通用型X线机踏板电动转盘的研制

【作 者】赵奋国，孙鉴，王小奇，王保平，汪新柱

甘肃省中医院，甘肃省，兰州市，730050

90年代以前的遥控X线机以及由荧光屏透视改装的电视X线机，几乎都没有踏板电动转盘，透视均由医师通过音响指令病人自行转体，很不方便。近十年来生产的遥控X线机，虽然绝大多数都有电动转盘，但均系整机的零部件，不能或不便给别的机器配装。为此我们研发了一种可以装配于国内外任何一种X线机的电动转盘，经多年多家医院使用性能良好，报道如下。

1 机械结构

转盘的整体结构可以近似地看成一个向心推力球轴承，转盘的承载支持体相当于轴承的外圈，用8个M6x20的螺栓固定在X线机的踏板上；转盘的转轴相当于轴承的内圈，二者之间安装70个直径10 mm的钢球，中心圆直径为228 mm。内圈的上平面安装直径320-360mm的载人转盘，下平面有与内圈一体化的模数为1齿数247的齿轮，并与齿数为19的小齿轮啮合。小齿轮与驱动电机的输出轴为一体，电机直接固定于外圈上，所以这一对齿轮既是转盘的减速机构，也是驱动与拖动机构的联轴器，结构简单紧凑，回转运动同时受到轴向和径向的约束，运动平稳，噪音很小。结构力学特性主要考虑两个问题：一是整体强度；二是齿轮强度。

立位透视时，踏板受力最大，人体的重量全部作用在转盘上。根据国家医用电器设备，第一部分通用安全标准GB97061-88的要求，转盘必须能承受135 Kg载荷。由于转速仅3 rpm，我们可以把它当成静载荷。转盘的厚（高）度为21 mm，与此厚度相同的向心推力球轴承46130的容许载荷为3100 Kg，是国家规定的上述安全标准的23倍，所以转盘的整体强度是安全可靠的。

轮齿的强度必须保证在最大负载下齿轮转动不失效，这是通过反复的设计计算和校核实现的。转盘要实现频繁的正反转必须克服负荷的惯性矩和内外圈与钢球的摩擦矩。把人体模拟为重135 Kg、直径约50 cm的圆柱体，转盘最大转速为3 rpm，要求在4s内转速由0增加到最大，计算出转动惯量为4.2 Kg·m2，角加速度为0.0785 rad/S2，惯性矩为3298 Nmm，摩擦矩为226 N mm.齿轮承受的总力矩为3524 Nmm。齿轮的材料为45号钢调质，齿厚5 mm。根据公式计算出齿根弯曲强度δF=684.18N/mm2。我们要求轮齿的使用寿命为10年，累计工作时间3000小时，轮齿弯曲安全系数取最大值1.4，计算出轮齿的弯曲许用应力δF=750N/ mm2。齿轮的弯曲许用应力大于齿根在最大负荷下承受的弯曲应力，所以齿轮的强度安全可靠。

2 驱动电机的选择

转盘的转速为3 rpm，齿轮的减速比为13:1，电机输出轴的转速为39 rpm，最大转矩3524 Nmm。考虑到电机输出轴之前必不可少的机械减速装置，取转动效率为0.7，由此计算出驱动电机的功率P=21w。为了缩小体积、减轻重量、方便控制， 同时考虑到减低成本，选用30 w永磁直流电机。这种电机由12v直流供电，转速35-40rpm，满负载最大输出转矩约10 Nm，符合要求。

关于转向的控制，选用2只2KD-22按钮开关做成小控制盒，按下任一按钮即可改变电机的正负极实现转盘的正反转。

3 转盘的主要技术参数

电动转盘的外形尺寸：支座直径270 mm，厚（高）度21 mm，转盘直径320-360 mm，高出X线机踏板10 mm，重量10.2 Kg。厂内负载75Kg连续运行1h，电机微热，电流1A，转速3 rpm，转向360O，转动音量＜30 db。

已经安装使用过的机器有：东软、岛津、万东和西门子数字X线机等，最长使用4年多未出现任何故障。本转盘已被国内一家公司用于研发新型X线机配件。