摘要：通过对已有样机工作性能的分析，采用三凸轮对心滚子盘形凸轮传动，设计了一种以多凸轮协同工作为传动系统的装置。通过对运动速度的叠加分析，理论上满足恒压射流产生条件的同时，较于传统设计，受制造精度和安装精度的影响更小，所需转速更低，对凸轮的磨损更少，提高了恒压射流产生的可靠性，增强了凸轮的耐用性。
关键词：多凸轮协同；传动系统；恒压射流
0 引言
医用水刀是专用于临床使用的水刀设备，工作原理是通过高压水射流利用不同韧性和弹性组织之间的压力差进行选择性解剖。影响水刀性能的主要因素是射流恒压的产生，传动平稳，无菌化，高响应。国内学者针对这些问题进行了丝杠传动控制系统的设计1*，双凸轮传动机构的设计2*，医用水刀传动系统及其一次性自动脱合装置的相关研究3*，他们的设计主要缺点是传动效率不高，系统不够稳定，受制造精度和安装精度影响较大，本文基于双凸轮传动机构提出了多凸轮协同的医用水刀传动系统的设计思想，可以达到响应快，提高系统稳定性和耐用性的效果。
1 医用水刀控制系统的总体设计
通过电机控制系统控制电机的转速，电机与传动系统相连，向医用泵注入水流，增加或减小医用泵的水压。医用泵通过低压管路吸取无菌生理盐水，通过高压管路经特制喷嘴喷出，形成高压水射流。此外，加入压力传感器反馈系统，经电机控制系统反馈调节，使输出为特定压力。加入蓄能器，在一个脉动周期内，吸收高于平均流量的脉动部分，供给低于平均流量的脉动部分，实现压力脉动的消减。
医用水刀产生压力的机械结构原理图如图1所示，由驱动电机带动三套错位安装的对心滚子盘形凸轮轴转动，通过卡槽装置带动推杆按特定规律做往复直线运动，在缸体内形成高低壓腔，实现高压喷射，负压吸水的功能。
2 凸轮的设计及验证
2.1推杆运动规律的设计
2.2凸轮轮廓绘制
据各阶段运动方程，选取基圆半径和推杆推程2*，用绘制凸轮外轮廓。如图2-1所示
在各分段运动方程，据推杆位移与凸轮转角之间的关系，做出单个推杆随凸轮转角的位移曲线图2-2。在推程阶段：时，推杆做匀加速运动，时，做匀速运动，时，做匀减速运动。在回程阶段：时，推杆做匀加速运动，时，做匀速运动，时，做匀减速运动。
2.3多凸轮协同工作推杆运动叠加速度的研究
据运动方程，以正半轴表示推程运动，负半轴表示回程运动，按实际工作位置相互相差安装，取一周期的速度值进行分析，画出推杆运动速度变化如图2-3。推杆1和推杆2和推杆3在各运动阶段上的速度叠加值始终保持恒定，使此机械结构在理论上实现了水压恒定。
考虑到实际因制造精度与安装精度的误差使三个推杆之间相差的安装角度不为准确的。当三推杆速度叠加，两推杆运动方向理论上同时改变时，由于存在着第三条运动方向短时间内不改变且速度恒定的基流，因此可以减小其速度换向时的相对误差。较传统双凸轮机构而言，满足理论上恒压射流产生条件的同时，在一定程度上提高了传动系统产生恒压的稳定性。在需要传输相同的压力值时，由于三凸轮的速度叠加效果为双凸轮的两倍，所需电机的转速更低，亦减少了凸轮的磨损程度，提高了机器的耐用性。
3 结论
凸轮机构，结构简单紧凑，相应速度快，工作稳定可靠。多凸轮协同的传动系统在实际工作中受制造精度和安装精度的影响更小，相较于双凸轮传动系统更能提高系统的稳定性和耐用性。
参考文献：
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