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JD300B型自动样品台设计
1实习及调研总结
我们在优特公司实习时接触的都是实际的机器，比在书本上看到的直观立体得多。我们自己动手拆装机器的过程中，一步一步地了解了机器的结构及其工作过程，加深了对机器的理解。通过对机器的实际研究，也提高了我们的动手操作能力，巩固了学习的专业知识。
实习的经历，提高了我们发现问题的能力、动手解决问题的能力，这些都是在学校里难以达到的。实习时也见到了很多以前从来没见过的部件，其中一个比较有趣的就是气弹簧。在装一组气弹簧的时候，开始装了两个都被拉断了，我们是百思不得其解。后来我反复的把与之配合的旋转门拉开关上，终于明白了需要将旋转门拉开再装气弹簧，因为旋转门开启的时候要把气弹簧往外拉，开始时它已经伸到极限位置了，门开的时候还再把它往外拉，就不可能不断了。
这样的实习，对我们的动手能力和发现问题解决问题的能力有一个直接的提高。
1.2国内外医疗器械行业的发展现状
根据新医改的要求，国务院在三年内累计投入8500亿元用于医疗改革，这些投资会给医疗器械市场带来较大的增量。从2008年到2010年间，我国向农村医疗器械的采购投入达到80多亿元，用于国家对农村基层市场及社区医疗机构的建设，对一些基础的医疗器械例如超声波诊断仪、生化分析仪及X光光谱仪等有明显的需求，这对于医疗设备生产企业来说是一块巨大的蛋糕。
1.2.2国外医疗机械行业的发展现状
高技术医疗器械及设备是当今世界发展最快的产业之一。它是运用现代计算机技术、精密加工技术、激光技术、放射技术、核技术、磁技术、检测传感技术、微电子技术、化学检验技术、生物医学技术、自动化技术、信息技术及影像处理技术等相结合而研制的高技术产品。其竞争的核心是嵌入式计算机软件。高技术医疗设备的基本特征是数字化和计算机化，是多学科、跨领域的现代高技术的结晶。此类产品技术含量高，附加值高，是各国和国际大型公司相互竞争的制高点。目前高技术医疗器械市场由美国公司的产品占据统治地位，其次为德国和日本，其他欧洲国家只是在一些专业项目上有一定优势，包括美国的GE、皮克、强生、美敦力、锐珂等，德国西门子，日本的东芝、岛津、日立、奥林巴斯等和荷兰的菲利普。
在全球医疗器械市场销售额，市场化程度高度集中，美国占40%左右，欧洲占30%左右，日本占15-20%。
因此，医疗器械在中国还有很大的发展上升空间。它的制造技术也会趋于多元化及现代化。
2设计内容及任务分析
此次需要设计用于某测试仪器的工作台尺寸为350×250毫米，可以承重5KG的三轴自动控制样品台。样品台需要独立完成三轴方向的运动，各个轴分别需要完成X\Y\Z=250\200\100毫米的行程，X、Y轴的最大运行速度为100mm/s，Z轴的最大运行速度为50mm/s。样品台总体具有基于人机界面的三轴运动控制功能，并具有软件位置调整功能，即能通过软件控制来调整样品台的轴向位置。控制方案要求可行，运行稳定可靠，成本经济。
3 设计方案论证及选择
（1）定位精度高 使用线性滑轨作为线性导引时，由于线性滑轨的摩擦方式为滚动摩擦，不仅摩擦系数降低至滑轨导轨的1/50，动摩擦力与静摩擦力的差距亦变得很小。因此当载物台运动时，不会有打滑的现象发生，可达到um级的定位精度。
（2）磨耗少，能长时间维持精度 传统的滑动导引，无可避免的会因为油膜逆流作用造成平台运动精度不良，且因运动时润滑不充分，会导致运动轨道接触面的磨损，严重影响精度。而滚动导引磨损非常小，故机台能长时间维持精度。
（3）适用于高速运动且能大幅度降低机台所需驱动马力 由于线性滑轨移动时摩擦力非常小，只需较小动力便能让床台运行。尤其是在床台的工作方式为经常性往返运行时，更能明显降低机台电力损耗量。且因其摩擦产生的热较小，可适用于高速运行。
（4）可同时承受上下左右方向的负荷 由于线性滑轨特殊的束制结构设计，可同时承受上、下、左、右方向的负荷，不像滑动导引在平行接触面方向可承受的侧向负荷较轻，易造成机台运行精度不良。
（5）组装容易并具互换性 组装时只要铣削或研磨床台上滑轨装配面平整，并依正确步骤将滑轨、滑块分别以特定扭力固定于机台上即可。传统的滑动导引，则须对运行轨道加以铲花，既费事又费时，且一旦机台精度不良，又必需再铲花一次。线性滑轨具有互换性，可分别更换滑块或滑轨甚至是线性滑轨组，机台即可重新获得高精密度的导引。
（6）润滑构造简单 滑动导引若润滑不足，将会造成接触面金属直接摩擦损耗床台，而滑动导引要润滑充足并不容易，需要在床台适当的位置钻孔供油。线性滑轨则已在滑块上装置油嘴，可直接以注油枪打入油脂，亦要换上专用油管接头连接供油油管，以自动供油机润滑。
