автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Анализ и исследование конструкции и технологии изготовления медицинского эндоскопа с целью повышения его качества

Институт точной механика и оптики . Санкт-Петербург

од

На правах рукописи

ХРАБРОВ Сергей Васильевич

АНАЛИЗ И КССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЗДВДНСКОГО ЭНДОСКОПА С ЦЕЛЬЮ 1 ПОВЫШЕНИЯ ЕГО КАЧЕСТВА

05.XI.14 - Технология при<5оро строения 05.02.18 - Теория механизмов и машин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург, 1934

Работа выполнена в бюро подготовки производства цеха медицинской техники ЛОУ.О, .а также на кафедрах "Технологии прябо р о отроения" и "Инженерной я компьютерной график::" Института точной механики и оптика (С.-Петербург)

Научные руководители: доктор технических наук, профессор ¿нейдер й,Г.;

кандидат технических н^ук, профессор -Один

Официальные оппоненты: доктор-технических наук,

профессор Ткмофэев'Ь.П.;

кандидат, технических наук Крохоткн В „В.

Ведущая организация:' ГОИ им .С М .Вавилова, С.-Петербург,.

состоится "У«3' Оэ^&З/Сч 1991 года в "У.7 задании спекалиэироБанного совета Д 053,26.03

За-дита состоится ""/«> Ор-^Ь^ч/^ 1991 года в часов на заседании Института точной механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Сайлинская, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институт Автореферат разослан " -М " 1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053.26.03,

ланд.техн.наук, доцект Кузькин ¡ОД,

Актуальность чэобдехк. 3 последние 15-20 лет у нас в стране и за рубеком в клиническу?) практику начали широко внедряться гибкие медицинские эндоскопы с волоконной оптикой. Geo- • Сеяно яарокое применение в медицинской практике нашли эндоскопические приборы для гастроэнтерологии' - для диагностики и лечения заболеваний органов ядщеварцтельного тракта. Разрабатываются к находят все большее применение а эндоскопы в других областях „.здицинк.

За рубэко;/ изготовляются более 180 моделей эндоскопов jvh гастроэнтерология. Производством этих приборов занимаются фирмы Ялскдк - "Олккпас", "Пентакс", "Оудхинон", "Кажда", США -"АК;.:И", Лэотрик - "Рапк'ррт", "шг", Германии - "Веплер", Великобритании - "йлнвейд" и др. Ведущее место занимает фирма "Олимлас", эндоскопы которой получили пирэкое применение во всем мире.

Первые отечественные гибкие медицинские эндоскопы для гастроэнтерологии бцлл разработаны в начале 70-х годов ка базе волоконно-оятичзсклх жгутов венгерского производства, У нас в стране серийное производство таких прябороз было освоено ЛПО "Красногвардеец". По оптическим и механическим параметрам серийные отечественные эндоскопы существенно уступали зарубежным. Зто объяснялось'отсутствием необходимого опыта создания оптпко-мохакнческих приборов такого класса, отсутствием качественной элементной базы и научно-технических разработок, недостаточно высоким уровнем технологии изготовления. Низкий технический уровень отечественных эндоскопов и недостаточные объемы выпуска вкнумдали закупать эти приборы за'границеи, затрачивая значительные средства з валюте. Такое положение предопределило принятие правительством ряда постановлений, направленных на повышение качества разработок и научно-технического уровня производства гибких медицинских'эндоскопов в нашей стране. В настоящее время объем выпуска эндоскопов значитгль-но увеличен. Однако проблема повклени'я их надежности к качества по-лреннему является весьма актуальной, что определяет необходимость выполнения исследований, чему и посвящена настоящая диссертационная работа,

3 настоящее время проблема лсзксения качества и надежности эндоскопов решается преимущественно эмпирически* путем

реализация тех хлл пкых конструкторских ух'л тзхнологлческлх ретакял, уогравяэдкх обваругсаклме яри эксллуатацлл или ясаы-таялх недостатка в несоверивнсгвг-. Чаи;е всего чяогсчкая илг полная потеря работоспособное";' прибора саязнваето.? с качзст-всм к состоянием гайкой управляемо*: чаотл эндоскопа, представляющей собой улогоззенях;: .механизм уой ух к здой конструкции, Ьтя гдбка.ч управляемая трубка, будучи подзеркека дехор-канзже лрк хзгабз на достаточно большие углы, внз::;_".зт нарушения ее в;;;, ?решшс кокмуянгкщкй: лзлемн олтлчеснях агутов ( световодов) , уелленхе нагрузки на глбкае витыо троен, лх растяжение г. дякз обрыв, а таяае ловрекдекле защитной оболочки гибко.'. част:: эндоскопа.

