рпз (1060627)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1.Введение.

Разрабатываемая хирургическая дрель предназначена для проведения хирургических операций, в ходе которых требуется механическая обработка (сверление, фрезерование) кости. Чаще всего такие операции проводятся в травматологии и ортопедии.

Переломы костей различной локализации являются одним из наиболее часто встречающихся видов травм. Разработка данной хирургической дрели направлена в первую очередь на ее применение в ходе оперативного восстановления кости после перелома, в частности при операциях остеосинтеза, что не исключает возможности ее применения в ходе операций другого вида (например, для шлифовки концов отломков кости после ампутации конечностей).

1.1 Методы оперативного лечения переломов. Возможность применения хирургической дрели.

При переломах применяется два основных вида лечения: консервативный (при помощи гипса и вытяжения) и оперативный. У каждого метода есть свои достоинства и недостатки. Консервативный метод менее травматичен, но требует длительной иммобилизации больного, а в ряде случаев является неэффективным. При применении оперативного метода зачастую иммобилизация больного не требуется (например, при устойчивом остеосинтезе), обеспечивается успешное лечение в случаях, когда консервативный метод является мало или вовсе неэффективным, но применение этого метода может нанести дополнительную травму организму из-за механического воздействия на оперируемую кость, близлежащие ткани, необходимости применения наркоза (в основном общего) или возможности болевого шока (вследствие плохого действия анастезии). Выбор конкретного типа лечения зависит от целого ряда факторов: особенности травмы, возраста больного, его физического состояния и т.д., и определяется лечащим врачом в каждом конкретном случае. Основным показателем к применению

2

оперативного лечения является неэффективность консервативного лечения в данном случае. Например, при нерепонируемых переломах диафизов трубчатых костей, межмыщелковых переломах, замедленной консолидации переломов, переломах шейки бедра и т.д.

При переломах применяются следующие методы оперативного лечения

1. Различные виды остеосинтеза (более подробно см. ниже)

2. Операция туннелизации по Веку. Применяется при замедленной консолидации перелома. Просверливают в различных направлениях каналы, проходящие через линию перелома от одного отломка в другой. По этим каналам прорастают сосуды, что способствует сращиванию перелома.

3. Костная алло и аутопластика. Замена поврежденного участка кости трансплантантом, взятым соответственно у другого человека (алло) или у самого больного (ауто). Используется с целью фиксации поврежденной кости или для стимуляции процессов костеобразования при замедленной консолидации перелома.

Разрабатываемая хирургическая дрель может использоваться в ходе операции туннелизации (при условии наличия дополнительной фиксации отломков кости и направления оси сверла дрели). Наиболее широко дрель может использоваться в ходе различных операций остеосинтеза.

Остеосинтез подразделяется на внеочаговый, который осуществляется при помощи компресионно-дистракционных аппаратов различной конструкции (более подробно см. [9]), и погружной.

Методы погружного остеосинтеза:

1 .Внутрикостный. Осуществляется при помощи введения массивного металлического штифта в костномозговой канал трубчатой кости при поперечных переломах средней трети кости. Различают стабильный и репозиционный внутрикостный остеосинтез. Применение хирургической дрели требуется, например, для предварительного сверления (рассверливания) входного отверстия под саблевидный штифт ЦИТО (см.[9]).

2.Накостный. Осуществляется при помощи нескольких витков проволоки или, преимущественно, различными металлическими пластинами,

3

крепящимися на кость винтами. Показан при поперечных переломах верхней и нижней трети трубчатых костей, а также при косых, винтовых, оскольчатых переломах. Применение дрели требуется для предварительного сверления отверстий под винты, а также, при необходимости, для обработки поверхности кости перед установкой на нее фиксирующей пластины (различными фрезами).

3. Чрезкостный. Введение винтов или специальных штифтов непосредственно в костную ткань. Применяется при переломах шейки бедра или мыщелков кости. Применение дрели требуется для предварительного сверления отверстий под винты.

1.2 Специальные технические требования

Разрабатываемое изделие относится к группе медицинской техники, чем обусловлены особенные требования к качеству его изготовления.

Требование снижения травматизма оперируемого больного является, пожалуй, наиболее важным для разрабатываемого изделия. Механическая обработка костной ткани в любом случае обуславливает нанесение травмы организму, следует снизить величину этой травмы до минимума.

Причиной возникновения дополнительных травм во время операции может стать:

а). Отсутствие точности направления оси инструмента

б). Поражение электрическим током

в). Излишний нагрев костной ткани при увеличении частоты вращения инструмента

г). Занесение инфекции в операционное поле

Точное направление оси инструмента можно обеспечить путем применения дополнительных направляющих инструмента и фиксаторов костных отломков (в данном проекте не разрабатываются).

В целях исключения возможности поражения электрическим током (как пациента, так и медперсонала) при изготовлении прибора планируется использование электродвигателя с напряжением питания не более 27 вольт. Также необходимо обеспечить надежную электроизоляцию прибора (в данном

4

проекте не разрабатывается), проверку надежности изоляции проводить не реже одного раза в месяц.

Снижение времени перегрева костной ткани планируется обеспечить за
счет ускорения процесса сверления (максимально возможного увеличения
скорости подачи сверла), что учитывается при расчете необходимой мощности
двигателя (см. п.2.1 РПЗ). \

В целях исключения занесения инфекции и попадания токсичных продуктов окисления металлических частей изделия в операционное поле необходимо никелирование деталей изделия, контактирующих с операционным полем и обеспечение возможности их стерилизации.

