提携式缝隙自动扩张器的设计.pdf

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1、提携式缝隙自动扩张器的设计术口．钱扬顺口宋慧瑾口朱晓东口鄢强1．成都大学工业制造学院成都6101062．核工业西南物理研究院成都610041摘要：采用交流电机和减速器配合的驱动装置以及自锁功能的控制装置，设计出提携式缝隙自动扩张器，并计算出其抗弯强度及中心销、短销等各部件的强度。该装置用于救援工作中，可在节约时间的同时大大减少救援人员的体力消耗，且维护容易，操作简单，成本低廉。关键词：缝隙扩张器提携式救灾中图分类号：TH123；TS914．5文献标识码：A文章编号：1000—4998(2011)10—0074—03随着近年

2、来地震、火山喷发、泥石流等自然灾害的频繁发生．对救援工作提出了越来越高的要求]。救援工作需要消耗大量的人力、物力、财力，且在救援过程中会遇到装置、器具操作复杂，救援时间长等诸多问题。在救援时需要和时间赛跑，为此对救援装置的要求十分苛刻。目前，对于小缝隙的扩张，多数情况下还主要靠救援人员徒手完成，如5．12汶川地震_2J、4．14玉树地震跚等。因此，我们研制了用于小缝隙扩张的装置。该装置可为救援人员争取时间，以便随后的救援工作2设计方案顺利进行，且大大节约了人力的消耗。目前，扩张器的研究和应用主要是在医学上，如在2．1驱动装

3、置头面颈部皮肤缺损修复中的临床应用川；在经皮椎体后．t-lg震等灾害释放的能量特别巨大，造成破坏的广凸成形术中通过球囊撑开器的扩张作用，在椎体内形度和深度无法估量。考虑到灾区的电力等设施有可能成一空腔，使高黏稠度骨水泥在较低压力下注入椎体，遭到巨大破坏，短时间内无法修复。因此我们使该装置使骨水泥渗漏率明显降低，能取得更好的治疗效果I5]既可用交流电机和减速器配合使用而驱动，也可利用等。但这些扩张器成本较高，且开裂缝隙较小，不适合手摇柄进行人工驱动，以适应灾区的复杂救援环境。图在抗震救灾中应用。而用于抗震救灾的缝隙扩张器的2

4、为驱动装置原理示意图。相关设计及研究．国内相关报道很少。2．2控制装置本文介绍了缝隙扩张器的设计方案和理论设计计在扩张器达到所需高度后，该装置会自动闭锁。自算，并对其性能进行了分析。锁原理是使用丝杠螺母机构传递力矩，实现自锁功能，在保证安全的同时有效地节约了能源，不会在无动力1主要功能和性能指标的情况下，因受重物重力作用而使扩张器自动收缩而该装置的主要功能是辅助救援人员在实施救援时造成事故。对狭小缝隙进行扩张，借助位于前端的鳄嘴形钳的张3理论设计计算开原理将缝隙撑开：通过丝杠螺母机构将丝杠旋转扭矩变为直线推力传给曲柄连杆机

5、构，驱动鳄嘴钳张开，该扩张器设计最大提升质量为200kg，最大提升将缝隙快速扩大．以给下一步救援争取时间和空间。图高度为160mill，根据相关计算绘制的图纸加工出的成1是设备的整体外观图。品完全达到设计指标，经对实物称重，该装置总质量约为20kg。通过对图1整体图和图2的驱动原理图分析可知，}四川省教育厅青年科研项目(编号：t0ZB1441)全国大学生机械创新设计大赛四JII赛区二等奖(编号：2010402—6)该扩张器最薄弱的部件是鳄嘴、中心轴、短轴l、短轴2收稿日期：2Ol1年4月以及短轴1固定孔，这些部件受到安装空

6、间的限制，尺寸2011／10机械制造49卷第566期不能过大，只要它们都能够满足使用要求，其它部件应没有问题．同时短轴1和2的受力相同、尺寸相同，因此只需计算校核一个便可。3．1鳄嘴抗弯强度的计算鳄嘴的全长为240mm，顶端到中心销的距离为143mm；中部外径D为80mm；内径d为20mm，材料为45钢，抗弯许用应力[6一]=55MPa[6l根据整个装置的受力特点可知，其属于平面力系。丁=—==46．3M<[通过分析可知，扩张开始瞬间，装置各部件受力最大，丁——一所以计算以初始位置为准，经过推力杆轴线的是短故短销满足剪切要

7、求。轴1受到的最大剪切力，中心销受到的剪切力为。短销的挤压校核：以中心轴心为原点，根据力矩平衡得：200x9．8x=-36．4MPa<]143=77．1X以短轴轴心为原点。根据力矩平衡得：200x9．8x故短销满足挤压要求。240=x97综上所述，可见短销满足设计要求。通过计算可得=4849．5N，=3635．3N3．4短轴固定孔的强度校核最大弯矩M=200x9．8×143×10_3=280-3Nm孔的直径d为10mm；挤压作用长度为-rrd／2，宽抗弯截面模量：W=IrD(1)／32(1)度B=5mm。材料为45钢，其屈

8、服极限[6]=355MPaE，~=d／D安全系数取3，挤压许用应力[瓦]=125MPa[。贝ⅡW=50043．75mm孔的强度校核：则可得：6—1=M／W=5．6MPa<<[6—1]F2=可见，扩张器的设计满足要求。订3I2中·心销的校核=46．3MPa<[8]中心销的直径d为20mm，截面积为A；作用