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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 電動無針注射器 設計 摘 要 無針注射 不同于 傳統(tǒng)的皮下注射， 它 是一種全新的注射方式，具有 痛苦小 、藥物吸收好、操作方便、消除了交叉感染等諸多優(yōu)點。 我 國對無針注射器的研究起步較晚， 在技術層面和國外先進水平存在不小差距 ，目前尚處于研發(fā)階段。本文在分析無針注射器 原理及結構的基礎上 ，設計了電磁式無針注射器，主要研究工作如下： 1． 對國內(nèi)外無針注射技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行研究，分析了無針注射的注射機理，運用工程設計學方法分析了無針注射器的結構特點，制定了無針注射器系統(tǒng)結構設計方案。 2． 設計的電磁驅動式無針注射器機構 ， 來完成計量可 控的給要注射，詳細設計了由鐵錘、彈簧和電磁鐵所組成的撞擊系統(tǒng)，以及 安瓿頭 安裝裝置，機構簡單，穩(wěn)定性強 。 3． 設計 驅動和 控制裝置 ， 完成 交流電變直流和控制電磁鐵通斷電等功能 。 4． 根據(jù)以上設計，進行了三位建模，驗證了設計的可行性，并為樣機制作打下基礎。 所設計的電動無針注射器，沖擊力大，注射效果好， 注射計量可控，有很好的商業(yè)價值，值得推廣應用。 關鍵詞 無針注射器；電磁鐵；安瓿頭 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 to is a a to a of a is in In on of a a a as 1． at of of of a a 2． of to of as as 3． ac dc 4． to of to is of 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 目錄 摘要 ...................................................................................................................... I .............................................................................................................. 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 針注射器簡介 ....................................................................................... 1 針注射的概念 ................................................................................ 1 針注射的原理 ................................................................................ 2 內(nèi)外發(fā)展狀況 ....................................................................................... 2 題研究的目的及意義 ........................................................................... 3 課題研究內(nèi)容 ....................................................................................... 4 章小結 ................................................................................................... 4 第 2章 無針注射器原理及結構設計 ................................................................ 5 針注射器原理方案設計 ....................................................................... 5 功能分析 ........................................................................................ 5 能分解 ............................................................................................ 