貝朗注射泵拆解分析實施報告(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上貝朗醫(yī)療注射泵拆解分析報告通過對貝朗Perfusor® Space醫(yī)療注射泵的拆解分析和詳細測繪，對該注射泵的功能原理及結(jié)構(gòu)特點有了初步了解?，F(xiàn)將注射泵的整體結(jié)構(gòu)劃分為機殼組件、電池模塊、絲杠傳動組件、注射器夾持結(jié)構(gòu)、推注座總成、顯示與操作單元、主驅(qū)動單元等7個組成部分，下面對這7個組成部分的主要功能、性能指標及結(jié)構(gòu)特點等進行詳細描述。1. 機殼組件主要功能：形成注射泵整體外觀風格；用于保護和固定內(nèi)部電子及機械部件，承載泵運行時的內(nèi)作用力，配置注射泵聯(lián)機插槽及聯(lián)機鎖扣，固定注射泵電源及通訊接口等。主要性能指標：外觀小巧時尚，外形尺寸249× 68

2、×152 mm (W×H×D)；防護等級IP22；外殼采用PBT-PC材料，耐化學性及尺寸穩(wěn)定性良好。（PBT-PC是一種塑料合金，它保持了結(jié)晶材料PBT的耐化學性、易于成型和熱穩(wěn)定性等特點，有兼?zhèn)淞朔墙Y(jié)晶材料PC的高韌性和尺寸穩(wěn)定性。）主要零件組成：上殼體、下殼體、電池后蓋、PCA鎖、聯(lián)機鎖扣、機箱地腳、左右鉸板、螺釘堵帽等。主要優(yōu)點：外觀小巧、時尚；臥式結(jié)構(gòu)便于用戶操作及觀察運行狀態(tài)；設(shè)備聯(lián)機方便，聯(lián)機結(jié)構(gòu)緊湊；PCA偏心鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、操作方便可靠、易于實現(xiàn)。對于絲杠傳動組件的定位和固定，上下殼體不僅提供了用于絲杠傳動組件緊固的螺釘安裝孔，同時還設(shè)置了用于該

3、組件定位的定位孔，以及多處輔助絲杠傳動組件定位和固定的定位槽和定位面。這種設(shè)計方式既可以減少緊固螺釘?shù)臄?shù)量，使得拆裝非常方便，同時也大大提高了絲杠傳動組件定位的可靠性，最重要的是設(shè)計者無需在為減速機構(gòu)支撐這一鈑金件的剛度問題擔心，為絲杠傳動組件的整體設(shè)計減小了壓力。涉及的主要工藝：注塑成型工藝、沖壓工藝、精鑄不銹鋼工藝等。實現(xiàn)應無難度。主要工藝難點：上殼體與透明面罩的連接以及聯(lián)機鎖支撐與聯(lián)機鎖板簧的連接，都是通過零件組裝后將塑料定位柱熱壓變形的方式進行固定。該方式雖然簡單可靠，但可操作性較差，如沒有專門工裝，每個人操作的效果會有很大差異，甚至會造成零件損傷或報廢。（如下圖所示的6個亮點，為熱壓

4、變形成球面的定位柱）2. 電池模塊主要功能：供電功能。主要性能指標： 1116V直流電壓輸出。持續(xù)供電時間：16.8小時 1毫升/小時、16小時 5毫升/小時、14小時 20毫升/小時。充電時間：Approx. 3 hours for 80 % ；6 hours for 100 % 。（數(shù)據(jù)來源于貝朗產(chǎn)品性能參數(shù)表）主要零件組成：電池上殼、電池下殼、電池安裝鎖、鎳氫電池4組、電池充電電路等。主要優(yōu)點：電池外殼防護嚴密；上下殼導向槽及電池安裝鎖結(jié)構(gòu)使電池模塊安裝簡易，定位準確；下殼上粘貼的拖拽條便于用戶對電池的拆卸、拖出；電池充電電路板上設(shè)有感應電池開蓋的霍爾傳感器，設(shè)備上電運行時，當出現(xiàn)電池蓋

5、脫離扣合位置的情況，設(shè)備會發(fā)出報警提示。涉及的主要工藝：注塑成型工藝、沖壓工藝。主要工藝難點：電池下殼采用注塑成型工藝，將5個電源觸片注塑在殼體內(nèi)部。難點在于5個電源觸片在注塑過程中的定位問題，需要通過與模具制造廠家咨詢、溝通。（電池下殼模型圖如下）3. 絲杠傳動組件主要功能：提供注射泵工作的原動力，在主驅(qū)動板的控制下驅(qū)動推注座推動及打開，從而完成注射器的推注或裝卡。主要性能指標： 性能指標（數(shù)據(jù)來源于貝朗產(chǎn)品性能參數(shù)表）貝朗技術(shù)指標值功能性能分析指標值滿行程長度120 mm100mm機械精度±0.5%±2%注射速度0.01-1800 ml/h0.01ml/h1200ml/

