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畢業(yè)設計說明書
題目名稱： X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計說明書
院系名稱： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 號：
學生姓名：
指導教師：
2015年3月
摘 要
本課題來源于當今社會醫(yī)療工業(yè)醫(yī)療康復設備的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎之上，通過設計出X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而來滿足當今社會醫(yī)療、康復設備不足的缺陷。
國內(nèi)X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟、治療效果好，效率高等主題保持一致。近期對醫(yī)療機械行業(yè)中X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的使用情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在醫(yī)療機械行業(yè)中，X射線C型臂的使用非常普遍。自然而然在醫(yī)療機械設備中它們的安裝也非常頻繁。傳統(tǒng)的X射線C型臂使用難度大，對病人身體的檢測的程度不夠，價格昂貴，所以設計一個新型的X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)勢在必行。
本文運用大學所學的知識，提出了X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構(gòu)建了X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總的指導思想，從而得出了該X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且使用方便等結(jié)論。
關鍵字：醫(yī)療機械、X射線C型臂系統(tǒng)，設備，高效
Abstract
With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools.
Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework.
The?inverted?pendulum?is?a?typical?high?order?system,?with?multi?variable,?non-linear,? strong-coupling,?fleet?and?absolutely?instable.?It?is?representative?as?an?ideal?model?to?prove?new?control?theory?and?techniques.?During?the?control?process,?pendulum?can?effectively?reflect?many?key?problems?such?as?equanimity,?robust,?follow-up?and?track,?therefore.This?paper?studies?a?control?method?of?double?inverted?pendulum?.?First?of?all,?the?mathematical?model?of?the?double?inverted?pendulum?is?established,?then?make?a?control?design?to?double?inverted?pendulum?on?the?mathematical?model,?and?determine?the?system?performance?index?weightmatrix?,??by?using?genetic?algorithm?in?order?to?attain?the?system?state?feedback?control?matrix.?Finally,?the?simulation?of?the?system?is?made?by?.?
Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Fout degrees of freedom.
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 引言 1
1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2 C臂X射線機的用途 2
1.3 C臂X射線機的特點 1
1.4 本課題研究的內(nèi)容 3
1.5 Solidworks設計基礎 4
1.5.1 草圖繪制 5
1.5.2 基準特征，參考幾何體的創(chuàng)建 6
1.5.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 7
1.5.4 工程圖的設計 10
1.5.5 裝配設計 11
2 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)的設計 12
2.1 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體方案圖 12
2.2 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工作原理 15
2.3 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計計算 17
2.3.1CCD攝像機的選型計算 18
2.3.2轉(zhuǎn)動軸的設計計算 19
2.3.3軸承的選型計算 19
3 各主要零部件強度的校核 21
3.1轉(zhuǎn)動軸強度的校核與計算 22
3.2軸承強度的校核計算 23
4 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主要零件的三維建模 24
4.1控制柜的三維建模 25
4.2底架的三維建模 25
4.3腳輪的三維建模 27
4.4 C臂X射線機的三維建模 28
5 三維軟件設計總結(jié) 29
結(jié)論 30
致謝 31
參考文獻 32
1 引言
1.1課題的來源與研究的目的和意義
機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。
? 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。
研究、設計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。
? 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。
機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。
這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。
由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務。
機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。
人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。
人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。
