【正文】 偏心方式使鉆頭在高速轉(zhuǎn)動的同時，刀具與工件產(chǎn)生產(chǎn)生一定頻率和振幅的相對軸向振動，與此同時還要保證裝置的輕量化。偏心式振動鉆孔的主要環(huán)節(jié)與關(guān)鍵技術(shù)是利用摩擦輪與摩擦盤之間的摩擦力使偏心軸轉(zhuǎn)動，此外偏心軸的轉(zhuǎn)動帶動振動主軸產(chǎn)生軸向振動，偏心軸的偏心量決定了振動的振幅，振動主軸與摩擦面之間的距離和偏心軸與摩擦面的距離之比決定了鉆削刀具的振動頻率。2．3 總體方案確定 花鍵副部件結(jié)構(gòu)方案（1）方案一采用普通花鍵軸與花鍵副配合。（2）方案二采用GJZ20型號的滾動花鍵副。（3）方案對比方案一由于花鍵軸與花鍵副之間有間隙，將會導(dǎo)致振動主軸一端不能精確支撐，鉆頭在高速轉(zhuǎn)動時會發(fā)生徑向跳動，又因為花鍵軸與花鍵副之間靠摩擦傳動，傳動效率低。方案二花鍵與花鍵副之間有滾珠，不會有間隙存在，并且兩者之間靠滾珠傳動，效率更高。因此選擇方案二。2．4 方案對環(huán)境與安全的影響在安全方面，相較于以往的偏心式振動鉆削設(shè)備，由于減小了體積，將骨鉆做成了手持式，避免了體積過大可能在操作過程中產(chǎn)生的誤傷，此外因為采用振動鉆削技術(shù)，所以在鉆削時產(chǎn)生的切屑是不連續(xù)的斷屑，會直接從孔內(nèi)排出，不會傷人。在環(huán)境方面，相較于以往多個電機實現(xiàn)振動鉆削，本次設(shè)計的偏心式軸向振動鉆削設(shè)備只采用了一個電機就實現(xiàn)了振動鉆削，大大減少了能源的損耗，降低了污染物的排放。主要部件詳細(xì)設(shè)計 空心軸的詳細(xì)設(shè)計 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算（1）確定軸的最小直徑 Nm，選取軸的材料為45鋼，軸的尺寸設(shè)計，首先按照軸的扭轉(zhuǎn)強度計算軸的最小軸徑，對于空心軸，則有（31）式中：d—軸的直徑,mmP—軸傳遞的功率,kWn—軸的轉(zhuǎn)速，r/minβ—空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比T—軸傳遞的扭矩，N m取β=，A0值由下表31取A0=125，則最小軸頸dmin= mm，由于空心軸內(nèi)部裝有零件，取d=50 mm，d1=42 mm。表31 軸常用幾種材料的[τT]及A0值（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑與長度初步選擇OTECS 3260無槽無刷直流電機與齒輪減速器配合，其電機軸頸8 mm，空心軸開孔與其連接，孔的直徑也為8 mm，初步選擇軸承，因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選鎖扣外圈型角接觸球軸承軸承7008C，其尺寸為dDB=50 mm 78 mm 15 mm，空心軸內(nèi)部與花鍵副通過緊定螺釘進行軸向固定，考慮到軸承端蓋等因素。 空心軸建模。 振動主軸的詳細(xì)設(shè)計 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算（1）確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，軸的尺寸設(shè)計，首先按照軸的扭轉(zhuǎn)強度計算軸的最小軸徑，則(32）式中：d—軸的直徑,mmP—軸傳遞的功率,kWN—軸的轉(zhuǎn)速，r/minT—軸傳遞的扭矩，N m查表（21）取A0=115,計算dmin=5 mm，因為空心軸與振動主軸通過滾動花鍵副傳遞扭矩，初步設(shè)計花鍵軸的直徑為20 mm， Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需要的扭矩。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑與長度軸頸最小處與兩個圓螺母配合，直徑為10 mm，選定長度為18 mm，軸端倒角為C1,第二段是花鍵需要與滾動花鍵副配合，選定直徑為20 mm，長度為33mm，第三段軸需要打孔與偏心軸組件配合，因此軸頸需要取大些，選取直徑為36 mm，長度為41 mm，其內(nèi)部需要開槽與孔用彈性擋圈配合，第四段軸需要軸向開孔與筒夾連接，初步選取直徑為25 mm，長度為36 mm。 按彎扭合成強度條件計算（1）求軸上的載荷 g， N, g， N， Nm。（2）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，按照彎扭合成強度條件：（34）式中：σca─軸的計算應(yīng)力，MPa；M─軸所受彎矩，Nmm；T─軸所受扭矩，Nmm；W─軸的抗彎截面系數(shù)，mm3；[σ1] ─對稱循環(huán)應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，單位MPa。危險截面處計算公式為（35）當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取α=；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為i脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取α=；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取α=1。