5 能元求解 ........................................................................................ 6 統(tǒng)方案求解 .................................................................................... 6 案工作原理 .................................................................................... 7 動無針注射器機械結構設計 ............................................................... 8 簧設計 ............................................................................................ 8 殼設計 ............................................................................................ 9 撐座設計 ...................................................................................... 10 錘設計 .......................................................................................... 11 針設計 .......................................................................................... 11 章小結 ................................................................................................. 12 第 3 章 電動無針注射器的控制系統(tǒng)設計 ...................................................... 13 磁力計算 ............................................................................................. 13 動電路設計 ......................................................................................... 14 路元件 .......................................................................................... 14 磁控制方案 .................................................................................. 17 章小結 ................................................................................................. 18 第 4 章 電動無針注射器的三維造型 .............................................................. 19 簡介 ................................................................................................ 19 購買設計文檔后加 費領取圖紙 零件的三維 建模 ................................................................................. 19 瓿頭的三維模型 .......................................................................... 19 圈的三維模型 .............................................................................. 21 撐座的三維模型 .......................................................................... 22 簧的三維模型 .............................................................................. 23 殼的三維模型 .............................................................................. 24 動無針注射器的三維建模 ................................................................. 24 章小結 ................................................................................................. 25 結論 .................................................................................................................... 26 致謝 .................................................................................................................... 27 參考文獻 ............................................................................................................ 28 附錄 .................................................................................................................... 30 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1章 緒論 針注射器簡介 無針注射器是一種不需要針頭，就可以對人體注射的醫(yī)療器械，它的工作原理是利用動力源迫使藥液從安瓿頭小 孔擠出，使藥液具有一定的壓力，刺破人體皮膚，形成小孔，使藥液通過進入皮下組織，無針注射器的特點是消除了人類對針頭的恐懼，同時也避免了交叉感染的發(fā)生，是醫(yī)療事業(yè)的一種進步，現(xiàn)在許多的糖尿病患者用無針注射器進行胰島素的注射，無針注射為患者帶去了便捷與安全，還應用于一些疫苗等小量藥品的注射 [1]。 無針注射技術的發(fā)明可以追溯到百年以前，，但是由于受到當時技術的限制，那時的設備都比較龐大，而且難操作，所以沒有被大量的生產(chǎn)和使用 [2]。如今市場上也有一些無針注射產(chǎn)品，它們注射的精度不高，不可連續(xù)注射，而且采用手動機械 蓄能的方式，操作極其不方便，本課題將改變這一現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)自動儲能，設計能夠調(diào)整注射劑量與注射強度的便攜式電動無針注射器。 無針注射的概念 無針注射是指利用動力源（如彈簧、氣體、電磁鐵等 )產(chǎn) 生的瞬間高壓推動藥劑從安瓿頭小孔中射出，形成有一定壓力的液流，這 液流 有非常 高的速度 （流速一般大于 100 m/s），使藥劑可以 很快的 刺破皮膚 ， 藥液 進入皮下組織，達到注射的目的 [3]。 傳統(tǒng)與無針 注射方式 的區(qū)別如圖 1示： (a) 傳統(tǒng)注射 (b) 無針注射 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1射方式 無針注射器以很 多的學科為理論為基礎，例如化學、物理、藥理學等，還應用一些技術達到無針注射的目的，例如使用計算機、 數(shù)控加工、藥劑成型等技術，無針注射技術是新型給藥方法，為醫(yī)護人員或是非醫(yī)務人員的 注射提供了便捷與安全，而且此項技術還非常適合恐針患者和兒童使用 [4]。無針注射給藥系統(tǒng)的標志性特征是通過動力源的能量轉化 [5]，把彈簧的彈性勢能或是把壓縮氣體的壓縮能量轉化為液態(tài)藥物的動能，經(jīng)過安瓿頭的小孔后，形成具有一定速度和壓力的液流，液流刺破皮膚，把藥液噴射到皮下組織，達到注射目的。 無針注射的原理 無針注射器與傳統(tǒng)注射方式 的不同在于， 它沒有針頭 ，而是 利用一個動力源 產(chǎn)生的瞬間高壓迫使藥劑從安瓿頭小孔中射出，形成有一定壓力的液流，這樣的壓力和速度足可以在刺破皮膚，形成一個小孔 ，使藥劑可以迅速通過小孔進入皮下組織， 肌肉和粘膜組織 [6]。 通常它包括兩個步驟 :第一步，高速射流通過侵蝕或撕裂等損傷機理，在皮膚表面形成小孔，表皮小孔與噴射小孔的寬度相似，但比標準的針頭注射在表皮形成的小孔要小得多，而他們的愈合時間大致相同。第二步，液流通過了小孔，速度會越來越低，到達皮下的某一位置，然后余下的藥液向周圍擴散 [7]。