CN103195681B - 一种医用水刀的双凸轮传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗器械领域，涉及一种双凸轮传动机构，包括两个轮廓相同的凸轮，两个推杆，凸轮轴和两个凸轮轴承，两个凸轮设置在凸轮轴上，两个推杆均为带有内、外滚子的推杆，升程时，外滚子与凸轮外轮廓接触，两凸轮配合作用，在升程时，两推杆速度相互补偿，推程时两推杆叠加速度恒定，回程时，内滚子与凸轮内廓接触，完成推杆的回程。本发明的两凸轮的配合使用，使两推杆推程时的叠加速度保持恒定，进而达到水刀的压力稳定。

Description

一种医用水刀的双凸轮传动机构
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种新型医用水刀的双凸轮传动机构。
背景技术
1982年，德国两位医学教授运用水刀设备进行了肝脏外科手术，首次将水刀切割技术引入医学领域。继电刀、超声刀之后，医用水刀成为一种新型手术分离技术，具有较好的组织选择性。在医用水刀领域，德国ERBE公司研制的产品处于世界领先地位。ERBEJET1为ERBE公司的第一代水刀，压力产生源为介质转换器，压力使用范围为0.1-15MPa。压力范围较大，医用水刀用于组织切割最大压力也不超过6MPa，介质转换器对压力的转换也存在很多不足。ERBEJET2为ERBE公司的第二代水刀，压力产生源为无菌单用双柱塞泵，压力使用范围为0.1-8MPa。目前国内有资料可查的水刀多是由电机带动柱塞做往复运动，行程短，易产生水刀的压力波动。此种新型医用水刀的双凸轮传动机构能够使推杆得到规律的运动曲线，电机也只需一个方向的转动，因此，使运动更加精确，控制更加简单，克服了医用水刀的压力波动问题。
发明内容
本技术克服现有技术的不足，提供一种新型医用水刀的双凸轮传动机构，目的是通过轮廓相同的双凸轮配合使用，实现双凸轮在做等速转动时，使其与医用泵柱塞杆相连的两推杆推程的叠加速度恒定，从而达到医用泵压力的恒定控制。
上述目的通过以下技术方案实现：
一种医用水刀的双凸轮传动机构，用于将电机带动的双凸轮的转动变为推杆的直线运动，包括两个轮廓相同的凸轮（12，14），两个推杆（7，17），凸轮轴（10）和两个凸轮轴承（20，26），其中，两个推杆（7，17）均为带有内、外滚子的推杆，升程时，外滚子与凸轮外轮廓接触，两凸轮配合作用，在升程时，两推杆速度相互补偿，推程时两推杆叠加速度恒定，回程时，内滚子与凸轮内廓接触，完成推杆的回程。
作为优选实施方式，所述的医用水刀的双凸轮传动机构，两个凸轮（12，14）分别通过键（22，23）与凸轮轴（10）连接，对称分布在凸轮轴（10）的两边，凸轮轴（10）为阶梯轴，两个凸轮（12，14）分别通过凸轮轴（10）的轴肩进行轴向一端的限位，两个凸轮（12，14）各自的另一端分别通过套筒（21，25）与相应的凸轮轴承（20，26）的一端相连并进行轴向限位，两个凸轮轴承（20，26）的另一端分别通凸轮轴承支撑架（9，15）内部沉孔限位；凸轮轴（10）通过中间轴承（24）与中间轴承支架（13）连接，中间轴承（24）通过卡簧进行轴向限位，凸轮轴（10）两端安装限位螺钉，轴承支撑架（9,13,15）沿中心线布局，并固定连接到底座（11）上；
每个推杆（7，17）各通过两个直线轴承（4,6,18,19）置于直线轴承支撑架上，每个推杆（7，17）各通过销（27，32）连接一个内滚子（28，31）并通过销（29，30）连接一个外滚子（8，16），两个内滚子（28,31）与相应的凸轮（12,14）的内轮廓在回程时接触，使推杆（7,17）完成回程运动，两个外滚子（8,16）通过销（29,30）连接到相应的推杆（7，17）上，外滚子（8,16）与凸轮（12,14）的外轮廓在升程时接触，使推杆（7,17）完成升程运动。