3.1.2 传动部分的方案选择
传动结构，主要起传动作用。支撑传动结构主要有滚珠丝杠、同步带及直线轴承。
滚珠丝杠的特点：
1)效率高 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠做滚动运动,滚动摩擦力远小于滑动摩擦力，所以能获得较高的运动效率。与滑动丝杠副相比所需驱动力矩仅为其1/3以下。
2)精度高 滚珠丝杠副一般是用世界上最高水平的机械设备连贯生产出来的，对在研削、组装、检查各工序的环境方面,对温度、湿度需要进行严格的控制，其完善的品质管理体制使精度得到了充分保证。
3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现爬行现象,能保证实现精确的微进给。
4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加预压力,由于预压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加预压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝杠螺母端部的刚性增强)。
5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小,所以可实现快速平稳的进给运动。
同步带具有以下特点：
1）由于同步带具有带齿，故其传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；
2）在传动过程中能保持传动平稳，具有缓冲、减振的能力，噪声低；
3）传动效率高，其传动效率一般可达98%；
4）同步带的维护保养方便，不需润滑，维护费用低；
5）同步带的速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；
6）同步带可用于长距离传动，中心距可达10m以上。
7) 相对于V带传送，同步带的预紧力较小，轴和轴承上所受载荷小；
但是使用同步带，也会有以下缺点：
①若长时间连续工作，同步带带体会发生疲劳断裂；
②若承受载荷不合理，带齿会被剪断和压溃；
③长时间工作以后，同步带的带侧、带齿会有明显磨损、包布发生剥离；
④当带发生疲劳变形后，其承载层会伸长、节距增大，形成齿的干涉、爬齿；
⑤工作过程中，冲击、过载都会使带体断裂。
⑥当安装不合理时，带背面会出现拉伸裂纹；高温下，带会变软；
⑦在运行过程中，同步带的噪音也会比较大。
直线轴承
直线轴承可将旋转运动转换成直线运动，这样可以实现很多场合的运动需求。直线球轴承的优点：
（1）直线运动球轴承节省能源，容易得到较高运动速度，源于其流动接触可使起动摩擦阻力及动摩擦阻力减小。
（2）直线运动球轴承能长期保持精度不变，负荷增大时，摩擦系数无明显变化，因此重负荷下，磨擦系数极小，可得机械使用寿命适当保持。
（3）直线运动球轴承互换性好，安装使用方便省时，并使机械结构具有新颖、小巧、量轻的特点。
（4）节省给油程序，简化轴承润滑和轴承保养。
（5）直线运动球轴承适用于灰尘较多或异物容易侵入的场所。
3.1.3驱动系统的方案选择
常用的驱动方式有三种：气动、液压、电动。三种驱动方式各有特点，应用在不同的场合中。
气动元件是靠气体压缩或膨胀时产生的力来做功，将压缩空气储存的能量转换为机械能的元件。这样的元件有气缸、气动马达、蒸汽机等。气动元件是一种动力传动装置，亦为能量转换装置，利用气体压力来传递能量。
气动装置的优点：
1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。其介质为空气，较之液压介质来说不易燃烧，使用安全。
2、它的工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排出的气体容易处理，且不污染环境，成本也较低。
3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般大于1m/s，比液压和电动方式的动作速度快。
4、可靠性高，使用寿命长。电气元件的有效动作次数约为百万次，而一般电磁阀的寿命大于3000万次，某些质量好的阀寿命能超过2亿次。
5、利用空气的压缩性来贮存能量，实现集中供气；并可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应；可实现缓冲；对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，气动装置有维持能力。
