复合谐波传动装置及锥束口腔CT机扫描系统的制作方法

复合谐波传动装置及锥束口腔ct机扫描系统
技术领域
1.本实用新型涉及一种传动装置，尤其是涉及一种复合谐波传动装置及锥束口腔ct机扫描系统，属于医疗设备技术领域。


背景技术：

2.随着口腔医学诊断设备的不断发展，锥束ct在口腔诊断中得到了非常广泛的运用。锥束口腔ct(cone beam oral ct)是目前口腔头颅影像设备中最有前景和实用性的诊断设备。该设备的成像原理为x射线源和探测器安装于扫描机架的两端，其扫描装置绕着待检测目标旋转，利用小尺寸动态平板探测器采集数据，通过计算机重建，将各角度获取的二维投影图像转化成三维容积数据而显示出任意方向、层面的三维立体影像图。锥束口腔ct诊断设备的成像质量与高精度的机械结构、几何参数的精确获取标定以及扫描系统的系统控制息息相关。
3.目前，相关研究学者针对几何参数的精确获取标定和扫描系统的协同控制研究颇多，各种方法层出不穷，在这两个方面技术已经接近成熟，但是在高精度的机械结构方面，尤其在扫描成像系统传动装置方面可查阅资料甚少。由于锥束口腔ct在扫描过程中c形臂需要频繁连续启停，启停的精确度直接影响拍摄影片的质量。
4.在高精度传动装置方面，尹光辉等(太阳能热电定日镜精密短筒谐波传动装置研究[j].机械传动，2019，43(5)：91-95.)设计了一种短筒谐波传动装置，其特点是输出级齿轮副为一种特殊的零齿差谐波输出机构，该装置具有更小的长径比和更小的体积。杨莲花(谐波行星复合减速装置的设计研究及仿真分析[d].西安：长安大学，2017：5-6.)设计了一套减速比为500∶1的谐波行星复合减速器，实现了其体积小、质量轻、输出转矩大、抗弯刚度强的特点，但是，以上两种装置运用于口腔ct扫描系统存在一定的局限性：锥束口腔ct扫描装置在运动过程中需要频繁启停，有较大的瞬时冲击力。虽然谐波齿轮传动有着体积小、质量轻、运动精度高以及单级传动精度大等优点，但是，谐波齿轮传动中有一个关键齿轮是柔性的，它需要反复地高速变形，因此，抗冲击能力相对较差。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型公开一种复合谐波传动装置及锥束口腔ct机扫描系统，其技术方案如下：
[0006]
复合谐波传动装置，其特征为：柔性轴承安装在输出柔轮上，所述输出柔轮安装在刚性齿圈上；谐波发生器安装在行星架上；所述行星架设有轴承安装轴，行星轮轴承7通过轴承安装轴固定于行星架上；行星齿轮安装在轴承上，并与刚性齿圈另外一段相啮合；太阳轮安装在太阳轮轴上，与行星齿轮相啮合；端盖上通过紧定螺钉固定于刚性齿圈上。
[0007]
优选为：所述行星轮采用2k-h型行星齿轮传动。
[0008]
优选为：所述太阳轮和行星齿轮均采用40cr材料，采用退火工艺，齿面硬度达到50～55hrc。
[0009]
优选为：刚性齿圈采用球墨铸铁，加工精度为国家标准gb/t 10095—2008，等级为7级。
[0010]
本实用新型还公开一种锥束口腔ct机扫描系统，包括电机、磁耦合器、上述的复合谐波传动装置，锥齿轮传动装置；其特征为：所述电机通过磁耦合器将动力传递给复合谐波传动装置中行星轮中的太阳轮；所述输出柔轮与刚性齿圈相啮合，从而将动力传递给锥齿轮传动装置；所述锥齿轮传动装置通过旋转轴带动锥束口腔ct设备c形臂旋转。
[0011]
优选为：所述磁耦合器包括与驱动电机相连的主动盘和与负载端相连的从动盘；所述主动盘由外钢盘和铜盘构成；从动盘由内钢盘和按磁性交替排列的永磁体以及铝盘构成；主动盘和从动盘之间有空气隙。
[0012]
有益效果
[0013]
利用行星齿轮传动抗冲击和振动能力强这一特点与谐波齿轮传动相结合，可以解决抗冲击能力相对较差的问题。
附图说明
[0014]
图1为现有技术中口腔ct机扫描系统结构示意图；
[0015]
图2为本实用新型复合谐波传动装置示意图；
[0016]
图3为复合谐波传动装置应用于扫描系统传动机构示意图；
[0017]
图4为锥束口腔ct机扫描系统中磁耦合器结构示意图；
[0018]
图5为根据锥束口腔ct机扫描装置实际运行情况设置恒定转速输入和输出的仿真曲线图；
[0019]
图6为根据锥束口腔ct机扫描装置实际运行情况设置梯形转速输入和输出的仿真曲线图。
[0020]
其中：1太阳轮轴；2轴承；3轴套；4端盖；5太阳轮；6行星齿轮；7行星齿轮轴承；8刚性齿圈；9行星架；10谐波发生器；11柔性轴承；12输出柔轮；13输出轴；14扫描系统传动装置；15微调节装置；16探测器；17x射线源；18微调节装置；19c形臂；20电机；21磁耦合器；22符合谐波传动装置；23锥齿轮传动装置；24外钢盘；25铜盘；26铝盘(永磁体盘)；27永磁体；28内钢盘。
具体实施方式
[0021]