Отсутствие отработанной слстемы кояс^рухторсхо-техкологл-ческого обеспечения надежного управяеккя качеством гпбкех труб-:<а, не позволяет улучалть характеристики изделий, сделать их колкурйр.тнес'гособнххи на ккровом ркнке. Создание такой си от е-мк" определяет актуалькость к практическую значимость данной работх.

Цель бо^ь:. Цель работы - вхлелнение теоретячэсккх и экспериментальных ксследованлй для выявления осковных зазхеи-мосте;': л;е.у.ду конструкторская., технологкчзскиюг к экеллуата-цленшллл факторах:-:, создании Мз^одкя и технологий, поБЫь'агощлх качество л надежность экдосксяое.

е тол:: к с с л з лоза кия. Теоретические ясоседсзааак базлрухт-с.: на лслользовакхл аппарата аналитической геоу.етркх л вектор-лох алгебры, не:лх;огхх положен:«.*: теоретической г.еханикх, датз-. лел :/.2'Л:к к механизмов, роботов к какипулятороз. Экспериментальные лсслздсъанля пр-ведлллсь как ка игагкок сборудозанлл, тал л ка споцлалъню:, вновь созданных установках.

Научная нок'.зчо паботн:

- лредлохекл матехатлчзскхе уодел:*. соответствующее 1рогрз:.':.'ное обеспечение для иоследования клнеу.атлк,1 и клнето-ст:;т.:кл длстальнс? части эндоскопа (ДЧЭ), позволяющие определять радиусы крлвлзнн огябащой кривой, -реа1:цки в ккяекатиче-екхх ларах л угловхе перемещение звеньев дистальнол часта эн-лоскола;

- разработано ярсгр£ммнэ-:.:етодкческое обеспечение для •-о'-етр;. -хгхого мэделлроваплд 1лЭ, оСб-хечазавдез учет язуе-

- о -

нешк гескетрячоских парэкеуроз сопрягаемых элементов в -яро-цессз эксплуатации эндоскопа;

- арвдкскена кетодика расчета язгибных характеристик ДЧЭ на оскове ясяэльзовакля кзтэдоэ определения жесткости упругих элементов (звеньев я внутренних коммуникации), проведена ее эксзерккбнтахьная проверка;

- разработан елосо5 образования регулярных кикрорэльафоз (?..;?) на лутренинг "швдрпческие ясэерхнос?я деталек малого диаметра (до I уу.);

- построены кскогрзклск дня определения вида значений параметров регулярных уикрорзлье.Тод в зависимости оч технологических ремизов обработки;

- разработана технологическая оснастка (устройства к инструмент) дат образования регулярных микрорельефов на поверхностях' легален «алого диаметра;

- разработан:-: технологический процесс, устройства к инструмент дог упрочнения тросов яовкм способе;/. - виброволочекк-ек;

- исследовано влияние и зкявлены зависимости вида к значения параметров регулярного гикрорельефа (?./:?) деталей эндоскопа на эксплуатационные показатели ЛЧЭ»

На защиту вкнссятя: кинематическая и кинетостатическая модели гибко:: у-гравляекой части эндоскопа и методы их исследования, квтод геометрического моделирования ДЧЭ; методика расчета к зги Сноп несткоста элементной базн /¡Я'-) и в сборке, проверка методики на ссноьз оксдериузнта; новое кокструкторско-тохнологическое рзезние гибко!: управляемо?. части, защищенное авторским свидетельством; новке способы образования регулярных микрорельефов на внутренних поверхностях деталей малого диаметра, разработка новых технологических процессов, устройств и инструмента для образования регулярного микрорельефа; разработка нового способа упрочнения трооа виброволочонием и с эдт-ветствукдос технологических устройств; и инструмента; выявленные оптимальные Й£Р; эксперякентальнае стенды и устройства, позволившие моделировать работу-гибкой управляемой части эндоскопа; результаты экспериментальных исследований, лодтзерхда»-щях полоултельное вккяаае упрочнения тросов виОроволсчением на надежность работн прибора; результата; внедрения теоретических

- b -

и экспериментальных иссяедоцаний в производство.

Практическая ценность работы. Практическая значимость и ценность работы заключаются б разработке комплекса 'конструк-т.орско-технологяческих мероприятий, позволяющих на ранке:': стадии проектирования-эндоскопа и разработки технологического процесса изготовления и сборки его деталей добиться повышения качества и надежности прибора; з разработке методов к средств определения и управления геометрическими и технологическими параметрами, определяющие: работоспособность изделия; в реализации результатов исследований в производстве.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований и разработанные конструкции технологические процессы оборудование оснастка внедрены на Ленинградском оптико-механическом объединении при изготовлении гибких медицинских эндоскопов с экономическим эффектом 360,7 тыс. рубле;:.

Исследование выполнено в бэро подготовки производства це.-xá медицинокой техники ЛС;>:0, а т;к;й на кафедрах "Технологии приборостроения"-, "Инженерной и комлпотерной графики" С.-Петер-JyprcKOro института точной мех&пик;: к оптик;:. Промзаагеякые испытания вкполнены на стендах и оборудовании ПТмО и ХОмО,

Апробация результатов. Основные результаты диссертационно; работы докладывались и обсуккались на научно-техническом семинаре "Гибридные экспертные системы в задачах проектирования сложных технических объектов" (Санкт-Петербург, 19Э2 г») на í.-афедрах ИТ'./.О.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 2 - авторские свидетельства на изобретения.

Структура и ооъем диссертации. Диссертация содержит 203 страницы ма^нояисяого текста, 5Э рисунков, 10 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, 10-и прклскений, Библиографический список Еклычает 75 наименований.

CO¿2PiAffi-3 РАБОТА

Во гУс'леняи обоснована актуальность теми исследования,определена «¿ль г. задача работы, переча ссечи методы исследований

ялучяке и практические результаты, отмечена их .'.р&;7йЧ«га-;з.ч реализация,'приведено краткое содержание работа.

В пеозой глава приведены результаты анализа известных технических рекений в области эндоскопии, рассмотрены и описаны устройство и работа медицинских эндоскопов, а такхе их тех-' цических и эксплуатационных характеристик, исследованы и оценены методики испытаний на надежность отечественных и зарубежных эндоскопов, определены задачи исследования, Анализ показал, что состояние вопросов, связанных с оценкой технического уровня к ..адежности ..нбких медицинских эндоскопов, монно охарактеризовать следухпим образом:

1. Технический уровень и надеккость как отечественных,так и зарубежных эндоскопов, их функциональные возмонкости во многом определяются качеством их механической подсистемы и прежде всего качеством гибко;; управляемой дистальной части эндоскопа.

2. Отсутствуют эйоектпвкнэ метода и средства испытаний на надежность, которые бы позволяли достоверно и экономично определять показатели надежности отдельных элементов и ДЧЗ в целом.

3. Несмотря на конструкторско-технологкческие резения дня ДЧЗ, представленные многими патентами я авторскими свидетельствами, з практике применяется одна конструкция каркаса, изготавливаемая по сходкой технологии. Она представляет собой набор колец соединенных осями, внутри которых закреплены втулки для направления управляющих тросов, идущих к устройству управления. ТакоГ: конструкции гибкой управляемой части, технологии и ее изготовлению присуди общие недостатки независимо ст выполняемых эндоскопом, функции 15 габаритов ДЧЭ,

•А. Отсутствуют научно обоснованные подхода к проектированию эндоскопов, которые-позволили бы и на ранней стадии проектирования обеспечить создание конструкций гибкой управляемой части с заданными свойствами, определить оптимальные геометрические формы ее звеньев, сцепить силовые и,точностные параметры при взаимодействии звеньев в процессе рабочего движения, разработать совершенные* технологические процессы. Решение ¿той задач;*, требует описания конструкции. дЧЗ п ее'(йункцлонарованля, что определяет необходимость использования ЗБМ;.