6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合下使用。
7、压缩空气可集中供应，能远距离输送。
但是气动方式也有其缺点:
1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。
2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。
3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。
液压传动的特点：
液压传动是以液体作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式，是利用液体的压力能来传递能量的。它有很多优点，如
1.便于实现无级调速，调速范围比较大，可达100:1到2000:1;
2.在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑，而且能传递较大的力或扭矩；
3.工作平稳，反应快、冲击小，能频繁启动或换向；控制调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化；
4.易于实现过载保护；
5.易于实现系列化、标准化、通用化，易于设计、制造和推广使用；
6.易于实现回转、直线运动，且元件排列布置灵活；
7.在液压传动系统中，功率损失所产生的热量可由流动着的油液带走，故可避免机械本体产生过高温升。
但它也有自己的缺点
1. 液体为工作介质，易泄漏，且具有可压缩性，故难以保证严格的传动比；
2. 液体中有较多的能量损失，效率低，所以不宜远距离传动；
3. 液压传动对温度和负载变化敏感，不易于很底或很高温度下工作；
4. 液体传动需要单独的能源，液压能不能像电能那样从远处传来；
5. 液压元件制造精度高，造价高，需组织专业化生产；
6. 对污染很敏感，液压传动装置出现故障时不易查找原因，不易迅速排除。
电动驱动的主要部分电机按控制划分为步进电动机和伺服电动机等。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
伺服电机是用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服机构服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。
经过综合分析，根据任务要求以及工作环境和功能要求，可知采用步进电机驱动比较适合。
3.1.4总体支撑结构的方案选择
滑轨加滚珠丝杠的方案控制精度高，定位准确。滚珠丝杠导程是严格的，控制精度相对较高。但是正所谓事物都有两面性，精度高必然带来制造成本及运输等成本的提高。直线轴承加同步带的支撑方案，由于相对来说同步带更容易发生失效，且工作时间长了，同步带带体会发生弹性变形，使传动不平稳。因此，我选择直线轴承加滚珠丝杠的设计方案。
另外，总体支撑结构需要支撑起样品台的整体部分，并且将样品台的其他部分连接起来。由于样品台的结构比较分散，需要用其他的金属结构件将其连接起来，以保证样品台总体的刚性和结构稳定性。考虑到样品台的尺寸及其应用的主要场合，也为了减少样品台的成本和重量，选用铝型材支撑总体部分，表面做氧化处理。
3.2控制部分的方案选择
本控制系统，可采用单片机控制，也可采用PLC加触摸屏的控制。它们各有自己的特点。
1）单片机
单片机本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。另外，单片机内的ROM比较小，所以在设计中系统必须在外面配置EPROM电路和扩展电路。但依据单片机目前的发展状况，该方案的优点是：
(1)成本较低。由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。
(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。
(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。
其缺点为：
(1)系统硬件设计相对比较复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，所以该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。