2.根据权利要求2所述的医用水刀的双凸轮传动机构，其特征在于，两个凸轮（12，14）根据设计的曲线进行交错布局，使得任意时刻两个推杆（7，17）合成的绝对速度和位移相同。
本发明的医用水刀的双凸轮传动机构，对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中两凸轮轮廓相同，运动形式相同，升程阶段推杆做匀加速、匀速、匀减速运动，两凸轮通过一定的错位角安装到凸轮轴上，在推程阶段，当一个推杆匀速结束，将做匀减速时，另一个推杆恰好回程结束，将做匀加速运动；第一个推杆匀减速结束，将做回程运动时，第二个推杆匀加速结束，进而进行匀速运动。其中第一个推杆做匀加速运动时的速度与第二推杆做匀减速时的速度之和（第一推杆做匀减速时的速度与第二推杆做匀加速时的速度之和）恒等于推杆做匀速时的速度，通过两凸轮的配合使用，使两推杆推程时的叠加速度保持恒定，进而达到水刀的压力稳定。
附图说明
图1医用水刀的整体机构模块示意图。
图2凸轮传动机构整体示意图。
图3凸轮模块的爆炸视图。
图4滚子推杆的示意图。
图5推杆速度曲线图。
图1到图4中：1凸轮模块，2推杆模块，3泵体模块4直线轴承1，5直线轴承支撑架，6直线轴承Ⅱ，7推杆Ⅰ，8外滚子Ⅰ，9左凸轮轴承支撑架，10凸轮轴，11底座，12左凸轮，13中间轴承支撑架，14右凸轮，15右凸轮轴承支撑架，16外滚子Ⅱ，17推杆Ⅱ，18直线轴承3，19直线轴承4，20左凸轮轴承21套筒Ⅰ，22键Ⅰ,23键Ⅱ,24中间轴承,25套筒Ⅱ,26右凸轮轴承，27销轴Ⅰ，28内滚子Ⅰ,29销轴Ⅱ,30销轴Ⅲ,31内滚子Ⅱ,32销轴Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
参照图1-图3，本发明中，一种新型医用水刀的双凸轮传动机构，包括2个轮廓形状相同的凸轮、2个双滚子推杆、1凸轮轴、3个轴承、4个直线轴承、2个套筒、4个轴承支撑架、1个底座。此双凸轮传动机构把电机带动双凸轮的转动变为推杆的直线运动，通过凸轮合适的轮廓形状及双凸轮的配合使用，达到两推杆的推程叠加，获得稳定的运行速度，实现医用水刀流量与压力的稳定控制。
参照图1，医用水刀主要分为双凸轮模块、推杆模块及泵主体模块三个部分，双凸轮传动机构主要由双凸轮模块和推杆模块组成，用于动力传递。
参照图2和图4，双凸轮传动机构分为左右对称的两部分，其连接方式一样。推杆Ⅰ7一端外滚子Ⅰ8与凸轮外轮廓接触，另一端通过离合装置与医用泵柱塞相连。直线轴承Ⅰ4和直线轴承Ⅱ6内圈与推杆Ⅰ7连接，外圈与直线轴承支撑架5连接，直线轴承Ⅰ4和直线轴承Ⅱ6两端支持推杆Ⅰ7，保证推杆的直线运行。凸轮12转动推动与之接触的推杆Ⅰ7向右移动，从而推动与之相连的柱塞往右运动，产生高压水射流。凸轮12转动带动与之内廓线相连的内滚子Ⅰ28往左移动，内滚子Ⅰ28与推杆Ⅰ7相连，从而带动柱塞往左移动，产生负压而吸入水流。
参照图3，凸轮模块的爆炸视图。左凸轮12和右凸轮14通过键Ⅰ22和键Ⅱ23与凸轮轴10连接。凸轮轴10为阶梯轴，左凸轮12和右凸轮14通过凸轮轴10的轴肩进行轴向一端的限位，另一端通过套筒Ⅰ21和套筒Ⅱ25与左凸轮轴承20和右凸轮轴承26相连进行限位。左凸轮轴承20和右凸轮轴承26一端由套筒Ⅰ21和套筒Ⅱ25进行轴向限位，另一端通过左凸轮轴承支撑架9和右凸轮轴承支撑架15内部沉孔限位。凸轮轴10通过中间轴承24与中间轴承支架13连接，中间轴承24通过卡簧进行轴向限位，凸轮轴10两端安装限位螺钉，轴承支撑架9,13,15沿中心线布局，通过螺栓与底座11相连。
