電動無針注射器設(shè)計【說明書+CAD+PROE】

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傳統(tǒng)的注射器是通過不銹鋼針頭注射人體，容易造成局部皮膚損害、出血，不僅疼痛顯著，令多數(shù)患者（特別是小孩）產(chǎn)生害怕，并且大量一次性注射器使用后即成為威脅環(huán)境健康的醫(yī)用垃圾，據(jù)報道，在美國440萬醫(yī)務(wù)人員中，每年因針頭或醫(yī)療銳器刺傷的人數(shù)達80萬，護士每年發(fā)生的針次傷達80～100萬次。1994年，WHO和聯(lián)合國兒童基金會在免疫接種會議上，2002年，WHO在“全球安全注射網(wǎng)絡(luò)年會鰲注射后廢棄物管理技術(shù)研究會”提出安全注射的要求，呼吁積極推廣無針注射技術(shù)，無針注射的需求，促使了本課題研究 。 與傳統(tǒng)的皮下針頭注射器相比，電動無針注射器的有點很明顯。無針注射是通過高速射流注射一小股藥物到皮下，無針扎傷害危險，避免皮膚受損引起感染。沒有傳統(tǒng)注射器使用的針頭，避免了針頭暴露感染。在使用和效果上迅速便捷，易于操作，可以在任何地方使用。 現(xiàn)如今大多數(shù)的疫苗是采用有針頭注射器注射的，雖然有針頭注射器使用廣泛，基于針頭的方法仍然有一定的局限，比如人們對使用針尖的恐懼癥，因針頭而產(chǎn)生的傷害事故，以及在一些發(fā)展中國家由于重復利用針頭而導致大數(shù)量的HIV病毒感染，無針注射器可以很好的解決以上的一系列問題，根據(jù)粗略統(tǒng)計，它有如下優(yōu)點： （1） 無針扎傷害、無疼痛 （2） 排除可能產(chǎn)生的交叉感染 （3） 注射完成后處理費用低 （4） 注射的藥物易吸收 （5） 易于操作、簡捷并且可以在任何地方使用 （6） 藥物注射劑量準確（0.01ml可調(diào)） （7） 消除針頭刺破事故的發(fā)生 綜上所述，本課題的研究有著廣泛的意義和使用價值。 國內(nèi)外無針注射器發(fā)展狀況: 發(fā)達國家對無針注射器的研究非常重視，無針注射技術(shù)發(fā)展迅速，除了已經(jīng)被人們熟知的液體無針注射技術(shù)，粉末無針注射也開始發(fā)展和應(yīng)用。與應(yīng)用液體無針注射器比起來，粉末無針注射是一個更新的注射平臺。第一個施用于液體的無針注射器于20世紀40年代設(shè)計，用于大規(guī)模的疫苗接種，液體無針注射器從那里便開展起來。而第一個粉末無針注射的專利在1993年發(fā)表，第一次臨床試驗則在1997年。 近年來，隨著我國生物工程技術(shù)的日益成熟和廣泛使用，大量的生物技術(shù)藥物問世，為開辟更簡便的蛋白/多肽類藥物和基因藥物的給藥途徑，研制出了無針注射給藥系統(tǒng)。胰島素是蛋白/多肽類藥物中的典型代表，有多種新型給藥系統(tǒng)用于開發(fā)胰島素新制劑，與使用有針頭注射器的傳統(tǒng)注射劑相比，無針注射給藥系統(tǒng)更適合于又恐針感的病人、兒童患者，并消除了交叉感染。 國外發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過七十年的研究沉淀，國外對無針注射的研究已經(jīng)進入市場開發(fā)階段，目前，英國、美國在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。目前，Medr-Ject公司主要從事機械動力無針注射給藥系統(tǒng)的研究，已開發(fā)了系列產(chǎn)品。與其他無針注射技術(shù)相比，機械動力無針注射給藥系統(tǒng)科技含量較低，提高藥液傳遞效率必須使用高強度彈簧，其優(yōu)勢在于較容易進行機械加工，使用時不產(chǎn)生噪音。Weston醫(yī)藥公司和Bioject公司分別開發(fā)了系列高壓氣體動力無針注射產(chǎn)品，應(yīng)用于遞送羅氏公司的干擾素和抗菌素、Weston公司的流感疫苗、Fragmin公司的小分子量肝素、其他的還有乙型肝炎疫苗、胰島素、嗎啡、利多卡因、紅細胞生成素、生長激素等藥物。 Weston醫(yī)藥公司開發(fā)的產(chǎn)品主要以高壓氮氣為動力源，Bioject公司開發(fā)產(chǎn)品以高壓二氧化碳為動力源。 國內(nèi)發(fā)展狀況 目前，我國在無針注射器研制上仍然處于初級階段，已有國產(chǎn)化SSP型無針注射器， SSP型無針注射器是我國自主研制的試驗用無針注射器。此外浙江省醫(yī)療器械研究所與浙江大學也在聯(lián)合研究無針注射器產(chǎn)品，并且再進一步做臨床分析。 隨著科技的進步，無針注射器存在的問題將逐步得到解決，加快發(fā)展。在不久的將來，各種無針注射器產(chǎn)品必然被廣大消費者熟知并認可。無針注射藥物品種將會有更大的選擇空間，蛋白質(zhì)組學研究的推進將發(fā)掘更多適用于無針注射給藥的蛋白/多肽類藥物，國外在無針注射領(lǐng)域已很成熟，我國也在不斷的研究，在不久的將來，我國也會在這一領(lǐng)域有所發(fā)展和創(chuàng)新。 課題研究的主要內(nèi)容和方法，研究過程中的主要問題和解決辦法： 課題研究的主要內(nèi)容: 1、闡述無針注射器的研究目的及意義，以及國內(nèi)外的發(fā)展狀況； 2、在深入分析產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上，提出無針注射器的研究要求，并機械產(chǎn)品概念設(shè)計的理論與方法，完成無針注射器的概念設(shè)計；之后在詳細設(shè)計的步驟中主要完成選擇方案的設(shè)計； 3、具體介紹，選擇出設(shè)計產(chǎn)品所用的動力源，或選擇機械動力注射或是選擇高壓氣體無針注射； 4、電動無針注射器結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制零件圖及裝配圖； 5、電動無針注射器電路設(shè)計； 課題研究的主要方法： （1）收集資料，了解并電動無針注射器的工作原理和各模塊的功能。 （2）確定設(shè)計大體思路，撰寫開題報告，按照要求完成具體的設(shè)計內(nèi)容。 （3）根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，熟悉相關(guān)軟件CAD及三維制圖軟件PROE，確定設(shè)計方法及設(shè)計要點。