2. Кинематический расчет привода. 2.1. Подбор электродвигателя.

Для расчета необходимой мощности двигателя требуется знать момент на оси инструмента, возникающий при сверлении кости. Из-за недостатка данных по механической обработке костной ткани в качестве ее прототипа (при разработке макета хирургической дрели) выбираем пластмассу фенопласт, механические характеристики и поведение во время обработки которой в большей степени совпадают с таковыми у костной ткани [8].

Из теории механической обработки пластмасс [8] известно, что момент, действующий на ось инструмента при сверлении равен

M = C_m*D^x*S^y,

где: D - диаметр сверла, мм;

S - скорость подачи сверла, мм/об;

х,у-эмпирические коэффициенты;

С_m- размерный эмпирический коэффициент;

При этом:

1). Мощность резания

Ррез = (М*π*n)/30,

где n - частота вращения сверла, об/мин.

2). Необходимая мощность двигателя

Р_д=(ξ*М)/η

где ξ - коэффициент запаса, η| - КПД редуктора.

Рассчитаем необходимую мощность двигателя:

1). По таблице 30 (стр.83 [8]) определяем Cm = 0.149, х = 2.25, у = 0.59

2). По таблице 28 (стр. 80 [8]) определяем оптимальную скорость подачи при сверлении фенопласта S = 0.03 мм/об.

3). По таблице 28 (стр.80 [8]) определяем оптимальную частоту вращения инструмента при сверлении фенопласта п = 600 об/мин.

4). Считаем, что диаметр сверла D < 5 мм, £ = 1.4, г| = 0.7.

При этом:

М = C_m*D^x*S^y = 0.149*5²'²⁵*0.03°-⁵⁹= 0.7 Н*м = 700 Н*мм

Ррез = (М*π*n)/30 - 0.7(Н*мм)*π *600(об/мин)/30 = 44 Вт .

Выбираем для разрабатываемого макета дрели двигатель постоянного тока ЭМ-15 со следующими параметрами:

- Напряжение питания - 27 В

- Ток - 8 А

- Мощность - 90 Вт

- Частота вращения выходного вала - 4000 об/мин

- Момент на выходном валу -0.1 43 Н* мм :

- Габаритные размеры:

- Длина- 116мм '

- Диаметр -75мм

- Масса –1,25 кг

2. 2 Расчет основных параметров редуктора.

Для реализации электропривода макета хирургической дрели выбираем редуктор с цилиндрической и конической зубчатыми передачами. Для определения числа ступеней передачи в случае минимизации суммарной погрешности существует формула формула:

n_опт. =1.11*log(i)
где 1₀ - общее передаточное отношение редуктора.

Выбранный двигатель обеспечивает частоту вращения вала n1= 4000 об/мин, частота вращения сверла должна быть n2 = 400 об/мин, значит общее передаточное отношение редуктора равно

i_o = nl/n2=10

При этом число ступеней редуктора:

n_опт.=1,1 округлим в большую сторону, т.е.

n_опт.=2

Передаточное отношение ступеней для этого случая i₂ >i₁, причем

i₁ =2,65 i₂=3,65

Из конструктивных соображений примем число зубьев ведущих колес

Z_вед.=23

При этом число зубьев на цилиндрическом колесе(Z₂):

Z₁ = 23 Z₂ = Z₁* i₁ Z₂=61

Расчет конической зубчатой пары(i₁=2,65)

Число зубьев:

Z_ш=18,4∙cosφ_ш=17,2 Z_ш=18

Z_к= Z_ш∙ i=45,58 Z_к=46

Частоты вращения валов, об./мин.

- nl=4000

- n2 = 1509

- nЗ = 400

Моменты на валах, Н*мм

М3 = М_выхщд=700

М2=М3/(i2*η)=700/(3,65*0,9)=213

М1=М2/(i1*η)=213/(2,65*0,9)=89,3

Где η = 0,9 - КПД ступени редуктора.

3. Проектировочный расчет конструкции редуктора

3.1. Расчет диаметров валов.

Диаметры валов определяем по расчету на прочность при кручении (с последующим уточнением размеров после детальной разработки конструкции). При данном способе расчета диаметр вала определяется [7] по формуле

где М - момент кручения, действующий на данный вал

[т] =25 МПа - допускаемое напряжение на кручение для стального вала (сталь 20Х) [7].

Определим диаметры валов из этих соображений, используя моменты кручения на валах, рассчитанные в п.2.2.

Вал №1 является выходным валом двигателя, согласно техническим характеристикам двигателя dl = 6мм. Изменение диаметров остальных валов в ходе проектирования возможно только в сторону их увеличения. Из конструктивных соображений принимаем d2= 7мм., а d3 = 10мм.

3. 2. Расчет модулей зубчатых передач редуктора.

m-модуль зацепления

М
_кр.- крутящий момент по валу, Нмм

z- число зубьев колеса

_f- допускаемое напряжение изгиба, МПа

k_m- коэффициент запаса (1,4-прямозубое)

k_в- коэффициент неравномерности распределения нагрузки по коэффициент ширины зуба (513)

Расчет ведем по наиболее нагруженной паре Z₃, Z₄

Расчет модуля зацепления пары зубчатой пары:

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы