论文总字数：30148字

摘 要

本文以采用新型传动方式、研制新型电动手术台为目的，首先综合分析了国内外各类别手术台的发展现状，并对现有的手术台机构进行了详细研究；其次，结合实际情况和现有的技术水平，提出了电动手术台的总体设计方案，并完成了电动手术台各分机构的设计以及总体参数的选择；再次，利用SolidWorks软件，完成了电动手术台三维模型主体结构的绘制；最后，根据已经完成的电动手术台的主体结构，结合初始条件和实际情况，对电动手术台结构进行了详细的分析和计算，完善了电动手术台各个机构的具体参数和结构，完成了电动手术台三维模型以及工程图的绘制，并对重要零件的参数选择进行了分析和校核计算，为本次设计的电动手术台后续的改进完善和以后的试验运行奠定了基础。

关键词：电动手术台；升降机构；转折机构；横摆；纵摆

Design of mechanical system for automatic adjustment bench

02011401WeitaoCao

Supervised by Fang Jia

Abstract： As one of the basic medical instruments, surgical bed plays an important roDepartment of orthopedics, orthopedic and surgical medical device products. Surgical bed height adjustment adopts hydraulic system more at home and abroad. The electric hydraulic mode is the first choice for the advanced surgical bed. However, there are many problems such as the hydraulic pressure cylinder, the easy leakage pressure of the hydraulic cylinder, the easy aging of electronic components, the electronic circuit, the high failure rate, the potential safety hazard, and the higher cost. Therefore, a new type of transmission mode instead of hydraulic transmission is an inevitable trend of the future development of electric operating table and has important engineering significance and application value.

The purpose of this paper is to develop new type of electric operation bed for the purpose of new type of transmission mode . First , make a comprehensive analysis of the types of surgery bed development in present situation at home and abroad , and study the existing operation bed institutions in detail .Then, Combined with the actual situation and the current level of technology, electric operating table presents the overall design, and complete the selection of the various sub-agencies electric operating table design and population parameters. Moreover, SolidWorks was employed for 3D modeling of the main structure of the operating table. Finally, according to the main structure of the electric operating table, combined with the initial conditions and the actual situation, the electric operation table structure is analyzed and calculated in detail, Improved electric operating table specific parameters and structure of each organization, completed a three-dimensional model of the electric operating table and Engineering Drawing, and select the parameters important part of the analysis and checking calculation, This design has laid the foundation for the improvement of the electric operation bed and the subsequent experiment operation

Key words: Electric Operating Table；Lifting mechanism；Turning mechanism；Lateral swing；Longitudinal swing

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究概况 1

1.2.1 国外手术台产品 2

1.2.2 国内手术台产品 3

1.3 主要研究内容及论文结构 4

第二章 自动化调节工作台规格参数与设计方案 6

2.1 尺寸设定 6

2.2 主要功能 6

2.3 规格参数 7

2.4 手术台关键机构方案对比选择 8

2.4.1 立柱升级机构的方案选择 8

2.4.2背板转折机构的方案选择 10

2.4.3手术台台面调节机构的方案选择 12

第三章 自动化调节工作台的计算校核 15

3.1 立柱升降机构设计计算 15

3.1.1 底部升降机构丝杠 17

3.1.2 底部升降机构齿轮 27

3.1.3 电机与减速器的选择 33

3.2背板转折机构设计计算 35

3.2.1 蜗轮蜗杆设计计算及校核 35

3.2.2 齿轮强度校核 38

3.2.3 轴及轴承设计校核 40

3.2.4 轴承寿命校核 44

3.3横摆机构设计计算 47

3.3.1 横摆扇齿（内啮合斜齿轮）计算 48

3.3.2 横摆蜗轮蜗杆设计计算及校核 49

3.4 纵摆机构设计计算 51

3.4.1纵摆机构运动分析 52

3.4.2 丝杠尺寸计算以及所需电机参数 52

第四章 结论与展望 54

4.1工作总结 54

4.2研究展望 54

致谢 55

参考文献 56

自动化调节工作台机械系统设计

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

随着科技的发展和科学的进步，医疗器械也开始演变，手术台作为手术治疗用基本医疗器械之一，在骨科、矫形外科及外科用医疗器械产品中占有十分重要的地位^[1]。手术台的发展历经了漫长的演变史，科技进步对手术台的影响尤为明显。最早的手术台完全依赖于医务人员的手工操作，耗时耗力，在经过了电气时代后，手术台也由人工驱动发展到依靠电来驱动，电动手术台的发展和应用已经越来越广泛。现在，电机驱动油泵操纵体位变化的手术台及电机全机械传动的手术台产品正逐渐被无电磁干扰的直流电机驱动油泵操纵体位变化、电脑帮助无操纵线妨碍的远红外遥控所取代^[2]。

手术台的高度调节功能是整个手术台的核心功能之一，手术台的高度调节有多种可以实现的方式和结构，目前，国内外手术台高度调节普遍采用的是液压系统，特别是电动液压方式，已经成为国际市场上高端手术台的首选动力方式。此种动力方式以液压泵为动力源，通过液压泵将油缸中的液压油以高压输送到液压缸中，以压力推动液压缸动作，带动床体运动。然而，此种传动方式依然存在着很多不足之处：首先，液压缸的密封件均为塑胶产品，由于长期处在在手术室的强酸强碱的消毒环境下，老化较快；密封件老化后，易造成液压缸的漏油失压，使手术台自行下降，会对手术带来医疗事故的潜在危险，安全隐患比较大；其次由于需要配置微型的高压液压泵(此种液压泵目前均为进口产品，造价较贵)，以及电脑芯片、电子节流阀等高档电子器件，使得手术台的整体造价较高，维护很不便利；最后液压传动方式故障率高，由于手术室的强酸强碱环境，使得各种电子元件极易老化，因而故障相对较多；另外，电子线路较多、电子元件较多，也是容易引起故障的因素^[3]。