(2)系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。但由于工厂的条件比较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。
(3)系统需要自己设计电源，而且不能保证系统的可靠运行。
(4)维护维修相对比较麻烦，维修需要的时间也相对较长
2）PLC触摸屏
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。因此，整个系统具有了极高的可靠性。但是使用PLC会大大提高控制系统的成本。因此如果是在高端行业中，采用PLC比较合适，在一般的控制方案中，使用单片机既能满足控制要求。
论证结果：
本次设计方案驱动部分采用步进电机，晶体管输出；支撑结构选滑轨加滚珠丝杠；用单片机触摸屏控制；其他支撑部分用轻巧的铝型材，表面做氧化处理。以上既能满足机械部分的要求，也能满足驱动控制部分的要求。
[2]田勇、高长银主编.液压与气压传动技术及应用.北京：电子工业工业出版社，2011.7
[3]王宗才主编.机电传动与控制.北京：电子工业出版社社，2011.6
[4]蔡美琴编.MCS-51系列单片机系统及其应用.高等教育出版社.2004.6
[5] 石祥钟编.机电一体化系统设计.北京：化学工业出版社，2009年11月
[6] 电气控制与PLC实训教程第2版.人民邮电出版社，2012年3月
1实习及调研总结
1.1实习调研情况
2014年2月19日，经过各方面的协调，在陈老师的安排下我们来到美国优特上海分公司实习。来到优特的第一天，我们自己先简单熟悉了一下优特公司的相关产品，也就是我们将要进行的毕业设计课题任务：自动样品台。然后，公司的刘利老师给我们介绍了X-荧光光谱仪的主要构造、各部件的名称及其主要用途。X-荧光光谱仪主要由高压包、光管、探测器组成，样品台是X-荧光光谱仪中放置待测样品的仪器。此次我的毕业设计课题任务主要是完成JD300B型自动样品台设计方案选择、结构设计、零件设计及控制系统设计。我们在优特公司实习时接触的都是实际的机器，比在书本上看到的直观立体得多。我们自己动手拆装机器的过程中，一步一步地了解了机器的结构及其工作过程，加深了对机器的理解。通过对机器的实际研究，也提高了我们的动手操作能力，巩固了学习的专业知识。
实习的经历，提高了我们发现问题的能力、动手解决问题的能力，这些都是在学校里难以达到的。实习时也见到了很多以前从来没见过的部件，其中一个比较有趣的就是气弹簧。在装一组气弹簧的时候，开始装了两个都被拉断了，我们是百思不得其解。后来我反复的把与之配合的旋转门拉开关上，终于明白了需要将旋转门拉开再装气弹簧，因为旋转门开启的时候要把气弹簧往外拉，开始时它已经伸到极限位置了，门开的时候还再把它往外拉，就不可能不断了。
这样的实习，对我们的动手能力和发现问题解决问题的能力有一个直接的提高。
1.2国内外医疗器械行业的发展现状
1.2.1国内医疗器械行业的发展现状
中国是世界上人口最多的国家，但中国的医疗器械产业只占世界的3%，远远满足不了中国卫生健康事业的需求。当前，国内市场上的先进医疗器械产品大都被国外或跨国公司占领。2010年，我国医疗器械的市场容量约为1200亿元，但目前国内生产的医疗器械90%以上为中低档常规产品。加快医疗器械产业的发展，是我国经济发展的一项重要战略部署。根据新医改的要求，国务院在三年内累计投入8500亿元用于医疗改革，这些投资会给医疗器械市场带来较大的增量。从2008年到2010年间，我国向农村医疗器械的采购投入达到80多亿元，用于国家对农村基层市场及社区医疗机构的建设，对一些基础的医疗器械例如超声波诊断仪、生化分析仪及X光光谱仪等有明显的需求，这对于医疗设备生产企业来说是一块巨大的蛋糕。
1.2.2国外医疗机械行业的发展现状
高技术医疗器械及设备是当今世界发展最快的产业之一。它是运用现代计算机技术、精密加工技术、激光技术、放射技术、核技术、磁技术、检测传感技术、微电子技术、化学检验技术、生物医学技术、自动化技术、信息技术及影像处理技术等相结合而研制的高技术产品。其竞争的核心是嵌入式计算机软件。高技术医疗设备的基本特征是数字化和计算机化，是多学科、跨领域的现代高技术的结晶。此类产品技术含量高，附加值高，是各国和国际大型公司相互竞争的制高点。目前高技术医疗器械市场由美国公司的产品占据统治地位，其次为德国和日本，其他欧洲国家只是在一些专业项目上有一定优势，包括美国的GE、皮克、强生、美敦力、锐珂等，德国西门子，日本的东芝、岛津、日立、奥林巴斯等和荷兰的菲利普。
