電動無針注射器設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 電動無針注射器 設(shè)計 摘 要 無針注射 不同于 傳統(tǒng)的皮下注射， 它 是一種全新的注射方式，具有 痛苦小 、藥物吸收好、操作方便、消除了交叉感染等諸多優(yōu)點。 我 國對無針注射器的研究起步較晚， 在技術(shù)層面和國外先進(jìn)水平存在不小差距 ，目前尚處于研發(fā)階段。本文在分析無針注射器 原理及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 ，設(shè)計了電磁式無針注射器，主要研究工作如下： 1． 對國內(nèi)外無針注射技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行研究，分析了無針注射的注射機(jī)理，運(yùn)用工程設(shè)計學(xué)方法分析了無針注射器的結(jié)構(gòu)特點，制定了無針注射器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 2． 設(shè)計的電磁驅(qū)動式無針注射器機(jī)構(gòu) ， 來完成計量可 控的給要注射，詳細(xì)設(shè)計了由鐵錘、彈簧和電磁鐵所組成的撞擊系統(tǒng)，以及 安瓿頭 安裝裝置，機(jī)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng) 。 3． 設(shè)計 驅(qū)動和 控制裝置 ， 完成 交流電變直流和控制電磁鐵通斷電等功能 。 4． 根據(jù)以上設(shè)計，進(jìn)行了三位建模，驗證了設(shè)計的可行性，并為樣機(jī)制作打下基礎(chǔ)。 所設(shè)計的電動無針注射器，沖擊力大，注射效果好， 注射計量可控，有很好的商業(yè)價值，值得推廣應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 無針注射器；電磁鐵；安瓿頭 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 to is a a to a of a is in In on of a a a as 1． at of of of a a 2． of to of as as 3． ac dc 4． to of to is of 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 目錄 摘要 ...................................................................................................................... I .............................................................................................................. 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 針注射器簡介 ....................................................................................... 1 針注射的概念 ................................................................................ 1 針注射的原理 ................................................................................ 2 內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ....................................................................................... 2 題研究的目的及意義 ........................................................................... 3 課題研究內(nèi)容 ....................................................................................... 4 章小結(jié) ................................................................................................... 4 第 2章 無針注射器原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................ 5 針注射器原理方案設(shè)計 ....................................................................... 5 功能分析 ........................................................................................ 5 能分解 ............................................................................................ 5 能元求解 ........................................................................................ 6 統(tǒng)方案求解 .................................................................................... 