按要求完成完整的設(shè)計計劃及預期達到的結(jié)果，進行相關(guān)設(shè)計及計算。 （4）對所設(shè)計的電動無針注射器進行三維建模和仿真。 （5）對設(shè)計說明書初稿進行相關(guān)格式修改，對設(shè)計圖紙并進行修改。 研究過程中的主要問題和解決的方法： (1)無針注射器功能結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械產(chǎn)品的功能是指機械產(chǎn)品的用途或所具有的特定工作能力。機械系統(tǒng)和其他系統(tǒng)一樣都存在著能量流、物質(zhì)流和信息流的傳遞與交換。因此機械產(chǎn)品的功能具體來說，是實現(xiàn)能量、物料、信息的傳遞與變換；是實現(xiàn)作用對象（物料、能量和信息）的特征變化。 通過對無針注射器的抽象化描述之后，可以把總功能描述為無針條件下進行噴射注射，他的黑箱示意圖如圖1所示。他是以物料的轉(zhuǎn)換為主的機械系統(tǒng)，也即物料流為主流，輸入物料是藥物和人體的某部位，輸出物料流是已完成注射的人體某部位。 圖1 無針注射器黑箱示意圖 由無針注射器的噴射流程分析可得，無針注射器由儲藥、加載、觸發(fā)、噴射、注射幾個步驟組成，其流程圖如圖2所示： 圖2無針注射器動作流程圖 （2） 系統(tǒng)方案設(shè)計 機械產(chǎn)品概念設(shè)計最終要實現(xiàn)機械運動方案設(shè)計，也就是執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計。執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計的構(gòu)思與設(shè)計是概念設(shè)計中重要的部分，主要是動力系統(tǒng)、傳動及執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中執(zhí)行系統(tǒng)是執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計核心。 本次設(shè)計的電動無針注射器，機構(gòu)設(shè)計方案是把電能轉(zhuǎn)化為電磁能，把電磁能轉(zhuǎn)換為彈簧的彈性勢能，彈簧作為主要的動力源，把壓縮彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為使藥噴射出的動能。 課題研究所需的參考文獻： [1]周旭.無針粉末注射給藥系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[D].中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院.2008 [2]陳黃飛.無針注射器發(fā)展狀況分析.廣東工業(yè)大學華立學院.2014 [3]羅麗君.侍曉云.無針注射器的臨床應(yīng)用及研究現(xiàn)狀.藥物生物科技.2015 [4]龔溎義．機械設(shè)計課程設(shè)計指導書[M]. 北京：高等教育出版社 [5]澲良貴．紀明鋼. 機械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社 [6]曾莉群．無針注射器研發(fā)[D]. 浙江大學. 碩士畢業(yè)論文. 2008 [7]邵文鵬, 王韻晴．無針注射器的研究進展[J]. 中國醫(yī)療器械信息. 2015 [8]賈軍朋.無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計.蘇州大學.2011年 [9]李金柱.無針注射器性能研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計.華中科技大學.2007 [10]周旭.王伽伯.肖小河.無針注射給藥系統(tǒng)及應(yīng)用.解放軍藥學學報.2005 [11]趙麗娜.無針注射器技術(shù)研究.浙江大學. 2012 指導教師審查意見： 指導教師簽字： 　　　 20 年 月 日 指導委員會意見審核意見： 組長簽字： 　　　20　年 月 日 畢業(yè)設(shè)計題目：電動無針注射器設(shè)計 學生姓名： 姚照文 學 號：1230060131專業(yè)班級：機械12-1 指導教師：杜野 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 1份 2 畢業(yè)設(shè)計論文 1份 3 圖紙 15張 4 光盤 1張 2016年6月21日 畢業(yè)設(shè)計題目：電動無針注射器設(shè)計 學生姓名： 姚照文 學 號：1230060131專業(yè)班級： 機械12-1 指導教師：杜野 哈爾濱理工大學學士學位論文 電動無針注射器設(shè)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(shù)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)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(shù)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(shè)計學方法分析了無針注射器的結(jié)構(gòu)特點，制定了無針注射器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 2． 設(shè)計的電磁驅(qū)動式無針注射器機構(gòu)，來完成計量可控的給要注射，詳細設(shè)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(gòu)簡單，穩(wěn)定性強。 3． 設(shè)計驅(qū)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(shè)計，進行了三位建模，驗證了設(shè)計的可行性，并為樣機制作打下基礎(chǔ)。 所設(shè)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(yīng)用。 