在全球医疗器械市场销售额，市场化程度高度集中，美国占40%左右，欧洲占30%左右，日本占15-20%。
因此，医疗器械在中国还有很大的发展上升空间。它的制造技术也会趋于多元化及现代化。
2设计内容及任务分析
此次需要设计用于某测试仪器的工作台尺寸为350×250毫米，可以承重5KG的三轴自动控制样品台。样品台需要独立完成三轴方向的运动，各个轴分别需要完成X\Y\Z=250\200\100毫米的行程，X、Y轴的最大运行速度为100mm/s，Z轴的最大运行速度为50mm/s。样品台总体具有基于人机界面的三轴运动控制功能，并具有软件位置调整功能，即能通过软件控制来调整样品台的轴向位置。控制方案要求可行，运行稳定可靠，成本经济。
3 设计方案论证及选择
3.1机械支撑部分的方案选择
3.1.1导向部分的方案选择
根据本次设计要求并结合样品台的实际尺寸及实际需要满足的功能，导向结构选择轻质的铝合金滑轨。滑轨具有以下特点：（1）定位精度高 使用线性滑轨作为线性导引时，由于线性滑轨的摩擦方式为滚动摩擦，不仅摩擦系数降低至滑轨导轨的1/50，动摩擦力与静摩擦力的差距亦变得很小。因此当载物台运动时，不会有打滑的现象发生，可达到um级的定位精度。
（2）磨耗少，能长时间维持精度 传统的滑动导引，无可避免的会因为油膜逆流作用造成平台运动精度不良，且因运动时润滑不充分，会导致运动轨道接触面的磨损，严重影响精度。而滚动导引磨损非常小，故机台能长时间维持精度。
（3）适用于高速运动且能大幅度降低机台所需驱动马力 由于线性滑轨移动时摩擦力非常小，只需较小动力便能让床台运行。尤其是在床台的工作方式为经常性往返运行时，更能明显降低机台电力损耗量。且因其摩擦产生的热较小，可适用于高速运行。
（4）可同时承受上下左右方向的负荷 由于线性滑轨特殊的束制结构设计，可同时承受上、下、左、右方向的负荷，不像滑动导引在平行接触面方向可承受的侧向负荷较轻，易造成机台运行精度不良。
（5）组装容易并具互换性 组装时只要铣削或研磨床台上滑轨装配面平整，并依正确步骤将滑轨、滑块分别以特定扭力固定于机台上即可。传统的滑动导引，则须对运行轨道加以铲花，既费事又费时，且一旦机台精度不良，又必需再铲花一次。线性滑轨具有互换性，可分别更换滑块或滑轨甚至是线性滑轨组，机台即可重新获得高精密度的导引。
（6）润滑构造简单 滑动导引若润滑不足，将会造成接触面金属直接摩擦损耗床台，而滑动导引要润滑充足并不容易，需要在床台适当的位置钻孔供油。线性滑轨则已在滑块上装置油嘴，可直接以注油枪打入油脂，亦要换上专用油管接头连接供油油管，以自动供油机润滑。
3.1.2 传动部分的方案选择
传动结构，主要起传动作用。支撑传动结构主要有滚珠丝杠、同步带及直线轴承。
滚珠丝杠的特点：
1)效率高 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠做滚动运动,滚动摩擦力远小于滑动摩擦力，所以能获得较高的运动效率。与滑动丝杠副相比所需驱动力矩仅为其1/3以下。
2)精度高 滚珠丝杠副一般是用世界上最高水平的机械设备连贯生产出来的，对在研削、组装、检查各工序的环境方面,对温度、湿度需要进行严格的控制，其完善的品质管理体制使精度得到了充分保证。
3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现爬行现象,能保证实现精确的微进给。
4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加预压力,由于预压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加预压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝杠螺母端部的刚性增强)。
5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小,所以可实现快速平稳的进给运动。
同步带具有以下特点：
1）由于同步带具有带齿，故其传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；
2）在传动过程中能保持传动平稳，具有缓冲、减振的能力，噪声低；
3）传动效率高，其传动效率一般可达98%；
4）同步带的维护保养方便，不需润滑，维护费用低；
5）同步带的速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；
6）同步带可用于长距离传动，中心距可达10m以上。
7) 相对于V带传送，同步带的预紧力较小，轴和轴承上所受载荷小；