6 案工作原理 .................................................................................... 7 動無針注射器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................... 8 簧設(shè)計 ............................................................................................ 8 殼設(shè)計 ............................................................................................ 9 撐座設(shè)計 ...................................................................................... 10 錘設(shè)計 .......................................................................................... 11 針設(shè)計 .......................................................................................... 11 章小結(jié) ................................................................................................. 12 第 3 章 電動無針注射器的控制系統(tǒng)設(shè)計 ...................................................... 13 磁力計算 ............................................................................................. 13 動電路設(shè)計 ......................................................................................... 14 路元件 .......................................................................................... 14 磁控制方案 .................................................................................. 17 章小結(jié) ................................................................................................. 18 第 4 章 電動無針注射器的三維造型 .............................................................. 19 簡介 ................................................................................................ 19 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 零件的三維 建模 ................................................................................. 19 瓿頭的三維模型 .......................................................................... 19 圈的三維模型 .............................................................................. 21 撐座的三維模型 .......................................................................... 22 簧的三維模型 .............................................................................. 23 殼的三維模型 .............................................................................. 24 動無針注射器的三維建模 ................................................................. 24 章小結(jié) ................................................................................................. 25 結(jié)論 .................................................................................................................... 26 致謝 .................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 28 附錄 .................................................................................................................... 