一种快速装夹的医用往复锯手机设计
目录
引言 1
一、背景 1
（一）设计背景 1
（二）医用摆锯的研究现状及进展 1
二、主体结构设计 3
（一）夹紧机构设计 3
（二）导向机构设计 4
（三）传动机构设计 6
（四）总体结构设计 7
三、参数计算 8
（一）刀具运动速度计算 8
（二）弧齿锥齿轮齿形参数计算 9
四、确定外观绘制效果图 14
（一）修改外观 14
（二）渲染效果图 15
五、装配图纸 17
总结 18
参考文献 19
致谢 20
引言
现有的医用往复摆锯，锯片的安装通常是采用旋转螺母，用锥面压缩弹簧夹头来压紧锯片，用于往复锯工作时有一定的振动，这种锥面及螺纹的夹紧方式易出现螺纹及锥面松动，有时也可能出现锥面抖紧的情况。所以一般需用扳手等工具旋紧安装或旋松卸下，以保证夹紧下不松，及松开时能打开，不仅可靠性较差，而且操作不方便，拆装速度较慢。
一、背景
（一）设计背景
随着骨种植技术的发展，骨切割和钻孔在临床上应用日益广泛。在现代医疗骨科手术中，一般采用骨钻除去钻头装上各种形状大小不等的锯片来做骨组织的切除手术。现有的医用往复摆锯，锯片的安装通常是采用旋转螺母，用锥面压缩弹簧夹头来压紧锯片，用于往复锯工作时有一定的振动，采用锥面及螺纹的夹紧方式易出现螺纹及锥面松动，有时也可能出现锥面抖紧的情况，所以一般需要使用扳手工具旋紧安装或旋松卸下，以保证夹紧不松或者松开时能顺利打开。此种锯片接口在骨科手术中，不仅可靠性差，而且操作不方便，拆装速度较慢。
本课 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
题的研究目的是要提供一种新型的医用摆锯的锯片接口，此锯片接口能解决目前医用往复摆锯锯片接口可靠性差、操作不便及拆装繁琐等一系列缺点。
（二）医用摆锯的研究现状及进展
1993年，张利剑研究了一种新型医用多功能直柄电动骨锯钻，此医用多功能直柄电动骨锯钻的结构如图1-1所示，用于骨科手术中的钻骨和锯骨。由一个电动主机，与三个机头组合后，分别构成电钻，摆动锯、往复锯。电动主机采用全密封形式及微电机启动保护装置；电动主机与各机头的连接结构，在各机头尾部有尾孔，可套装在电动主机前壳上；钻机机头采用行星齿轮减速结构；摆动锯机头采用曲轴结构；往复锯机头采用偏心盘结构。由于采用以上独特的机械结构使得本多功能直柄电动骨锯操作灵活，体积小，重量轻，便于携带。
图1-1 医用多功能电动骨锯钻
2005年周袭明对医用摆动锯作了研究，其结构如图1-2所示，包括壳体、电机和切削装置；切削装置包括锯片和摆动轴，锯片通过一锯片螺母固定在所述摆动轴上；电机安装在壳体内，壳体的下方设置有手柄，该手柄上还设有开关和电源，通过该开关驱动电机；电机通过一偏心传动轴带动一偏心轴同步转动，该偏心轴通过一摆叉杆带动摆动轴往复摆动。此医用摆动锯具有大幅度地提高锯片的切骨力度，减低摩擦损耗，使用方便、快捷，减少手术时间，缩短病人痛苦。
图1-2 医用电动骨锯
2007年郭毅军研究了医用摆锯手机及医用摆锯的锯片快换结构，其主要特征是在往复摆锯主体上设有直线轴承，往复轴与直线轴承配合，往复轴的后端与壳体内的传动机构输出端铰接，往复轴的前段与锯片连接，锁定螺钉固定，锯片的柄部卡口设有多个等距离与圆柱配合的圆孔和半圆孔；按钮与摆动轴上部圆盘上面的盲孔配合，在按钮的下端与盲孔的底部之间设有压缩弹簧；传动杆穿过压套两侧的通孔、摆动轴两侧的条形孔、按钮下部的径向通孔；摆动轴通过轴承和与筒体的中下部配合，摆动轴的下部通过定位销与拨叉固定连接。此结构具有运动精度高、振动小、发热小的特点，并且安装或更换锯片方便快捷；不仅锯片定位可靠，而且角度可调，更好地满足了临床手术的要求。