6、h報警壓力范圍10120KPa 9級可調(diào)尺寸參數(shù)（數(shù)據(jù)來源于貝朗注射泵測繪）減速機構(gòu)傳動比5:1減速齒輪模數(shù)m=0.6兩級減速齒輪的齒數(shù)及材質(zhì)電機齒輪：齒數(shù)為11，材料為錫青銅。中間齒輪：齒數(shù)為36，材料為尼龍絲杠齒輪：齒數(shù)為55，材料為聚甲醛絲杠公稱直徑M6 絲杠螺距P=1mm絲杠有效螺紋長度140mm設(shè)計計算電機的極限轉(zhuǎn)速max222.5r/min待定電機的極限轉(zhuǎn)速min（因暫無2ml規(guī)格注射器，所以暫未計算）待定最大推力87N待定絲杠傳動的機械效率60%（根據(jù)國外配件的工藝水平）待定電機最大輸出扭矩0.023N.m待定計算方法：電機極限速度計算：根據(jù)參數(shù)性能表可知注射泵最快注射速度為 1

7、800ml/h=30ml/min 考慮到此時選用的注射器規(guī)格應為 60ml 實測60ml注射器滿行程長度 89mm （粗測內(nèi)徑為30mm，由此換算滿行程長度為84.5mm，考慮到內(nèi)徑測試結(jié)果不一定很準確因此以滿行程89mm為準）根據(jù)注射泵的最快注射速度30ml/min，可推算出絲杠的行程速度為： 30ml÷60ml×89mm÷1min=44.5mm/min 44.5mm/min 貝朗絲杠公稱直徑為M6螺距為 1mm傳動系統(tǒng)的減速比為 5：1此時電機的轉(zhuǎn)速為：44.5mm/min÷1mm×5=222.5r/min 222.5r/min（max）最

8、大推力計算：計算狀態(tài)為使用60ml注射器時，輸出壓力為0.12MPa的情況下。 由上可知60ml注射器內(nèi)徑為30mm，騎截面積為 706.86mm2此時注射液體對注射器活塞的反作用力為：0.12MPa×706.86mm2=84.8N 84.8N 實測注射器空載時活塞摩擦力約為 2N由此可知此時絲杠提供的線性最大推力應為：84.8+287N 87N電機最大輸出扭矩計算：根據(jù)公式T=（F×P）÷（2×3.14）÷60% F為絲杠線性推力，P為絲杠螺距由此計算出電機最大輸出扭矩為T=（87N×1mm）÷（2×3.14）&

9、#247;60% 0.023N.m 主要零件組成：1 導桿，2 絲杠齒輪，3 緊固螺釘，4 中間齒輪，5 電機齒輪，6 步進電機，7 碼盤，8 減速機構(gòu)支撐，9 絲杠，10 絲杠螺母，11 驅(qū)動滑塊。主要優(yōu)點：減速機構(gòu)支撐采用鈑金沖壓與注塑成型相結(jié)合的工藝方式，以鈑金材料為支撐骨架，以注塑材料為絲杠、導桿等需要精確定位的零件的配合支撐，使得整個減速的結(jié)構(gòu)形式得以簡化，大大減少了零件數(shù)量，并且避免了精密加工的難度和組裝難度，是整個貝朗注射泵產(chǎn)品機械設(shè)計框架中最大的亮點。絲杠采用一端固定另一端懸浮的設(shè)計模式，避免了絲杠組裝因同軸度偏差而造成傳動效率的損傷，同時也不會對絲杠傳動精度造成影響。導套及絲

10、杠齒輪的定位方式也比較精巧。涉及的主要工藝：沖壓工藝、注塑成型工藝、機加工藝主要工藝難點：鈑金沖壓與注塑成型相結(jié)合的工藝方式對我們來說是一個新工藝，以往從未接觸過，而且從零件的結(jié)構(gòu)復雜程度上看，要達到使用要求應該是有一定難度的，目前該問題正與相關(guān)廠家溝通中。絲杠的加工也是該部件中的一個難點，因為我們目前一直沒有找到一個合適的廠家加工絲杠，而且所采購到的絲杠成本都很高，該問題需要今后想辦法破解。4. 注射器夾持機構(gòu)主要功能：主要用于注射器的夾持和固定，識別注射器規(guī)格，并檢測注射器是否裝卡到位。主要性能指標：活動卡座拉伸行程35mm，最小夾持直徑8mm（對應2ml60ml注射器） 最大夾持力為20