30 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 1章 緒論 針注射器簡介 無針注射器是一種不需要針頭，就可以對人體注射的醫(yī)療器械，它的工作原理是利用動力源迫使藥液從安瓿頭小 孔擠出，使藥液具有一定的壓力，刺破人體皮膚，形成小孔，使藥液通過進(jìn)入皮下組織，無針注射器的特點是消除了人類對針頭的恐懼，同時也避免了交叉感染的發(fā)生，是醫(yī)療事業(yè)的一種進(jìn)步，現(xiàn)在許多的糖尿病患者用無針注射器進(jìn)行胰島素的注射，無針注射為患者帶去了便捷與安全，還應(yīng)用于一些疫苗等小量藥品的注射 [1]。 無針注射技術(shù)的發(fā)明可以追溯到百年以前，，但是由于受到當(dāng)時技術(shù)的限制，那時的設(shè)備都比較龐大，而且難操作，所以沒有被大量的生產(chǎn)和使用 [2]。如今市場上也有一些無針注射產(chǎn)品，它們注射的精度不高，不可連續(xù)注射，而且采用手動機(jī)械 蓄能的方式，操作極其不方便，本課題將改變這一現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)自動儲能，設(shè)計能夠調(diào)整注射劑量與注射強(qiáng)度的便攜式電動無針注射器。 無針注射的概念 無針注射是指利用動力源（如彈簧、氣體、電磁鐵等 )產(chǎn) 生的瞬間高壓推動藥劑從安瓿頭小孔中射出，形成有一定壓力的液流，這 液流 有非常 高的速度 （流速一般大于 100 m/s），使藥劑可以 很快的 刺破皮膚 ， 藥液 進(jìn)入皮下組織，達(dá)到注射的目的 [3]。 傳統(tǒng)與無針 注射方式 的區(qū)別如圖 1示： (a) 傳統(tǒng)注射 (b) 無針注射 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 1射方式 無針注射器以很 多的學(xué)科為理論為基礎(chǔ)，例如化學(xué)、物理、藥理學(xué)等，還應(yīng)用一些技術(shù)達(dá)到無針注射的目的，例如使用計算機(jī)、 數(shù)控加工、藥劑成型等技術(shù)，無針注射技術(shù)是新型給藥方法，為醫(yī)護(hù)人員或是非醫(yī)務(wù)人員的 注射提供了便捷與安全，而且此項技術(shù)還非常適合恐針患者和兒童使用 [4]。無針注射給藥系統(tǒng)的標(biāo)志性特征是通過動力源的能量轉(zhuǎn)化 [5]，把彈簧的彈性勢能或是把壓縮氣體的壓縮能量轉(zhuǎn)化為液態(tài)藥物的動能，經(jīng)過安瓿頭的小孔后，形成具有一定速度和壓力的液流，液流刺破皮膚，把藥液噴射到皮下組織，達(dá)到注射目的。 無針注射的原理 無針注射器與傳統(tǒng)注射方式 的不同在于， 它沒有針頭 ，而是 利用一個動力源 產(chǎn)生的瞬間高壓迫使藥劑從安瓿頭小孔中射出，形成有一定壓力的液流，這樣的壓力和速度足可以在刺破皮膚，形成一個小孔 ，使藥劑可以迅速通過小孔進(jìn)入皮下組織， 肌肉和粘膜組織 [6]。 通常它包括兩個步驟 :第一步，高速射流通過侵蝕或撕裂等損傷機(jī)理，在皮膚表面形成小孔，表皮小孔與噴射小孔的寬度相似，但比標(biāo)準(zhǔn)的針頭注射在表皮形成的小孔要小得多，而他們的愈合時間大致相同。第二步，液流通過了小孔，速度會越來越低，到達(dá)皮下的某一位置，然后余下的藥液向周圍擴(kuò)散 [7]。無針注射器的注射過程如 圖 1示： (a) 注射開始前 (b) 注射過程中 (c) 注射結(jié)束后 圖 1針注射器注射過程 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國外的無針注射技術(shù)已經(jīng)有一百多年的發(fā)展歷史，美國和英國在該技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，國外學(xué)者從工程學(xué)方面展開了大量的研究工作，劍橋大學(xué)博士 司的幫助下建立 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 壓力試驗臺對各種類型的無針注射器的噴射壓力進(jìn)行試驗和和模擬 [8]，加州大學(xué)的 無針注射機(jī)理方面做了系統(tǒng)的研究 ，并且給出了一套如何開發(fā)無針注射器的具體方案 [9]，美國華盛頓大學(xué)的 立了彈簧加載式無針注射器的數(shù)學(xué)模型 [10]，并對注射過程進(jìn)行了仿真。此外，牛津大學(xué)工程學(xué)系的 授對采用 高壓氣體噴射粉末無針注射器噴射時的沖擊流進(jìn)行了模擬 [11]。 目前，國外有很多家公司都在生產(chǎn)無針注射器產(chǎn)品，大約有近百種產(chǎn)品進(jìn)入了市場，并且擁有 200 多件專利，在無針注射給藥方面也是碩果累累，其中具有代表性的是英國 司的 美國司的 藥系統(tǒng) [12]。這些國家對無針注射的研究比我們國家早很多，他們?nèi)〉玫某晒矠槲覀冄兄铺峁┝藚⒖肌? 我國在無針技術(shù)研究方面還處于初級階段，浙江大學(xué)和浙江省醫(yī)療器械研究所合作，一起研制無針注射器產(chǎn)品，并且做了臨床分析 [13]。無針注射器還存在一些技術(shù)的問題，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，逐步的被解決掉，無針技術(shù)的到更好前景。再過一些年，許許多多無針注射產(chǎn)品將會被廣大消費(fèi)者的熟知，并受到歡迎。在無針注射藥物種類方面，還有很大的選擇空間，蛋白質(zhì)組合的深入了解，還會開發(fā)出非常多的用于無針注 射給藥的蛋白 14]，國外在無針注射藥品方面已經(jīng)很先進(jìn)，而我國還在不斷地研究，在不久的將來，我國也將在這一領(lǐng)域占有一席之地。 