Во второй главе приведено обоснование выбора методов кинематического анализй механической системы эндоскопа.

Отмечено, что дистальная часть эндоскопа может рассматриваться как многозвенный механизм, обеспгчпваю'дпй достаточно

слоккыз гфостракстзеяяае .движения с кеобход:«о£ точностью. Эта сборочная едгшца ''узел) п"-заставляет собой совокупность твердая тел, образующих пространственную оазо::кнуту:о кинематическую цепь, состояли из ко»я.-.:;:7а звеньев, образующих кинематические пары (зпс.Х),

Кандое звено ггехакизма связано с последудяим звеном с по-козью подвижного соединения Л; . Первое звено связано через педвняное еоединзкие со стойко:; (основание) I дист-"лзной части, а последнее звено содержит э себе различнее устройства 2, ооеспечивзмсие функционирование эндоскопа.

¿побме два последовательных эвена в силу конструктивных соображений образуют кинематическую пару пятого класса, допуская в относи тельном движения ллга вращательное дш:.де8::в.

При. решении задач проектирования подобных механизмов дз-обходгко определять как дедзм.екия его звеньев относительно неподвижной систем:: координат - абсолютные положения зьенвез, так и их относительные положения - обойденные координаты.

Задача определении абсолютных положений звеньев при их заданиях относительных положениях может бить редана двумя методами - векторннм и матричным, Векторный метод осксезя на использовании формул конечного поворота твердого ^ела. Он позволяет определить новое положение вектора, зная исходное его по-ломенне, ось поворота и угол поворота» '¿атричнкй метод преобразования координат вектора связан с составлением матриц перехода от исследую::зй декартовой системы координат к предыдущей и перемножении соответствующих матриц перехода зля определения положения соответствующих звеньев относительно неподвижной системы координат.

Б работе реализованы оба этих подхода. При этом, матричный метод использовался для анализа лизь дастальной части эндоскопа (о разними длинами звеньев), а векторный - для "'прощенного анализа всей механической система (от начала остального конца до проксимальной части) дкя двух типов дистального конца - с равнкми и различными: длинами звеньев.

Третья глава посвящена кикегостатлческому анализу механической системы эндоскопа и исследованию на изгибную жесткость элементов базы и всей конструкции ДЧЗ.^

Анализ задачи проектирования механизмов, подобных ди-

!й:>

л Ч

V _ -Л I ^

\ I

A¿ { ¿- 1,2,

шарниры; X - ось абсцисс. У - ось ординат; /д,,- усилие для поаорота "з право-влево", усилие для

поворота

в ни з-з вера".

'¿у !

I 1 1 1

| ПВО

'/>¿1 !

V,

2и2г~ тисло зубьев

зубчатый колес ¿•Цпг

устройства \ :

управления. ~'5

О -!

оси пгарнироз. У4;- :

Сйл ^яи > Ыл ■ д.,ГТт'ь"

Л

Рис.!.

Кинематическая схема механической систем эндоско:

стальной часта эндоскопа, неразрывно связан с оценкой на прочность звеньев я их соединений.

Для расчета звена на прочность необходимо знать внешние силы, прдлокеккые к звену, силы реакций в кпнематкч«ских парах и в соответствии с принципом Далсмбзра силы инерции* Причем, этот анализ может быть как статическим,г-эоли ;:о:«л»чцй?ся из рассмотрения инерционные силы, так и динамическим при их учете. для динамического анализа несоходимс решить задачу о связях сил и уморений в звеньях механизма,

Irs. расчета с&Л реакций в. парах используют метод множителе:'; Легранг-я, который' в сочетании с принципе« вэзмежых перемещений приводит к уравнения:.: Дагранка X рода, лз этих урзвне-ний определяется мнекитэлл Дагранмп, лредставляшие собой з дакнем случае силы реакций в кинематических ларах. С целью автоматизации силовых расчетов на 0£Д ясяользувт специаль..ир. матриц;! сил размером 4xi,