但是使用同步带，也会有以下缺点：
①若长时间连续工作，同步带带体会发生疲劳断裂；
②若承受载荷不合理，带齿会被剪断和压溃；
③长时间工作以后，同步带的带侧、带齿会有明显磨损、包布发生剥离；
④当带发生疲劳变形后，其承载层会伸长、节距增大，形成齿的干涉、爬齿；
⑤工作过程中，冲击、过载都会使带体断裂。
⑥当安装不合理时，带背面会出现拉伸裂纹；高温下，带会变软；
⑦在运行过程中，同步带的噪音也会比较大。
直线轴承
直线轴承可将旋转运动转换成直线运动，这样可以实现很多场合的运动需求。直线球轴承的优点：
（1）直线运动球轴承节省能源，容易得到较高运动速度，源于其流动接触可使起动摩擦阻力及动摩擦阻力减小。
（2）直线运动球轴承能长期保持精度不变，负荷增大时，摩擦系数无明显变化，因此重负荷下，磨擦系数极小，可得机械使用寿命适当保持。
（3）直线运动球轴承互换性好，安装使用方便省时，并使机械结构具有新颖、小巧、量轻的特点。
（4）节省给油程序，简化轴承润滑和轴承保养。
（5）直线运动球轴承适用于灰尘较多或异物容易侵入的场所。
3.1.3驱动系统的方案选择
常用的驱动方式有三种：气动、液压、电动。三种驱动方式各有特点，应用在不同的场合中。
气动元件是靠气体压缩或膨胀时产生的力来做功，将压缩空气储存的能量转换为机械能的元件。这样的元件有气缸、气动马达、蒸汽机等。气动元件是一种动力传动装置，亦为能量转换装置，利用气体压力来传递能量。
气动装置的优点：
1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。其介质为空气，较之液压介质来说不易燃烧，使用安全。
2、它的工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排出的气体容易处理，且不污染环境，成本也较低。
3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般大于1m/s，比液压和电动方式的动作速度快。
4、可靠性高，使用寿命长。电气元件的有效动作次数约为百万次，而一般电磁阀的寿命大于3000万次，某些质量好的阀寿命能超过2亿次。
5、利用空气的压缩性来贮存能量，实现集中供气；并可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应；可实现缓冲；对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，气动装置有维持能力。
6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合下使用。
7、压缩空气可集中供应，能远距离输送。
但是气动方式也有其缺点:
1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。
2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。
3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。
液压传动的特点：
液压传动是以液体作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式，是利用液体的压力能来传递能量的。它有很多优点，如
1.便于实现无级调速，调速范围比较大，可达100:1到2000:1;
2.在同等功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑，而且能传递较大的力或扭矩；
3.工作平稳，反应快、冲击小，能频繁启动或换向；控制调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化；
4.易于实现过载保护；
5.易于实现系列化、标准化、通用化，易于设计、制造和推广使用；
6.易于实现回转、直线运动，且元件排列布置灵活；
7.在液压传动系统中，功率损失所产生的热量可由流动着的油液带走，故可避免机械本体产生过高温升。
但它也有自己的缺点
1. 液体为工作介质，易泄漏，且具有可压缩性，故难以保证严格的传动比；
2. 液体中有较多的能量损失，效率低，所以不宜远距离传动；
3. 液压传动对温度和负载变化敏感，不易于很底或很高温度下工作；
4. 液体传动需要单独的能源，液压能不能像电能那样从远处传来；
5. 液压元件制造精度高，造价高，需组织专业化生产；
6. 对污染很敏感，液压传动装置出现故障时不易查找原因，不易迅速排除。