锥束口腔ct工作原理如图1所示，其由c形臂19、x射线源17、传动装置14、探测器16、微调节装置15,18。扫描过程中伺服电机通过传动装置带动旋转轴，旋转轴带动c形臂19，x射线源17和探测器16分别非对称地安装在c形臂19的两端并跟随旋转轴绕着待检测物体进行旋转。在运行过程中，c形臂19每旋转一定角度就停一次，然后，x射线源17发射x光，探测器16开始进行采集，同时在采集过程中通过控制设置在c形臂19两端的微调节装置15,18实现微调；随后再次驱动c形臂19旋转进行不断的x射线发射和探测器16采集，直至控制系统接收到扫描停止指令。探测器把得到的数据传输至计算机进行三维图像重建，由于c形臂旋转1周需要频繁启停，因此，对其传动装置传动精度要求较高。
[0022]
参见附图2所示。复合谐波传动装置，其特征为：柔性轴承11安装在输出柔轮12上，所述输出柔轮12安装在刚性齿圈8(行星齿圈和刚性齿圈)上；谐波发生器10安装在行星架9
上；所述行星架9设有轴承安装轴，行星轮轴承7通过轴承安装轴固定于行星架9上；行星齿轮6安装在轴承2上，并与刚性齿圈8另外一段相啮合；太阳轮5安装在太阳轮轴上，与行星齿轮6相啮合；端盖4上通过紧定螺钉固定于刚性齿圈8上。
[0023]
根据设计要求，复合谐波传动装置中行星齿轮减速比为5，谐波齿轮传动比为80。其中行星齿轮采用2k-h型行星齿轮传动，该型行星齿轮具有加工方便、安装简单、体积小以及传动效率高等特点，且其传动比范围是2.8-13，满足设计要求；采用齿圈固定，太阳轮为输入，行星架为输出的传动方式。
[0024]
太阳轮和行星齿轮均采用40cr材料，采用退火工艺，齿面硬度可达到50～55hrc，刚性齿圈均采用球墨铸铁，加工精度均为国家标准(gb/t 10095—2008)，7级。
[0025]
行星齿轮传动参数表如表1所示。
[0026]
表1行星齿轮传动各齿轮参数表
[0027][0028]
谐波齿轮传动的运动规律归结为在波发生器的作用下，输出柔轮和固定刚轮两条共轭的原始特征曲线做无滑动的贴展运动。为了降低制造成本，输出柔轮分度圆直径设置为行星齿轮减速器齿圈分度圆直径。输出柔轮采用渐开线齿廓。参见表2为谐波传动齿轮参数表。
[0029]
表2谐波传动齿轮参数
[0030][0031]
参见图3所示。采用复合谐波传动装置应用于扫描系统中的工作过程如下：动力源为电机，通过磁耦合器把动力传递给行星轮中的太阳轮，齿圈固定，行星架作为从动件把动力传递至谐波传动装置的谐波发生器，输出柔轮通过谐波发生器的作用，产生一个移动变形波，并与刚性齿圈相啮合，从而把动力传递给锥齿轮传动，从动锥齿轮通过旋转轴带动锥束口腔ct设备c形臂旋转。
[0032]
其中，永磁耦合器的结构如图4所示。改永磁耦合器包括与驱动电机相连的主动盘和与负载端相连的从动盘。主动盘主要由导磁性较好的钢盘和铜盘构成。从动盘主要由有导磁性较好的钢盘和按磁性交替排列的永磁体以及铝盘构成。主动盘和从动盘之间有空气隙，当电机带动主动盘转动时，主动盘与从动盘存在转速差，主动侧铜盘切割从动侧永磁体产生的磁力线，会在铜盘表面产生涡流。永磁体产生的磁场和涡流产生的磁场相互作用，从
而使从动盘跟随主动盘一起同向转动，实现了耦合器的非接触式传动。耦合器的输出转矩和转速的大小，主要由控制执行器进行调节。控制执行器通过调节空气隙的长度，改变耦合器的气隙磁密，从而控制输出转矩和转速。
[0033]
仿真实施例
[0034]
根据锥束口腔ct机扫描装置实际运行情况设置两种不同的仿真条件：第一种仿真条件在动力输入轴上加3000r/min的恒定转速，输出轴上加205n
·
m的负载，仿真时间为7s，仿真步长500步，截取其中5s数据稳定时段；第0.5s，转速增加至3000r/min，然后减速0.5s，转速降低至0r/min，停止0.5s，接着加速0.5s，转速增加至3000r/min，以此类推，仿真时间5s，仿真步长500步。两种条件下得到的仿真结果分别如图5、图6所示。
[0035]
由仿真结果可知，在第一种仿真条件下，在输入转速为3 000r/min时，其输出转速大约为7.5r/min，减速比为80，但输出转速有波动，波动幅值在允许的传动误差之内。在第二种仿真条件下，在连续启停作用下，该传动装置有很好的响应，能较好传递运动。其加速至转速平稳需要的时间可以通过控制系统进行补偿。结果表明，该传动装置满足锥形束口腔ct机扫描装置的医用要求。
[0036]
本实用新型针对锥形口腔ct扫描系统对传动装置传动精度要求高的特点，利用行星齿轮传动和谐波齿轮传动的特点设计了一种适用于扫描系统传动的复合谐波传动装置，根据实际运行需求，确定了其传动比以及各个零部件的关键参数，并用solidworks软件完成了三维建模，经adams动力学仿真，结果表明，设计的传动装置有很好的传动响应，有较强抗冲击和振动能力，满足锥形束口腔ct机扫描装置的医用要求。
[0037]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