другой метод определения реакций в кинематических парах связан с использованием уравнений Дгг-ран:ка П рода. Суть его -"■остеит в следукдем. Рассматривается гслономнак система с степенями свободы. 2а кон(р;гура;д;я задается сообщенными координатами q., ,..., fc . '¿еда шмвкио отбросить некоторое число связей, реакции которых подлежат определению, число стспзней свобода возрастет до « - »-и и дел задания кон-мидурацип понадобится ввести еде щ оЗобкешшх координат

¿ыбор коорд. нат подчиняется услсзнз, чтобы их нулевке значения приводили к первоначальной системе, ¡¡ю&г, словами, дзихекие системы рассматривается с привлечением ;иоыточных координат а.,., <;„.,.,>, , причем уравнениям связей придается максимально простой вид:

Г 4>„„ = 0j ..., "^г.и - О

Далее, кожно получать формулу для определения обойденных рзак-ц;:й отбрасываемых связей через задаваемые силы и через обсб-^еннко скорости.

Для определения взг&бкюс характеристш-; элементной база и г."?: композитной конструшк ДЧЬ рзочзтк^л путем ;; зкепера« - --;'\:лъ;;о с делилась зависимость мемду внешним воздействием

и радиусом кризнзнь: геометрической оси ДЧЭ, Расчетные я экспериментальные данные хорсдо согласуются друг с другом. Было определено, зо-лерЕкх, что кэсткость инструментального канала составляет 5i% от кесткостк всей композитной конструкции ДЧЭ, и, во-вторых, - был определен критический радиус изгиба ДЧЭ, при котором мерялась устойчивость поперечного сечения структуры ДЧЭ. Зти результаты позволяют дать рекомендации о путях перераспределения жесткости между коммуникациями ДЧЭ к уточнить значения геометрических параметров формы элементов кинематических пар, при когсркх обеспечивается максимальный угол поворота пр:-. сохранен;-::: допустимой величины радиуса изгиба ДЧЭ.

а четвертей главе приводятся результата анализа кинематики дк стальной части эндоскопа на Ь-Ы«-',

ЛрвлДе всего разработанная программа позволяет моделировать пелокение камдого звена эндоскопа и выводить графически его изображение на экран дисплея, Днстальная часть эндоскопа может моделироваться набором звеньев следующего вида: с конусообразны:-'. конце?/, - этому приписывается кнур 0, и о цилиндрическим концом - зтому приписывается шифр I. Такяк образом, ре-влкза:сУ£ геометрического вида дпетальной части может быть осуществлена, например, набором таких .различных яШ(>зр. как показано на рис.й.

О_____0 i¿__й / / i/_О /

' —К— —

JLzJ \____у \____/ i_ \______/ 1__J ¡<

Рис.2. Схема адстальной части эндоскопа Этому сочетании в программе соответствует вектор, харак-теризуиЕЯЙ геометрнэ сопрягаемых звеньев. Зго представление на ЭЬ;,1 .tiv.se- кпд: IGGGOIICGI. Геометрические размер:;, ин/п'.еи-дуализ:'.ру:-од;'.е каждое ке-но, задавались величинами L я 33 , При моделировании данной задачи рассматривался тип I дастальной ча'ти эндоскопе X = 1,3 мм, SD = 10,3 км.

Дальнейшее птлеанне геометрической (Т.орул '¡яс-

тк бядосксзй связано с заданяек удлинен::;; гибких «peerto,

объеанааэщих "зсе звенья, :i сяределекяем углов поворота каждого звена, а такле угла поворота последнего звена. Особенность данного моделирования состолт в тол, что уаксихальноэ удлинение (вктяхениз) гибкого троса кокзт быть заранео неизвестно, поэтому мокко вводить любое, завздохо большее удлинение, а прогршад са'/.а "определит" хаксхкзльноз удлинение при заданнхх углах поворота звеньев к максимально?,: угле поворота последнего звена. Таким образо:/., эта часть програххь: позволяет ходелирс-•Еать реальную геохетрля .¡детально;; части, учитывая изменение геометрических размеров звеньев с учетом точности их изготовления, а также определять угль: поворота последнего звена, распределен;: з его кеаду остальных:: звенъяхи.