關(guān)鍵詞 無針注射器；電磁鐵；安瓿頭 Design of Electric Syringe Without Needle Abstract Compared to conventional subcutaneous injection, the needle-free injection is a new way, with a painless, drug absorption, easy to operate, eliminating cross-infection and many other advantages. Domestic syringe without a needle of a late start, lagging behind foreign technology, is still in the research and development stage. In this paper, based on the analysis of a syringe without a needle structural characteristics, design the electric syringe without a needle, the main research work are as follows: 1． Needle-free injection technology development status at home and abroad, needle-free injection mechanism, use of engineering science analysis of the structural characteristics of needle syringe, developed a syringe without a needle system structure design. 2． Design of electromagnetic drive type syringe without needle agencies, to complete the measurement control for injection, the detailed design of the hammer, springs and electromagnet impact system, as well as ampoule head installation, simple structure, strong stability. 3． Drive and control device design, complete the ac and dc control electromagnet power tong, and other functions. 4． According to the above design, the three modeling, verify the feasibility of the design, prototype production and to lay the foundation. The designed electric syringe without needle, huge impact, injection effect is good, the injection metering control, have good commercial value, worthy of popularization and application. Keywords　 Syringe without needle，electromagnet，ampoule head 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 - I - 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 無針注射器簡介 1 1.1.1 無針注射的概念 1 1.1.2 無針注射的原理 2 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 2 1.3 課題研究的目的及意義 3 1.4 本課題研究內(nèi)容 4 1.5 本章小結(jié) 4 第2章 無針注射器原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 2.1 無針注射器原理方案設(shè)計 5 2.1.1 總功能分析 5 2.1.2 功能分解 5 2.1.3 功能元求解 6 2.1.4 系統(tǒng)方案求解 6 2.1.5 方案工作原理 7 2.2 電動無針注射器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 2.2.1 彈簧設(shè)計 8 2.2.2 外殼設(shè)計 9 2.2.3 支撐座設(shè)計 10 2.2.4 鐵錘設(shè)計 11 2.2.5 撞針設(shè)計 11 2.3 本章小結(jié) 12 第3章 電動無針注射器的控制系統(tǒng)設(shè)計 13 3.1 電磁力計算 13 3.2 驅(qū)動電路設(shè)計 14 3.2.1 電路元件 14 3.2.2 電磁控制方案 17 3.3 本章小結(jié) 18 第4章 電動無針注射器的三維造型 19 4.1 Pro/E簡介 19 4.2 各零件的三維建模 19 4.2.1 安瓿頭的三維模型 19 4.2.2 墊圈的三維模型 21 4.2.3 支撐座的三維模型 22 4.2.4 彈簧的三維模型 23 4.2.5 外殼的三維模型 23 4.3 電動無針注射器的三維建模 24 4.4 本章小結(jié) 25 結(jié)論 26 致謝 27 參考文獻 28 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 -III- -36- 第1章 緒論 1.1 無針注射器簡介 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(yīng)用于一些疫苗等小量藥品的注射[1]。 無針注射技術(shù)的發(fā)明可以追溯到百年以前，，但是由于受到當時技術(shù)的限制，那時的設(shè)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(shè)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。 