2014年舒捷医疗科技（苏州）有限公司研究了一种新的医用锯的夹头结构，用于夹持医用锯的锯片，锯片具有一与夹头结构配合的柄部，其特征是，包括具有能紧贴柄部侧面的第一压紧部的第一压紧件，以及面向第一压紧部设置、能够相对靠近和远离第一压紧部的至少两个第二压紧件，第一压紧部由多个在同一平面内且能够同时与柄部侧面贴合的点组成，第二压紧件具有面向第一压紧部设置的斜面状或者曲面状第二压紧部，夹头结构还包括能将柄部的一侧面贴合并压紧在第一压紧部，同时将另一侧的对应两棱边分别压紧在相应第二压紧件的第二压紧部上的压缩弹簧。此医用锯的夹头结构，能使锯片平行于第一压紧部所在平面被压紧，避免歪斜，有利于保证切割质量和切割稳定性。
二、主体结构设计
往复锯手机是接在动力系统上的执行部件，其功能主要是为了将动力系统输出的回转运动转换成刀具的往复运动，从而实现切割作用。如图2-1是设计完成并渲染后的式样，蓝色零件为刀具开关，向右推压蓝色零件可实现刀具的快速装夹。
图2-1 外观图
（一）夹紧机构设计
为了实现快速装夹，我们设计了图2-2、2-3所示的夹紧机构。在图2-3中箭头方向力的作用下顶紧块可带动长销一起克服弹簧的弹力做功，为了保证了长销在作用力下移动过程中不产生径向晃动，我们在内导向套上设计了两个和长销伸出端直径相同的长腰孔进行导向。上述结构可以使刀具安装过程平稳进行，弹簧的使用提供了稳定的弹力，让刀具夹紧更加可靠和方便。
图2-2夹紧机构简图
图2-3 夹紧机构截面图
我们在锯片（如图2-4所示）的尾部做了特殊的结构设计，由于限位块的关系锯片插入内导向套的内孔中会无法插入，此时转动锯片，使锯片尾部缺口部位让开挡块继续插入，此时锯片尾部先接触顶紧块并使得顶紧块右移克服弹簧力做功，当锯片再次因挡块无法插入时，转动锯片使得锯片另一缺口正好将挡块卡住，在压缩弹簧弹力的作用下锯片与挡块之间产生了轴向的相互作用力实现了安装夹紧的目的。锯片安装到位后如图2-5所示，此时弹簧处于压缩状态。
图2-4 锯片 图2-5 锯片安装后图
（二）导向机构设计
导向机构（如图2-6所示）的功能是保证夹紧机构在工作中能平稳、安静的进行周期性往复运动。导向机构和夹紧机构的安装关系如图2-7所示。在导向机构中使用了两个摩擦套来对夹紧机构进行导向，该导向功能是由静摩擦的方式实现的，从而对接触零件提出了较高的要求，开始设计过程中，考虑的方式是在导向套和夹紧机构间用线性轴承来进行导向，这样考虑主要因线性轴承是标准件，价格便宜稳定性好，但由于安装空间的关系，线性轴承显然是无法承担这一重任了。考虑到铜件的耐磨性和抗震能力都很好，采用了铜材料制作摩擦套来进行导向，且两摩擦套是安装进导向套中后进行内孔加工的，以保证同轴度，且对摩擦套内壁进行了全跳动的要求。同时我们也对这两个摩擦套材料选定了备选方案，就是用聚四氟乙烯材料来替代铜材料，聚四氟乙烯摩擦系数是固体材料中最低的，具有固体材料中最小的表面张力，不沾附任何物质，这些优点表明聚四氟乙烯材料非常适合作为摩擦导向套使用，此外导向机构工作的方式表面对导向套的强度要求不是很高。理论上来说两种材料都可以满足工作需求。
[6] 郭毅军;周坤.一种医用往复锯手机：中国，200720124790.X[P].2008.05.21.
