Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. курсовые работы > машиностроение
Название:
Разработка механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей

Тип: Курсовые работы
Категория: Тех. курсовые работы
Подкатегория: машиностроение

Цена:
1 грн



Подробное описание:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра «Биотехнические и медицинские аппараты и системы»

 


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
«Теория биотехнических систем»

Тема: «Разработка механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей»


«Выполнил»
Студент гр. БМС-41 ФЭТиП
Папшев М.А.
«_____»_____________ 2012г.
«Проверил»
Руководитель проекта
д.т.н. Таран В.М.
«_____»_____________ 2012 г.


Саратов 2012
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Разработать кинематическую схему механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей.

Разработать механизм подъёма устройства для восстановления функций нижних конечностей относительно пола на основе реечной передачи (масса устройства с закрепленными в нем ногами - m=100 кг., вертикальная скорость перемещения 0.2 м/с.).

Выполнить кинематический расчет механического узла подъёма устройства для разработки нижних конечностей (Скорость передвижения 0.2 м/с, грузоподъёмность 100 кг.).

Выполнить силовой расчет механического узла подъёма устройства для разработки нижних конечностей .

Разработать и рассчитать конструкцию червячной передачи.

Разработать технологию изготовления ведомого вала в редукторе.

Разработать алгоритм управления двигателя в подъёмном механизме.

 

 


СОДЕРЖАНИЕ
Пункт Страница
АННОТАЦИЯ................................................................................. 4
ВВЕДЕНИЕ....................................................................................... 5
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РЕАБИЛЛИТАЦИОННЫХ МЕДИЦИНСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ КОНЕЧНОСТЕЙ.............................................................................. 6
1)Активно-пассивный тренажер АПТ – 5 (Израиль).................. 6
2)Тренажер для восстановления после инсульта (Литва........... 8
3)Механический тренажер для реабилитации пациентов с нарушениями подвижности конечностей Манупед (Норвегия)........................................................................................ 9
4)Реабилитационный комплекс с тренажером для рук и ног................................................................................................... 11
1.Разработка кинематической схемы механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей.......... 16
2.Разработка механизма подъёма устройства для восстановления функций нижних конечностей относительно пола на основе реечной передачи.......................................................................................... 20
2.1Кинематический расчет механического узла подъёма устройства для восстановления нижних конечностей.................................................................................... 20
2.2. Силовой расчет механического узла подъема устройства для восстановления функций нижних конечностей.................................................................................... 22
2.3.Разработка и расчет конструкции червячной передачи........................................................................................... 24
Ориентировочный расчет валов редуктора......................... 27
Выбор типа и размеров подшипников качения................... 28
Выбор схемы установки подшипников качения................. 39
Выбор шпонок......................................................................... 30
3.Разработка технологии изготовления червячного колеса........ 31
4. Разработка алгоритма управления двигателем........................................................................................ 34
Литература....................................................................................... 38

АННОТАЦИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ
Сегодня крайне сложно представить учреждения здравоохранения без всевозможной современной медицинской техники. Практически любое действие медицинского работника можно автоматизировать благодаря новейшим разработкам инженеров со всего света.
Из всего многообразия медицинской аппаратуры можно выделить особый класс - оборудование для реабилитации пациентов. Такие устройства приобретают все большую популярность, ведь важным этапом лечения - является именно реабилитация, то есть восстановление прежних функций организма.
Среди реабилитационных медицинских комплексов можно встретить самые разные образцы, которые предназначены для разных частей тела, органов или даже отдельных мышц, но особый интерес вызывают реабилитационные устройства для конечностей, потому что вариаций исполнения разнообразных тренажеров существует и используется в медицинских учреждениях огромное множество и каждый из таких аппаратов, комплексов выполняет свою собственную, несомненно важную роль в реабилитации пациентов.

 

 

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РЕАБИЛЛИТАЦИОННЫХ МЕДИЦИНСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ КОНЕЧНОСТЕЙ
1)Активно-пассивный тренажер АПТ – 5 (Израиль)
Активно–пассивный тренажер АПТ-5 - с электрическим приводом, предназначен для выполнения огромного спектра упражнений в активном и пассивном режимах для верхних(рис.1) и нижних(рис.2) конечностей. В активном режиме можно изменять степень сопротивления. В пассивном режиме можно регулировать скорость вращения и уровень крутящего момента. Во время работы в пассивном режиме можно сочетать оба и пассивный и активный режимы тренировки прилагая физические усилия, в сочетании с работой электродвигателя.