題研究的目的及意義 注射的安全性一直都備受國內(nèi)外關(guān)注，注射的安全性是全世界都需要解決的社會問題，全世界每年有幾億兒童進(jìn)行 55 多億次的注射，而 10%的注射是不安全的，而我們國家就占了總數(shù)的一半，有些地區(qū)的一次性注射器成為了很難處理的醫(yī)療垃圾，威脅著人們的生活。無針注射器由于沒有針頭，就不會導(dǎo)致交叉感染，有效的解決了傳統(tǒng)有針注射器的問題， 而且無針注射器大大的提高注射效率和質(zhì) 量，為醫(yī)療器械的經(jīng)濟(jì)效益方面能夠帶來顯著的進(jìn)步，同時也在某種程度上推進(jìn)了醫(yī)療工業(yè)的不斷發(fā)展 [15]。上世紀(jì) 80 年代，美國的 司生產(chǎn)的一款電動無針注射器產(chǎn)品，進(jìn)入市場，為該公司創(chuàng)造了很多的利潤，德國的 司也看中了電動無針注射器的市場前景，投入相當(dāng)大 的人力、物力、財力對電動無針注射器進(jìn)行研發(fā)，同樣取得了很大的成功，全世界對電動無針注射器的應(yīng)用越來越廣泛，都在進(jìn)行著研發(fā)的工作。 我國這些年也進(jìn)行著電動無針注射器的研發(fā)，但是我國生產(chǎn)的無針注射器結(jié)構(gòu)簡單、類型單一和精度不高，雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高，但受到國產(chǎn)零件的精度和技術(shù)等方面的限制，我國研制出的無針注射產(chǎn)品和歐美等國家有很大的差距，在電動無針注射器 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 面，我國還沒取得什么成果，和歐美等國家的距離更多，所以為滿足市場需求，研制出一種新型的電動無針注射器勢在必行！ 現(xiàn)在市場上的無針注射器存在價格貴、注射精度不高等諸多問題，是無針注射器沒有被大量應(yīng)用的原因，所以有必要對現(xiàn)有無針注射器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其做到結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，從而提出了新型電動無針注射器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，擬定了電動無針注射器總的指導(dǎo)思想，得出了該新式電動無 針注射器的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟(jì)且易維修的結(jié)論。 課題研究內(nèi)容 本課題主要研究了以下內(nèi)容： 1. 通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館查找各種關(guān)于電動無針注射器的相關(guān)資料，介 紹了無針注射的原理和注射機(jī)理； 2. 運(yùn)用工程設(shè)計學(xué)方法，對無針注射器的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析， 制定了可行的總體方案； 3. 無針注射器的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計； 4. 電動無針注射器的圖紙的繪制； 5. 說明書的整理。 章小結(jié) 本章對無針注射器做了簡介，介紹了無針注射器的概念和原理，闡述了國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，詳細(xì)介紹了無針注射器研究的目的及意義，最后提出了無針注射器 研究內(nèi)容。 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2章 無針注射器原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 針注射器原理方案設(shè)計 功能分析 采用黑箱法分析系統(tǒng)的總功能，把待設(shè)計的產(chǎn)品看做成一個黑箱，黑箱法要求設(shè)計者知道黑箱需要輸入什么和輸出什么以及各種物質(zhì)之間的聯(lián)系，這些關(guān)鍵明確以后即可了解其總功能 [16]。將其抽象化后 ,那么黑箱操作如圖 2示： 圖 2針注射器的黑箱操作 無針注射器的輸入端輸入的是藥液能量還伴隨著信息控制，一系列的動作完成之后，輸出端輸出的是具有很高速度的藥液，發(fā)明無針注射器的目的，就是減小皮膚損傷，減小疼痛感，有效的防止交叉感染，為一 些醫(yī)務(wù)人員和非醫(yī)務(wù)人員的操作帶去便利，讓沒有專業(yè)技術(shù)的人員可以更好的完成注射操作，降低操作難度提高安全性。 無針注射技術(shù)就是通過高速液流 ， 刺破皮膚 ， 進(jìn)入皮下組織 ， 了解所要設(shè)計系統(tǒng)的總功能， 然而我們的選擇有很多，這就要求我們選擇理想方案。 能分解 一般工程系統(tǒng)都是很復(fù)雜的，難以直接求得滿足總功能的系統(tǒng)解。 但可以將其分解開來一步一步進(jìn)行分析，然后建立功能結(jié)構(gòu)圖 [17]， 這樣可以更加直觀的分析各個元件的結(jié)構(gòu)了解其功能。 這樣既可以顯示各功能元、分功能與總功能的關(guān)系，又可以通過各功能元之間的解的有機(jī)結(jié)合求的系統(tǒng)解。 按 照電動無針注射器注射的過程繪制其功能分解圖。這五個過程包括：安裝藥瓶、動力輸入、能量輸出、碰撞、藥液釋放，功能分解如圖 2示： 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2能分解 能元求解 通過分析我們得到若干局部解，在這里我們得到了許多方案供我們進(jìn)行比較選擇，其方案如下： 1．藥物加載及噴射裝置：外置安瓿和內(nèi)置安瓿。 2．動力源裝置：電機(jī)、彈簧、氣壓動力、液壓動力、彈藥、電磁力。 3．沖擊裝置：凸輪裝置、曲柄連桿裝置、飛輪裝置、齒輪傳動、摩擦輪傳動裝置、活塞沖擊。 4．