Послз записи аналитического внрахенкя геометрической холмы криво:'; программа вычисляет радпусх кривлзнь: кривой в точках сопряжения звеньев,

Результаты моделирования подтвзрхдажт правильность влводов по предкдухеху этапу исследования, связанного с экспериментальным определением радиуса кривизна элехлнтоз ДЧ2.

5 пятой главе рассмотрена гопроск конструкторско-тэхнолс-гкческого обеспечения дозхаеяия надежности эндоскопов.

Снихзнке надежности или потеря работоспособности эндоскопа чаде всего возникает из-за ненадежности механической; части ди-стальнол части эндоскопа (ДЧЭ), которая в значительно;: степени предопределена конструкцией ДЧЭ, технологией изготовления элементов к процессом сбор-и ДЧЗ„

Действующая технология изготовления колец дЧЭ приводит к существенный отклонениям значений параметров их гео:лзтричзской форм-: и размеров, во-первых, в результате неточности изготовления собственно колец, во-вторых, в результата дерорхации ст нагрева при присоединения напраалях-дих втулок для размещения тросов управления и, в-третьих, яри í/ехакпческох воздействии на эти втулки при сборке для достижения соосности, отверстий.

При эксплуатации эндоскопа все.это приводит к возникновению больших взаимных давлений в парах вращения и поступательного движения, к болыви:/ потеря:/, на трение, приводящих к де-. формациям колец, большим усилиям на троек управления, к ускоренному износу, что вызывает в устройстве управления, износу зубчатых колес, тросов управления или даже разрыв последних,, .

Гааое полояение усугубляется с увеличением коэффициента заполнения ДЧЗ внутренними коммуникациями и кзгибной жесткостью последних.

яд я устранения этих кз достатков предлагается, во-первых, изменять технологию изготовления колец ДЧЭ на.основе использования методов ытпмпоеки, во-вторых, изменить технология сборки, асклзчиь механические и термические воздействия на элементы, :«, л~третъ::х, пот-кспть надежность самых "слабых" звеньев конструкции - направлявших втулок л тросов управления,

з результате предложена новая конструкция ДЧс, состоящая из элементе-, чзгдзобразном мормы, кзготоэйяекмх ятямповкой. Эта конструкция ссеспечивазт требуемой точность геометрической формы и размеров, поскольку исключает операции пайки, сварки, обеспечивает плавность огабвэдей криво:": и прос-сту сборки..

Поь:-:г:ение надекнеотп сопрягаемых поверхностей налравля®-■лих втулок и тросов управления было обеспечено технологическим процессом создания на их поверхностях регулярных микрорельефов (РУР). 5 настоящее время разработан и опробован разработанный в ЛТУС способ вибронакатывания, с образованием на поверхностях детплеГ: регулярных микрорельефов (Рм?), стличаххдиеся практически одинаково:- рормой, размером неровностей и их взаиморасположением.

На основе строгой аналитической связи мэяду резимои вяб-ро.чакатызания я численными значениями параметров регулярного микрорельефа, мом.но аналитически рассчитать и прогнозировать любой регулярный микрорельеф яо ГОСТ 21773-82 яиО'£зрхкостц с регулярным микрорельефом", оптимальный для тех лги ЯнЫ-х условий эксплуатации поверхности к деталей, Зто создает возможность автоматизации расчетов и экспериментальных ясатедовгяШ на этапе проектирования, разработке технологического процесса» Данный метод может быть применен для улучшения работа лары трос-зтулка, работающей в достаточно "жестких" условиях я во многом определяющей работоспособность эндоскопа.

Зябронакатнзанке - процесс, обеспечивающий образование регулярного микрорельефа на поверхностях трения» сни-ыгет коэср-фдциен-" трения, яовыааэт износостойкость трудящихся поверхностей, исключает натиры, задиры а схватывание. Исследования по-казати, что в парах трения необходимо обрабатывать охватывай-

- 14 -

щую поверхность - отверстие.

Однако до настоящего времени ваброкакатквание отверстий ограничивалось отверстиями диаметром б мм, что обуславливалось невозможностью размещения в отверстиях шарикоподшипников - опор •деформирующего элемента - шарика.

