通用型X線機踏板電動轉(zhuǎn)盤的研制

【作 者】趙奮國，孫鑒，王小奇，王保平，汪新柱

甘肅省中醫(yī)院，甘肅省，蘭州市，730050

90年代以前的遙控X線機以及由熒光屏透視改裝的電視X線機，幾乎都沒有踏板電動轉(zhuǎn)盤，透視均由醫(yī)師通過音響指令病人自行轉(zhuǎn)體，很不方便。近十年來生產(chǎn)的遙控X線機，雖然絕大多數(shù)都有電動轉(zhuǎn)盤，但均系整機的零部件，不能或不便給別的機器配裝。為此我們研發(fā)了一種可以裝配于國內(nèi)外任何一種X線機的電動轉(zhuǎn)盤，經(jīng)多年多家醫(yī)院使用性能良好，報道如下。

1 機械結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)盤的整體結(jié)構(gòu)可以近似地看成一個向心推力球軸承，轉(zhuǎn)盤的承載支持體相當(dāng)于軸承的外圈，用8個M6x20的螺栓固定在X線機的踏板上；轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸相當(dāng)于軸承的內(nèi)圈，二者之間安裝70個直徑10 mm的鋼球，中心圓直徑為228 mm。內(nèi)圈的上平面安裝直徑320-360mm的載人轉(zhuǎn)盤，下平面有與內(nèi)圈一體化的模數(shù)為1齒數(shù)247的齒輪，并與齒數(shù)為19的小齒輪嚙合。小齒輪與驅(qū)動電機的輸出軸為一體，電機直接固定于外圈上，所以這一對齒輪既是轉(zhuǎn)盤的減速機構(gòu)，也是驅(qū)動與拖動機構(gòu)的聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，回轉(zhuǎn)運動同時受到軸向和徑向的約束，運動平穩(wěn)，噪音很小。結(jié)構(gòu)力學(xué)特性主要考慮兩個問題：一是整體強度；二是齒輪強度。

立位透視時，踏板受力最大，人體的重量全部作用在轉(zhuǎn)盤上。根據(jù)國家醫(yī)用電器設(shè)備，第一部分通用安全標(biāo)準(zhǔn)GB97061-88的要求，轉(zhuǎn)盤必須能承受135 Kg載荷。由于轉(zhuǎn)速僅3 rpm，我們可以把它當(dāng)成靜載荷。轉(zhuǎn)盤的厚（高）度為21 mm，與此厚度相同的向心推力球軸承46130的容許載荷為3100 Kg，是國家規(guī)定的上述安全標(biāo)準(zhǔn)的23倍，所以轉(zhuǎn)盤的整體強度是安全可靠的。

輪齒的強度必須保證在最大負(fù)載下齒輪轉(zhuǎn)動不失效，這是通過反復(fù)的設(shè)計計算和校核實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)盤要實現(xiàn)頻繁的正反轉(zhuǎn)必須克服負(fù)荷的慣性矩和內(nèi)外圈與鋼球的摩擦矩。把人體模擬為重135 Kg、直徑約50 cm的圓柱體，轉(zhuǎn)盤最大轉(zhuǎn)速為3 rpm，要求在4s內(nèi)轉(zhuǎn)速由0增加到最大，計算出轉(zhuǎn)動慣量為4.2 Kg·m2，角加速度為0.0785 rad/S2，慣性矩為3298 Nmm，摩擦矩為226 N mm.齒輪承受的總力矩為3524 Nmm。齒輪的材料為45號鋼調(diào)質(zhì)，齒厚5 mm。根據(jù)公式計算出齒根彎曲強度δF=684.18N/mm2。我們要求輪齒的使用壽命為10年，累計工作時間3000小時，輪齒彎曲安全系數(shù)取最大值1.4，計算出輪齒的彎曲許用應(yīng)力δF=750N/ mm2。齒輪的彎曲許用應(yīng)力大于齒根在最大負(fù)荷下承受的彎曲應(yīng)力，所以齒輪的強度安全可靠。

2 驅(qū)動電機的選擇

轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為3 rpm，齒輪的減速比為13:1，電機輸出軸的轉(zhuǎn)速為39 rpm，最大轉(zhuǎn)矩3524 Nmm。考慮到電機輸出軸之前必不可少的機械減速裝置，取轉(zhuǎn)動效率為0.7，由此計算出驅(qū)動電機的功率P=21w。為了縮小體積、減輕重量、方便控制， 同時考慮到減低成本，選用30 w永磁直流電機。這種電機由12v直流供電，轉(zhuǎn)速35-40rpm，滿負(fù)載最大輸出轉(zhuǎn)矩約10 Nm，符合要求。

關(guān)于轉(zhuǎn)向的控制，選用2只2KD-22按鈕開關(guān)做成小控制盒，按下任一按鈕即可改變電機的正負(fù)極實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的正反轉(zhuǎn)。

3 轉(zhuǎn)盤的主要技術(shù)參數(shù)

電動轉(zhuǎn)盤的外形尺寸：支座直徑270 mm，厚（高）度21 mm，轉(zhuǎn)盤直徑320-360 mm，高出X線機踏板10 mm，重量10.2 Kg。廠內(nèi)負(fù)載75Kg連續(xù)運行1h，電機微熱，電流1A，轉(zhuǎn)速3 rpm，轉(zhuǎn)向360O，轉(zhuǎn)動音量＜30 db。

已經(jīng)安裝使用過的機器有：東軟、島津、萬東和西門子數(shù)字X線機等，最長使用4年多未出現(xiàn)任何故障。本轉(zhuǎn)盤已被國內(nèi)一家公司用于研發(fā)新型X線機配件。