1.1.1 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1-1所示： (a) 傳統(tǒng)注射 (b) 無針注射 圖1-1 注射方式 無針注射器以很多的學科為理論為基礎(chǔ)，例如化學、物理、藥理學等，還應(yīng)用一些技術(shù)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(shù)，無針注射技術(shù)是新型給藥方法，為醫(yī)護人員或是非醫(yī)務(wù)人員的注射提供了便捷與安全，而且此項技術(shù)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(zhuǎn)化[5]，把彈簧的彈性勢能或是把壓縮氣體的壓縮能量轉(zhuǎn)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。 1.1.2 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1-2所示： (a) 注射開始前 (b) 注射過程中 (c) 注射結(jié)束后 圖1-2 無針注射器注射過程 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 國外的無針注射技術(shù)已經(jīng)有一百多年的發(fā)展歷史，美國和英國在該技術(shù)方面處于世界領(lǐng)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Oliver A.Shergold在Weston Medical公司的幫助下建立了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Baxter對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Baker和Sander建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Mark A.F.Kendall教授對采用 MIFVS 對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Weston Medical公司的Intraject和美國Equidyne公司的Injex給藥系統(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(shù)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(shù)的問題，隨著科學技術(shù)的進步，逐步的被解決掉，無針技術(shù)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(zhì)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-多肽類藥物[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(lǐng)域占有一席之地。 1.3 課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(guān)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(zhì)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HUGER公司生產(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DESTO公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(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)量較早期有所提高，但受到國產(chǎn)零件的精度和技術(shù)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，在電動無針注射器方面，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(yīng)用的原因，所以有必要對現(xiàn)有無針注射器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其做到結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，從而提出了新型電動無針注射器的結(jié)構(gòu)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(jié)論。 1.4 本課題研究內(nèi)容 本課題主要研究了以下內(nèi)容： 1. 通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館查找各種關(guān)于電動無針注射器的相關(guān)資料，介 紹了無針注射的原理和注射機理； 2. 運用工程設(shè)計學方法，對無針注射器的功能和結(jié)構(gòu)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(shè)計； 4. 電動無針注射器的圖紙的繪制； 5. 說明書的整理。 1.5 本章小結(jié) 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。 第2章 無針注射器原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 無針注射器原理方案設(shè)計 2.1.1 總功能分析 采用黑箱法分析系統(tǒng)的總功能，把待設(shè)計的產(chǎn)品看做成一個黑箱，黑箱法要求設(shè)計者知道黑箱需要輸入什么和輸出什么以及各種物質(zhì)之間的聯(lián)系，這些關(guān)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2-1所示： 圖2-1 無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(wù)人員和非醫(yī)務(wù)人員的操作帶去便利，讓沒有專業(yè)技術(shù)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(shù)就是通過高速液流，刺破皮膚，進入皮下組織，了解所要設(shè)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。 