 

 

 

 


Функциональность:
Активный режим тренировки для верхних или нижних конечностей - десять уровней сопротивления.
Пассивный режим тренировки (при помощи электродвигателя) - десять скоростей от -20 до 60 об / мин.
Таймер - онлайн-дисплей упражнений, продолжительность занятия.
Счетчик оборотов.
Пульт дистанционного управления.
Регулируемый угол наклона.
Фиксирующие рукоятки.
Тренажер APT-5 может быть размещен на полу, на столе, или подключен к Hi-Lo стенду для комфортной тренировки.
Бесшумный в работе.
Монитор сердечного ритма - измерение пульса во время упражнения (опционально).
Цифровой индикатор отображает прошедшее время, скорость, общее расстояние, расстояние поездки, калории и пульс.
Наличие биологической обратной связи позволяет пользователям оценивать прогрессию реабилитации в диапазоне движений, спастику.
Противосудорожная защита.
Вращение по часовой и против часовой (Автореверс).
Набор дополнительных приспособлений для фиксации пораженных верхних и нижних конечностей.
Недостатки:
Одновременно можно делать упражнения только для одних конечностей, либо для рук, либо для ног, что значительно увеличивает продолжительность процедур.

 

 

2)Тренажер для восстановления после инсульта (Литва)

Рисунок 3.Тренажер для восстановления после инсульта
Тренажер обеспечивает двигательную активизацию верхних (нижних) конечностей за счет движений нижних (верхних) конечностей. Он позволяет регулировать нагрузку. Тренажер состоит из опоры, на которой вверху закреплен руль с вращающимися рукоятками и внизу - широкие педали. Оси вращения рукоятки педалей соединены приводным колесом(рис.3).

Функциональность:
• Регулируемая высота в соответствии с ростом пациента.
• Тренажер обеспечивает движение со стороны поражения за счет здоровых конечностей.
Недостатки:
Данный тренажер не автоматизирован, а работает по принципу взаимодействия здоровых конечностей и конечностей требующих реабилитации.
3)Механический тренажер для реабилитации пациентов с нарушениями подвижности конечностей Манупед (Норвегия)

Рисунок 4.Тренажер для реабилитации пациентов с нарушением подвижности
Тренажер «МАНУПЕД» обеспечивает двигательную активизацию верхних (нижних) конечностей за счет движений нижних (верхних) конечностей. Этот уникальный прибор адаптируется с учетом особенностей нарушений пациента. Он позволяет регулировать нагрузку и производить количественную оценку выполняемых движений.
Тренажер состоит из опоры, на которой вверху закреплен руль с вращающимися рукоятками и внизу - широкие педали с фиксирующими ремнями(рис.4). Оси вращения рукоятки педалей соединены приводным колесом. Тренажер имеет счетчик для регистрации количества оборотов.
Функциональность:
- Раздвижной руль, что позволяет регулировать его высоту в соответствии с ростом пациента.
- Тренажер предусмотрен для пациентов с гипотрофией и туго подвижностью в нижних конечностях, гемипорезах.
- В конструкции тренажера использованы лучшие идеи механотерапии.
- Система обеспечивает синхронное вращение всех 4-х конечностей и, таким образом, движение со стороны поражения за счет сильных и здоровых конечностей.
Недостатки:
Данный тренажер предназначен для разработки действующих конечностей и абсолютно бесполезен для тех пациентов, которые по каким то причинам не могут самостоятельно двигать конечностями.

 

 

 

 

 

 


4)Реабилитационный комплекс с тренажером для рук и ног
Изобретение относится к устройствам для лечебной гимнастики, преимущественно в положении лежа, позволяющим разрабатывать, по выбору, либо активные передние и задние конечности пользователя, либо пассивные конечности за счет работы, по крайней мере, одной активной конечности.
Функциональность
Реабилитационный комплекс с тренажером для рук и ног содержит место для размещения пользователя лежа или сидя, несущую конструкцию и установленные на ней с возможностью изменения пространственного положения два педальных механизма для рук и ног соответственно, включающие в себя педальные зубчатые колеса, связанные гибкими связями, с дополнительными зубчатыми колесами и нагрузочными устройствами, а также систему управления и контроля режимов работы. Педальные механизмы установлены на отдельной раздвижной раме с возможностью их кинематической и силовой взаимосвязи.

 

 

 