引言 1
一、背景 1
（一）设计背景 1
（二）医用摆锯的研究现状及进展 1
二、主体结构设计 3
（一）夹紧机构设计 3
（二）导向机构设计 4
（三）传动机构设计 6
（四）总体结构设计 7
三、参数计算 8
（一）刀具运动速度计算 8
（二）弧齿锥齿轮齿形参数计算 9
四、确定外观绘制效果图 14
（一）修改外观 14
（二）渲染效果图 15
五、装配图纸 17
总结 18
参考文献 19
致谢 20
引言
现有的医用往复摆锯，锯片的安装通常是采用旋转螺母，用锥面压缩弹簧夹头来压紧锯片，用于往复锯工作时有一定的振动，这种锥面及螺纹的夹紧方式易出现螺纹及锥面松动，有时也可能出现锥面抖紧的情况。所以一般需用扳手等工具旋紧安装或旋松卸下，以保证夹紧下不松，及松开时能打开，不仅可靠性较差，而且操作不方便，拆装速度较慢。
一、背景
（一）设计背景
随着骨种植技术的发展，骨切割和钻孔在临床上应用日益广泛。在现代医疗骨科手术中，一般采用骨钻除去钻头装上各种形状大小不等的锯片来做骨组织的切除手术。现有的医用往复摆锯，锯片的安装通常是采用旋转螺母，用锥面压缩弹簧夹头来压紧锯片，用于往复锯工作时有一定的振动，采用锥面及螺纹的夹紧方式易出现螺纹及锥面松动，有时也可能出现锥面抖紧的情况，所以一般需要使用扳手工具旋紧安装或旋松卸下，以保证夹紧不松或者松开时能顺利打开。此种锯片接口在骨科手术中，不仅可靠性差，而且操作不方便，拆装速度较慢。
本课 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
题的研究目的是要提供一种新型的医用摆锯的锯片接口，此锯片接口能解决目前医用往复摆锯锯片接口可靠性差、操作不便及拆装繁琐等一系列缺点。
（二）医用摆锯的研究现状及进展
1993年，张利剑研究了一种新型医用多功能直柄电动骨锯钻，此医用多功能直柄电动骨锯钻的结构如图1-1所示，用于骨科手术中的钻骨和锯骨。由一个电动主机，与三个机头组合后，分别构成电钻，摆动锯、往复锯。电动主机采用全密封形式及微电机启动保护装置；电动主机与各机头的连接结构，在各机头尾部有尾孔，可套装在电动主机前壳上；钻机机头采用行星齿轮减速结构；摆动锯机头采用曲轴结构；往复锯机头采用偏心盘结构。由于采用以上独特的机械结构使得本多功能直柄电动骨锯操作灵活，体积小，重量轻，便于携带。
图1-1 医用多功能电动骨锯钻
2005年周袭明对医用摆动锯作了研究，其结构如图1-2所示，包括壳体、电机和切削装置；切削装置包括锯片和摆动轴，锯片通过一锯片螺母固定在所述摆动轴上；电机安装在壳体内，壳体的下方设置有手柄，该手柄上还设有开关和电源，通过该开关驱动电机；电机通过一偏心传动轴带动一偏心轴同步转动，该偏心轴通过一摆叉杆带动摆动轴往复摆动。此医用摆动锯具有大幅度地提高锯片的切骨力度，减低摩擦损耗，使用方便、快捷，减少手术时间，缩短病人痛苦。
图1-2 医用电动骨锯
2007年郭毅军研究了医用摆锯手机及医用摆锯的锯片快换结构，其主要特征是在往复摆锯主体上设有直线轴承，往复轴与直线轴承配合，往复轴的后端与壳体内的传动机构输出端铰接，往复轴的前段与锯片连接，锁定螺钉固定，锯片的柄部卡口设有多个等距离与圆柱配合的圆孔和半圆孔；按钮与摆动轴上部圆盘上面的盲孔配合，在按钮的下端与盲孔的底部之间设有压缩弹簧；传动杆穿过压套两侧的通孔、摆动轴两侧的条形孔、按钮下部的径向通孔；摆动轴通过轴承和与筒体的中下部配合，摆动轴的下部通过定位销与拨叉固定连接。此结构具有运动精度高、振动小、发热小的特点，并且安装或更换锯片方便快捷；不仅锯片定位可靠，而且角度可调，更好地满足了临床手术的要求。