無針注射器的注射過程如 圖 1示： (a) 注射開始前 (b) 注射過程中 (c) 注射結束后 圖 1針注射器注射過程 國內(nèi)外發(fā)展狀況 國外的無針注射技術已經(jīng)有一百多年的發(fā)展歷史，美國和英國在該技術方面處于世界領先地位，國外學者從工程學方面展開了大量的研究工作，劍橋大學博士 司的幫助下建立 購買設計文檔后加 費領取圖紙 壓力試驗臺對各種類型的無針注射器的噴射壓力進行試驗和和模擬 [8]，加州大學的 無針注射機理方面做了系統(tǒng)的研究 ，并且給出了一套如何開發(fā)無針注射器的具體方案 [9]，美國華盛頓大學的 立了彈簧加載式無針注射器的數(shù)學模型 [10]，并對注射過程進行了仿真。此外，牛津大學工程學系的 授對采用 高壓氣體噴射粉末無針注射器噴射時的沖擊流進行了模擬 [11]。 目前，國外有很多家公司都在生產(chǎn)無針注射器產(chǎn)品，大約有近百種產(chǎn)品進入了市場，并且擁有 200 多件專利，在無針注射給藥方面也是碩果累累，其中具有代表性的是英國 司的 美國司的 藥系統(tǒng) [12]。這些國家對無針注射的研究比我們國家早很多，他們?nèi)〉玫某晒矠槲覀冄兄铺峁┝藚⒖肌? 我國在無針技術研究方面還處于初級階段，浙江大學和浙江省醫(yī)療器械研究所合作，一起研制無針注射器產(chǎn)品，并且做了臨床分析 [13]。無針注射器還存在一些技術的問題，隨著科學技術的進步，逐步的被解決掉，無針技術的到更好前景。再過一些年，許許多多無針注射產(chǎn)品將會被廣大消費者的熟知，并受到歡迎。在無針注射藥物種類方面，還有很大的選擇空間，蛋白質組合的深入了解，還會開發(fā)出非常多的用于無針注 射給藥的蛋白 14]，國外在無針注射藥品方面已經(jīng)很先進，而我國還在不斷地研究，在不久的將來，我國也將在這一領域占有一席之地。 題研究的目的及意義 注射的安全性一直都備受國內(nèi)外關注，注射的安全性是全世界都需要解決的社會問題，全世界每年有幾億兒童進行 55 多億次的注射，而 10%的注射是不安全的，而我們國家就占了總數(shù)的一半，有些地區(qū)的一次性注射器成為了很難處理的醫(yī)療垃圾，威脅著人們的生活。無針注射器由于沒有針頭，就不會導致交叉感染，有效的解決了傳統(tǒng)有針注射器的問題， 而且無針注射器大大的提高注射效率和質 量，為醫(yī)療器械的經(jīng)濟效益方面能夠帶來顯著的進步，同時也在某種程度上推進了醫(yī)療工業(yè)的不斷發(fā)展 [15]。上世紀 80 年代，美國的 司生產(chǎn)的一款電動無針注射器產(chǎn)品，進入市場，為該公司創(chuàng)造了很多的利潤，德國的 司也看中了電動無針注射器的市場前景，投入相當大 的人力、物力、財力對電動無針注射器進行研發(fā)，同樣取得了很大的成功，全世界對電動無針注射器的應用越來越廣泛，都在進行著研發(fā)的工作。 我國這些年也進行著電動無針注射器的研發(fā)，但是我國生產(chǎn)的無針注射器結構簡單、類型單一和精度不高，雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 近期產(chǎn)品的質量較早期有所提高，但受到國產(chǎn)零件的精度和技術等方面的限制，我國研制出的無針注射產(chǎn)品和歐美等國家有很大的差距，在電動無針注射器 購買設計文檔后加 費領取圖紙 面，我國還沒取得什么成果，和歐美等國家的距離更多，所以為滿足市場需求，研制出一種新型的電動無針注射器勢在必行！ 現(xiàn)在市場上的無針注射器存在價格貴、注射精度不高等諸多問題，是無針注射器沒有被大量應用的原因，所以有必要對現(xiàn)有無針注射器進行結構優(yōu)化，使其做到結構簡單，使用方便，從而提出了新型電動無針注射器的結構組成、工作原理，擬定了電動無針注射器總的指導思想，得出了該新式電動無 針注射器的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟且易維修的結論。 課題研究內(nèi)容 本課題主要研究了以下內(nèi)容： 1. 通過網(wǎng)絡和圖書館查找各種關于電動無針注射器的相關資料，介 紹了無針注射的原理和注射機理； 2. 運用工程設計學方法，對無針注射器的功能和結構進行系統(tǒng)分析， 制定了可行的總體方案； 3. 無針注射器的控制系統(tǒng)進行設計； 4. 電動無針注射器的圖紙的繪制； 5. 說明書的整理。 章小結 本章對無針注射器做了簡介，介紹了無針注射器的概念和原理，闡述了國內(nèi)外的發(fā)展狀況，詳細介紹了無針注射器研究的目的及意義，最后提出了無針注射器 研究內(nèi)容。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2章 無針注射器原理及結構設計 針注射器原理方案設計 功能分析 采用黑箱法分析系統(tǒng)的總功能，把待設計的產(chǎn)品看做成一個黑箱，黑箱法要求設計者知道黑箱需要輸入什么和輸出什么以及各種物質之間的聯(lián)系，這些關鍵明確以后即可了解其總功能 [16]。