激發(fā)裝置：離合器機(jī)構(gòu)、棘爪機(jī)構(gòu)、彈藥激發(fā)機(jī)構(gòu)、電氣控制、換 向閥控制、撞針裝置。 通過以上的方案計算得到 432 種方案，但是根據(jù)無針注射器的要求和實際的組合情況來看，有些組合不能滿足本次設(shè)計的要求，不合理，有些組合不符合實際，在此要求我們從眾多方案中挑選最優(yōu)方案。 統(tǒng)方案求解 在工程設(shè)計階段，對于單一機(jī)構(gòu)的選型或整個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的選擇都應(yīng)該 建立合理、有效的評價指標(biāo)。對于無針注射器機(jī)構(gòu)的選擇從功能、動力性能、經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)性、幾個方面進(jìn)行評價選擇 [18]。 1．藥物加載及噴射裝置的選擇 現(xiàn)在市場上無針注射器的安瓿有兩種，分為內(nèi)置式的安瓿和外置式的安瓿，內(nèi)置式的安瓿和無針注 射器在一起，一體化，外置式的安瓿和無針注射器是分離的，可以通過螺紋或是其他連接方式連接在一起。 安瓿與注射器一體化設(shè)計，使得無針注射器具有了使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊，遇到緊急事故能夠更高效快速完成注射等特點，但是安瓿與注射器一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計也使得在每一次使用時都要對安瓿進(jìn)行消毒，但對于殘留藥物的處理會讓其成本提高，這一點并不是十分方便。 外置安瓿瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計是將安瓿作為一次性使用的消耗品，用完即棄，注射器作為可重復(fù)使用的主體部件，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計避免了一體化設(shè)計中的注射器消毒及殘余藥劑的處理問題，也避免了交叉感染， 同時降低 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 注射成本。從經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，我們選擇外置式安瓿作為藥物加載裝置。 2．動力源的選擇 由于無針注射器的整個注射過程在 以內(nèi) [19]，為此需要驅(qū)動力強(qiáng)而且快速響應(yīng)的動力系統(tǒng)，熟讀相關(guān)資料，查閱相關(guān)信息，了解到現(xiàn)在的無針注射器主要采用電磁鐵、彈簧、高壓氣體、彈藥四種。 電磁鐵動力源的無針注射器的最大優(yōu)點在于可控性很強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)簡單，不需要多余的復(fù)位裝置，使用便捷，安全可靠，可以直接進(jìn)行復(fù)位，但現(xiàn)在技術(shù)還不夠成熟。 采用彈簧為動力源，將壓縮彈簧的勢能轉(zhuǎn)化為噴射藥液的動能，手壓縮彈簧，較容易進(jìn)行機(jī) 械加工，制造成本較低，但是操作繁瑣，不能自動注射吸入藥液后，不能調(diào)節(jié)注射劑量，不能連續(xù)注射，會產(chǎn)生噪音，但不是很大。 高壓氣體作為動力源在注射時遞送系統(tǒng)功能穩(wěn)定好，安全性、可靠性較高，產(chǎn)品精度較高，但是對裝置的安全性要求高，密封性要求嚴(yán)格，較難加工，所以制造成本較高，操作繁瑣，不能自動注射，由于采用氣泵提供能量，其體積較大，操作不方便。 彈藥動力源是通過引爆封閉氣室內(nèi)的易燃物，氣體快速膨脹引起瞬間高壓，推動活塞注射，但是其結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，并且安全性令人擔(dān)憂。 通過比較動力源為彈簧、高壓氣體、彈藥還有電磁力，根 據(jù)安全方面、便捷方面、經(jīng)濟(jì)方面以及技術(shù)可行方面考慮，本文選擇電磁力作為設(shè)計無針注射器的動力源。 3. 沖擊裝置和激發(fā)裝置的選擇 根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求，無針注射系統(tǒng)體積小、重量輕、便于攜帶，所以沖擊裝置要結(jié)構(gòu)簡單、可靠、安全性能好，結(jié)合對動力源的選擇，本文采用以電磁力驅(qū)動沖擊活塞撞擊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 以電磁力為動力源的無針注射器， 注射時驅(qū)動力 的大小 可以通過調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)弱來控制， 也能 通過電路的通斷來控制注射過程的開始和結(jié)束，最大限度的體現(xiàn)了電磁力作為驅(qū)動力的可控性高的特點。 撞針裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且操作方便， 在機(jī)械傳動 方面應(yīng)用非常廣泛 ，因此選擇撞針來作為激發(fā)裝置 [20]。 案工作原理 電動無針注射器工作原理：手動為安瓿瓶吸入藥液，將安瓿瓶旋入注射器的調(diào)節(jié)桿中，將調(diào)節(jié)桿旋入調(diào)節(jié)套中，當(dāng)對通電磁鐵進(jìn)行通電時，通電磁鐵產(chǎn)生磁力作用，使鐵錘帶動支承座向前運(yùn)動，彈簧受力壓縮變形，鐵錘高速撞擊撞針，撞針在控制套的控制下，在一定范圍內(nèi)運(yùn)動，帶動注 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 活塞運(yùn)動，使安瓿頭中的藥液在短時間內(nèi)通過安瓿頭前端的微細(xì)孔以高速狀態(tài)噴射出去，形成 “水針 ”完成注射過程；注射完成后斷電，通電磁鐵磁力消失，彈簧恢復(fù)原長推動支承座和鐵錘恢復(fù)初始位置，完成復(fù)位 。 