Раздвижная рама съемно установлена на несущей конструкции. Технический результат - расширение технико-эксплуатационных (медико-реабилитационных) возможностей устройства за счет его универсальности и мобильности, обеспечение возможности разрабатывать, по выбору, либо активные конечности пользователя, либо пассивные конечности за счет работы, по крайней мере, одной активной конечности (рис.5)
Реабилитационный комплекс с тренажером для рук и ног содержит место 1 для размещения пользователя лежа и/или сидя (это могут быть ортопедическая кровать, иное трансформируемое устройство, больничная койка, домашняя кровать), несущую конструкцию 2 (это могут быть рама с одной или более опор, стойка с консолью или консолями) и собственно тренажер для рук и ног пользователя, включающий в себя два педальных механизма: механизм для рук и механизм для ног. Эти механизмы установлены на конструкции 2 с возможностью изменения пространственного положения.
В свою очередь, каждый педальный механизм включает в себя педальное зубчатое колесо (3 и 4 соответственно) с рукоятками 5 и педалями 6 соответственно, связанное гибкой связью (7 и 8 соответственно) с дополнительным, вынесенным в сторону от педального колеса зубчатым колесом (9 и 10 соответственно).
Предусмотрены нагрузочные устройства 11 и 12 для каждого педального механизма, которые установлены либо соосно дополнительным колесам 9, 10 (при этом могут быть объединены в единое нагрузочное устройство), либо соосно педальным колесам 3, 4.
Предусмотрены также системы управления и контроля режимов работы тренажера (на чертежах позициями не обозначены).
Характерной особенностью заявляемого комплекса является то, что в нем педальные механизмы установлены на отдельной, преимущественно уголковой, раздвижной раме, состоящей из шарнирно взаимосвязанных (с фиксатором, на чертежах не показаны) полурам 13 и 14 с возможностью кинематической и силовой взаимосвязи педальных механизмов. При этом дополнительные зубчатые колеса 9, 10 установлены соосно и связаны друг с другом посредством муфты 15 (зубчатой, фрикционной или иной) - см. фиг.3, а педальные зубчатые колеса 3, 4 установлены с возможностью бесступенчатого изменения их межосевого расстояния за счет их независимого друг от друга поворота относительно общей оси колес 9, 10 с последующей фиксацией в заданном положении, характеризуемом углами и наклона полурам 13 и 14 соответственно к горизонтальной плоскости и углом раствора уголковой рамы 13-14 с последующей фиксацией в заданном положении (при заданных углах ; , ) в соответствии с антропологическими показателями пользователя и эргономическими, и медико-реабилитационными требованиями. Кроме того, уголковая раздвижная рама 13-14 съемно установлена на несущей конструкции 2 посредством любых известных в общем машиностроении (и удобных) средств.
Дальнейшее описание устройства касается частных (дополнительных) конструктивных признаков.
Уголковая раздвижная рама 13-14 может быть установлена на несущей конструкции 2 с возможностью пространственного поворота (т.е. в трехмерном пространстве) осей вращения педальных колес 3, 4 относительно точки 16 ее крепления(рис. 5). При двух- или трехточечном креплении (см. фиг.2) могут быть предусмотрены два рычага - верхний 18 и нижний 19, шарнирно связанные с несущей конструкцией 2. Одновременно одно педальное колесо, преимущественно колесо 3 механизма для рук, установлено одновременно на нижнем 19 и верхнем 18 рычагах, а другое педальное колесо, преимущественно колесо 4 механизма для ног, - на нижнем рычаге 19 между шарнирным основанием 20 последнего и осью вращения педального колеса 3.
В одном из возможных конструктивных вариантов комплекса место 1 механически отделено от конструкции 2 или выполнено с возможностью оперативной жесткой взаимосвязи (последнее на чертежах не показано).
При этом место 1 и конструкция 2 могут быть выполнены мобильными, например на рояльных колесах 21 (3-4 штуки) и 22 (3-4 штуки) соответственно.


Недостатки:
Представленный реабилитационный комплекс с тренажером для рук и ног, не автоматизирован и не рассчитан на людей с повреждением верхних и нижних конечностей одновременно(в виду того, что разработка поврежденных конечностей выполняется за счет здоровых).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение
После аналитического обзора существующих реабилитационных медицинских комплексов для конечностей, их недостатков и достоинств, прототипом для разработки медицинского реабилитационного комплекса для конечностей был выбран Реабилитационный комплекс с тренажером для рук и ног(рис.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1.Разработка кинематической схемы механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей.
На рисунке 6 представлена разработанная кинематическая схема механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей в упрощенном варианте.

Рисунок 6. Кинематическая схема механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей
Спецификация на эту кинематическую схему представлена таблицей 1.
Табл.1. Спецификация
Наименование Расшифровка
АНК Автоматизированная несущая конструкция
АК Автоматизированное кресло
МРПТ Механизм регулировки положения тренажеров
МРН Модуль реабилитации ног
МРР Модуль реабилитации рук
МПК Механизм наклона кресла
Полная кинематическая схема механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей представлена на чертеже КФБН 200400.65.793.01
Описание обозначений используемых на кинематической схеме представлено в таблице 2.
Таблица 2. Описание обозначений используемых на кинематической схеме
Обозначение Расшифровка № Описание
КЗ Кинематическое звено 1 Вертикальное перемещение по задним стойкам несущего каркаса
2 Вертикальное перемещение по передней стойке несущего каркаса
3 Горизонтальное перемещение модуля для реабилитации ног
4 Горизонтальное перемещение модуля для реабилитации рук
5 Вертикальное перемещение модуля для реабилитации ног
6 Вертикальное перемещение модуля для реабилитации рук
7 Модуль для реабилитации ног
8 Модуль для реабилитации рук
9 Кинематические звенья для позиционирования кресла пациента в пространстве
10
11
12 Кинематические звенья для транспортировки несущего каркаса
13
14 Перемещение кресла по кабинету
15 Управление поворотным колесом кресла для пациента
16 Управление поворотным колесом несущего каркаса
17 Кинематические звенья задающие расположение относительно друг друга частей кресла(подголовника, спинки, сидения, подножника)