將其抽象化后 ,那么黑箱操作如圖 2示： 圖 2針注射器的黑箱操作 無針注射器的輸入端輸入的是藥液能量還伴隨著信息控制，一系列的動作完成之后，輸出端輸出的是具有很高速度的藥液，發(fā)明無針注射器的目的，就是減小皮膚損傷，減小疼痛感，有效的防止交叉感染，為一 些醫(yī)務人員和非醫(yī)務人員的操作帶去便利，讓沒有專業(yè)技術的人員可以更好的完成注射操作，降低操作難度提高安全性。 無針注射技術就是通過高速液流 ， 刺破皮膚 ， 進入皮下組織 ， 了解所要設計系統(tǒng)的總功能， 然而我們的選擇有很多，這就要求我們選擇理想方案。 能分解 一般工程系統(tǒng)都是很復雜的，難以直接求得滿足總功能的系統(tǒng)解。 但可以將其分解開來一步一步進行分析，然后建立功能結構圖 [17]， 這樣可以更加直觀的分析各個元件的結構了解其功能。 這樣既可以顯示各功能元、分功能與總功能的關系，又可以通過各功能元之間的解的有機結合求的系統(tǒng)解。 按 照電動無針注射器注射的過程繪制其功能分解圖。這五個過程包括：安裝藥瓶、動力輸入、能量輸出、碰撞、藥液釋放，功能分解如圖 2示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2能分解 能元求解 通過分析我們得到若干局部解，在這里我們得到了許多方案供我們進行比較選擇，其方案如下： 1．藥物加載及噴射裝置：外置安瓿和內(nèi)置安瓿。 2．動力源裝置：電機、彈簧、氣壓動力、液壓動力、彈藥、電磁力。 3．沖擊裝置：凸輪裝置、曲柄連桿裝置、飛輪裝置、齒輪傳動、摩擦輪傳動裝置、活塞沖擊。 4．激發(fā)裝置：離合器機構、棘爪機構、彈藥激發(fā)機構、電氣控制、換 向閥控制、撞針裝置。 通過以上的方案計算得到 432 種方案，但是根據(jù)無針注射器的要求和實際的組合情況來看，有些組合不能滿足本次設計的要求，不合理，有些組合不符合實際，在此要求我們從眾多方案中挑選最優(yōu)方案。 統(tǒng)方案求解 在工程設計階段，對于單一機構的選型或整個機構系統(tǒng)的選擇都應該 建立合理、有效的評價指標。對于無針注射器機構的選擇從功能、動力性能、經(jīng)濟性、結構性、幾個方面進行評價選擇 [18]。 1．藥物加載及噴射裝置的選擇 現(xiàn)在市場上無針注射器的安瓿有兩種，分為內(nèi)置式的安瓿和外置式的安瓿，內(nèi)置式的安瓿和無針注 射器在一起，一體化，外置式的安瓿和無針注射器是分離的，可以通過螺紋或是其他連接方式連接在一起。 安瓿與注射器一體化設計，使得無針注射器具有了使用方便、結構緊湊，遇到緊急事故能夠更高效快速完成注射等特點，但是安瓿與注射器一體化的結構設計也使得在每一次使用時都要對安瓿進行消毒，但對于殘留藥物的處理會讓其成本提高，這一點并不是十分方便。 外置安瓿瓶的結構設計是將安瓿作為一次性使用的消耗品，用完即棄，注射器作為可重復使用的主體部件，這樣的結構設計避免了一體化設計中的注射器消毒及殘余藥劑的處理問題，也避免了交叉感染， 同時降低 購買設計文檔后加 費領取圖紙 注射成本。從經(jīng)濟性和安全性考慮，我們選擇外置式安瓿作為藥物加載裝置。 2．動力源的選擇 由于無針注射器的整個注射過程在 以內(nèi) [19]，為此需要驅動力強而且快速響應的動力系統(tǒng)，熟讀相關資料，查閱相關信息，了解到現(xiàn)在的無針注射器主要采用電磁鐵、彈簧、高壓氣體、彈藥四種。 電磁鐵動力源的無針注射器的最大優(yōu)點在于可控性很強，而且結構簡單，不需要多余的復位裝置，使用便捷，安全可靠，可以直接進行復位，但現(xiàn)在技術還不夠成熟。 采用彈簧為動力源，將壓縮彈簧的勢能轉化為噴射藥液的動能，手壓縮彈簧，較容易進行機 械加工，制造成本較低，但是操作繁瑣，不能自動注射吸入藥液后，不能調(diào)節(jié)注射劑量，不能連續(xù)注射，會產(chǎn)生噪音，但不是很大。 高壓氣體作為動力源在注射時遞送系統(tǒng)功能穩(wěn)定好，安全性、可靠性較高，產(chǎn)品精度較高，但是對裝置的安全性要求高，密封性要求嚴格，較難加工，所以制造成本較高，操作繁瑣，不能自動注射，由于采用氣泵提供能量，其體積較大，操作不方便。 彈藥動力源是通過引爆封閉氣室內(nèi)的易燃物，氣體快速膨脹引起瞬間高壓，推動活塞注射，但是其結構過于復雜，并且安全性令人擔憂。 通過比較動力源為彈簧、高壓氣體、彈藥還有電磁力，根 據(jù)安全方面、便捷方面、經(jīng)濟方面以及技術可行方面考慮，本文選擇電磁力作為設計無針注射器的動力源。 3. 沖擊裝置和激發(fā)裝置的選擇 根據(jù)產(chǎn)品的設計要求，無針注射系統(tǒng)體積小、重量輕、便于攜帶，所以沖擊裝置要結構簡單、可靠、安全性能好，結合對動力源的選擇，本文采用以電磁力驅動沖擊活塞撞擊的結構設計。 以電磁力為動力源的無針注射器， 注射時驅動力 的大小 可以通過調(diào)節(jié)電流的強弱來控制， 也能 通過電路的通斷來控制注射過程的開始和結束，最大限度的體現(xiàn)了電磁力作為驅動力的可控性高的特點。 撞針裝置結構簡單，而且操作方便， 在機械傳動 方面應用非常廣泛 ，因此選擇撞針來作為激發(fā)裝置 [20]。 