2014年舒捷医疗科技（苏州）有限公司研究了一种新的医用锯的夹头结构，用于夹持医用锯的锯片，锯片具有一与夹头结构配合的柄部，其特征是，包括具有能紧贴柄部侧面的第一压紧部的第一压紧件，以及面向第一压紧部设置、能够相对靠近和远离第一压紧部的至少两个第二压紧件，第一压紧部由多个在同一平面内且能够同时与柄部侧面贴合的点组成，第二压紧件具有面向第一压紧部设置的斜面状或者曲面状第二压紧部，夹头结构还包括能将柄部的一侧面贴合并压紧在第一压紧部，同时将另一侧的对应两棱边分别压紧在相应第二压紧件的第二压紧部上的压缩弹簧。此医用锯的夹头结构，能使锯片平行于第一压紧部所在平面被压紧，避免歪斜，有利于保证切割质量和切割稳定性。
二、主体结构设计
往复锯手机是接在动力系统上的执行部件，其功能主要是为了将动力系统输出的回转运动转换成刀具的往复运动，从而实现切割作用。如图2-1是设计完成并渲染后的式样，蓝色零件为刀具开关，向右推压蓝色零件可实现刀具的快速装夹。
图2-1 外观图
（一）夹紧机构设计
为了实现快速装夹，我们设计了图2-2、2-3所示的夹紧机构。在图2-3中箭头方向力的作用下顶紧块可带动长销一起克服弹簧的弹力做功，为了保证了长销在作用力下移动过程中不产生径向晃动，我们在内导向套上设计了两个和长销伸出端直径相同的长腰孔进行导向。上述结构可以使刀具安装过程平稳进行，弹簧的使用提供了稳定的弹力，让刀具夹紧更加可靠和方便。
图2-2夹紧机构简图
图2-3 夹紧机构截面图
我们在锯片（如图2-4所示）的尾部做了特殊的结构设计，由于限位块的关系锯片插入内导向套的内孔中会无法插入，此时转动锯片，使锯片尾部缺口部位让开挡块继续插入，此时锯片尾部先接触顶紧块并使得顶紧块右移克服弹簧力做功，当锯片再次因挡块无法插入时，转动锯片使得锯片另一缺口正好将挡块卡住，在压缩弹簧弹力的作用下锯片与挡块之间产生了轴向的相互作用力实现了安装夹紧的目的。锯片安装到位后如图2-5所示，此时弹簧处于压缩状态。
图2-4 锯片 图2-5 锯片安装后图
（二）导向机构设计
导向机构（如图2-6所示）的功能是保证夹紧机构在工作中能平稳、安静的进行周期性往复运动。导向机构和夹紧机构的安装关系如图2-7所示。在导向机构中使用了两个摩擦套来对夹紧机构进行导向，该导向功能是由静摩擦的方式实现的，从而对接触零件提出了较高的要求，开始设计过程中，考虑的方式是在导向套和夹紧机构间用线性轴承来进行导向，这样考虑主要因线性轴承是标准件，价格便宜稳定性好，但由于安装空间的关系，线性轴承显然是无法承担这一重任了。考虑到铜件的耐磨性和抗震能力都很好，采用了铜材料制作摩擦套来进行导向，且两摩擦套是安装进导向套中后进行内孔加工的，以保证同轴度，且对摩擦套内壁进行了全跳动的要求。同时我们也对这两个摩擦套材料选定了备选方案，就是用聚四氟乙烯材料来替代铜材料，聚四氟乙烯摩擦系数是固体材料中最低的，具有固体材料中最小的表面张力，不沾附任何物质，这些优点表明聚四氟乙烯材料非常适合作为摩擦导向套使用，此外导向机构工作的方式表面对导向套的强度要求不是很高。理论上来说两种材料都可以满足工作需求。
[6] 郭毅军;周坤.一种医用往复锯手机：中国，200720124790.X[P].2008.05.21.
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