参照图4，滚子推杆示意图。外滚子Ⅰ8通过销轴330与推杆Ⅰ7相连，外滚子Ⅰ8可以自由转动。内滚子Ⅰ28通过销Ⅰ27连接到推杆Ⅰ7上，内滚子Ⅰ28可以自由转动。内滚子Ⅰ28与左凸轮12的内轮廓接触，在凸轮回程时起作用，控制推杆Ⅰ7往左移动速度和位置。外滚子Ⅰ8与左凸轮12的外轮廓接触，在凸轮升程时期作用，控制推杆Ⅰ7往右移动速度和位置。
参照图1和图2。电机驱动凸轮轴10旋转，带动左凸轮12和右凸轮14同时转动，从而带动推杆Ⅰ7和推杆Ⅱ17往复运动，左凸轮12和右凸轮14根据设计的曲线进行交错布局，使得任意时刻推杆Ⅰ7和推杆Ⅱ17合成的绝对向右速度和位移相同，从而保证医用泵任意时刻速度和流量的稳定。
参照图5，推杆的速度v随凸轮转角δ的变化规律，图中粗线表示推杆7的速度随凸轮转角的运动曲线，图中细线表示推杆17的速度随凸轮转角的运动曲线，a-g区间为一个周期，X轴以上的表示推程时推杆的速度，X轴以下表示回程时推杆的速度，从图中可以看出推程时，在a-i区间，推杆7的速度曲线a-b与推杆17的速度曲线h-i之间的速度叠加等于b-c曲线的速度，同理，a-i区间、i-l区间、l-d区间以及d-g区间推程的速度均相等，因此，推程时双推杆的合成速度恒定，进而达到水刀压力的稳定控制。

Claims (3)

1.一种医用水刀的双凸轮传动机构，用于将电机带动的双凸轮的转动变为推杆的直线运动，包括两个轮廓相同的凸轮(12，14)，两个推杆(7，17)，凸轮轴(10)和两个凸轮轴承(20，26)，其中，两个推杆(7，17)均为带有内、外滚子的推杆，升程时，外滚子与凸轮外轮廓接触，两凸轮配合作用，在升程时，两推杆速度相互补偿，推程时两推杆叠加速度恒定，回程时，内滚子与凸轮内廓接触，完成推杆的回程。
2.根据权利要求1所述的医用水刀的双凸轮传动机构，其特征在于，
两个凸轮(12，14)分别通过键(22，23)与凸轮轴(10)连接，对称分布在凸轮轴(10)的两边，凸轮轴(10)为阶梯轴，两个凸轮(12，14)分别通过凸轮轴(10)的轴肩进行轴向一端的限位，两个凸轮(12，14)各自的另一端分别通过套筒(21，25)与相应的凸轮轴承(20，26)的一端相连并进行轴向限位，两个凸轮轴承(20，26)的另一端分别通过凸轮轴承支撑架(9，15)内部沉孔限位；凸轮轴(10)通过中间轴承(24)与中间轴承支架(13)连接，中间轴承(24)通过卡簧进行轴向限位，凸轮轴(10)两端安装限位螺钉，凸轮轴承支撑架和中间轴承支架(13)沿中心线布局，并固定连接到底座(11)上；
每个推杆(7，17)各通过两个直线轴承(4,6,18,19)置于直线轴承支撑架上，每个推杆(7，17)各通过一个销(27，32)连接一个内滚子(28，31)，并通过另一个销(29，30)连接一个外滚子(8，16)，两个内滚子(28,31)与相应的凸轮(12,14)的内轮廓在回程时接触，使推杆(7,17)完成回程运动，两个外滚子(8,16)通过销(29,30)连接到相应的推杆(7，17)上，外滚子(8,16)与凸轮(12,14)的外轮廓在升程时接触，使推杆(7,17)完成升程运动。
3.根据权利要求2所述的医用水刀的双凸轮传动机构，其特征在于，两个凸轮(12，14)根据设计的曲线进行交错布局，使得任意时刻两个推杆(7，17)合成的绝对速度和位移相同。
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