2.1.2 功能分解 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(jié)構(gòu)圖[17]，這樣可以更加直觀的分析各個元件的結(jié)構(gòu)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(guān)系，又可以通過各功能元之間的解的有機結(jié)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2-2所示： 圖2-2 功能分解 2.1.3 功能元求解 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(gòu)、棘爪機構(gòu)、彈藥激發(fā)機構(gòu)、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(shè)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。 2.1.4 系統(tǒng)方案求解 在工程設(shè)計階段，對于單一機構(gòu)的選型或整個機構(gòu)系統(tǒng)的選擇都應(yīng)該 建立合理、有效的評價指標。對于無針注射器機構(gòu)的選擇從功能、動力性能、經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)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(shè)計，使得無針注射器具有了使用方便、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計避免了一體化設(shè)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，同時降低了注射成本。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0.2秒以內(nèi)[19]，為此需要驅(qū)動力強而且快速響應(yīng)的動力系統(tǒng)，熟讀相關(guān)資料，查閱相關(guān)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(jié)構(gòu)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(shù)還不夠成熟。 采用彈簧為動力源，將壓縮彈簧的勢能轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)可行方面考慮，本文選擇電磁力作為設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)簡單、可靠、安全性能好，結(jié)合對動力源的選擇，本文采用以電磁力驅(qū)動沖擊活塞撞擊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 以電磁力為動力源的無針注射器，注射時驅(qū)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(jié)束，最大限度的體現(xiàn)了電磁力作為驅(qū)動力的可控性高的特點。 撞針裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且操作方便，在機械傳動方面應(yīng)用非常廣泛，因此選擇撞針來作為激發(fā)裝置[20]。 2.1.5 方案工作原理 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，帶動注射活塞運動，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。 2.2 電動無針注射器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.1 彈簧設(shè)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(zhì)、形狀、尺寸都需要做出的設(shè)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(shè)計采用65Mn彈簧鋼絲作為原材料，彈簧性能見表2-1： 表2-1 彈簧性能 材料名稱 牌號 直徑規(guī)格，mm 切變模量，GPa 彈性模量，GPa 使用溫度，℃ 碳素彈簧鋼絲 65 0.08~6.0 79 203 - 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(shè)計，彈簧設(shè)計圖如圖2-4所示： 圖2-4 彈簧設(shè)計圖 如上圖所示，彈簧設(shè)計參數(shù)為： 最小載荷P1=12N 最大載荷Pn=45N 工作極限載荷Pj=56N 有效圈數(shù)n=4 總?cè)?shù)n1=6 壓并圈數(shù)n2=1 彈簧絲直徑d=1.5mm 截距t=8mm 最小載荷高度H1=30mm 最大工作高度Hn=12mm 螺旋角≤ 9o 彈簧的校驗： 許用切應(yīng)力τ=686.4Mp 最小切應(yīng)力τmin=171.7Mp 最大切應(yīng)力τmax=643.9Mp 滿足靜壓應(yīng)力要求 彈簧的疲勞強度安全系數(shù)Sp=1.31≥1.3~1.7 基本滿足疲勞強度要求 彈簧的臨界載荷Pc=53.7N>Pn 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(cè)，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(yīng)該和彈簧末端形狀相配合，同樣原因，彈簧兩末端的端點應(yīng)在相應(yīng)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(yīng)指出的是，彈簧成形后，需經(jīng)220oC~330oC的低溫去除應(yīng)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(zhì)的要求，需要進行淬硬及回火，以提高彈簧力。 