電動無針注射器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 簧設(shè)計 彈簧是電動無針注射器的重要組成部分 ， 彈簧的功能是使無針注射器注射完成之后 ， 實現(xiàn)復(fù)位 后可以使電動無針注射器 用于再次注射 ， 所以彈簧的選擇很重要 ， 彈簧的材質(zhì) 、 形狀 、 尺寸都需要 做出 的設(shè)計 ， 彈簧在工業(yè)生產(chǎn)中用途很多 ， 所以彈簧的種類和樣式也是非常多的 ， 按照彈簧的材質(zhì)不同可以分為金屬彈簧和非金屬彈簧 ，在無針注射器中要求彈簧體積小，壓縮量少，要有較大的變形能 [21]，為此我們選用蓄能 性能較好，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便的金屬圓柱螺旋彈簧 。碳素鋼彈簧絲加工簡單、成本低、強(qiáng)度高而且 價格低，市場上較常見，本設(shè)計采用 65簧鋼絲作為原材料，彈簧性能見表 2 表 2簧性能 材料名稱 牌號 直徑規(guī)格， 變模量， 性模量， 用溫度， ℃ 碳素彈簧鋼絲 65 9 203 - 40~120 通過演算和推導(dǎo)制定出符合條件的彈簧， 對彈簧進(jìn)行設(shè)計 ， 彈簧設(shè)計圖如圖 2示： 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2簧設(shè)計圖 如上圖所示，彈簧設(shè)計參數(shù)為： 最小載荷 2N 最大載荷 5N 工作極限載荷 6N 有效圈數(shù) n=4 總?cè)?shù) 壓并圈數(shù) 彈簧絲直徑 d=距 t=8小載荷高度 0大工作高度 2旋角 ≤ 9o 彈簧的校驗： 許用切應(yīng)力 τ=小切應(yīng)力 τ大切應(yīng)力 τ足靜壓應(yīng)力要求 彈簧的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) 本滿足疲勞強(qiáng)度要求 彈簧的臨界載荷 n 彈簧在沒有約束的情況下穩(wěn)定性較好 在彈簧受力過程中為了避免力量集中在彈簧的一側(cè)，使彈簧喪失穩(wěn)定而失效，需要在彈簧的末端磨平并緊貼在前一有效圈上， 而被壓緊的物體也應(yīng)該和彈簧末端形狀相配合，同樣原因，彈簧兩末端的端點應(yīng)在相應(yīng)的兩邊，以達(dá)到使彈簧均勻受力的目的。 彈簧的作用就是復(fù)位， 還應(yīng)指出的是，彈簧成形后，需經(jīng) 22030低溫去除應(yīng)力退火或發(fā)藍(lán)處理，或根據(jù)彈簧的作業(yè)條件與所選材料的性質(zhì)的要求，需要進(jìn)行淬硬及回火，以提高彈簧力。 殼設(shè)計 容納機(jī)械零件的箱體結(jié)構(gòu)，在注射過程中，其振動幅度較小，所以采用聚酰胺 加工殼體。由于聚酰胺 有高強(qiáng)度、耐油、抗震、滅銀等特點，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車、機(jī)械、化工、紡織、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門[22]。適合制 作各種類型的零部件，而且重量較輕，也可以使整體結(jié)構(gòu)更加輕便。箱體內(nèi)有一些溝槽是來固定內(nèi)部的零件，箱體兩片有螺絲釘來固定， 箱體為左右對稱的設(shè)計，外觀并沒有過多的情況，它的功能就是固定 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 件，把一些零件包裹在內(nèi)，在沒有其他要求， 設(shè)計的箱壁厚大約為5設(shè)計圖如圖 2示： 圖 2外殼設(shè)計圖 撐座設(shè)計 電動無針注射器組成部分，需要考慮它的材料、性質(zhì) 和主體之間的配合，與支撐座相連的零件是彈簧和鐵錘。 在選用支撐座材料時，可以有多個選擇，可以選用金屬材料，塑料，和橡膠，但是由于電動無針注射器的對震動 和材料的使用壽命有嚴(yán)格的要求，金屬材料會加大震動，不適合作為支撐座的材料，而塑料雖可以減小震動，但是它具有硬而脆特點，不能有效的周而復(fù)始的使用，所以也不會考慮使用，而橡膠材質(zhì)有效減小震動并可以重復(fù)性的碰撞，可以提高支撐座的使用壽命，提高無針注射器的效率，所以選擇橡膠作為支撐座的材質(zhì)，其設(shè)計圖如圖 2示： 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2撐座設(shè)計圖 錘設(shè)計 鐵錘是電動無針注射器的重要組成部分，電動無針注射器采用電磁鐵為動力源，將電能轉(zhuǎn)化為電磁能，然后將電磁能轉(zhuǎn)化為鐵錘的動能，鐵錘的動能傳遞給噴射藥液，藥液被注射到皮下 或肌肉內(nèi)發(fā)揮藥效。因為鐵錘要磁場的作用形成運(yùn)動，需要對材料的型號進(jìn)行選擇。 45 號鋼化學(xué)成分含量碳是 量為 量 量 <= 45 號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，自身的硬度、耐磨性符合本次設(shè)計的要求，可以提高鐵錘的使用壽命，所以我們選用 45 號鋼作為鐵錘的材料，形狀為圓柱形。其設(shè)計圖如圖 2示： 圖 2錘設(shè)計圖 電磁鐵通電后，形成磁場，推動鐵錘運(yùn)動，鐵錘把能量傳遞給撞針，然后使藥液噴 出，這個噴射過程完成之后，鐵錘需要復(fù)位，鐵錘是嵌入在支撐座上，在前一動作發(fā)生后，被壓縮的彈簧要恢復(fù)原狀，所以通過彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能使鐵錘恢復(fù)到原來所在的位置，最后整個無針注射就完成了。 