医用电动环形锯设计与工艺分析
目 录
引言 1
一、技术背景 2
（一）设计背景 2
（二）医用摆锯的研究现状及进展 2
二、主体结构设计 3
（一）传动机构 3
（二）电机机构 7
（三）控制系统 7
三、参数计算 8
（一）刀具偏转角计算 8
（二）线速度计算 9
四、主要零部件设计分析 10
（一）偏心轴 10
（二）铜套 11
（三）拨叉 13
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
随着人们生活水平显著提高，国家在医疗器械上支持力度的不断加大和全球一体化逐渐形成，中国在医疗器械行业更是得到了快速的发展。二零零五年，中国医疗器械的发展已经成为仅次于美国和日本的第三大医疗器械市场，2010年中国医疗器械总产值达1000亿元，超过日本成为全球第二大医疗器械市场。
本文所研究课题就是适应社会发展，也是医疗上最具有发展前景的一项产品，我们都知道骨科做手术，需要高精密的仪器去支持，那本文研究电动环形锯，使用高新质量电机来提供强有力的动力，解决电机动力不足的问题。我们在传动系统设计中采用高精密设计理念，为了可以在传动过程中减少能量损失和降低噪音，来完成精密传动效果，这样可以使动力工具在临床使用性能更稳定、更舒适和安全。刀具我们使用的材料都是进口材料，国外先进的加工工艺。目的就是为了刀具上面的锯齿平整，整齐，锋利，这样在做手术的时候可以保证刀具切割迅速准确，确保手术中骨切面整齐 大大降低骨头表面温升。为了保证在切割过程中更加安全迅速，我们采用国际通用多点压接方式 ，这样可以避免国内大多数医用动力工具采用的单点压接 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
方式所引起共振现象。
电动环形锯是一种把电机回转运动转变成周期性摆动运动，其中简单原理就是电机带动偏心轴上，偏心轴上的轴承带动拨叉来回往复运动，而拨叉往复摆动带动刀具固定轴上的刀具实现周期性摆动，进而实现产品切割作用。
本文中我将会主要从电动环形锯中传动系统展开研究，利用了CATIA软件进行了该种电动环形锯的结构设计，运用Mathcad软件完成工程计算。
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的应用日益广泛。医生在做骨科手术时候，经常遇见需要用刀具吧病人的坏掉的骨组织切掉，在切割手术的时候，为了避免病人在做手术的时候流血过多，切割处的伤口越小越好，这就需要一种医用器械工具在较小的行程内高速往复切割骨头。然而目前医院做手术所用医用往复锯，就是包括一对相互啮合和通过轴心线垂直的伞形齿轮，通过其中一个伞形齿轮连接在电机的转子上面，另一个伞形齿轮的转动轴上固定连接有一个偏心设置的凸轮，该凸轮与锯片相传动连接，从而可实现锯片的往复直线运动，如“中国专利ZL200520052162.6”中所公开的内容，这种传统传动结构的往复锯传动动力的时候，会在电机高速运转时，造成噪音较大、磨损严重和运转不平稳等一系列问题。
（二）医用摆锯的研究现状及进展
2005年周袭明对医用摆动锯作了研究，其结构如图1-1所示，包括壳体、电机和切削装置；所述切削装置包括锯片和摆动轴，该锯片通过一锯片螺母固定在所述摆动轴上；所述电机安装在所述壳体内，所述壳体的下方设置有手柄，该手柄上还设有开关和电源，通过该开关驱动所述电机；所述电机通过一偏心偏心轴带动一偏心轴同步转动，该偏心轴通过一摆叉杆带动所述摆动轴往复摆动。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1-1 医用摆动锯
二、主体结构设计
主体机构完整部件，其本体主要由三大部分组成，分别是传动机构，电机机构和控制系统。
（一）传动机构
图2-1传动系统总装图示意图
图2-2 零件清单
1.传动机构的组成与功能
图2-1是本传动系统总装图示意图，图2-2是传动系统零件清单。本传动机构是一种新型传动系统运用在医用电动环形锯，传动系统可以实现传动机构在电动工具里在高速运转并且平稳运行。其中主要有偏心轴部件和拨叉刀具固定轴部件组成。