案工作原理 電動無針注射器工作原理：手動為安瓿瓶吸入藥液，將安瓿瓶旋入注射器的調(diào)節(jié)桿中，將調(diào)節(jié)桿旋入調(diào)節(jié)套中，當對通電磁鐵進行通電時，通電磁鐵產(chǎn)生磁力作用，使鐵錘帶動支承座向前運動，彈簧受力壓縮變形，鐵錘高速撞擊撞針，撞針在控制套的控制下，在一定范圍內(nèi)運動，帶動注 購買設計文檔后加 費領取圖紙 活塞運動，使安瓿頭中的藥液在短時間內(nèi)通過安瓿頭前端的微細孔以高速狀態(tài)噴射出去，形成 “水針 ”完成注射過程；注射完成后斷電，通電磁鐵磁力消失，彈簧恢復原長推動支承座和鐵錘恢復初始位置，完成復位 。 電動無針注射器機械結構設計 簧設計 彈簧是電動無針注射器的重要組成部分 ， 彈簧的功能是使無針注射器注射完成之后 ， 實現(xiàn)復位 后可以使電動無針注射器 用于再次注射 ， 所以彈簧的選擇很重要 ， 彈簧的材質 、 形狀 、 尺寸都需要 做出 的設計 ， 彈簧在工業(yè)生產(chǎn)中用途很多 ， 所以彈簧的種類和樣式也是非常多的 ， 按照彈簧的材質不同可以分為金屬彈簧和非金屬彈簧 ，在無針注射器中要求彈簧體積小，壓縮量少，要有較大的變形能 [21]，為此我們選用蓄能 性能較好，剛度穩(wěn)定，結構簡單，制作方便的金屬圓柱螺旋彈簧 。碳素鋼彈簧絲加工簡單、成本低、強度高而且 價格低，市場上較常見，本設計采用 65簧鋼絲作為原材料，彈簧性能見表 2 表 2簧性能 材料名稱 牌號 直徑規(guī)格， 變模量， 性模量， 用溫度， ℃ 碳素彈簧鋼絲 65 9 203 - 40~120 通過演算和推導制定出符合條件的彈簧， 對彈簧進行設計 ， 彈簧設計圖如圖 2示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2簧設計圖 如上圖所示，彈簧設計參數(shù)為： 最小載荷 2N 最大載荷 5N 工作極限載荷 6N 有效圈數(shù) n=4 總圈數(shù) 壓并圈數(shù) 彈簧絲直徑 d=距 t=8小載荷高度 0大工作高度 2旋角 ≤ 9o 彈簧的校驗： 許用切應力 τ=小切應力 τ大切應力 τ足靜壓應力要求 彈簧的疲勞強度安全系數(shù) 本滿足疲勞強度要求 彈簧的臨界載荷 n 彈簧在沒有約束的情況下穩(wěn)定性較好 在彈簧受力過程中為了避免力量集中在彈簧的一側，使彈簧喪失穩(wěn)定而失效，需要在彈簧的末端磨平并緊貼在前一有效圈上， 而被壓緊的物體也應該和彈簧末端形狀相配合，同樣原因，彈簧兩末端的端點應在相應的兩邊，以達到使彈簧均勻受力的目的。 彈簧的作用就是復位， 還應指出的是，彈簧成形后，需經(jīng) 22030低溫去除應力退火或發(fā)藍處理，或根據(jù)彈簧的作業(yè)條件與所選材料的性質的要求，需要進行淬硬及回火，以提高彈簧力。 殼設計 容納機械零件的箱體結構，在注射過程中，其振動幅度較小，所以采用聚酰胺 加工殼體。由于聚酰胺 有高強度、耐油、抗震、滅銀等特點，廣泛應用于機床、汽車、機械、化工、紡織、交通運輸?shù)裙I(yè)部門[22]。適合制 作各種類型的零部件，而且重量較輕，也可以使整體結構更加輕便。箱體內(nèi)有一些溝槽是來固定內(nèi)部的零件，箱體兩片有螺絲釘來固定， 箱體為左右對稱的設計，外觀并沒有過多的情況，它的功能就是固定 購買設計文檔后加 費領取圖紙 件，把一些零件包裹在內(nèi)，在沒有其他要求， 設計的箱壁厚大約為5設計圖如圖 2示： 圖 2外殼設計圖 撐座設計 電動無針注射器組成部分，需要考慮它的材料、性質 和主體之間的配合，與支撐座相連的零件是彈簧和鐵錘。 在選用支撐座材料時，可以有多個選擇，可以選用金屬材料，塑料，和橡膠，但是由于電動無針注射器的對震動 和材料的使用壽命有嚴格的要求，金屬材料會加大震動，不適合作為支撐座的材料，而塑料雖可以減小震動，但是它具有硬而脆特點，不能有效的周而復始的使用，所以也不會考慮使用，而橡膠材質有效減小震動并可以重復性的碰撞，可以提高支撐座的使用壽命，提高無針注射器的效率，所以選擇橡膠作為支撐座的材質，其設計圖如圖 2示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2撐座設計圖 錘設計 鐵錘是電動無針注射器的重要組成部分，電動無針注射器采用電磁鐵為動力源，將電能轉化為電磁能，然后將電磁能轉化為鐵錘的動能，鐵錘的動能傳遞給噴射藥液，藥液被注射到皮下 或肌肉內(nèi)發(fā)揮藥效。因為鐵錘要磁場的作用形成運動，需要對材料的型號進行選擇。 45 號鋼化學成分含量碳是 量為 量 量 <= 45 號鋼為優(yōu)質碳素結構用鋼，調(diào)質處理后零件具有良好的綜合機械性能，自身的硬度、耐磨性符合本次設計的要求，可以提高鐵錘的使用壽命，所以我們選用 45 號鋼作為鐵錘的材料，形狀為圓柱形。其設計圖如圖 2示： 圖 2錘設計圖 電磁鐵通電后，形成磁場，推動鐵錘運動，鐵錘把能量傳遞給撞針，然后使藥液噴 出，這個噴射過程完成之后，鐵錘需要復位，鐵錘是嵌入在支撐座上，在前一動作發(fā)生后，被壓縮的彈簧要恢復原狀，所以通過彈簧的彈性勢能轉化為動能使鐵錘恢復到原來所在的位置，最后整個無針注射就完成了。 