2.2.2 外殼設(shè)計 容納機械零件的箱體結(jié)構(gòu)，在注射過程中，其振動幅度較小，所以采用聚酰胺-6來加工殼體。由于聚酰胺-6具有高強度、耐油、抗震、滅銀等特點，廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計，外觀并沒有過多的情況，它的功能就是固定零件，把一些零件包裹在內(nèi)，在沒有其他要求，設(shè)計的箱壁厚大約為5mm。其設(shè)計圖如圖2-3所示： 圖2-3 外殼設(shè)計圖 2.2.3 支撐座設(shè)計 電動無針注射器組成部分，需要考慮它的材料、性質(zhì)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(zhì)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(zhì)，其設(shè)計圖如圖2-5所示： 圖2-5 支撐座設(shè)計圖 2.2.4 鐵錘設(shè)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(zhuǎn)化為電磁能，然后將電磁能轉(zhuǎn)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0.42-0.50%，Si含量為0.17-0.37%，Mn含量0.50-0.80%，Cr含量<=0.25%，45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，調(diào)質(zhì)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(shè)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(shè)計圖如圖2-6所示： 圖2-6 鐵錘設(shè)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(zhuǎn)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。 2.2.5 撞針設(shè)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(zhuǎn)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，被推回原來位置，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(shè)計圖如圖2-7所示： 圖2-7 撞針設(shè)計圖 2.3 本章小結(jié) 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(shè)計，并對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)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(shè)計實現(xiàn)所要達到的預期效果。 第3章 電動無針注射器的控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1 電磁力計算 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(zhì)流體，方程式見式(3-1)： (3-1) 式中P、r、n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(3-1)中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(3-1)可變形為式(3-2)： (3-2) 因為無針注射是水平注射的，所以h1=h2,，因此式(3-2)可以簡化為式(3-3)： (3-3) 一般而言，射流直徑在0.1mm~0.5mm之間變化時，15Mp的射流滯止壓力足夠穿透人的皮膚，藥液流速應(yīng)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r?0.9×103kg/m3。每次注射進給量是8mm，注射時間為0.2s，綜上所述，把所有已知項通過式(3-3)可得出式(3-4)： (3-4) P2 = 15.01MPa 又因為式(3-5)： (3-5) 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)生的電磁力除了克服彈簧的彈力，其余全部轉(zhuǎn)化為對藥液的壓力，所以有式(3-6)： (3-6) 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(3-7)： (3-7) 其中，m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(guān)系，經(jīng)過計算，當導線為橫截面積是1.5mm2的裸鋁線時，許用電流為11.25A，線圈匝數(shù)為32匝，氣隙為1.4cm。通過計算： 雖然計算結(jié)果比允許值略大，但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。 3.2 驅(qū)動電路設(shè)計 3.2.1 電路元件 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(yīng)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(chǔ)上增加兩只二極管口連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，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3-1所示： 圖3-1 整流橋的工作原理 整流橋的作用就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c上下浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電。