由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。
1.2 C臂X射線機的用途
廣泛應用于介入科、骨科、外科、矯形外科、泌尿外科、脊柱外科、腹部外科、疼痛科、心臟科、消化科、婦科及手術室等。
1.3 C臂X射線機的特點
1、更大功率的高壓發(fā)生器適合對肥胖病人的高密度組織進行成像，更高熱容量的球館可以滿足長時間、大量手術的需要。
2、國內(nèi)領先的全脈沖透視，智能曝光控制，實現(xiàn)超低輻射劑量。
3、多種工作模式，滿足各種臨床需要。
4、多葉與垂直光影控制，有效減少軟X線，大幅降低皮膚劑量。
5、進口品牌影像增強器，全數(shù)字化CCD攝像機，提供高分辨的優(yōu)質(zhì)圖像。
6、高分辨率雙醫(yī)用液晶監(jiān)視器，大幅提高圖像效果。
7、強大數(shù)字化圖文工作站標配DICOM3.0接口與網(wǎng)絡完美對接，支持Worklist登記和手動登記雙登記模式。
8、工作站具有大容量數(shù)字化存儲功能，透視和數(shù)字點片均以數(shù)字化格式無損存儲，邊緣增強?多重鏡像?gamma校正、電影回放、窗寬窗位、專家模板、刻錄等強大處理功能。
9、四維電動運動控制，定位精確，靈活自如；超大機架設計，提供了超大的診視空間，更加舒適的手術環(huán)境；全新設計，全新理念、帶來超凡體驗。
10、雙面板人體圖形化液晶觸摸屏，操作智能快捷；雙運動控制系統(tǒng)、雙曝光腳閘設計，極大滿足臨床操作。其參考圖片如下：
1、4本課題研究的內(nèi)容
本論文主要研究運用SolidWorks對C臂X射線機進行設計。在設計過程中，了解SolidWorks的各種功能。
SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)。當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)。由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名。從1995年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎。其中僅從1999年起，美國權(quán)威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。
由于SolidWorks出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司。SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。
由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術。SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構(gòu)的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。
據(jù)世界上著名的人才招聘網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD軟件相比，SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實說明了越來越多的工程師和設計者使用SolidWorks三維軟件，越來越多的企業(yè)需要SolidWorks人才。Solidworks軟件功能強大，易于操作，界面人性化，技術創(chuàng)新，組件繁多是SolidWorks的五大特點。使得SolidWorks三維軟件成為目前全球領先的三維CAD解決方案。SolidWorks在設計時能夠為用戶提供不同的設計方案，通過方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設計過程中降低設計的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統(tǒng)，同時對每個工程師和設計者，乃至整個機械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權(quán)威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。
由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內(nèi)（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術，SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構(gòu)的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。
據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD系統(tǒng)相比，與SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據(jù)統(tǒng)計，全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達5500萬小時。在美國，包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學等在內(nèi)的著名大學已經(jīng)把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國內(nèi)的一些大學（教育機構(gòu)）如哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、浙江工業(yè)大學、浙江大學、華中科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、北京理工大學、武漢理工大學等也在應用SolidWorks進行教學。Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。
SolidWorks在現(xiàn)今社會階段逐漸廣泛應用，并且SolidWorks公司對中國市場重點開發(fā)，日后SolidWorks應用將會更加完善，更加普遍。通過前文對SolidWorks的深入了解后，往后會對SolidWorks進行個別應用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學分析等。
1.5 Solidworks設計基礎
熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導入等基本操作，掌握三維建模流程。
1.5.1草圖繪制
掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用陣列、實體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。
1.5.2 基準特征-參考幾何體的創(chuàng)建
清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運用各種建立基準點的方法；靈活運用各種建立基準軸方法；靈活運用各種建立基準面的方法；靈活運用坐標系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應用各種參考幾何體。
1.5、3拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模
靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實體。
1.5.4工程圖設計
靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。
1.5.5裝配設計
靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術；靈活運用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細表的方法。
2 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)的設計
2.1 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體方案圖
X射線C型臂作為醫(yī)療機械的一種，廣泛應用于介入科、骨科、外科、矯形外科、泌尿外科、脊柱外科、腹部外科、疼痛科、心臟科、消化科、婦科及手術室等。本次設計的X射線C型臂采取的方案是：采用傳動的方管焊接而成的焊接件作為底座，通過配備各種先進的標準件來使C型臂X射線機的各個方面的性能達到最優(yōu)化，其中各個標準配件的優(yōu)點如下：
1、高頻高壓組合X線發(fā)生器，漏射線量低，穩(wěn)定安全，
2、大屏幕液晶觸摸控制屏：操作便捷，可左右旋轉(zhuǎn)90度。中文顯示，穩(wěn)定高效，
3、脈沖增強透視達10mA,適合對各類體型的患者進行清晰的診斷，
4、獨特擋線輪：防止設備移動時磨損線纜，避免事故，確保安全，
5、開口達800mm,醫(yī)生有較大的操作空間，便于手術，
6、三視野影像增強器，分9、6、4.5寸，可放大圖像，便于診斷，
7、CCD攝像機可360°旋轉(zhuǎn)，對病兆不同角度進行拍攝。
8、進口直線導軌，移動輕松、靈活。
9、品牌濾線柵，大大減少散射線，提高圖象清晰度。
10、采用歐姆龍繼電器，噪音小，使用壽命長。
其具體方案布局圖如下：
2.2 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工作原理
X射線應用于醫(yī)學診斷，主要依據(jù)X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用。由于X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體后的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上(經(jīng)過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據(jù)陰影濃淡的對比，結(jié)合臨床 表現(xiàn)、化驗結(jié)果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。
2.3 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計計算
2.3.1 CCD攝像機的選型計算
? 清晰度數(shù)是衡量攝像機優(yōu)劣的一個重要參數(shù)， 它指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器（應比攝像機的分辨率高）上能夠看到的最多線數(shù)。當超過這一線數(shù)時，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。工業(yè)監(jiān)視用攝像機的分辨率通常在 380~460 線之間，廣播級攝像機的分辨率則可達到700 線左右。清晰度是由攝像器件像素多少決定的，顯然攝像器件的像素越多，得到的圖像越清晰，反之也然。清晰度越高，說明攝像機檔次越高，反之越低。最低照度是最低照度是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。一般彩色攝像機的最低照度為 2~3LUX, ?照度的測定是以在一定的鏡頭光圈系數(shù)為前提,因此,不能只看攝像機說明書中標明的最低照度,應按攝像機在同一光圈系數(shù)下其照度值的大小。最低照度越小,攝像機檔次越高。相對于彩色攝像機而言,黑白攝像機由于沒有色度處理而只對光線的強弱(亮度)信號敏感,所以黑白攝像機的照度比彩色攝像機照度要低,一般可做到 0.1LUX 在 F1.4 時,至于微光攝像機則更低。有關光圈系數(shù)的知識請參閱鏡頭一節(jié)。
? 視頻信號的標稱值為 1Vp-p,標準值為 0.7Vp-p,最低照度時的視頻信號值為 1/3 到1/2的標準植。所以攝像機在最低照度時的圖像,決不會“如同白晝一樣”。另外,攝像機在最低照度時產(chǎn)生的圖像清晰度,是用電視信號測試卡進行測式的,其黑白相間的條紋,要求黑色反射率近于 0%,白色反射率大于 89.9%。而我們在現(xiàn)場觀察時有時不具備這樣的條件,比如:樹葉和草地的反射率很低,反差很小,就不易獲得清晰圖像。因此實際使用當中不能以攝像機標稱的最低照度作為衡量現(xiàn)場環(huán)境照度的標準。信噪比也是攝像機的一個重要的性能指標。當攝像機攝取較亮場景時,監(jiān)視器顯示的畫面通常比較明快,觀察者不易看出畫面中的干擾噪點;而當攝像機攝取較暗的場景時,監(jiān)視器顯示的畫面就比較昏暗,觀察者此時很容易看到畫面中雪花狀的干擾噪點。干擾噪點的強弱(也即干擾噪點對畫面的影響程度)與攝像機信噪比指標的好壞有直接關系,即攝像機的信噪比越高,干擾噪點對畫面的影響就越小。所謂“信噪比”指的是信號電壓對于噪聲電壓的比值,通常用符號 S/N來表示。由于在一般情況下,信號電壓遠高于噪聲電壓,比值非常大,因此,實際計算攝像機信噪比的大小通常都是對均方信號電壓與均方噪聲電壓的比值取以10為底的對數(shù)再乘以系數(shù)20, 單位用dB表示。一般攝像機給出的信噪比值均是在 AGC(自動增益控制)關閉時的值,因為當 AGC 接通時,會對小信號進行提升,使得噪聲電平也相應提高。CCD 攝像機信噪比的典型值一般為 45dB~55dB。測量信噪比參數(shù)時,應使用視頻雜波測量儀直接連接于攝像機的視頻輸出端子上。AGC——Automatic Gain Control 的縮寫。 所有攝象機都有一個將來自 CCD的信號放大到可以使用水準的視頻放大器,其放大量即增益,等效于有較高的靈敏度,可使其在微光下靈敏,然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載,使視頻信號畸變。為此,需利用攝象機的自動增益控制(AGC)電路去探測視頻信號的電平,適時地開關 AGC,從而使攝象機能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作,此即動態(tài)范圍,即在低照度時自動增加攝象機的靈敏度,從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。具有 AGC 功能的攝像機,在低照度時的靈敏度會有所提高,但此時的噪點也會比較明顯。這是由于信號和噪聲被同時放大的緣故。BLC——BackLight Compesation 的縮寫,也稱作逆光補償或逆光補正,它可以有效補償攝像機在逆光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。通常,攝象機的 AGC 工作點是通過對整個視場的內(nèi)容作平均來確定的, 但如果視場中包含一個很亮的背景區(qū)域和一個很暗的前景目標,則此時確定的 AGC 工作點有可能對于前景目標是不夠合適的,背景光補償有可能改善前景目標顯示狀況。當引入背光補償功能時,攝像機僅對整個視場的一個子區(qū)域(如從第 80 行 ~ 200 行的中心區(qū)域)進行檢測,通過求此區(qū)域的平均信號電平來確定 AGC 電路的工作點。由于子區(qū)域的平均電平很低,AGC 放大器會有較高的增益,使輸出視頻信號的幅值提高,從而使監(jiān)視器上的主體畫面明朗。此時的背景畫面會更加明亮,但其與主體畫面的主觀亮度差會大大降低,整個視場的可視性得到改善。?