針設計 撞針是電動無針注射器的傳遞能量的元件，電磁鐵的電磁能轉化為鐵錘的動能，鐵錘動能傳到安瓿頭就是用撞針傳遞的，然后進行無針注射，藥液被注射到皮下或肌肉內(nèi)發(fā)揮藥效，撞針的復位是在安裝安瓿頭時，被 購買設計文檔后加 費領取圖紙 回原來位置，由于撞針會被周而復始的被撞擊和撞擊活塞，提高它的使用壽命是非常有必要的， 45 號鋼是零件的常用材料，它在市場上 很容易買到，而且不貴，選擇 45 號鋼來制造撞針 ，撞針在電動無針注射器里就能更好地完成它的功能，提高無針注射器的使用效率。 其設計圖如圖 2示： 圖 2針設計圖 章小結 本章主要是對無針注射器進行總功能分析 、 功能分解 、功能元求解、系統(tǒng)方案設計， 并對其結構進行設計 ， 有彈簧、外殼、支撐座、鐵錘和撞針， 通過對無針注射器原理的了解和總體的設計實現(xiàn)所要達到的預期效果。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3章 電動無針注射器的控制系統(tǒng)設計 磁力計算 1．伯努利方程 伯努利方程是理想流體定常流動的動力學方程，意為流體在忽略粘性損失的流動中，流線上任 意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不變。 理想正壓流體在有事體積力作用下作定常運動時，運動方程沿流線積分而得到的表達運動流體機械能守恒的方程。對于重力場中的不可壓縮均質流體，方程式見式 (3 ????? ???22 (3式中 P、 ?、 ? 分別為流體的壓強、密度和線性速度； h 為鉛垂高度；g 為重力加速度； C 為常量。式 (3各項分別表示單位體積流體的壓力能、動能和重 力勢能，在沿流線運動的過程中，根據(jù)能量守恒的原則，式(3變形為式 (3 22221211 22 ?????????? ?????? (3因為無針注射是水平注射的，所以 h1=因此式 (3以簡化為式(3 22222211 ???? ????? (3一般而言，射流直徑在 間變化時， 15射流滯止壓力足夠穿透人的皮膚，藥液流速應在 100m/s~200m/s 之間，本裝置主要用于注射肉毒桿菌來進行美容，由于肉毒桿菌必須用生理鹽水來稀釋 ，且肉毒桿菌的含量特別低，所以藥液密度近似生理鹽水密度??03kg/次注射進給量是 8射時間為 上所述，把所有已知項通過式 (3得出式 (3 2226 ??????? P(3 因為式 (3 ? (3?? 在理想狀態(tài)下，裝置內(nèi)部的摩擦力全部忽略不計，電磁鐵產(chǎn)生的電磁 購買設計文檔后加 費領取圖紙 除了克服彈簧的彈力，其余全部轉化為對藥液的壓力，所以有式 (3 ??? 磁(3???? 3 磁F 2．電磁鐵磁力計算 電磁鐵磁力計算大多經(jīng)過多次推導得出，其中有一種如下式 (3 222 4/ ??? ?磁 (3其中， ? 是導磁率，近似取值 1， n 為線圈匝數(shù)， I 為線圈電流， S 為鐵芯截面積， L 為氣隙長度。根據(jù)導線截留量口訣可以粗略估計出導線截面和許用電流之間的關系，經(jīng)過計算，當導線為橫截面積是 裸鋁線時，許用電流為 圈匝數(shù)為 32 匝，氣隙為 過計算： 是因為有墊圈的緣故，可以抵消一部分壓力，同時在進給過程當中不可避免的會有摩擦力的存在，因此可以認為略大的電磁力值是允許的。 動電路設計 路 元件 1．整流橋 為了使運動穩(wěn)定， 實現(xiàn)無針注射器可以平穩(wěn)注射 ， 應該選取直流電，但日常生活中使用的電都是 220V 的交流電，為了實現(xiàn) 交流電變?yōu)橹绷麟?，需要引入一個電路元件 ——整流橋。 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要在全波整流電路的基礎上增加兩只二極管口連接成 “橋 ”式結構，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 整流橋的工作原理如圖3示： 圖 3流橋的工作原理 整流橋的作用就是能夠通過二極管的單向導通的特性將電平在零點上 購買設計文檔后加 費領取圖紙 浮動的交流電轉換為單向的直流電。 橋式整流電路的工作原理如下： 正向電壓， 通；對 反向電壓， 路中構成 形成上正下負的半波整洗電壓， 負半周時，對 正向電壓， 4 導通；對 反向電壓， 止。電路中構成 電回路，同樣在 形成上正下負的另外半波的整流電壓。橋式整流電路圖及波形圖如圖 3圖 3示： 圖 3式整流電路圖 圖 3式整流電路波形圖 實質上就是把 4 個硅二極管接成橋式整流電路之后封裝在一起用塑料包裝起來，引出 4 個腳，其中 2 個腳接交流電源，用符號～表示，兩個腳是直流輸出，用＋和 —表示。整流橋的樣式如圖 3示： 圖 3流橋的樣式 購買設計文檔后加 費領取圖紙 ．延時繼電器 本設計主要用于美容中對肉毒桿菌的注射，屬微整形范疇，注射位置精度要求較高。但在注射開始時，在扣動開關的過程中，都會產(chǎn)生一定的震動使注射位置發(fā)生偏轉，為了防止注射位置的偏轉，需要引入另一個電路元件 ——延時繼電器。 常見延時繼電器有氣囊式和電子式的，還有鐘表式的 [23]。