для осуществления зпбронакатинэния направляющей втулки дарнйра, каркаса изделия ГДБВО-3 был спроектирован, изготовлен и опробован инструмент, представленной ка рисунке 3,

Рис.3, Инструмент с держателем где, деформирующий элемент - шарик I (0 I мм.) одет на ось 2, закреплен с помощью стопорного винта 3 б оси 4, которая закреплена через подшипники 5 в обойме в. Продольный люфт оси 4 выбирается втулкой 7.

Одним из дефектов, присущих эндоскопам, является обрыз тросов. В эндоскопе ГД-В50-3 используется трос двойной свивки типа ЛК-О, конструкции 6x7 (1+6) + 1x7 (1+6).

Используемые в изделиях тросы работают в условиях трения о направляющую втулки и, претерпевая- перегибы по весьма малому радиусу с достаточно большой частотой, чтс приводит к рас-плетенйю нитей я разрыву троса. Предложенный в работе к испытанный на ДОМО способ упрочнения тросов волочением через фильеру с постепенно уменьшающимся диаметром (через 0,005-мм) рабочего отверстия фильеры дал положительные результаты - прочность тросов на разрыв возросла ка 3,о-5$ относительно исходной. Увеличению степени упрочнения препятствовало явленйе образования впереди фильеры наплыва из Heynрочнеиного металла, ■

приводящего к расллетеала отдельных ня?ей я их обрыву, что снижало прочность троса, а в отдельных случаях к его обрыву,

С целью устранения этого явления разработан новый опособ упрочнения, названный "виброволочзяием" к состоящих в тем, что в дополнение к относительному продольному перемещению троса относительно падьеры - ем придается осциляционное движение в направлении волочения.

. '¡лссертационная работа содержит 10 приложений: в приложении I приводится описание - установки для испытаний ..на изгибнух жесткость;

в приложении 2 приводится текст программы и результаты геометрического моделирования ДЧЭ;

в поялождш::: 3 приводятся краткое описание, полных текст программы и результаты моделирования кинематики ДЧЭ; • в лоиложекии приводятся полны:; текст программы и результаты моделирования конкретных зариантоа конструкция ДЧЗ; э приложении 5 приводится полный текст программа моделирования кинетостатики ДЧЭ;

з поилокении 6 представлены результаты исследования шероховатости внутренней поверхности направляющ:« троса; з приложении 7- приводится программа и методика испытаний на безотказность тросов управления;

в приложении 3 приведены дефекты, обнаруженные при разборке приборов "ГД-Ь-ЗО-ЗА" поме наработки на отказ по методике фирмы " Олимпа с";

в приложени:; 9 приведена описание установка для испытаний тросов на разрыв и акт испытаний;

в приложении 10 приведен расчет экономического эффекта от внедрения обработки тросов вябрсволочекием»

ОСНОВНЫЕ ЗЬЗОДЫ И РЕЗУГЬТ.АТЫ РАБОТЫ

1. Бшолнен анализ и сравнительная оценка методик проведения испытаний на безотказность медипднеких эндоскопоз кирш "Олимдас" и ЛСУО; выявлена сборочная единица (дистальная часть эндоскопа), в основном, определяющая надежность механической части эндоскопа,

2. РазраСотаяы математачоскяе м.олели спасания движения

ДЧЭ в пределах изменения рабочих углов поворота,* описание движения дЧй выполнено двумя методами: матричным, и векторным.

3. Разработан метод синтеза механизма ДЧЭ по геометрическим критериям.

4Предложен математический аппарат для кинетостатическо-го анализа механизма ДЧЭ- определения реакций к давлений в ки-нетостатаческях парах.

5. На основе разработанного программного обеспечения проведен анализ кинематических и кинетостатических моделей механизма £43 для определения углов поворота звеньев, удлинения управляющих тросов, характеристик огкбзв-цей кривой, силовых соотношений в кинематических парах.

.6, Осуществлено геометрическое коделированге движения ДЧЗ с целью определения рационального соотноыення геометрических параметров ш ормк и размеров сопрягаемых элементов в пределах рабочих углов поворота и допустимых радиусов изгиба.

