骨科医疗手术机构的研究与创新设计

论文摘要

本课题的研究目的是要设计一种新型的骨科医疗手术机构,即能代替目前骨科手术中常用的骨钻,又能弥补现有微气钻的不足,使其能满足各种骨科手术的要求。它以压缩空气为动力源,体积小、重量轻、使用灵巧,在骨科手术中有着重要的研究意义及应用价值。运用流体力学原理和力学原理设计了骨科医疗手术机构叶轮的叶片形状,利用流体力学中取控制体的研究方法,建立了叶轮腔的气动力学模型,并对其进行了气动力学分析,推导出气流对叶片的冲动力及驱动力矩的计算关系式,并确定了骨科医疗手术机构的部分结构参数。在尽可能增大叶轮输出功率的前提下,根据叶片腔进气口的大小确定出叶轮的最佳叶片数量。根据叶轮叶片受气流冲击面积的变化,将叶轮的运动过程分成了四个位置,分别得出了各个位置时驱动力矩的计算公式,并利用Matlab软件绘出了各个位置时驱动力矩的变化曲线。最后得到了叶轮驱动力矩在一个周期内的变化规律,为深入分析研究叶轮驱动力矩平稳性提供了理论依据。对骨科医疗手术机构进行了总体结构设计,设计了机体结构、水气连接头结构,利用AutoCAD、Pro/E等绘图软件绘制了各部分的结构图,并对本机构使用的压缩空气及冷却水提出了一定的要求。对机头结构进行了创新设计,在现有微气钻机构基础上增加了支撑结构、刀具更换装置和注水装置。特别是刀具更换装置采用了两边对称的三瓣簧结构,更便于刀具的装卸,从而方便、快捷、灵活地实现了钻、磨、切割多功能一体的操作。对叶轮轴的整体结构进行了设计,绘出了叶轮轴的整体结构图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 医疗器械发展概况
• 1.2.1 我国医疗器械发展概况
• 1.2.2 国外医疗器械发展动态概述
• 1.3 气动技术
• 1.3.1 气动技术的发展及现状
• 1.3.2 气动技术的特点
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 骨科医疗手术机构工作原理及理论依据
• 2.1 常用骨科手术器械
• 2.2 骨科医疗手术机构工作原理
• 2.2.1 微气钻机构的主体结构
• 2.2.2 微气钻机构的工作原理
• 2.2.3 微气钻机构的功能
• 2.3 流体力学基本知识
• 2.3.1 流体力学的研究对象和任务
• 2.3.2 流体的分类
• 2.3.3 流体的粘性与理想流体
• 2.3.4 雷诺数Re
• 2.3.5 定常总流的基本方程
• 2.4 本章小结
• 第3章 骨科医疗手术机构气动力学分析
• 3.1 叶轮叶片形状的设计
• 3.1.1 叶片形状选择的依据
• 3.1.2 气流对叶片的作用力
• 3.1.3 叶片形状的设计
• 3.2 骨科医疗手术机构气动力学分析
• 3.2.1 气动力学模型
• 3.2.2 气动力学分析
• 3.3 叶轮理论效率最大时排气口的气流速度
• 3.4 结构参数分析
• 3.4.1 空气压缩机参数的选择
• 3.4.2 进气管与排气管参数分析
• 3.4.3 叶轮转速的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 叶片数量与驱动力矩分析
• 4.1 叶片数量分析
• 4.1.1 叶片数量对功率的影响
• 4.1.2 叶片数量与叶片腔进气口尺寸的关系
• 4.1.3 叶片数量选择
• 4.1.4 进气口与排气口位置分析
• 4.2 气流冲击叶片的位置分析
• 4.2.1 位置I
• 4.2.2 位置II
• 4.2.3 位置III
• 4.2.4 位置IV
• 4.3 叶片驱动力矩分析
• 4.3.1 位置I 时的驱动力矩
• 4.3.2 位置II 时的驱动力矩
• 4.3.3 位置III 时的驱动力矩
• 4.3.4 位置IV 时的驱动力矩
• 4.3.5 一周期内叶片驱动力矩的变化规律
• 4.4 本章小结
• 第5章 骨科医疗手术机构结构设计
• 5.1 材料的选择
• 5.2 总体结构设计
• 5.2.1 结构组成
• 5.2.2 机体结构
• 5.2.3 水气连接头结构
• 5.2.4 压缩空气和冷却水的要求
• 5.3 机头结构设计
• 5.3.1 支撑结构
• 5.3.2 刀具更换装置
• 5.3.3 注水装置
• 5.3.4 刀具的用途及结构
• 5.4 叶轮轴的结构设计
• 5.4.1 叶轮轴整体结构
• 5.4.2 叶轮轴的动平衡
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介