18
19
20 Регулирование высоты кресла оператора

21 Регулирование угла между спинкой и сиденьем
Д
Датчик 1-21 Датчики осуществляющие контроль за выполнением кинематическими звеньями функций

ИМ

Исполнительный механизм 1-21 Двигатели постоянного тока обеспечивающие выполнение функций кинематических звеньев

Словесное описание работы механизированного медицинского тренажера для реабилитации конечностей:
Пациента располагают на кресле.
После чего медицинский работник, используя пульт управления, связанный с ЭВМ кресла управляет движением кресла которое осуществляется КЗ14, и КЗ15.
Кресло заезжает в каркас несущей конструкции.
Медицинский работник регулирует положение пациента при помощи КЗ9, КЗ10, КЗ11, КЗ17, КЗ18, КЗ19.
Регулируют положение модулей реабилитации при помощи КЗ1, КЗ2, КЗ3, КЗ4, КЗ5, КЗ6
Медицинский работник, предварительно закрепив конечности пациента в педалях и на рукоятках, управляет при помощи ПУ частотой вращения модулей реабилитации. Вращение обеспечивают КЗ7, КЗ8
По окончании процедур кресло выводят из каркаса несущей конструкции при помощи КЗ14, и КЗ15
Несущий каркас при необходимости можно транспортировать в другой кабинет при помощи КЗ11, КЗ12 и КЗ16,управляя при помощи пульта управления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Разработка механизма подъёма устройства для восстановления функций нижних конечностей относительно пола на основе реечной передачи
2.1 Выполним кинематический расчет механического узла подъёма устройства для разработки нижних конечностей (Скорость передвижения 0.2 м/с, грузоподъёмность 100 кг.).
На рисунке 7 представлена разработанная схема механизма подъёма устройства для восстановления функций нижних конечностей относительно пола на основе реечной передачи.

 

 

 

 


Рисунок 7. Кинематическая схема механизма подъёма устройства для восстановления функций нижних конечностей. 1-Червяк, 2-червяное колесо, 3- зубчатая рейка, 4-зубчатое колесо, 5- муфта, 6- двигатель постоянного тока,7-входной вал(первый), 8-выходной вал(второй)
Словесное описание работы механизма подъёма устройства для восстановления функций нижних конечностей:
Двигатель постоянного тока 6, соединённый при помощи муфты 5 с 1-м валом редуктора, приводит в движение червячный редуктор(червяк 1, который вращает червячное колесо 2). При помощи этого редуктора мы достигаем уменьшения числа оборотов и увеличения мощности всего механизма. В свою очередь, 2-й вал червячного редуктора соединённый с червяным колесом приводит в движение зубчатое колесо 4. Вращение зубчатого колеса 4 приводит в движение зубчатую рейку 3, которая перемещаясь вдоль оси Y обеспечивает необходимую высоту расположения устройства для восстановления функций нижних конечностей

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Силовой расчет механического узла подъема устройства для восстановления функций нижних конечностей
Определим усилие (F), которое нужно будет развить двигателю для начала движения устройства восстановления функций нижних конечностей вверх.
Поскольку совершается вертикальный подъем двигателю необходимо преодолеть только силу тяжести самого устройства с закрепленными в нем нижними конечностями:
m=100кг.
F=FТ=m*g=100[кг]*9,8[м/c2]=9800[кг*м/с2]≈1000[кг*м/с2 ] (2.1)
Зададимся линейной скоростью подъёма ϑ=0.2 [м/с].
Силовой расчет механического узла подъёма хирургического стола.
Расчёт двигателя
Расчёт мощности двигателя.
Этот расчёт выполняется по следующей формуле [2]:
Р=(F*ϑ)/η , (2.2)
где F_н – сила тяжести рассчитанная по формуле (1) и равная (1000 Н);
ϑ – скорость перемещения (0.2м/с);
η – КПД передач (η=η_ред*η_пер=0.8*0.96=0,768).[2]
Р=(1000*0.2)/0,768=200/0,768=260,416[Вт] = 0.260[кВт]
Исходя из полученных данных по справочной литературе подбираем ДПТ с мощностью 300Вт и частотой вращения nном =1450 об/мин
Передаточное отношение рассчитывается по формуле[2]:
n_p=(60*ʋ)/(π*D) = (60*0,2)/0,157 = 76,43[об/мин] (2.3)

Определим передаточное отношение двигателя[2]:
i=n_ном/n_p =1450/76.43=18.97≈20 (2.4)
Проведём разбивку общего передаточного отношения:
〖i=i_1*i_2; i=10*2=20; i〗_1=10;i_2=2
где: i_1- передаточное отношение червяного редуктора;
i_2- передаточное отношение передачи зубчатой реечной передачи.