电动驱动的主要部分电机按控制划分为步进电动机和伺服电动机等。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
伺服电机是用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服机构服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。
经过综合分析，根据任务要求以及工作环境和功能要求，可知采用步进电机驱动比较适合。
3.1.4总体支撑结构的方案选择
滑轨加滚珠丝杠的方案控制精度高，定位准确。滚珠丝杠导程是严格的，控制精度相对较高。但是正所谓事物都有两面性，精度高必然带来制造成本及运输等成本的提高。直线轴承加同步带的支撑方案，由于相对来说同步带更容易发生失效，且工作时间长了，同步带带体会发生弹性变形，使传动不平稳。因此，我选择直线轴承加滚珠丝杠的设计方案。
另外，总体支撑结构需要支撑起样品台的整体部分，并且将样品台的其他部分连接起来。由于样品台的结构比较分散，需要用其他的金属结构件将其连接起来，以保证样品台总体的刚性和结构稳定性。考虑到样品台的尺寸及其应用的主要场合，也为了减少样品台的成本和重量，选用铝型材支撑总体部分，表面做氧化处理。
3.2控制部分的方案选择
本控制系统，可采用单片机控制，也可采用PLC加触摸屏的控制。它们各有自己的特点。
1）单片机
单片机本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。另外，单片机内的ROM比较小，所以在设计中系统必须在外面配置EPROM电路和扩展电路。但依据单片机目前的发展状况，该方案的优点是：
(1)成本较低。由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。
(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。
(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。
其缺点为：
(1)系统硬件设计相对比较复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，所以该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。
(2)系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。但由于工厂的条件比较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。
(3)系统需要自己设计电源，而且不能保证系统的可靠运行。
(4)维护维修相对比较麻烦，维修需要的时间也相对较长
2）PLC触摸屏
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。因此，整个系统具有了极高的可靠性。但是使用PLC会大大提高控制系统的成本。因此如果是在高端行业中，采用PLC比较合适，在一般的控制方案中，使用单片机既能满足控制要求。
论证结果：
本次设计方案驱动部分采用步进电机，晶体管输出；支撑结构选滑轨加滚珠丝杠；用单片机触摸屏控制；其他支撑部分用轻巧的铝型材，表面做氧化处理。以上既能满足机械部分的要求，也能满足驱动控制部分的要求。
目次
1实习及调研总结 1
1.1实习调研情况 1
1.2国内外医疗器械行业的发展现状 1
1.2.1国内医疗器械行业的发展现状 1
1.2.2国外医疗机械行业的发展现状 2
2设计内容及任务分析 2
3 设计方案论证及选择 2
3.1机械支撑部分的方案选择 2
3.1.1导向部分的方案选择 2
3.1.2 传动部分的方案选择 3
3.1.3驱动系统的方案选择 5
3.1.4总体支撑结构的方案选择 7
3.2控制部分的方案选择 7
论证结果： 8
参考资料： 8
参考资料：
[1]成大先主编.机械设计手册(第五版)全套5卷. 北京：化学工业出版社， 2008年5月[2]田勇、高长银主编.液压与气压传动技术及应用.北京：电子工业工业出版社，2011.7
[3]王宗才主编.机电传动与控制.北京：电子工业出版社社，2011.6
[4]蔡美琴编.MCS-51系列单片机系统及其应用.高等教育出版社.2004.6
[5] 石祥钟编.机电一体化系统设计.北京：化学工业出版社，2009年11月
[6] 电气控制与PLC实训教程第2版.人民邮电出版社，2012年3月