11、N，最小夾持力為5N 拉伸彈簧自由高度15mm，安裝高度20mm，鋼絲直徑1mm，有效圈數(shù)14.5實現(xiàn)原理：夾持力來源于拉伸彈簧的拉力。 注射器識別，依靠活動卡座打開時帶動劃線電阻位移，從而產(chǎn)生的電阻變化信號，來測定注射器直徑從而起到識別注射器的目的。 注射器是否裝卡到位檢測該部件中共有兩處檢測，固定卡座依靠注射器凸緣夾持塊的開合觸發(fā)行程開關(guān)，從而感知注射器凸緣是否裝卡到位。再有，活動卡座內(nèi)部含有感應刀片，由專門電機進行驅(qū)動，通過刀片與注射器活塞桿接觸，從而感知注射器裝卡到位。主要零件組成：（見下圖）固定卡座：活動卡座： 主要優(yōu)點：注射器裝卡、固定效果可靠，注射器規(guī)格識別效果準確、原理簡單。

12、注射器裝卡是否到位檢測設(shè)計周全，但對同一裝卡位置進行2處檢測，目的是提高可靠性的允余設(shè)計，同時也帶來了傳動機構(gòu)及零配件數(shù)量的增加。涉及的主要工藝：注塑工藝、沖壓工藝，注塑與沖壓結(jié)合工藝、機加工藝主要工藝難點：工藝上應不存在大的難點。5. 推注座總成主要功能：在絲杠驅(qū)動下推動注射器按照設(shè)定的指令完成注射任務。 實時檢測注射壓力，對超限狀態(tài)進行反饋報警，并停止運行。 檢測注射器裝卡是否到位。 通過夾持鉗調(diào)整注射器活塞桿，使之不會偏離軸線方向。主要性能指標：推注器最大行程120mm，最大輸出推力87N，報警壓力設(shè)定范圍10120KPa，9級可調(diào)。 （絲杠傳動結(jié)構(gòu)中已經(jīng)詳述） 具體應變片感應壓力及夾持

13、鉗接觸角度應與不同規(guī)格、不同內(nèi)徑的注射器建立系列換算關(guān)系。因目前我們注射器規(guī)格及品牌不全，該數(shù)據(jù)暫不羅列。實現(xiàn)原理：推注器總成通過傳動卡銷與絲杠驅(qū)動滑塊相連接，并將電機驅(qū)動力傳遞給推注器。 注射器裝卡是否到位是通過推注器前殼上的承壓塊推動零位碼盤，通過光耦檢測并結(jié)合應變片信號反饋進行判斷。 壓力值反饋是通過承壓快推動應變片，使之發(fā)生變形，從而采集其電信號變化量結(jié)合函數(shù)運算關(guān)系進行超限判斷。 注射器裝卡后活動卡座的感應刀片將注射器推桿推向注射泵內(nèi)側(cè)，夾持鉗向中間扣合形成一個倒V字形，再使注射器推桿向注射泵外側(cè)運動，再加上注射器推桿自身有自動調(diào)整的內(nèi)部作用力，從而將注射器推桿調(diào)整到注射器軸線上。主

14、要零件組成：主要優(yōu)點：夾持鉗的輔助調(diào)整及輔助檢測使注射器的推注可靠性大大加強。 夾持鉗的離合、調(diào)整機構(gòu)設(shè)計比較巧妙。承壓塊的隨形設(shè)計更加符合不同規(guī)格注射器的外形尺寸要求。涉及的主要工藝：注塑工藝、沖壓工藝、注塑與沖壓結(jié)合工藝、雙料注塑工藝、壓鑄鋁工藝等。工藝難點：注塑與沖壓結(jié)合工藝和雙料注塑工藝是我們從未接觸過的新工藝，需要我們進一步深入學習和了解。設(shè)計難點：該功能模塊在醫(yī)療注射泵的整體設(shè)計中應該是難度最高的。首先，在一個狹小的空間范圍內(nèi)集中了3級齒輪減速機構(gòu)，實現(xiàn)了9個零件的配合聯(lián)動。同時還有承壓塊按入和彈出的雙向復位機構(gòu)，以及承壓塊觸發(fā)應變片的力傳導機構(gòu)，還有檢測承壓塊位置的光耦檢測機構(gòu)。