Кинематический расчёт привода
Определяем частоту вращения выходного вала
n_2=n_1/i_1 =1450/10=145((об.)⁄(мин.)) (2.5)
Определим угловую скорость
ω_2=(π*n_2)/30=(3.14*145)/30=15,7≈16[ рад/сек] (2.6)
Силовой расчёт привода
Определим крутящие моментов на валах
Т_1=P/ω_1 =260/157=1.65≈2 (Н*м) (2.7)
Т_2=Т_1*i_1*η_ред=2*10*0.96=19.2≈19 (Н*м) (2.8) 
2.3.Разработка и расчет конструкции червячной передачи

Рисунок 8. Схема геометрического расчет червячной передачи
Передаточное отношение червячной передачи i рассчитывается
по формуле [2]:
i=z_2/z_1 =u (2.9)
Где z_2-число зубьев червячного колеса, а z_1-число витков червяка
Модуль выбираем из 1 ряда, m=2 [2]
Поскольку u=10(передаточное число червячного редуктора, рассчитанное в (2.4)) берем рекомендованное z_1=4 отсюда z_2=40
По ГОСТ 2144-76 подбираем коэффициент диаметра червяка
q=10 [2]
Делительный диаметр червяка, совпадающий с начальным диаметром, берут кратным осевому модулю червяка
d_1=d_w1=q*m=10*2=20 (2.10)
Делительный угол подъема витка червяка ɤ связан с z_1 и q соотношением[2]
tg ɤ=z_1/q=0.4 (2.11)
Данный расчет выполнять не обязательно, так как можно воспользоваться справочной таблицей приведенной в учебнике "Курсовое проектирование", автор Чернавский;
для z1=4, и q==10 находим ɤ=〖21〗^o 〖48〗^'
Диаметр вершин витков червяка[2]
d_a1=d_1+2*m=m*(q+2)=24; (2.12)
Диаметр впаден витков червяка
d_f1=d_1-2.4*m=m*(q-2.4)=15.2; (2.13)
Длину нарезной части червяка b_1 принимают
При z_1=4 b_1≥(12,5+0,09*z_2 )*m; (2.13)
b_1≥32.2 [2]
Червячное колесо
Делительный диаметр червячного колеса[2]
d_2=d_w2=z_2*m=80; (2.14)
Диаметр вершины зубьев червячного колеса[2]
d_a2=d_2+2*m=84; (2.15)
Диаметр впадин зубьев червячного колеса[2]
d_f2=80-4.8=75.2; (2.16)
Наибольший диаметр червячного колеса[2]
d_aM2≤d_a2+(6*m)/(z_1+2)=86; (2.17)
Ширина венца червячного колеса[2]
b_2≤0.67*d_a1; (2.18)
b_2≤16.08
Межосевое расстояние[2]
a= (d_1+d_2)/2=50. (2.19)

Ориентировочный расчет валов редуктора
Проектирование валов
На первом этапе расчета известен лишь крутящий момент, численно равный передаваемому на вал вращающему моменту, определенному при кинематическом расчете привода. Величину изгибающего момента определяют после разработки конструкции вала по результатам компоновки редуктора. Поэтому проектный расчет вала выполняют для определения диаметров его выходного конца, посадочных поверхностей под ступицу колеса и подшипники.

Расчет диаметров выходных концов валов
Находим d_b из условия прочности на кручение [4]:
d_b≥∛((16*T)/(π*[τ_K ] )) (2.20)
где T – крутящий момент, H*мм;
[τ_K ]– допускаемое напряжение при кручении, МПа. Для валов из стали 40Х принимают [τ_K ]=150 (90) МПа.
Рассчитаем диаметр выходного конца первого вала d_b1:
d_b1≥∛((16*T_1)/(π*[τ_K ] ))≥∛((16*2)/(3.14*150))≥4.37 мм (2.21)
Принимаем d_b1=4.5 мм из стандартного ряда.
Рассчитаем диаметр выходного конца второго вала :
d_b2≥∛((16*T_2)/(π*[τ_K ] ))≥∛((16*19)/(3.14*150))≥9.16 мм (2.22)
Примем d_b2=10 мм из стандартного ряда. [4]
Расчет диаметров валов под подшипники и под зубчатые колеса
Диаметр вала d_п под подшипники определяется по соотношению [4]:
d_п=(1.15…1.4)*d_b
d_п1=(1.15…1.4)*d_b1=7.475…9.1
d_п2=(1.15…1.4)*d_b2=11.5…14
Выберем диаметр d_п из стандартного ряда внутренних диаметров подшипников качения ГОСТ 3478-79:
d_п1=8 мм
d_п2=12 мм
Диаметр d_K2 под зубчатое колесо определяют по следующему соотношению [4]:
d_K2=(1.15…1.4)*d_п2=13.8…16.8
Выберем диаметр d_K2=14 мм согласно ГОСТ 9563-60.
Выбор типа и размеров подшипников качения
При проектировании машин подшипники качения не конструируют, а подбирают из числа стандартных. Прежде, чем приступить к подбору подшипника, необходимо определить его тип в зависимости от вида передачи.
Для червячной передачи и числа оборотов 1450 минˉ¹ подбираем роликоподшипники конические однорядные.