橋式整流電路的工作原理如下：E2為正半周時，對D1、D3加正向電壓，Dl，D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成E2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz上形成上正下負的半波整洗電壓，E2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成E2、D2、Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上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3-2和圖3-3所示： 圖3-2 橋式整流電路圖 圖3-3 橋式整流電路波形圖 實質(zhì)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3-4所示： 圖3-4 整流橋的樣式 2．延時繼電器 本設(shè)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(guān)的過程中，都會產(chǎn)生一定的震動使注射位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為了防止注射位置的偏轉(zhuǎn)，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(shè)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(gòu)和觸點三部分組成。原理圖如圖3-5所示： 圖3-5 延時繼電器原理圖 空氣阻尼型延時繼電器的延時范圍大(有0.4～60s和0.4～180s兩種)，它結(jié)構(gòu)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3-6所示： 圖3-6 延時繼電器的樣式 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(guān)，單刀雙擲的，有一個活動點活動臂，就像常見的閘刀開關(guān)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(guān)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(guān)接通狀態(tài)。延時繼電器連線圖如圖3-7所示： 圖3-7 延時繼電器連線圖 3.2.2 電磁控制方案 電磁控制的過程為：扣動開關(guān)使開關(guān)閉合，整流橋把220V的交流電壓轉(zhuǎn)化成直流電壓，再通過延時繼電器進行延時作用后，傳遞給通電磁鐵。原理圖如圖3-8所示： 圖3-8 電磁控制原理圖 3.3 本章小結(jié) 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。 第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(jié)構(gòu)設(shè)計后，進行了三維造型的設(shè)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(jié)構(gòu)。接下來詳細的介紹一下三維造型的整個過程以及Pro/E軟件的介紹。 4.1 Pro/E簡介 1989年，美國PTC公司的一批技術(shù)人員研發(fā)推出了Pro/E軟件的第一個版本，它一經(jīng)面世，就以它的尺寸驅(qū)動、基于特征設(shè)計的實體造型軟件深受用戶歡迎。Pro/E軟件很快就被廣泛應(yīng)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(lǐng)域。 應(yīng)用的是Pro/E Wildfire 3.0完成產(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(shè)計效率，達到節(jié)省時間和成本、大幅度提升產(chǎn)品設(shè)計品質(zhì)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CAD互操作性 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CAM 總之，Pro/E Wildfire 3.0全面細致的技術(shù)改進更加貼近了用戶，這些 重要的設(shè)計思想也是三維CAD系統(tǒng)的發(fā)展方向。 4.2 各零件的三維建模 4.2.1 安瓿頭的三維模型 打開Pro∕Engineer建模模塊，進行草繪，單擊旋轉(zhuǎn)，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(shè)置后螺旋掃描信息，生成圖如圖4-1所示： 圖4-1 安瓿頭的三維模型 連接套、調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)套也可用相同的“旋轉(zhuǎn)”和“螺旋掃描”方式進行建模，不再重復說明，生成圖如圖4-2、4-3和4-4所示： 圖4-2 連接套的三維模型 圖4-3 連接桿的三維模型 圖4-4 調(diào)節(jié)套的三維模型 4.2.2 墊圈的三維模型 打開Pro∕Engineer建模模塊，進行草繪單擊拉伸，輸入高度，單擊確定，生成圖如圖4-5所示： 圖4-5 墊圈的三維模型 擋圈、磁鐵套筒、控制套和活塞可用相同的“拉伸”方式進行建模，不再重復說明，生成圖如圖4-6、4-7、4-8和4-9所示： 圖4-6 擋圈的三維模型 圖4-7 磁鐵套筒的三維模型 圖4-8 控制套的三維模型 圖4-9 活塞的三維模型 4.2.3 支撐座的三維模型 打開Pro∕Engineer建模模塊。進行草繪，單擊旋轉(zhuǎn)，點擊對稱軸，輸入360，單擊確定，生成圖如圖4-10所示： 圖4-10 支承座的三維模型 鐵錘、撞針和通電磁鐵可用相同的“旋轉(zhuǎn)”方式進行建模，不再重復說明，生成圖如圖4-11，4-12和4-13所示： 圖4-11 鐵錘的三維模型 圖4-12 撞針的三維模型 圖4-13 通電磁鐵的三維模型 4.2.4 彈簧的三維模型 打開Pro∕Engineer建模模塊。