本传动结构技术方案运用在一种医用电动环形锯，电动环形锯整体包含环形锯的外壳、放置在环形锯外壳里面的电机与电池、通过固定连接在环形锯电机的转子上面的偏心轴、可移动地设置在所述的外体内的刀具固定轴和装置在该刀具固定轴上的锯片，在偏心轴上放置可实现平稳转动的规格轴承，偏心轴上轴承上具有拨动拨叉往复移动来带动刀具固定轴实现来回往复摆动的第二连接部，刀具固定轴上的拨叉凹槽与偏心轴相互配合。偏心轴在电机带动下做回转运动，这样就可以通过偏心轴上的轴承，通过偏心轴两轴线平行而不重合，这样就可以把力传递到拨叉上，致使拨叉来回摆动，这样装有刀具的刀具固定轴也只能进行来回摆动，实现本机构的功能。在做手术的时候，刀具进行切割时，描述的偏心轴在电机的带动下绕自身轴心线转动，偏心轴上面的轴承则绕主轴的轴心线公转，拨叉相对于偏心轴的摆角范围为2β，对应的，偏心轴每转动一周，拨叉就往复移动一个来回，拨叉往复移动从而带动刀具固定轴上面的刀具完成高速切削。通过采用了上面传动系统技术方案，使得本机构与现有技术相比具有传动平稳，噪音小的突出优点，特别是在医用电动环形锯高速运转的情况下，其具有传动效率高、噪音小、传动精确以及寿命长等优点。
2．传动机构关键部件介绍
（1）偏心轴部件
偏心轴部件是组成传动系统重要部件之一，主要有偏心轴，轴承还有挡圈组成，（如图2-3所示）。
图2-3偏心轴部件示意图
偏心轴作为主体，把轴承安装在偏心轴的输出轴上，并且用弹性挡圈固定。其工作状态是电机输出轴插在偏心轴尾部内孔中，电机转动带动偏心轴，偏心轴上的轴承也跟着转动，而偏心轴转动，偏心轴前端的输出轴轴承也随着偏心轴转动而转动，这样就可以带动套在轴承上面的拨叉，进行左右摆动。
(2)拨叉和刀具固定轴部件
拨叉和刀具固定轴部件部件的重要组成部分，主要包含以下几个零件，（如2-4图所示）
图2-4拨叉和刀具固定轴部件
刀具固定轴作为主体，在刀具固定轴上配做一个铜套，考虑到铜件的耐磨性和抗震能力都很好，采用了铜套来进行导向，然后尾部通过圆锥销把拨叉固定在刀具固定轴尾部。其工作状态是当偏心轴部件被电机带动做回转运动时，偏心轴前端的输出轴轴承也随着偏心轴转动而转动，这样就可以带动套在轴承上面的拨叉，进行左右摆动，拨叉进而带动刀具固定轴做摆动运动。
3.本传动机构设计方案选择依据
其它传动机构可以实现旋转运动转变成周期性摆动运动方案有：
（一）偏心轴
1、零件的功用
偏心轴是电动环形锯中用于传递功力的关键零件
2、零部件的技术要求
减少摩擦同时又要传动推力和起到支持固定作用的部件。
2、零部件的技术要求
A.内外圈及滚动体采用真空脱气铜套钢，耐疲劳性能好。
B.保持架采用铝铁锰青铜
引言 1
一、技术背景 2
（一）设计背景 2
（二）医用摆锯的研究现状及进展 2
二、主体结构设计 3
（一）传动机构 3
（二）电机机构 7
（三）控制系统 7
三、参数计算 8
（一）刀具偏转角计算 8
（二）线速度计算 9
四、主要零部件设计分析 10
（一）偏心轴 10
（二）铜套 11
（三）拨叉 13
总结 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
随着人们生活水平显著提高，国家在医疗器械上支持力度的不断加大和全球一体化逐渐形成，中国在医疗器械行业更是得到了快速的发展。二零零五年，中国医疗器械的发展已经成为仅次于美国和日本的第三大医疗器械市场，2010年中国医疗器械总产值达1000亿元，超过日本成为全球第二大医疗器械市场。
本文所研究课题就是适应社会发展，也是医疗上最具有发展前景的一项产品，我们都知道骨科做手术，需要高精密的仪器去支持，那本文研究电动环形锯，使用高新质量电机来提供强有力的动力，解决电机动力不足的问题。我们在传动系统设计中采用高精密设计理念，为了可以在传动过程中减少能量损失和降低噪音，来完成精密传动效果，这样可以使动力工具在临床使用性能更稳定、更舒适和安全。刀具我们使用的材料都是进口材料，国外先进的加工工艺。目的就是为了刀具上面的锯齿平整，整齐，锋利，这样在做手术的时候可以保证刀具切割迅速准确，确保手术中骨切面整齐 大大降低骨头表面温升。为了保证在切割过程中更加安全迅速，我们采用国际通用多点压接方式 ，这样可以避免国内大多数医用动力工具采用的单点压接 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
方式所引起共振现象。
电动环形锯是一种把电机回转运动转变成周期性摆动运动，其中简单原理就是电机带动偏心轴上，偏心轴上的轴承带动拨叉来回往复运动，而拨叉往复摆动带动刀具固定轴上的刀具实现周期性摆动，进而实现产品切割作用。
本文中我将会主要从电动环形锯中传动系统展开研究，利用了CATIA软件进行了该种电动环形锯的结构设计，运用Mathcad软件完成工程计算。