因此，采用一种新的传动方式来代替液压传动是未来发展的必然趋势，具有重要的工程意义和应用价值。本课题就是基于此背景，以采用新型手术台传动方式为目的，研发一套新型电动手术台，实现手术台的电动传动。

1.2 国内外研究概况

国内外手术台发展状况并不平衡，总体而言，国外手术台的研制起步早，技术高，我国手术台的部分高端产品依然完全依赖于进口，同时，国外有比较多的享誉世界市场的品牌，德国Kenswick肯莎维公司、德国MAQUET公司、美国Hill-Rom公司等设计的很多医用电动手术台，以其独到的结构，先进的技术，过硬的质量，备受市场的青睐。

相较于国外而言，我国的手术台行业起步较晚，但胜在发展较快。我国第一台手术台于1951年研制成功，经过60余年的发展，某些企业的生产水平已经不低于美国、日本、德国等发达国家，虽然目前国内的手术台在技术、质量上同国外产品依然存在一定的差距，但是依靠其相对低廉的价格，巨大的的国内市场需求，国产中低端的手术台已经占据了国内手术台行业市场的百分之七十五左右。相信随着技术的进一步提高，国内手术台将会在高端产业逐步追上，甚至赶超国外。

1.2.1 国外手术台产品

（a）Head Up

(b) Right Down

图1-1 德国TRUMPF集团新型手术台

德国TRUMPF集团的新型手术台，能为几乎所有的外科手术提供最为理想的操作环境，如图1-1所示。其最新型的特点在于低层和高层同板之间包含第三对联合点，使手术台可以有新的定位选择，比如在胸外科手术中，患者的胸腔可以更方便地打开，并伸展到医生手术所希望的程度^[4]。

图1-2 德国MAQUET公司研制的ALPHASTAR手术台

德国MAQUET公司研制出的ALPHASTAR手术台，采用了电动液压驱动控制系统，如图1-2所示。ALPHASTAR手术台采用插装式安装方式，拆卸方便，故而适合各种已知外科手术，适用于任意高度的病人。手术台能够实现整个台面的升降、前后摆动、左右摆动、各板面单独操控等调整功能，借助辅助单元，以实现手术所需的各种体位，并采用人性化设计，保证病人的安全与舒适。同时，手术台的底座装有脚轮，方便移动。手术台的控制方式有三种，分别为有线控制，无线红外遥控和脚踏板控制，这三种控制方式均可对手术台的各运动单元进行控制，控制方便，安全可靠^[5]。

1.2.2 国内手术台产品

上海日花医疗器械有限公司的DST-700/DST-700I型综合影像电动手术台，如图1-3所示。该电动手术台符合解剖学、人体工程学等特点，应用了现代技术的同时，渗透了人性化的设计理念，能满足普通外科、胸部、骨科、神经、妇科、泌尿外科等诸多手术的需求^[6]。

图1-3 DST-700/DST-700I型综合影像电动手术台

同时，上海日花医疗器械有限公司制造的DST-1(升级版)综合电动手术台500型，如图1-4所示。选用自润滑耐磨材料，具有高刚度稳定性的设计；采用稳态流量控制技术选用微流量精密控制阀，实现体位改变过程中床体平衡启动与制动；床体升降平衡采用独特的双向油路锁定系统，保证床位不同体位的静态稳定^[6]。

图1-4 DST-1(升级版)综合电动手术台500型

迈瑞公司推出的HyBase6100手术台，是数字化手术室的重要产品^[7]，如图1-5所示。对手术安全的注重造就了该手术台，手术台整体采用永不生锈的优质合金钢材制造。强劲的立柱及轮廓鲜明的设计无时无刻不展示了安全和科技两大因素。HyBase6100手术台整个手术台板由五部分组成，分别为头板、背板、坐板、开式腿板。其中，可互调的头板和腿板满足了各种病人在术中造影需求。床面可以320mm水平移动，在设计上确保在其整个长度上射线均可完全透射。满足客户所有区域没有盲区的需求；配备120mm的腰桥功能，满足肝肾手术需求；最低高度600mm和头板下直达地面无遮挡物体，即使最苛刻的神经外科，眼科等坐姿手术，也满足临床医生的需求^[7]。

图1-5 HyBase6100手术台

苏州柯尔医疗器械有限公司研制的一种简易型手术台，如图1-6所示。它包括固定安装于台架上的背板、腿板，以及背板和腿板上的盖板，底盘、固定安装于底盘上的台架。盖板的材质为实木，背板的一端设有调节手柄。台架的下部装有护罩，台架的中部安装有方形风琴罩。这种简易型手术台的优点是：结构简单，使用方便，主要包括背板和腿板两部分，同时带有简单的调节功能，免去了大部分不实用的功能，以降低手术台的成本，提高它的实用性，同时，在该手术台的底部安装有脚轮，方便了本手术台的移动，进一步提高了实用性^[8]。

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