針設(shè)計 撞針是電動無針注射器的傳遞能量的元件，電磁鐵的電磁能轉(zhuǎn)化為鐵錘的動能，鐵錘動能傳到安瓿頭就是用撞針傳遞的，然后進(jìn)行無針注射，藥液被注射到皮下或肌肉內(nèi)發(fā)揮藥效，撞針的復(fù)位是在安裝安瓿頭時，被 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 回原來位置，由于撞針會被周而復(fù)始的被撞擊和撞擊活塞，提高它的使用壽命是非常有必要的， 45 號鋼是零件的常用材料，它在市場上 很容易買到，而且不貴，選擇 45 號鋼來制造撞針 ，撞針在電動無針注射器里就能更好地完成它的功能，提高無針注射器的使用效率。 其設(shè)計圖如圖 2示： 圖 2針設(shè)計圖 章小結(jié) 本章主要是對無針注射器進(jìn)行總功能分析 、 功能分解 、功能元求解、系統(tǒng)方案設(shè)計， 并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計 ， 有彈簧、外殼、支撐座、鐵錘和撞針， 通過對無針注射器原理的了解和總體的設(shè)計實現(xiàn)所要達(dá)到的預(yù)期效果。 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 3章 電動無針注射器的控制系統(tǒng)設(shè)計 磁力計算 1．伯努利方程 伯努利方程是理想流體定常流動的動力學(xué)方程，意為流體在忽略粘性損失的流動中，流線上任 意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不變。 理想正壓流體在有事體積力作用下作定常運(yùn)動時，運(yùn)動方程沿流線積分而得到的表達(dá)運(yùn)動流體機(jī)械能守恒的方程。對于重力場中的不可壓縮均質(zhì)流體，方程式見式 (3 ????? ???22 (3式中 P、 ?、 ? 分別為流體的壓強(qiáng)、密度和線性速度； h 為鉛垂高度；g 為重力加速度； C 為常量。式 (3各項分別表示單位體積流體的壓力能、動能和重 力勢能，在沿流線運(yùn)動的過程中，根據(jù)能量守恒的原則，式(3變形為式 (3 22221211 22 ?????????? ?????? (3因為無針注射是水平注射的，所以 h1=因此式 (3以簡化為式(3 22222211 ???? ????? (3一般而言，射流直徑在 間變化時， 15射流滯止壓力足夠穿透人的皮膚，藥液流速應(yīng)在 100m/s~200m/s 之間，本裝置主要用于注射肉毒桿菌來進(jìn)行美容，由于肉毒桿菌必須用生理鹽水來稀釋 ，且肉毒桿菌的含量特別低，所以藥液密度近似生理鹽水密度??03kg/次注射進(jìn)給量是 8射時間為 上所述，把所有已知項通過式 (3得出式 (3 2226 ??????? P(3 因為式 (3 ? (3?? 在理想狀態(tài)下，裝置內(nèi)部的摩擦力全部忽略不計，電磁鐵產(chǎn)生的電磁 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 除了克服彈簧的彈力，其余全部轉(zhuǎn)化為對藥液的壓力，所以有式 (3 ??? 磁(3???? 3 磁F 2．電磁鐵磁力計算 電磁鐵磁力計算大多經(jīng)過多次推導(dǎo)得出，其中有一種如下式 (3 222 4/ ??? ?磁 (3其中， ? 是導(dǎo)磁率，近似取值 1， n 為線圈匝數(shù)， I 為線圈電流， S 為鐵芯截面積， L 為氣隙長度。根據(jù)導(dǎo)線截留量口訣可以粗略估計出導(dǎo)線截面和許用電流之間的關(guān)系，經(jīng)過計算，當(dāng)導(dǎo)線為橫截面積是 裸鋁線時，許用電流為 圈匝數(shù)為 32 匝，氣隙為 過計算： 是因為有墊圈的緣故，可以抵消一部分壓力，同時在進(jìn)給過程當(dāng)中不可避免的會有摩擦力的存在，因此可以認(rèn)為略大的電磁力值是允許的。 動電路設(shè)計 路 元件 1．整流橋 為了使運(yùn)動穩(wěn)定， 實現(xiàn)無針注射器可以平穩(wěn)注射 ， 應(yīng)該選取直流電，但日常生活中使用的電都是 220V 的交流電，為了實現(xiàn) 交流電變?yōu)橹绷麟?，需要引入一個電路元件 ——整流橋。 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要在全波整流電路的基礎(chǔ)上增加兩只二極管口連接成 “橋 ”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 整流橋的工作原理如圖3示： 圖 3流橋的工作原理 整流橋的作用就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c上 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電。 橋式整流電路的工作原理如下： 正向電壓， 通；對 反向電壓， 路中構(gòu)成 形成上正下負(fù)的半波整洗電壓， 負(fù)半周時，對 正向電壓， 4 導(dǎo)通；對 反向電壓， 止。電路中構(gòu)成 電回路，同樣在 形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。橋式整流電路圖及波形圖如圖 3圖 3示： 圖 3式整流電路圖 圖 3式整流電路波形圖 實質(zhì)上就是把 4 個硅二極管接成橋式整流電路之后封裝在一起用塑料包裝起來，引出 4 個腳，其中 2 個腳接交流電源，用符號～表示，兩個腳是直流輸出，用＋和 —表示。整流橋的樣式如圖 3示： 圖 3流橋的樣式 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 ．延時繼電器 本設(shè)計主要用于美容中對肉毒桿菌的注射，屬微整形范疇，注射位置精度要求較高。但在注射開始時，在扣動開關(guān)的過程中，都會產(chǎn)生一定的震動使注射位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為了防止注射位置的偏轉(zhuǎn)，需要引入另一個電路元件 ——延時繼電器。 