? 當背景光補償為開啟時,攝象機僅對整個視場的一個子區(qū)域求平均來確定其 AGC 工作點,此時如果前景目標位于該子區(qū)域內(nèi)時,則前景目標的可視性有望改善。
2.3.2轉(zhuǎn)動軸的設計計算
（1）初步確定軸的直徑
根據(jù)工作條件，取mm
（2）浮動軸受力分析
N （3.33） N （3.34） N
傳動軸的受力簡圖
（3）繪制浮動軸的受力簡圖，如圖所示，求支座反力
①垂直面支反力：
由，得：
由，得：
N （3.37）
②水平面支反力：
由，得：
（3.38）
N
由，得：
N （3.39）
（4）作彎矩圖：
①垂直面彎矩圖：
C點
N·mm （3.40）
②水平面彎矩圖：
C點
N·mm （3.41）
③合成彎矩圖：
C點
N·mm （3.42）
（5）作轉(zhuǎn)矩T圖：
N·mm
2.3.3軸承的選型計算
軸承的選擇并不是只考慮軸徑一個因素，還要考慮到軸承的性能，一般要考慮到其壽命、可靠度（指該軸承達到或超過規(guī)定壽命的概率）、靜載荷、動載荷、額定壽命、基本額定壽命、基本額定載荷等等很多因素。最主要的是允許空間、載荷的大小和方向、軸承工作轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度、軸承的剛性（一般磙子軸承的剛性大于球軸承）、軸向游動、安裝和拆卸。因為在本設計的軸上徑向載荷大，軸向載荷小，而且存在軸或殼體變形大以及安裝對中性差的問題，所以選用調(diào)心滾子軸承，因為調(diào)心磙子軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受少量的雙軸向載荷，而圓錐磙子軸承有打的錐角可承受大的徑、軸向聯(lián)合載荷。所以選用（雙列向心）圓錐磙子軸承，有雙內(nèi)圈，并是可分離的軸承，根據(jù)d=80mm,由參考資料2P7－356 表7－2－78 帶緊定套的調(diào)心滾子軸承（GB/T288-1994），選用22218CK/W33+H318軸承，其基本額定載荷為=240KN,=322KN, 根據(jù)軸承選用配套的軸承座，參考資料2P7-43表7-2-105 適用圓錐孔的異徑孔滾動軸承座(GB/T7813-1998) SNK型軸承座，可選用SNK316型的軸承。
3 各主要零部件強度的校核
3.1轉(zhuǎn)動軸強度的校核與計算
按彎扭合成應力校核軸的強度
校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應力
MPa （3.43）
選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。
（7）精確校核軸的疲勞強度
①判斷危險截面
從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。
②截面V左側(cè)
抗彎截面系數(shù) mm （3.44）
抗扭截面系數(shù) mm （3.45）
截面V左側(cè)的彎矩M為
Mpa （3.46）
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應 Mpa （3.47）
截面上的扭轉(zhuǎn)切應力MPa （3.48）
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻[1]表可知，MPa，MPa，MPa。
由文獻[1] 附表可知，用插入法求出
，
軸按精車加工，由文獻[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強化處理，
固得綜合系數(shù)為
（3.49）
由文獻[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù)
取
取
所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為
（3.50）
（3.51）
（3.52）
故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。
③截面V右側(cè)
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面V左側(cè)的彎矩M為
MPa
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應力 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應力 MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按文獻[1]附表查取。因，，
，
又由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為
，
故有效應力集中系數(shù)按文獻[1，附]為
（3.53）
由文獻[1]附圖可得軸的截面形狀系數(shù)為
由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為
綜合系數(shù)為
所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為
故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。
3.2軸承強度的校核計算
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預計壽命16×365×8=48720小時；
（1）已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N；
初先兩軸承為深溝球軸承6205型。
根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；
(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N；
(3)計算當量載荷
P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取f?P=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
(4)軸承壽命計算
∵P1=P2故取P=750.3N；?
∵深溝球軸承 ε=3；?
