通用型X線機踏板電動轉盤的研制

【作 者】趙奮國，孫鑒，王小奇，王保平，汪新柱

甘肅省中醫院，甘肅省，蘭州市，730050

90年代以前的遙控X線機以及由熒光屏透視改裝的電視X線機，幾乎都沒有踏板電動轉盤，透視均由醫師通過音響指令病人自行轉體，很不方便。近十年來生產的遙控X線機，雖然絕大多數都有電動轉盤，但均系整機的零部件，不能或不便給別的機器配裝。為此我們研發了一種可以裝配于國內外任何一種X線機的電動轉盤，經多年多家醫院使用性能良好，報道如下。

1 機械結構

轉盤的整體結構可以近似地看成一個向心推力球軸承，轉盤的承載支持體相當于軸承的外圈，用8個M6x20的螺栓固定在X線機的踏板上；轉盤的轉軸相當于軸承的內圈，二者之間安裝70個直徑10 mm的鋼球，中心圓直徑為228 mm。內圈的上平面安裝直徑320-360mm的載人轉盤，下平面有與內圈一體化的模數為1齒數247的齒輪，并與齒數為19的小齒輪嚙合。小齒輪與驅動電機的輸出軸為一體，電機直接固定于外圈上，所以這一對齒輪既是轉盤的減速機構，也是驅動與拖動機構的聯軸器，結構簡單緊湊，回轉運動同時受到軸向和徑向的約束，運動平穩，噪音很小。結構力學特性主要考慮兩個問題：一是整體強度；二是齒輪強度。

立位透視時，踏板受力最大，人體的重量全部作用在轉盤上。根據國家醫用電器設備，第一部分通用安全標準GB97061-88的要求，轉盤必須能承受135 Kg載荷。由于轉速僅3 rpm，我們可以把它當成靜載荷。轉盤的厚（高）度為21 mm，與此厚度相同的向心推力球軸承46130的容許載荷為3100 Kg，是國家規定的上述安全標準的23倍，所以轉盤的整體強度是安全可靠的。

輪齒的強度必須保證在最大負載下齒輪轉動不失效，這是通過反復的設計計算和校核實現的。轉盤要實現頻繁的正反轉必須克服負荷的慣性矩和內外圈與鋼球的摩擦矩。把人體模擬為重135 Kg、直徑約50 cm的圓柱體，轉盤最大轉速為3 rpm，要求在4s內轉速由0增加到最大，計算出轉動慣量為4.2 Kg·m2，角加速度為0.0785 rad/S2，慣性矩為3298 Nmm，摩擦矩為226 N mm.齒輪承受的總力矩為3524 Nmm。齒輪的材料為45號鋼調質，齒厚5 mm。根據公式計算出齒根彎曲強度δF=684.18N/mm2。我們要求輪齒的使用壽命為10年，累計工作時間3000小時，輪齒彎曲安全系數取最大值1.4，計算出輪齒的彎曲許用應力δF=750N/ mm2。齒輪的彎曲許用應力大于齒根在最大負荷下承受的彎曲應力，所以齒輪的強度安全可靠。

2 驅動電機的選擇

轉盤的轉速為3 rpm，齒輪的減速比為13:1，電機輸出軸的轉速為39 rpm，最大轉矩3524 Nmm。考慮到電機輸出軸之前必不可少的機械減速裝置，取轉動效率為0.7，由此計算出驅動電機的功率P=21w。為了縮小體積、減輕重量、方便控制， 同時考慮到減低成本，選用30 w永磁直流電機。這種電機由12v直流供電，轉速35-40rpm，滿負載最大輸出轉矩約10 Nm，符合要求。

關于轉向的控制，選用2只2KD-22按鈕開關做成小控制盒，按下任一按鈕即可改變電機的正負極實現轉盤的正反轉。

3 轉盤的主要技術參數

電動轉盤的外形尺寸：支座直徑270 mm，厚（高）度21 mm，轉盤直徑320-360 mm，高出X線機踏板10 mm，重量10.2 Kg。廠內負載75Kg連續運行1h，電機微熱，電流1A，轉速3 rpm，轉向360O，轉動音量＜30 db。

已經安裝使用過的機器有：東軟、島津、萬東和西門子數字X線機等，最長使用4年多未出現任何故障。本轉盤已被國內一家公司用于研發新型X線機配件。