常見延時繼電器有氣囊式和電子式的，還有鐘表式的 [23]。氣囊式的是在利用 電磁鐵 啟動后氣囊中的氣體經(jīng)由小孔放氣來延時執(zhí)行指令。電子式的由電子電路來延時執(zhí)行 指令 [24]。 這兩種延時繼電器都是當(dāng)點的，控制時間不長精度也不高，在鍋爐運(yùn)行和電動機(jī)的延時降壓啟動中經(jīng)常使用，也能夠滿足要求。還有一種巖石計時器，可以滿足本次設(shè)計的使用要求。鐘表式的延時繼電器，利用鐘表的擒縱裝置來控制類似發(fā)條彈簧的釋放時間，精度高。 延時繼電器是一種利用電磁原理或機(jī)械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。當(dāng)加上或除去輸入信號時，輸出部分需延時或限時到規(guī)定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型。在交流電路中常采用空氣阻尼型延時繼電器，它是利用空氣通過小孔節(jié)流 的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機(jī)構(gòu)和觸點三部分組成。原理圖如圖 3示： 圖 3時繼電器原理圖 空氣阻尼型延時繼電器的延時范圍大 (有 60s 和 180s 兩種 )，它結(jié)構(gòu)簡單，但準(zhǔn)確度較低，一般多用于交流電路的延時。幾種常見的延時繼電器如圖 3示： 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 3時繼電器的樣式 時間繼電器的接線方法 ： (1) 控制接線：你把它看成直流繼電器來考慮。 3、 7 用來接 12V 控制電壓； 2、 7 用來接 24V 控制電壓。其中的 7 當(dāng)成直流電的負(fù)極，使用時接到零線。 2 接 220V 的火 線。 (2) 工作控制：雖然控制電壓接上了，但是是否起控制作用，由面板上的計時器決定。 (3) 功能理解：它就是一個開關(guān)，單刀雙擲的，有一個活動點活動臂，就像常見的閘刀開關(guān)的活動刀臂一樣。 8 是活動點， 5 是常閉點，繼電器不動時，他們兩個相連。動作時， 8、 6 相連。 (4) 負(fù)載接線：電源的零線或負(fù)極接用電器的零線或負(fù)極端。電源的火線或正極接 8 腳，用電器的火線端或正極接 6 腳， 5 腳空閑不用。 (5) 工作原理：計時無效期間， 8、 5 相連，相當(dāng)于我們平常電燈開關(guān)斷開狀態(tài)。有效時，繼電器動作， 8、 6 相連，用電器得電工作， 相當(dāng)于我們平常電燈開關(guān)接通狀態(tài)。延時繼電器連線圖如圖 3示： 圖 3時繼電器連線圖 磁控制方案 電磁控制的過程為：扣動開關(guān)使開關(guān)閉合，整流橋把 220V 的交流電壓轉(zhuǎn)化成直流電壓，再通過延時繼電器進(jìn)行延時作用后，傳遞給通電磁 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 。原理圖如圖 3示： 圖 3磁控制原理圖 章小結(jié) 本章主要介紹了無針注射器的電控裝置。通過對電磁力的計算和電控裝置的電路元件分析，建立了電磁控制方案，達(dá)到了對電動無針注射器的使用要求。 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 4章 電動無針注射器的 三維造型 在完成對產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計后，進(jìn)行了三維造 型的設(shè)計，在前面的論文中已經(jīng)簡單的描述了各個零件的造型結(jié)構(gòu) 。接下來詳細(xì)的介紹一下三維造型的整個過程以及 軟件的介紹。 簡介 1989 年，美國 司的一批技術(shù)人員研發(fā)推出了 軟件的第一個版本，它一經(jīng)面世，就以它的尺寸驅(qū)動、基于特征設(shè)計的實體造型軟件深受用戶歡迎。 軟件很快就被廣泛應(yīng)用于自動化、機(jī)械、電子、模具、汽車、航空航天、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域。 應(yīng)用的是 成產(chǎn)品的三維造型，它具有易學(xué)易用、功能強(qiáng)大、互聯(lián)互通三大特色，全面提升了設(shè)計效率 ，達(dá)到節(jié)省 時間和成本、大幅度提升產(chǎn)品設(shè)計品質(zhì)的目標(biāo)，它具有以下方面的特點 ： 1． 更加友好的用戶界面 2． 更加完善的 3D 繪圖 3． 更加豐富的 操作性 4． 更加強(qiáng)大的互聯(lián)互通功能 5． 更加便捷的操控板 6． 更加快速的草繪工具 7． 更加快速的裝配 8． 更加快速的制圖 9． 更加快速的 之， 面細(xì)致的技術(shù)改進(jìn)更加貼近了用戶，這些 重要的設(shè)計思想也是三維 統(tǒng)的發(fā)展方向。 零件的三維建模 瓿頭的三維模型 打開 模模塊 ， 進(jìn)行 草繪 ， 單擊旋轉(zhuǎn)，點擊對稱軸，輸入 360，單擊 確定 ， 安 瓿頭的主體就已經(jīng)繪制出了 ， 單擊 倒角命令 ，對圖形進(jìn)行倒圓角和倒角， 單擊插入，選擇 “螺旋掃描 ”選項，設(shè)置后螺旋掃描信息 ， 生成圖 如圖 4示： 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 4瓿頭 的三維模型 連接套、調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)套也可用相同的 “旋轉(zhuǎn) ”和 “螺旋掃描 ”方式進(jìn)行建模，不再重復(fù)說明，生成圖如圖 44 4示： 圖 4接套 的三維模型 圖 4接桿 的三維模型 購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 4節(jié)套 的三維模型 圈的三維模型