shè)計裕量（如果還要安裝防護罩，還要考慮防護罩壓縮后的長度，一般按防護罩最大長度的1／8計算）。長度盡量選6米以下，超過的就選用齒輪齒條。 由于下肢關(guān)節(jié)康復(fù)醫(yī)療器械的安裝不需要防護罩，所以不需要考慮設(shè)計裕量。已知絲桿有效行程=507mm，螺母長度=32mm，所以絲桿的螺紋長度： =+=507+32=539mm …………() 有效行程(mm) 絲杠螺紋全長(mm) 余程 (mm)(見表5) 表5 余程 導(dǎo)程T（mm）3456810121620余程 Le10121620243240455060絲杠全長=有效行程+螺母長度+設(shè)計余量+兩端支撐長度（軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量）+動力輸入連接長度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長度的一半+裕量）。已知動力輸入連接長度=20mm，所以絲桿的總長度： =507+32+40=579mm …………()在選用滾珠絲桿副時，必須知道實際的工作條件：公稱直徑D=20mm，內(nèi)徑d=16mm，導(dǎo)程（螺距）為6mm，齒高4mm,精度C7。最大軸向的工作載荷（N）=200N作用下的可持續(xù)工作時間大于T（h）=2h、絲桿的長度（mm）=592mm、絲桿的轉(zhuǎn)速=300mm/s（導(dǎo)程電機轉(zhuǎn)速）、滾道硬度HRC及絲桿的工況，然后按照下列步驟進行選擇。 滾珠絲桿(1)承載能力選擇計算作用于絲桿軸向最大動載荷 …………()式中： —滾珠絲桿壽命系數(shù)（單位為1轉(zhuǎn)），(其中為使用壽命時間（h），普通機械為5000~10 000、數(shù)控機床及其他機電一體化設(shè)備及儀器裝置為15 000、航空機械為1 000)；—載荷系數(shù)（~，~，~）；—硬度系數(shù)（，,。(2)容許的轉(zhuǎn)速當(dāng)發(fā)生共振時之速度，稱之為危險速度。共振產(chǎn)生時會造成加工品質(zhì)不良，甚而造成機器損壞，所以一定要極力避免馬達之轉(zhuǎn)速和滾珠絲桿的自然頻率發(fā)生振。一般速以危險速率的80%以下為容許轉(zhuǎn)速。若求得的容許轉(zhuǎn)速不符合貴公司的設(shè)計需求時可在中間加裝支撐機構(gòu)藉此提高容許轉(zhuǎn)?！?)— 容許轉(zhuǎn)速()—安全系數(shù)（取=）—縱彈性系數(shù)(=104)—絲桿的軸斷面之最小二次力矩()—絲桿軸牙底直徑()—絲桿軸斷面積()— 安裝間距()(絲桿兩端安裝之相對距離)—重力加速度( =103 )—材料之比重量(=106 kgf/mm3)、 依滾珠絲桿之安裝方法而定之系數(shù)支持—支持 = ()固定—支持 = (=)固定—固定 = (=)固定—自由 = (=)(3)壓桿穩(wěn)定性核算 (N) …………（）式中：—實際承受載荷的能力；—壓桿穩(wěn)定的支撐系數(shù)（雙推—雙推時為4，單推—單推是為1，雙推—簡支時為2，雙推—）；—（MPa）；—絲桿小徑的截面慣性矩（=mkgs2）；—壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，~4，垂直安裝時取小值(4)剛度驗算滾珠絲桿在軸向力的作用下，將產(chǎn)生伸長或縮短，在扭矩的作用下將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而影響絲桿導(dǎo)程的變化，從而影響傳動精度及定位精度，故應(yīng)驗算滿載時的變形量。其驗算公式如下：滾珠絲桿在工作負載F和扭矩M共同作用下，所引起的每一個導(dǎo)程的變形量為： …………() 式中：—；—絲桿的最小截面積()；—扭矩（）；—絲桿的低徑的截面慣性矩。在絲桿副精度標(biāo)準(zhǔn)中一般規(guī)定每一米彈性變形所允許的基本導(dǎo)程誤差值。表6 滾珠絲桿參數(shù)型號絲桿總長螺紋長度公稱直徑D內(nèi)徑d導(dǎo)程精度FL2005357953920166C7表7 滾珠絲桿的材料與硬度零件名稱材料滲碳處理硬度（HRC）精密級絲桿50CrMo4 QT中周波熱處58~62轉(zhuǎn)造級絲桿S55C中周波熱處58~62螺帽SCM420H滲碳熱處58~62 電動機的型號選擇與設(shè)計 電動機類型選擇本裝置所用電機為直流伺服電機。原因如下：控制精度高：本裝置是針對受傷的下肢而設(shè)計的一種康復(fù)型醫(yī)療器械。機械桿件在運動時的運動精度必須非常精確。所以在控制精度方面要求較高；閉環(huán)控制系統(tǒng)：本裝置需要有對膝關(guān)節(jié)的角度反饋，是閉環(huán)控制系統(tǒng)；恒力矩輸出：本裝置需要一個恒力矩的輸出，從而使患者感覺到舒適。速度響應(yīng)快：在發(fā)生意外狀況的時候，可是實現(xiàn)快速啟停功能。本裝置在啟動性能和調(diào)速性能方面要求較高。綜上所知，下肢關(guān)節(jié)康復(fù)醫(yī)療器械的電動機類型選直流伺服電動機。 電機的參數(shù)主要是對電機的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩計算。（1）預(yù)選電動機的功率與轉(zhuǎn)矩 進給系統(tǒng)示意圖1—電動機；2—齒輪；3—工作臺正常成年人的下肢重量為5~15Kg,取平均。??；移動部件的總質(zhì)量（機構(gòu)桿件、滾珠絲桿、人體下肢等）的總質(zhì)量；電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)速為；齒輪軸部件（小齒輪）的轉(zhuǎn)動慣量；齒輪軸部件（大齒輪）的轉(zhuǎn)動慣量；軸的負載轉(zhuǎn)矩；齒輪與齒輪的齒數(shù)分別為20和30，模數(shù)為m=1。1）等效到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)矩 ………… ()因為 …………() …………()所以 2)系統(tǒng)執(zhí)行的功率匹配預(yù)選電動機的估算功率可由下式確定 …………()式中：—電動機的最佳轉(zhuǎn)速；電動機的最高角速度（）；—考慮電動機、減速器等的功率系數(shù)，一般可取。(2) 電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇當(dāng)電機的額定功率相
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