15、除此之外還有用于夾持鉗角度調(diào)整的離合機構(gòu)及復位機構(gòu)。再加上電路板，以及為上述機構(gòu)提供支撐和定位的零件，使整個推注器總成自成一個復雜的運動和檢測系統(tǒng)。另外，推注器內(nèi)部的這些傳動機構(gòu)需要保證一定的尺寸精度才能保證夾持鉗轉(zhuǎn)角、承壓塊位置檢測以及壓力檢測的準確性，這就要求所有配合零件需要保證一定的尺寸精度和裝配精度。最后，因為推注器的整體空間較小，所以這些配合零件一般都是精細的小零件，這就跟部件組裝造成了一定的壓力，裝配中如稍有不慎就會造成傳動失效、零件損傷，甚至造成部件不能正常工作。6. 顯示與操作系統(tǒng)主要功能：是設(shè)備整體外觀風格的重要組成部分。顯示設(shè)備運行狀態(tài)、電池電量以及各種報警信息。完成開、關(guān)

16、機，以及指令輸入和啟動的按鍵操作。面板殼頂部的透明罩具有放大器作用，能夠使注射器刻度放大顯示。面板殼頂部的磁鐵柱能夠與注射泵上殼體上的磁鐵住自動吸合主要性能指標：視覺仰角400，液晶顯示區(qū)域大小75×24mm（報警指示燈顏色及含義需查找相關(guān)標準）下面的信息屬于未知：背景光亮度、透明罩放大倍數(shù) 主要零件組成：操作及顯示面膜、顯示前殼、顯示后殼、液晶模塊、按鍵電路板、彈性橡膠墊，橡膠墊固定位板、螺釘堵帽主要優(yōu)點：整體外觀風格簡潔、線條流暢；顯示區(qū)域明顯突出；按鍵排布錯落有致。透明罩的放大鏡功能便于用戶觀察注射器運行狀態(tài)。顯示前殼與透明罩的一體化實際提升了外觀品質(zhì)。面板的仰角設(shè)計便于用戶觀

17、察顯示信息，以及操作按鍵。涉及的主要工藝：注塑工藝、雙料注塑工藝（顯示前殼） 工藝難點：雙料注塑工藝雖然對我們來說是新工藝，但根據(jù)我們對東莞模具廠家的了解應不存在難度。 7. 主控制電路主要功能：主控制電路是整個注射泵的大腦和中樞，完成注射泵運行及聲光報警、信息通訊、電源供電等所有功能的控制。主要性能指標：（待電氣部分進行分析。）主要零件組成：主驅(qū)動板、電源接口、通訊接口、揚聲器、抗干擾隔板等。主要優(yōu)點：電源接口機通訊接口的防松脫裝置。（電氣部分待電氣功能分析） 總結(jié)：貝朗醫(yī)療注射泵拆解完畢后，我感覺我們開發(fā)此項產(chǎn)品應該存在如下困難。第一， 在產(chǎn)品整體設(shè)計方面，可能會存在如下幾個難點，即外觀設(shè)

18、計、推注器結(jié)構(gòu)設(shè)計以及阻塞壓力報警可靠性等。產(chǎn)品的外觀設(shè)計如不依賴工業(yè)設(shè)計公司，根據(jù)我們的自己的造型的能力很難達到讓用戶認可的程度，因為醫(yī)療注射泵不同于實驗室和工業(yè)注射泵，產(chǎn)品的外觀是整個產(chǎn)品品質(zhì)的重要體現(xiàn)，也是重要的賣點。從現(xiàn)在的醫(yī)療泵市場來看，像深科、史密斯、威高等廠家的產(chǎn)品一定是經(jīng)過工業(yè)設(shè)計人員進行過外觀設(shè)計的。在推注器結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，前面已經(jīng)分析過，其結(jié)構(gòu)是比較復雜的，如果按照貝朗的思路進行設(shè)計的話，那么，無論是項目開發(fā)的投入，還是改型設(shè)計的難度，包括加工生產(chǎn)和組裝的難度都會大大提高。因此，我考慮應該從功能角度進行慎重仔細的分析，摒棄一些允余的檢測性和保證性的功能，盡量使該部件的結(jié)構(gòu)得以簡化。阻塞壓力報警是醫(yī)療注射泵最為關(guān)鍵的性能指標，依靠什么原理來實現(xiàn)這一功能是決定這一性能是否可靠的前提。首先是應變片自身的分辨精度，再有就是阻塞力值與不同注射器間的函數(shù)關(guān)系是否正確，另外就是因注射器活塞運動的摩擦力不同或相關(guān)零件因裝配誤差而產(chǎn)生效率損失不同的問題如何處理等。第二， 在整