4 X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主要零件的三維建模
4.1控制柜的三維建模
4.2 底架的三維建模
4.3腳輪的三維建模
4.4 C臂X射線機的三維建模
5 三維軟件設計總結(jié)
通過此次設計，又一次提升了運用三維軟件的水平，并吸收了不少經(jīng)驗，總結(jié)為一下幾點。
（1） 有零件圖紙作圖與空想設計作圖不同，零件尺寸已經(jīng)給出，作圖時先不考慮尺寸是否真的合適，根據(jù)尺寸作出零件的三維圖，但到裝配時必須要考慮尺寸是否合適，由于AutoCAD圖紙效果不好，導致尺寸會有出錯，甚至有出現(xiàn)欠定義尺寸，所以，此時必須通過配合后在衡量尺寸，再進行修改，直到滿足配合要求。
（2） 工具集的確方便了作圖，通過選擇零件類型，輸入數(shù)據(jù)，就能生成出標準零件，但有時需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此時要隨機應變，運用其他零件代替并通過修改或添加零件使其滿足要求。
（3） 作三維圖時要靈活變通，解決問題的方法總比問題多，當一種方法不能正常作圖時，試試另一種方法，這不但能完成零件制作，同時也可以培養(yǎng)出更好的作圖思路，和打破規(guī)矩的新想法。
（4） 規(guī)則的零件，要學會使用一些能夠節(jié)省時間的命令，如鏡向，陣列等，“能省則省”。
（5） 關于裝配，曾經(jīng)帶給我很大的阻礙，花了很多時間才弄清原因所在。在一可活動子裝配體上，即使活動范圍會產(chǎn)生干涉，也不能對其設定活動范圍，如高級配合里的距離范圍，和角度范圍，即使在該活動范圍并不影響父配體，也不可設定。因為一旦設定范圍后，在父裝配體上會將子裝配體視為完全定義的模型，這樣會對子裝配體之間的配合產(chǎn)生矛盾，將不能完成裝配。
看懂圖是作圖的首要任務，看圖就是了解零件的工具，沒有工具則無法制出 零件，所以畫圖不能急于下筆，想透了零件的結(jié)構(gòu)，想透圖中的虛實線，這才是高效作圖的重中之重。進行零件建模前，一般應進行深入的特征分析，搞清零件是由那幾個特征組成，明確各個特征的形狀，他們之間的相對位置和表面連接關系，然后按照特征的主次關系，按一定的順序進行建模。一個復雜的零件，可能是許多個簡單特征經(jīng)過相互之間的疊加、切除或相交組成。所以零件建模時，特征的生成順序十分重要，不同的建模過程雖然可以構(gòu)造出同樣的實體零件，但其造型過程及實體的構(gòu)型結(jié)構(gòu)卻直接影響到實體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實體模型的應用。
尤其在二維圖紙上，我們能看到的只是零件的平面圖，而內(nèi)部特征則以虛線給予表示，另外還有零件的相貫線，這表示了各個特征相交時出現(xiàn)線段。在零件的草圖繪制過程中，必須要選好第一個草繪平面，這很關鍵，這個平面決定了往后建模的所用到的命令，簡單的說，一個圓柱可以作一個圓形然后拉伸，也可以作一個長方體旋轉(zhuǎn)，雖然他們的結(jié)果都一樣，但所用的草繪平面和命令就截然不同。如果我們要的是一條軸，那我們就應該選擇第二種方法為好了。
由于此設計的零件都是比較規(guī)則的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋轉(zhuǎn)命令，而且很多零件都是擁有對稱關系，所以為了節(jié)省時間，提高效率，經(jīng)常會用到鏡向特征命令。
一張完整的工程圖應具備以下4方面的內(nèi)容。
（1） 一組視圖：用一組視圖（其中包括視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖）確、完整、清晰地表達零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀。
（2） 尺寸：確定零件各部分形狀的大小和位置
（3） 技術要求：表明零件在制造和檢驗是應達到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料熱處理方式和指標等。
（4） 標題欄：注明零件名稱、材料、數(shù)量、圖樣比例以及圖號等內(nèi)容。
單擊【新建文件】圖標，系統(tǒng)顯示新建SolidWorks文件對話框，雙擊該對話框中得裝配體選項，即可進入裝配體工作模式。
（6） 調(diào)入第一個零件模型并放置在裝配體的原點處，即零件原點與裝配體原點重合。調(diào)入一個與第一個零件模型有裝配關系的零件模型。分析兩個零件之間的裝配約束關系，然后選取相應的約束選項進行零件操作。
結(jié) 論
在最近的一段時間的畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
致 謝
至此在論文完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師這幾年來對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導師嚴謹求實的治學態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學術作風，認真加負責，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設計與計算，查找了各類的X射線C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的設計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。
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