氣囊式的是在利用 電磁鐵 啟動后氣囊中的氣體經(jīng)由小孔放氣來延時執(zhí)行指令。電子式的由電子電路來延時執(zhí)行 指令 [24]。 這兩種延時繼電器都是當點的，控制時間不長精度也不高，在鍋爐運行和電動機的延時降壓啟動中經(jīng)常使用，也能夠滿足要求。還有一種巖石計時器，可以滿足本次設計的使用要求。鐘表式的延時繼電器，利用鐘表的擒縱裝置來控制類似發(fā)條彈簧的釋放時間，精度高。 延時繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。當加上或除去輸入信號時，輸出部分需延時或限時到規(guī)定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型。在交流電路中常采用空氣阻尼型延時繼電器，它是利用空氣通過小孔節(jié)流 的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構和觸點三部分組成。原理圖如圖 3示： 圖 3時繼電器原理圖 空氣阻尼型延時繼電器的延時范圍大 (有 60s 和 180s 兩種 )，它結構簡單，但準確度較低，一般多用于交流電路的延時。幾種常見的延時繼電器如圖 3示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3時繼電器的樣式 時間繼電器的接線方法 ： (1) 控制接線：你把它看成直流繼電器來考慮。 3、 7 用來接 12V 控制電壓； 2、 7 用來接 24V 控制電壓。其中的 7 當成直流電的負極，使用時接到零線。 2 接 220V 的火 線。 (2) 工作控制：雖然控制電壓接上了，但是是否起控制作用，由面板上的計時器決定。 (3) 功能理解：它就是一個開關，單刀雙擲的，有一個活動點活動臂，就像常見的閘刀開關的活動刀臂一樣。 8 是活動點， 5 是常閉點，繼電器不動時，他們兩個相連。動作時， 8、 6 相連。 (4) 負載接線：電源的零線或負極接用電器的零線或負極端。電源的火線或正極接 8 腳，用電器的火線端或正極接 6 腳， 5 腳空閑不用。 (5) 工作原理：計時無效期間， 8、 5 相連，相當于我們平常電燈開關斷開狀態(tài)。有效時，繼電器動作， 8、 6 相連，用電器得電工作， 相當于我們平常電燈開關接通狀態(tài)。延時繼電器連線圖如圖 3示： 圖 3時繼電器連線圖 磁控制方案 電磁控制的過程為：扣動開關使開關閉合，整流橋把 220V 的交流電壓轉化成直流電壓，再通過延時繼電器進行延時作用后，傳遞給通電磁 購買設計文檔后加 費領取圖紙 。原理圖如圖 3示： 圖 3磁控制原理圖 章小結 本章主要介紹了無針注射器的電控裝置。通過對電磁力的計算和電控裝置的電路元件分析，建立了電磁控制方案，達到了對電動無針注射器的使用要求。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4章 電動無針注射器的 三維造型 在完成對產(chǎn)品的系統(tǒng)結構設計后，進行了三維造 型的設計，在前面的論文中已經(jīng)簡單的描述了各個零件的造型結構 。接下來詳細的介紹一下三維造型的整個過程以及 軟件的介紹。 簡介 1989 年，美國 司的一批技術人員研發(fā)推出了 軟件的第一個版本，它一經(jīng)面世，就以它的尺寸驅動、基于特征設計的實體造型軟件深受用戶歡迎。 軟件很快就被廣泛應用于自動化、機械、電子、模具、汽車、航空航天、醫(yī)療器械等多個領域。 應用的是 成產(chǎn)品的三維造型，它具有易學易用、功能強大、互聯(lián)互通三大特色，全面提升了設計效率 ，達到節(jié)省 時間和成本、大幅度提升產(chǎn)品設計品質的目標，它具有以下方面的特點 ： 1． 更加友好的用戶界面 2． 更加完善的 3D 繪圖 3． 更加豐富的 操作性 4． 更加強大的互聯(lián)互通功能 5． 更加便捷的操控板 6． 更加快速的草繪工具 7． 更加快速的裝配 8． 更加快速的制圖 9． 更加快速的 之， 面細致的技術改進更加貼近了用戶，這些 重要的設計思想也是三維 統(tǒng)的發(fā)展方向。 零件的三維建模 瓿頭的三維模型 打開 模模塊 ， 進行 草繪 ， 單擊旋轉，點擊對稱軸，輸入 360，單擊 確定 ， 安 瓿頭的主體就已經(jīng)繪制出了 ， 單擊 倒角命令 ，對圖形進行倒圓角和倒角， 單擊插入，選擇 “螺旋掃描 ”選項，設置后螺旋掃描信息 ， 生成圖 如圖 4示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4瓿頭 的三維模型 連接套、調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)套也可用相同的 “旋轉 ”和 “螺旋掃描 ”方式進行建模，不再重復說明，生成圖如圖 44 4示： 圖 4接套 的三維模型 圖 4接桿 的三維模型 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4節(jié)套 的三維模型 圈的三維模型