該結(jié)構(gòu)下，取α=根據(jù)軸的常用材料及其力學(xué)性能可得知調(diào)制45號鋼的許用應(yīng)力為60MPa，經(jīng)計算σca=[σ1]，故該結(jié)構(gòu)符合彎扭合成強度。 偏心軸的詳細(xì)設(shè)計 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算（1）確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，給定摩擦輪與摩擦盤之間的正壓力為6 N，因此知道摩擦輪與摩擦盤之間的摩擦力=6= N，則偏心軸受到的扭矩為T=fR== Nm，由扭矩計算軸的最小軸頸公式(36)查表（21）取[τT]=30，計算d= mm，因偏心軸承受較大彎矩，因此取最小軸頸為10 mm。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑與長度偏心軸左端通過鍵與摩擦輪連接，其直徑為最小軸頸10mm，長度初步選定為16 mm，其次是一個直徑為14 mm，長度為14 mm的一個軸肩，下一軸段與振動主軸通過深溝球軸承配合在一起， mm的偏心量，在偏心軸轉(zhuǎn)動時能夠帶動振動主軸振動，振幅大小就是偏心量的大小，直徑初步選定為10 mm，長度為36mm，接下來的軸段與滾輪軸承配合，選定直徑為8 mm，長度為14 mm，考慮到利用軸端擋圈與軸承配合和鍵的尺寸。 按彎扭合成強度條件計算（1）求軸上的載荷有上面計算可知，摩擦輪與摩擦盤之間的正壓力為6 N，同理滾輪與摩擦輪的壓力也為6 N， g， N，計算得到摩擦輪對偏心軸的壓力F1= N， N，受到兩個深溝球軸承的壓力F3=6 N、F4=6 N， Nm。(2)做出彎矩圖和扭矩圖（3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，按照彎扭合成強度條件：（38）式中：σca─軸的計算應(yīng)力，MPa；M─軸所受彎矩，Nmm；T─軸所受扭矩，Nmm；W─軸的抗彎截面系數(shù)，mm3；[σ1] ─對稱循環(huán)應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，單位MPa。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取α=；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為i脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取α=；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取α=1。該結(jié)構(gòu)下，取α=根據(jù)軸的常用材料及其力學(xué)性能可得知調(diào)制45號鋼的許用應(yīng)力為60MPa，經(jīng)計算σca= MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于[σ1]，故該結(jié)構(gòu)符合彎扭合成強度。 軸承壽命計算 空心軸上軸承壽命校核已知軸上的兩個軸承為角接觸球軸承軸承70000C，其額定動載荷為C=，兩軸承的徑向載荷為Fr1=，F(xiàn)r2=，軸向載荷為Ft1=，F(xiàn)t2=。兩個軸承的當(dāng)量動載荷為：P1=fP1(XFr1+YFt1)=(+)=(39)P2=fP2(XFr2+YFt2)=(+)=(310）根據(jù)參看文獻(xiàn)[4]表135和136知，式中X=,Y=,fP1=fP2=。根據(jù)參看文獻(xiàn)[4]式（135a），有Lh=10660nΙ(ftCP)ε式中ft=。對于兩個軸承，有Lh1=10660nΙ(ftCP1)ε=106603000()103=331233h(311)Lh2=10660nΙ(ftCP2)ε=106603000()103=34546h(312)故，滿足使用壽命。 電機的詳細(xì)設(shè)計經(jīng)過與老師的商量最終選擇的電機為OTECS 3260無槽無刷直流電機，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)主要靠改變電壓實現(xiàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域有電動玩具及模型，汽車產(chǎn)品，醫(yī)療產(chǎn)品，個人護理等。其主要參數(shù)為：額定電壓：18V額定速度：12745rpm額定轉(zhuǎn)矩：額定電流：相較于以往的振動鉆削設(shè)備，在實現(xiàn)相同功能的前提下我設(shè)計的更加小巧，能夠更加方便的在骨科手術(shù)中使用，在研發(fā)振動鉆削設(shè)備的過程中也需要考慮很多因素，比如對環(huán)境的影響、經(jīng)濟方面的影響等等。我研發(fā)設(shè)計的振動鉆削設(shè)備，其主要通過采用偏心機構(gòu)使鉆頭與工件產(chǎn)生一定頻率與振幅的相對軸向振動，已有的大多采用多個電機實現(xiàn)這種運動，而本次設(shè)計主要為了減小設(shè)備體積，只采用一個電機實現(xiàn)，這樣就可以避免使用振動電機從而大大減輕了設(shè)備的體積重量。偏心式振動設(shè)備采用一個電機使刀具在轉(zhuǎn)動的同時還能軸向振動，使設(shè)備變得小巧以外消耗的能量也少，這樣整個設(shè)備體積重量均減小，經(jīng)濟性和適用性大大提高，使其更加便于在骨科手術(shù)中使用。