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的应用日益广泛。医生在做骨科手术时候，经常遇见需要用刀具吧病人的坏掉的骨组织切掉，在切割手术的时候，为了避免病人在做手术的时候流血过多，切割处的伤口越小越好，这就需要一种医用器械工具在较小的行程内高速往复切割骨头。然而目前医院做手术所用医用往复锯，就是包括一对相互啮合和通过轴心线垂直的伞形齿轮，通过其中一个伞形齿轮连接在电机的转子上面，另一个伞形齿轮的转动轴上固定连接有一个偏心设置的凸轮，该凸轮与锯片相传动连接，从而可实现锯片的往复直线运动，如“中国专利ZL200520052162.6”中所公开的内容，这种传统传动结构的往复锯传动动力的时候，会在电机高速运转时，造成噪音较大、磨损严重和运转不平稳等一系列问题。
（二）医用摆锯的研究现状及进展
2005年周袭明对医用摆动锯作了研究，其结构如图1-1所示，包括壳体、电机和切削装置；所述切削装置包括锯片和摆动轴，该锯片通过一锯片螺母固定在所述摆动轴上；所述电机安装在所述壳体内，所述壳体的下方设置有手柄，该手柄上还设有开关和电源，通过该开关驱动所述电机；所述电机通过一偏心偏心轴带动一偏心轴同步转动，该偏心轴通过一摆叉杆带动所述摆动轴往复摆动。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1-1 医用摆动锯
二、主体结构设计
主体机构完整部件，其本体主要由三大部分组成，分别是传动机构，电机机构和控制系统。
（一）传动机构
图2-1传动系统总装图示意图
图2-2 零件清单
1.传动机构的组成与功能
图2-1是本传动系统总装图示意图，图2-2是传动系统零件清单。本传动机构是一种新型传动系统运用在医用电动环形锯，传动系统可以实现传动机构在电动工具里在高速运转并且平稳运行。其中主要有偏心轴部件和拨叉刀具固定轴部件组成。
本传动结构技术方案运用在一种医用电动环形锯，电动环形锯整体包含环形锯的外壳、放置在环形锯外壳里面的电机与电池、通过固定连接在环形锯电机的转子上面的偏心轴、可移动地设置在所述的外体内的刀具固定轴和装置在该刀具固定轴上的锯片，在偏心轴上放置可实现平稳转动的规格轴承，偏心轴上轴承上具有拨动拨叉往复移动来带动刀具固定轴实现来回往复摆动的第二连接部，刀具固定轴上的拨叉凹槽与偏心轴相互配合。偏心轴在电机带动下做回转运动，这样就可以通过偏心轴上的轴承，通过偏心轴两轴线平行而不重合，这样就可以把力传递到拨叉上，致使拨叉来回摆动，这样装有刀具的刀具固定轴也只能进行来回摆动，实现本机构的功能。在做手术的时候，刀具进行切割时，描述的偏心轴在电机的带动下绕自身轴心线转动，偏心轴上面的轴承则绕主轴的轴心线公转，拨叉相对于偏心轴的摆角范围为2β，对应的，偏心轴每转动一周，拨叉就往复移动一个来回，拨叉往复移动从而带动刀具固定轴上面的刀具完成高速切削。通过采用了上面传动系统技术方案，使得本机构与现有技术相比具有传动平稳，噪音小的突出优点，特别是在医用电动环形锯高速运转的情况下，其具有传动效率高、噪音小、传动精确以及寿命长等优点。
2．传动机构关键部件介绍
（1）偏心轴部件
偏心轴部件是组成传动系统重要部件之一，主要有偏心轴，轴承还有挡圈组成，（如图2-3所示）。
图2-3偏心轴部件示意图
偏心轴作为主体，把轴承安装在偏心轴的输出轴上，并且用弹性挡圈固定。其工作状态是电机输出轴插在偏心轴尾部内孔中，电机转动带动偏心轴，偏心轴上的轴承也跟着转动，而偏心轴转动，偏心轴前端的输出轴轴承也随着偏心轴转动而转动，这样就可以带动套在轴承上面的拨叉，进行左右摆动。
(2)拨叉和刀具固定轴部件
拨叉和刀具固定轴部件部件的重要组成部分，主要包含以下几个零件，（如2-4图所示）
图2-4拨叉和刀具固定轴部件
刀具固定轴作为主体，在刀具固定轴上配做一个铜套，考虑到铜件的耐磨性和抗震能力都很好，采用了铜套来进行导向，然后尾部通过圆锥销把拨叉固定在刀具固定轴尾部。其工作状态是当偏心轴部件被电机带动做回转运动时，偏心轴前端的输出轴轴承也随着偏心轴转动而转动，这样就可以带动套在轴承上面的拨叉，进行左右摆动，拨叉进而带动刀具固定轴做摆动运动。
3.本传动机构设计方案选择依据
其它传动机构可以实现旋转运动转变成周期性摆动运动方案有：
（一）偏心轴
1、零件的功用
偏心轴是电动环形锯中用于传递功力的关键零件
2、零部件的技术要求
减少摩擦同时又要传动推力和起到支持固定作用的部件。
2、零部件的技术要求
A.内外圈及滚动体采用真空脱气铜套钢，耐疲劳性能好。
B.保持架采用铝铁锰青铜
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