 


Выбор схемы установки подшипников качения
Для обеспечения нормальной работы подшипников необходимо правильное закрепление их на валах и в корпусе. В связи с этим валы в редукторах могут иметь плавающие (с возможностью осевого смещения) и фиксированные (без возможности осевого смещения) опоры.
Схема враспор используется в одноступенчатых редукторах для валов с радиальными и радиально-упорными шариковыми и роликовыми подшипниками.

Рисунок 9. Схема установки подшипников

 

 

 

 

Выбор шпонок
Для соединения вала с деталями, передающими вращение, применяем призматические шпонки (ГОСТ 23360-78):
Таблица 3. Характеристики шпонок применяемых для соединения вала с деталями
Диаметр вала, d, мм Сечение шпонки, b x h (h9xh11), мм Глубина паза вала, t_1,мм
Глубина паза втулки, t_2,мм
Длина шпонки, l,мм

4,5 2 x 2 1,2 1,0 6
14 5 x 5 2,6 3 8

Проверка шпоночных соединений
Напряжение смятия и условие прочности:
σ_см^max=2T/(d(h-t_1 )(l-b))≤[σ_см ] (2.23)
Допускаемое напряжение сжатия при стальной ступице [σ_см ]=100…120 МПа.
Проверка шпонки на выходном конце первого вала:
σ_см1^max=(2T_1)/(d_1 (h_1-t_1 )(l_1-b_1))=(2*2)/(4,5*(2-1,2)(6-2))=27.7 МПа≤[σ_см ] (2.23)
Проверка шпонки на выходном конце второго вала:
σ_см2^max=(2T_2)/(d_2 (h_2-t_1 )(l_2-b_2))=(2*19)/(14*(5-2,6)(8-5))=38,399 МПа≤[σ_см ] (2.23)
Условие выполняется, следовательно, шпонки выбраны правильно.

3.Разработка технологии изготовления червячного колеса
Маршрутный техпроцесс изготовления ведомого вала представлен в виде таблицы 4.
Таблица 4.Маршрутный техпроцесс изготовления червячного колеса
№ Название операции Оборудование
005 Заготовительная
010 Токарная с ЧПУ Токарно-винторезный станок 16Б16П
015 Токарная с ЧПУ Токарно-винторезный станок 1К62
020 Протяжная Горизонтально-протяжный станок 7505
025 Слесарная
030 Зубофрезерная Зубофрезерный станок 53В30П с вертикальной осью
035 Слесарная
040 Зубошлифовальная
045 Внутришлифовальная Внутришлифовальный станок 3К227В
050 Контрольная
055 Упаковочная

Разработка операционного технологического процесса с операционными эскизами.
Оборудование: Вертикальный зубофрезерный станок 5В30П с
Инструмент : Фреза Червячная ГОСТ 151 27-83 (рис.10)

 

 

В ходе данной операции изделию придается необходимая форма
Зубофрезерная

Содержание операции:
1 Установить заготовку
2 Фрезеровать зубья предварительно
3 Фрезеровать зубья окончательно

Фрезеровать зубья предварительно
Группа станков III. N =7,5 кВт. η = 0,65.
Расчётный диаметр Dр = 90 мм (равен диаметру фрезы).
Подача на оборот шпинделя S0 = (2,8...3,2)∙0,9 мм/об. Принимаем S0 = 2,5 мм/об.
Скорость резания V = 30 м/мин.
Число оборотов шпинделя
(3.1)
Принимаем nст = 100 мин-1.
Действительная скорость резания
(3.2)

Мощность потребная на резание Nпр = 1,2 кВт.
Коэффициент использования станка по мощности
(3.3)
Фрезеровать зубья окончательно
Расчётный диаметр Dр = 90 мм (равен диаметру фрезы).
Подача на оборот шпинделя S0 = (2,0...2,5)∙0,9 мм/об. Принимаем S0 = 2,5 мм/об.
Скорость резания V = 24 м/мин.
Число оборотов шпинделя
(3.4)
Принимаем nст = 100 мин-1.
Действительная скорость резания (3.5)

Мощность потребная на резание Nпр = 1,2 кВт.
Коэффициент использования станка по мощности

 

 

 

 

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
На рисунке 7 представлена схема управления ДПТ (двигателя постоянного тока) с реверсом.

Рисунок 11. Схема управления ДПТ
ДПТ управляется 4-мя тиристорами, на которые сигналы поступают с СИФУ (системы импульсно фазового управления). В свою очередь, СИФУ управляется микропроцессором (рисунок 12).