單擊“插入”選擇“螺旋掃描”然后選擇“伸出項”選項，選擇可變參數(shù)和右手定則，單擊“完成”，選擇front平面，單擊平面，對掃描軌跡進行草繪，用螺距圖設(shè)置不同的螺距數(shù)據(jù)，草繪彈簧的截面，草繪完成后，出現(xiàn)定義好的“伸出項螺旋掃描”， 單擊“確定”后，出現(xiàn)生成的彈簧，如圖4-14所示 圖4-14 彈簧的三維模型 4.2.5 外殼的三維模型 外殼合了旋轉(zhuǎn)、拉伸、倒角等方式，這里不再多做說明，完成圖如圖4-15和4-16所示： 圖4-15 上外殼的三維模型 圖4-16 下外殼的三維模型 4.3 電動無針注射器的三維建模 設(shè)計的產(chǎn)品共有大約14個零件，每個零件圖按照嚴格的設(shè)計尺寸通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、可變剖面掃描、螺旋掃描等命令完成的，在完成各個零件的繪制后，進入了裝配階段，打開Pro/E界面，單擊文件中新建，選擇組件，接下來進入裝配模塊，單擊插入，選擇元件中的裝配，然后選擇將要裝配的零件。裝配過程由左到右裝配，由頂?shù)较乱来窝b配，主要通過找各個面的關(guān)系，對各零件進行定位，然后單擊“放置”菜單，選擇合適的約束類型，例如匹配、對齊、插入等約束，這就要求在草繪時，要保證其尺寸的精準性。 電動無針注射器的三維模型是通過很多零件裝配而成的，按照從左到右的順序裝配的元件有安瓿頭、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)套、撞針、控制套、連接套、墊圈、磁鐵套筒、通電磁鐵、外殼、擋圈、彈簧、鐵錘、支撐座。對各零件進行定位，然后單擊“放置”菜單，選擇合適的約束類型，通過這些命令就把電動無針注射器裝配成功，在裝配工程中還有很多的注意事項，這樣才能把無針注射器的三維模型創(chuàng)建出來，電動無針注射器的三維模型如圖4-17所示： 圖4-17 電動無針注射器的三維模型 4.4 本章小結(jié) 本章首先是對Pro/E進行了簡介，然后對每個零件進行三維圖的繪制，安瓿頭、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)套、撞針、控制套、連接套、墊圈、磁鐵套筒、通電磁鐵、外殼、擋圈、彈簧、鐵錘、支撐座的三維建模，完成無針注射器的裝配，對設(shè)計的結(jié)果直觀的表現(xiàn)出來，保證了設(shè)計的合理。 結(jié)論 本論文介紹了無針注射器的概念和原理，闡述了國內(nèi)外發(fā)展狀況和本次設(shè)計電動無針注射器目的及意義，提出了研究內(nèi)容，對設(shè)計方法的應(yīng)用原理及方法后，分析了功能和結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計，開發(fā)了無針注射器，不僅完成了產(chǎn)品的設(shè)計任務(wù)，而且在理論和實踐中成功應(yīng)用了理論設(shè)計方法。 通過對系統(tǒng)總體功能分析和各功能元的分析完成了總體方案設(shè)計。然后對彈簧，外殼，支撐座，鐵錘和撞針分別進行了設(shè)計，在設(shè)計過程中，根據(jù)設(shè)計要求，對無針注射器的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，進一步改進部分機構(gòu)，使其設(shè)計更加合理，完成無針注射器的總體位置布置及其初步總裝圖。這樣就完成了無針注射器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過對電磁力的計算和電控裝置電路元件的分析以及控制方案擬定完成了控制系統(tǒng)的設(shè)計。并且對電動無針注射器的零件和電動無針注射器進行了三維建模，這樣設(shè)計的合理性得到了極大地提升。 致謝 通過查找各類電動無針注射器的相關(guān)資料，直到今天，論文總算完成了，現(xiàn)在的內(nèi)心感到無比的激動，也為自己能完成這項任務(wù)感到自豪。在設(shè)計過程中，我的指導老師給了我很大的幫助，如果沒有老師給與我?guī)椭?，我的畢業(yè)設(shè)計不會這樣順利，老師謝謝您，您辛苦了，還有同學們給與我的幫助，在我困惑時，他們幫我答疑解惑，當我迷茫時，他們領(lǐng)我找到正確方向，同學們，我愛你們，有你們在身邊真好，同時也要感謝我的父母在我做設(shè)計感到受挫給我鼓勵，為我加油。這次設(shè)計的完成，也標志著我大學生涯的結(jié)束，雖然自己以后不再是學生了，但我還是會以一個求知者的姿態(tài)，去像學習，這是大學教會我的，感謝所有教過我的老師，這項任務(wù)的完成，是你們的功勞，你們給與我知識，給與我關(guān)懷，讓我順利的通過了大學學業(yè)， 最后感謝和我一起生活四年的小伙伴，天天和你們在一起生活和學習，從你們身上學到了好多，在考慮問題方面很全面，做事樂觀積極。 參考文獻 [1] 田漢波．淺談無針注射技術(shù)[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，31(4)：106-107． [2] 邵文鵬，王韻晴，李聞濤．無針注射器的研究進展[J]．中國醫(yī)療器械信息，2015(5):30-33． [3] 應(yīng)人龍．基于噴射理論的無針注射系統(tǒng)建模及實驗研究[D]．浙江大學碩士論文，2008． [4] 周旭，金城，王伽伯．無針粉末注射給藥技術(shù)研究進展[J]．解放軍藥學學報，2006，22(2)：292-295． [5] 汪洪丹．微流體系統(tǒng)的數(shù)值模擬[D]．華中科技大學碩士論文， 2008． [6] Oliver A．Shergold．The penetration of a soft solid by a liquid jet，with application to the administration of a needle-free injection[J]．The Journal of Biomechanics，2006，39(14) ：2593-2602． [7] 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