.7, Предложена методика расчета изгибной жесткости составных элементов ДЧЗ, включая внутренние"коммуникации, а также всей композитной конструкции з целом.

8, Разработана конструкция и изготовлен, макет ДЧЗ, отличающиеся от исследуемой конструкции незначительным отклонением геометрических параметров формы, более плавной сгибающей кривой, простотой сборки, исключающей операцм пайки, сварки, развальцовки, обеспечивающей высокую ремонтопригодность.

9. Разработана методика, определены основные зависимости образования регулярного микрорельефу на внутренних поверхностях малого диаметра дяк улучшения ее качества и эксплуатационных свойств,'уменьшение потерь на. трение, повышение ресурса работы,

10. Разработаны, изготовлены и апробированы новые приспособления и инструмент для образования РЫР на внутренних поверхностях диаметром до 1,0 ым. •

11. Предложен способ, разработаны и апробированы новая технология технологической оснастки и инструмент для обработки тросов виброволочением.

12. Предложено техническое решение типа "испытательный комбайн" для реиения задачи нормирования конструктором опти- , мадьной микрогеометрии коктактируемых поверхностей с РУ.Р и ее

- 17 -

технологического обеспечения на этапе проектирования.

13, Проведены экспериментальные исследования по определении тактических усилии, действующих в механизме дЧЗ, изгисных характеристик дЧЭ, параметров мяксогесметрик поверхности направляющих втулок, тросов управления, коэффициентов трения тросов о направляющие втулки.

Li. Разработан стенд к проведены испытания на безотказность механизма ДЧЗ типа ГД-Е80-Я с деталями, прошедшга обра-сотку вкброволочекием я вибрснакатьшанием.

ЗАК^'ОЧЗНИЗ

Обобщая изложенное, можно отметить, что з результате проведенной работы:

- разработаны основы научной методики проектирования ди-стальной части эндоскопа, позволяющие уже на этапе проектирования обеспечить требуемые значения эксплуатационных характеристик и параметров;

- разработана новая, белее технологичная я более точная (по отклонениям параметров геометрической формы а размеров) конструкция 3/;

- экспериментально определена оптимальная микрогео.мэтрия Р:,:Р с одинаковыми параметрами на рабочих поверхностях сопрягаемых деталей (втулок и тросов);

- разработаны технология я конструкция инструмента для образования Рм? на поверхностях втулок и тросов, что обеспечило повыпение ресурса их работы на (10-15);? и исключало обрыв тросов.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

I. елндкк З.Б., Борисов Ю.А.,.Гурьянов З.А., Храбрел C.B., ¿дин .0,3. Исследование к разработка кинематических моделей дя-стаиьной части медицинского эндоскопа на сЬУ.. Гибридные экспертные системы в зад чах проектирования сложных технических объектов. Материалы научно-технически го .семинара няня,

СПб.: УЖ, ISS2. C.XC7-IIÔ.

'¿.. Ьиндык Б.З., Борисов К).А,, Храброй С,5.,Гурьянов З.А., Наш З.Ь. Исследование изгибных характеристик дистальной ча~

сти эндоскопа. Гибридные экспертные системы в задачах проектирования сложных технических объектов. Материалы научно-технического семинара 24-25 июня. СПб.: Л ДНИ, 1932. С.П7-124.

■3. ¿нейдер л),Г,, Храбров С.В0 Стенд для обеспечения нормирования регулярной микрогэометрии, поверхностей. Вестник ла-шкностроения. Л 2. 1992. О.,63-64.

4. Юдин Ю.В., Краснов ¡I.A., Тозлк В.Т., Храбров C.B., дуркин S.A. Трубка для эндоскопии, А.с. СССР й 1819533. ¿1 ':-<!■ 21, 1993.

5. Юдин Ю.В., Краснов И,А., Сарелайнзн Л.К., Храброз C.B. Гибкая управляемая трубка" для эндоскопа. A.c. СССР Л 1319537. РЛ ¿h 21, 1993.

Объем 1,2 п.л. Бесплатно

Подписано к печати 04.UI.S4 г. Заказ I Тираж 100 экз,

Ротапринт. ИТМО. I9000Q, С.-Петербург, пер.Гривцова, 14