Рисунок 12. Структурная схема микропроцессорной системы управления
Для работы этой системы нужен датчик, который, в нашем случае, будет считать число оборотов в минуту – тахогенератор, который связан непосредственно с валом двигателя и ЭВМ (Рисунок 13). Принцип его работы – изменение сопротивления при изменение числа оборотов.

Рисунок 13. Тахогенератор
При помощи этого датчика образуется обратная связь, которая поддерживает постоянное число оборотов ДПТ.
Построим зависимость числа оборотов от времени на протяжении всей работы двигателя (рисунок 10).

Рисунок 10. График зависимости числа оборотов от времени
На этом графику Т_1 и Т_2- реле времени (таймеры).
Словесный алгоритм управления двигателем:
Установить входное напряжение 11В;
Включить Т_1 и Т_2;
Проверить показания тахогенератора. Если напряжение датчика меньше 11В, то проверять проверку датчика (стоять на флаге). Если напряжение датчика больше или равно 11В, то перейти на шаг 4.
Уменьшить напряжение на 1В.
Проверить Т_1:
Если Т_1<t_1, то вернуться на шаг 3;
Если Т_1>t_1, то перейти на шаг 6;
Проверить показания тахогенератора:
Если напряжение 11В, то стоять на флаге;
Если напряжение меньше 10В, то перейти на шаг 7;
Если напряжение больше 12 вольт, то перейти на шаг 8;
Увеличить напряжение на 1В и перейти на шаг 9;
Уменьшить напряжение на 1В и перейти на шаг 9;
Проверить таймер Т_2:
Если Т_2<t_2, то вернуться на шаг 6;
Если Т_2>t_2, то перейти на шаг 10;
Установить входное напряжение 0В.


Литература:
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа,-1984.-336с.
Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование деталей машин. - М.: Машиностроение. - 1988.- 416с.
БаранцовВ.Я., Зайцева Т.Г. Методика расчета зубчатых и червячных редукторов в курсовом проектировании. Кафедра ПМ, Липецк. –1991.
Зайцева Т.Г., Халеев В.И. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Прикладная механика» для студентов немеханических специальностей вечерней и дневной форм обучения. Кафедра ПМ.- Липецк. – 1991.
Баранцов В.Я., Зайцева Т.Г. Методические указания к разработке и оформлению курсового проекта по прикладной механике. Кафедра ПМ.- Липецк. – 2002.


3.Разработка технологии изготовления ведомого вала редуктора
Таблица 4.Маршрутный техпроцесс изготовления ведомого вала
Номер
операции Наименование
операции Станочное
оборудование
000 Заготовительная механическая ножовка
005 Токарно – винторезная с ЧПУ Токарно-винторезный станок с ЧПУ ТВ-101
010 Промывочная Ультразвуковая ванна УЗУ025
015 Токарно – винторезная
Токарно-винторезный станок 1А616
020 Промывочная Ультразвуковая ванна УЗУ025
025 Фрезерная Шпоночно-фрезерный станок
692Д


030 Промывочная Ультразвуковая ванна УЗУ025
035 Контрольная
040 Термическая
045 Шлифовальная Шлифовальный станок ШлД-9

050 Промывочная Ультразвуковая ванна УЗУ025
055 Контрольная
060 упаковочная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ОПЕРАЦИОННЫЙ ТЕХПРОЦЕСС

05. Токарно-винторезная с ЧПУ. Также представлен на чертеже КФБН 2012.2801.04.000.

Оборудование: Токарно-винторезный станок с ЧПУ ТВ-101
Инструмент: Резец подрезной ГОСТ10046-72
1. Установить и снять деталь
2. Точить поверхность Е «как чисто»
3. Точить диаметр А в размер 6
4. Точить диаметр Ж в размер 4
5. Точить диаметр Д в размер 3
Расчет режимов резания изготовления концентратора
1) Найдем время обработки торца Е:
Рассчитаем скорость и время необходимые для совершения данной операции. Для этого найдем частоту вращения шпинделя станка:
n=1000V/πD
где n- частота;
V – скорость, (V=50 м/мин)
D – диаметр обрабатываемой поверхности, D = 6.5 мм
n=(1000*50)/(3,14*6.5)=2450 об/мин
Так как полученная частота не является стандартной, необходимо ее округлить:
n=2500
Посчитаем скорость с учетом округленной частотой:
V=πDn/1000
V=(3.14*6.5*2500)/1000=51 м/мин
Рассчитаем машинное время:
〖 Т〗_0=L/S_M i
где L=D/2+l
〖 S〗_M=S_0 n
〖 S〗_M=0,1*2500=250об/мин
где 〖〖 S〗_0- подача,S〗_0=0,1 мм/об,
i – количество проходов
P=(d_заг-d_д)/2=(14-6.5)/2 =3.25мм
t≈0.3-0.4
i=P/t=3.25/0.3=11
Исходя из расчетов принимаем 3 черновых по 3.3 и один чистовой по 1.1 (3.3*3+1.1=11)
Т_0=3.25/250 11=0.2 мин