技术特征：
1.复合谐波传动装置，其特征为：柔性轴承安装在输出柔轮上，所述输出柔轮安装在刚性齿圈上；谐波发生器安装在行星架上；所述行星架设有轴承安装轴，行星轮轴承通过轴承安装轴固定于行星架上；行星齿轮安装在轴承上，并与刚性齿圈另外一段相啮合；太阳轮安装在太阳轮轴上，与行星齿轮相啮合；端盖上通过紧定螺钉固定于刚性齿圈上。2.根据权利要求1所述的复合谐波传动装置，其特征为：所述行星轮采用2k-h型行星齿轮传动。3.根据权利要求1所述的复合谐波传动装置，其特征为：所述太阳轮和行星齿轮均采用40cr材料，采用退火工艺，齿面硬度达到50～55hrc。4.根据权利要求1所述的复合谐波传动装置，其特征为：刚性齿圈采用球墨铸铁，加工精度为国家标准gb/t 10095—2008，等级为7级。5.锥束口腔ct机扫描系统，包括电机、磁耦合器、权利要求1-4任一所述的复合谐波传动装置，锥齿轮传动装置；其特征为：所述电机通过磁耦合器将动力传递给复合谐波传动装置中行星轮中的太阳轮；所述输出柔轮与刚性齿圈相啮合，从而将动力传递给锥齿轮传动装置；所述锥齿轮传动装置通过旋转轴带动锥束口腔ct设备c形臂旋转。6.根据权利要求5所述的锥束口腔ct机扫描系统，其特征为：所述磁耦合器包括与驱动电机相连的主动盘和与负载端相连的从动盘；所述主动盘由外钢盘和铜盘构成；从动盘由内钢盘和按磁性交替排列的永磁体以及铝盘构成；主动盘和从动盘之间有空气隙。

技术总结
本实用新型涉及一种复合谐波传动装置及锥束口腔CT机扫描系统，其中：柔性轴承安装在输出柔轮上，所述输出柔轮安装在刚性齿圈上；谐波发生器安装在行星架上；所述行星架设有轴承安装轴，行星轮轴承通过轴承安装轴固定于行星架上；行星齿轮安装在轴承上，并与刚性齿圈另外一段相啮合；太阳轮安装在太阳轮轴上，与行星齿轮相啮合；端盖上通过紧定螺钉固定于刚性齿圈上。本实用新型利用行星齿轮传动抗冲击和振动能力强这一特点与谐波齿轮传动相结合，可以解决抗冲击能力相对较差的问题。可以解决抗冲击能力相对较差的问题。可以解决抗冲击能力相对较差的问题。


技术研发人员：于冲
受保护的技术使用者：于冲
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/26