2) При обработке диаметра А используем проходной резец. Расчёты выполняются согласно п.1 (a,b,c).
n=(1000*50)/(3,14*14)=1136 об/мин
Так как полученная частота не является стандартной, необходимо ее округлить:
n=1100
Посчитаем скорость с учетом округленной частотой:
V=πDn/1000
V=(3.14*14*1100)/1000=44 м/мин
Рассчитаем машинное время по формуле:
L = 7+10=17 мм
〖 S〗_M=0,1*1100=110 об/мин
i=0/0.3 =0
〖 Т〗_0=17/110 0=0 мин
3) Обработаем диаметр Ж. Расчёты выполняются согласно п.1 (a,b,c).
Найдем частоту вращения шпинделя станка:
n=(1000*50)/(3,14*12)=1316 об/мин
Так как полученная частота не является стандартной, необходимо ее округлить:
n=1300
Рассчитаем скорость с учетом округленной частотой:
V=(3,14*12*1300)/1000=49м/мин

Рассчитаем машинное время по формуле:
L = 6 + 7 =13 мм
〖 S〗_M=0,1*1300=130об/мин
i=(14-12)/0.3 =7

〖 Т〗_0=13/130 7=0.7 мин
4) Обработаем диаметр Д. Расчёты выполняются согласно п.1 (a,b,c).
Найдем частоту вращения шпинделя станка:
n=(1000*50)/(3,14*6.5)=2450 об/мин
Так как полученная частота не является стандартной, необходимо ее округлить:
n=2500
Рассчитаем скорость с учетом округленной частотой:
V=(3,14*6.5*2500)/1000=51м/мин

Рассчитаем машинное время по формуле (3):
L = 3.25 + 10 = 13.25 мм
〖 S〗_M=0,1*2500=250об/мин
i=(14-6.5)/0.3 =5
〖 Т〗_0=13.25/250 5=4мин
Общее время обработки составляет: Т = 5 мин.

 

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНУЮ СХЕМУ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМОМ ПОДЪЁМА ХИРУРГИЧЕСКОГО СТОЛА
На рисунке 7 представлена схема управления ДПТ (двигателя постоянного тока) с реверсом.

Рисунок 7. Схема управления ДПТ
ДПТ управляется 4-мя тиристорами, на которые сигналы поступают с СИФУ (системы импульсно фазового управления). В свою очередь, СИФУ управляется микропроцессором (рисунок 8).

Рисунок 8. Структурная схема микропроцессорной системы управления
Для работы этой системы нужен датчик, который, в нашем случае, будет считать число оборотов в минуту – тахогенератор, который связан непосредственно с валом двигателя и ЭВМ (Рисунок 9). Принцип его работы – изменение сопротивления при изменение числа оборотов.

Рисунок 9. Тахогенератор
При помощи этого датчика образуется обратная связь, которая поддерживает постоянное число оборотов ДПТ.
Построим зависимость числа оборотов от времени на протяжении всей работы двигателя (рисунок 10).

Рисунок 10. График зависимости числа оборотов от времени
На этом графику Т_1 и Т_2- реле времени (таймеры).
Словесный алгоритм управления двигателем:
Установить входное напряжение 11В;
Включить Т_1 и Т_2;
Проверить показания тахогенератора. Если напряжение датчика меньше 11В, то проверять проверку датчика (стоять на флаге). Если напряжение датчика больше или равно 11В, то перейти на шаг 4.
Уменьшить напряжение на 1В.
Проверить Т_1:
Если Т_1<t_1, то вернуться на шаг 3;
Если Т_1>t_1, то перейти на шаг 6;
Проверить показания тахогенератора:
Если напряжение 11В, то стоять на флаге;
Если напряжение меньше 10В, то перейти на шаг 7;
Если напряжение больше 12 вольт, то перейти на шаг 8;
Увеличить напряжение на 1В и перейти на шаг 9;
Уменьшить напряжение на 1В и перейти на шаг 9;
Проверить таймер Т_2:
Если Т_2<t_2, то вернуться на шаг 6;
Если Т_2>t_2, то перейти на шаг 10;
Установить входное напряжение 0В.



Литература:
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа,-1984.-336с.
Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование деталей машин. - М.: Машиностроение. - 1988.- 416с.
БаранцовВ.Я., Зайцева Т.Г. Методика расчета зубчатых и червячных редукторов в курсовом проектировании. Кафедра ПМ, Липецк. –1991.
Зайцева Т.Г., Халеев В.И. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Прикладная механика» для студентов немеханических специальностей вечерней и дневной форм обучения. Кафедра ПМ.- Липецк. – 1991.
Баранцов В.Я., Зайцева Т.Г. Методические указания к разработке и оформлению курсового проекта по прикладной механике. Кафедра ПМ.- Липецк. – 2002.

 




Комментарий:

Курсовая работа полная, Все есть!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы