本實(shí)用新型涉及一種可用于航天貯箱和粒子治療儀的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，能承載10噸～1000噸磁鐵等部件，是能夠360°多圈數(shù)回轉(zhuǎn)、高精度定位、噪音極低的超大型回轉(zhuǎn)部件。本實(shí)用新型還涉及上述旋轉(zhuǎn)機(jī)架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

航天貯箱等結(jié)構(gòu)屬于鋁合金薄壁網(wǎng)格焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)焊縫存在多種形狀尺寸，如直線縱縫、曲線縱縫、空間二次曲面焊縫、對(duì)接環(huán)縫和法蘭-瓜瓣相貫線焊縫等。接頭受力復(fù)雜，如筒段縱縫和對(duì)接環(huán)縫僅承受單向拉伸應(yīng)力，箱底曲線焊縫則承受復(fù)雜的雙向拉伸應(yīng)力，而且越靠近箱底頂部應(yīng)力幅值越大，對(duì)接頭的抗拉強(qiáng)度和韌性(即延伸率)的要求就越高。同時(shí)，由于貯箱、節(jié)點(diǎn)艙、功能艙屬于壓力容器結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)焊縫的殘余應(yīng)力與變形非常敏感，對(duì)高質(zhì)量、低應(yīng)力、無(wú)變形的新型固相焊接技術(shù)——攪拌摩擦焊的應(yīng)用需求迫切。采用數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁讣夹g(shù)還有一個(gè)固有的工藝優(yōu)勢(shì)：能夠?qū)崿F(xiàn)精密數(shù)控車(chē)銑加工與精密數(shù)控焊接的無(wú)縫集成，其通用性和互換性最優(yōu)。

質(zhì)子、重離子治療儀是目前世界上最先進(jìn)、也是最昂貴的超大型尖端醫(yī)療設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)就在于它是一種“立體定向爆破”的放療技術(shù)。質(zhì)子治療不同于常規(guī)放射治療，質(zhì)子、重離子進(jìn)入人體后，由于電離作用其能量逐漸損失，在射程的開(kāi)始階段，由于其速度快，在體內(nèi)與正常組織或細(xì)胞發(fā)生作用的機(jī)會(huì)低，其能量損失小，從而對(duì)組織或細(xì)胞的損傷小。當(dāng)質(zhì)子、重離子達(dá)到其射程終點(diǎn)時(shí)，速度突然降低并停止，釋放最大能量，形成一個(gè)尖銳的劑量峰稱(chēng)為Bragg峰，從而對(duì)射程終點(diǎn)處的組織或細(xì)胞產(chǎn)生最強(qiáng)的殺傷作用。

如圖1所示，為質(zhì)子、重離子治療儀的構(gòu)成框圖，從該構(gòu)成框圖中可以看到旋轉(zhuǎn)機(jī)架是位于整個(gè)治療儀的中心位置，裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的束流運(yùn)輸系統(tǒng)(運(yùn)輸質(zhì)子的10噸～250噸，運(yùn)輸重離子的100噸～1000噸)把質(zhì)子或重離子送到治療頭，再打到需要的地方，實(shí)現(xiàn)治療的目的。旋轉(zhuǎn)機(jī)架實(shí)際上是醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行治療的治療室。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種可用于航天貯箱和粒子治療儀的旋轉(zhuǎn)機(jī)架。本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種上述旋轉(zhuǎn)機(jī)架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括套設(shè)在旋轉(zhuǎn)體上的回轉(zhuǎn)支承，在回轉(zhuǎn)支承的外圈上緊固有銷(xiāo)輪，至少兩個(gè)齒輪與銷(xiāo)輪的銷(xiāo)齒相嚙合形成銷(xiāo)齒傳動(dòng)，齒輪與零背隙減速機(jī)相聯(lián)結(jié)，零背隙減速機(jī)與兩臺(tái)由具有雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)控制的交流伺服電機(jī)的輸出軸直接相連。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)體與所述回轉(zhuǎn)支承為一體。

優(yōu)選地，在所述主旋轉(zhuǎn)體的外圓設(shè)計(jì)出滾道結(jié)構(gòu)作為回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈，內(nèi)圈與外圈間裝上圓柱滾子形成完整的回轉(zhuǎn)支承。

本實(shí)用新型的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種用于航天貯箱和粒子治療儀的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，包括旋轉(zhuǎn)體，其特征在于，由上述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)體的前后兩端分別設(shè)有前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座及后旋轉(zhuǎn)托架底座，前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座與后旋轉(zhuǎn)托架底座對(duì)旋轉(zhuǎn)體形成前后雙懷抱式回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)體的后端靠尾部中心托架支撐。

優(yōu)選地，在所述旋轉(zhuǎn)體的前后兩端分別形成有一段軸肩，在所述前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座及所述后旋轉(zhuǎn)托架底座的內(nèi)圓周面上分別形成有內(nèi)孔，內(nèi)孔與相應(yīng)位置的軸肩相配合后形成內(nèi)懷抱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述后旋轉(zhuǎn)托架底座與所述旋轉(zhuǎn)體間設(shè)有薄膜圓環(huán)，在所述旋轉(zhuǎn)體上設(shè)有與薄膜圓環(huán)相通的充氣孔，正常工作時(shí)，所述旋轉(zhuǎn)體與所述后旋轉(zhuǎn)托架底座不接觸，可相互轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)時(shí)，外部設(shè)備經(jīng)由所述旋轉(zhuǎn)體上的充氣孔對(duì)薄膜圓環(huán)充氣，充氣后的薄膜圓環(huán)膨脹變形，使得所述后旋轉(zhuǎn)托架底座或所述前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座與所述旋轉(zhuǎn)體相接觸，使得所述旋轉(zhuǎn)體停止旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述尾部中心托架內(nèi)部帶有線纜收放的圓筒機(jī)構(gòu)。

本實(shí)用新型不僅可以用于質(zhì)子、重離子治療儀，還可以用于航天貯箱等結(jié)構(gòu)的焊接。通過(guò)開(kāi)發(fā)通用主軸接口即可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)焊縫坡口精密加工與精密數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁傅钠交D(zhuǎn)換，在一個(gè)工位上順序?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)焊縫的加工與焊接。

本實(shí)用新型提供的旋轉(zhuǎn)機(jī)架的控制作用主要有三種：

1、束流光學(xué)段的控制，在旋轉(zhuǎn)機(jī)架束流線入口處，在135°偏轉(zhuǎn)磁鐵B2G1入口處的兩個(gè)束流截面位置探頭，以及在治療頭的入口處的束流位置探頭所測(cè)到的束流參數(shù)信號(hào)，由控制計(jì)算機(jī)的一個(gè)束流調(diào)整算法自動(dòng)控制穩(wěn)定在允許準(zhǔn)直誤差之內(nèi)。

2、CT預(yù)掃描定位。

3、旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)控制。目前世界上的旋轉(zhuǎn)機(jī)架都基于“采用八個(gè)承重圓柱來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架的環(huán)形軌道”(如比利時(shí)IBA公司等的產(chǎn)品)，或“采用二個(gè)大承重滾輪來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架的環(huán)形軌道”(如日本三菱公司為日本兵庫(kù)、靜岡和群馬等處承建的產(chǎn)品)，靠摩擦力(有滑差)驅(qū)動(dòng)整個(gè)旋轉(zhuǎn)支架的旋轉(zhuǎn)和定位，同時(shí)也是靠摩擦力(有滑差)取得旋轉(zhuǎn)的角度值。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架“采用一圈大承重滾柱組成支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架的承重機(jī)座”配合齒輪或銷(xiāo)齒無(wú)滑差驅(qū)動(dòng)和定位，同時(shí)也是靠齒輪或銷(xiāo)齒按一定的速比無(wú)滑差取得旋轉(zhuǎn)的角度值。其中這個(gè)承重機(jī)座和數(shù)控系統(tǒng)相連，不僅用于工作狀態(tài)(轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)加速度、制動(dòng)停止等)的測(cè)量，還用作減速剎車(chē)和緊急情況下的“安全制動(dòng)”。

附圖說(shuō)明

圖1為質(zhì)子、重離子治療儀的構(gòu)成框圖；

圖2為本實(shí)用新型應(yīng)用在質(zhì)子、重離子治療儀后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型應(yīng)用在質(zhì)子、重離子治療儀后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理圖；

圖6A為本實(shí)用新型中的薄膜圓環(huán)部分的安裝示意圖；

圖6B為圖6A中I部分的局部放大示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

以下以將本實(shí)用新型應(yīng)用在質(zhì)子治療儀、重離子治療儀為例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)用新型的目的是提供一種高承載、高精度旋轉(zhuǎn)和定位、低噪音的回轉(zhuǎn)部件，其可以用于質(zhì)子治療儀、重離子治療儀的旋轉(zhuǎn)機(jī)架。

質(zhì)子、重離子治療儀的原理如圖1所示：束流經(jīng)過(guò)加速器加速后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)機(jī)架，要經(jīng)過(guò)許多塊磁鐵偏轉(zhuǎn)、聚焦，通過(guò)治療頭打到腫瘤上。為使通過(guò)的束流保持所需的要求特征，需要治療計(jì)劃系統(tǒng)、治療控制系統(tǒng)、定位準(zhǔn)直系統(tǒng)的協(xié)同控制。

結(jié)合圖2及圖3，本實(shí)施例提供的大型、精密、環(huán)抱式旋轉(zhuǎn)機(jī)架及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用在質(zhì)子、重離子治療儀后，主要由質(zhì)子發(fā)射器和回轉(zhuǎn)體集成構(gòu)成。其中質(zhì)子發(fā)射器由轉(zhuǎn)向磁鐵10、束流管路和閥門(mén)11、校正(聚焦)磁鐵12、束流發(fā)射頭13組成，各部件之間通過(guò)束流管路整合為一個(gè)整體，并與回轉(zhuǎn)體集成固定在一起?；剞D(zhuǎn)體集成由安裝與維修通道14、前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座6(驅(qū)動(dòng)輪上裝絕對(duì)位置多圈編碼器)、后旋轉(zhuǎn)托架底座7、銷(xiāo)齒傳動(dòng)系統(tǒng)、尾部中心托架9、旋轉(zhuǎn)體1、配重支架17、浮動(dòng)梁治療室15、六軸治療床16等組成。其中，旋轉(zhuǎn)體1的尾部靠尾部中心托架9來(lái)支撐。旋轉(zhuǎn)體1兩端分別有前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座6和后旋轉(zhuǎn)托架底座7支撐。銷(xiāo)齒傳動(dòng)系統(tǒng)做則做為旋轉(zhuǎn)體1的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件固定于一端。配重支架17固定在旋轉(zhuǎn)體1的中間位置，并隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)體1的前端內(nèi)部設(shè)計(jì)有浮動(dòng)梁治療室15，浮動(dòng)梁治療室15不會(huì)隨旋轉(zhuǎn)體1一起轉(zhuǎn)動(dòng)。六軸治療床16則安置在浮動(dòng)梁治療室15內(nèi)。

如圖2所示，后旋轉(zhuǎn)托架底座7、前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座6構(gòu)成一種前后雙懷抱式回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)體1兩端有一段軸肩，與后旋轉(zhuǎn)托架底座7及前旋轉(zhuǎn)動(dòng)力底座6的內(nèi)孔相互配合，形成內(nèi)懷抱結(jié)構(gòu)，起到支撐、固定的作用。這種支撐機(jī)構(gòu)可以方便安裝束流運(yùn)輸?shù)母鞣N角度擺動(dòng)磁鐵、把質(zhì)子或重離子送到腫瘤病灶的束流發(fā)射頭、還可以安裝尋找腫瘤并實(shí)現(xiàn)定位的CT部件。

本實(shí)例所用銷(xiāo)齒傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是“滾柱式回轉(zhuǎn)支撐+銷(xiāo)齒(剛性)傳動(dòng)方式。如圖4及圖5所示，滾柱式回轉(zhuǎn)支承與旋轉(zhuǎn)體1為一體，旋轉(zhuǎn)體1的外圓設(shè)計(jì)出滾道結(jié)構(gòu)作為回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈，在滾道外圈與內(nèi)圈之間裝上圓柱滾子形成完整的回轉(zhuǎn)支承。銷(xiāo)輪3通過(guò)螺釘緊固在滾柱式回轉(zhuǎn)支承的外圈上。由電機(jī)帶動(dòng)齒輪4-1、4-2與銷(xiāo)輪3上的銷(xiāo)齒嚙合(圖5中序號(hào)5指向嚙合線)，從而帶動(dòng)整個(gè)旋轉(zhuǎn)體1的轉(zhuǎn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)代替國(guó)外“雙托輪支撐+摩檫(軟性，也稱(chēng)為“彈性”)傳動(dòng)”結(jié)構(gòu)，其體積更小、強(qiáng)度更高、抗傾覆力以及承載強(qiáng)度更是滾輪無(wú)法比擬的。

本實(shí)施例提供的一種低噪音高精度的銷(xiāo)輪或齒輪相嚙合的傳動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)滑差傳動(dòng)，不會(huì)像摩擦輪傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生滑差誤差，提高定位精度，使定位精度從0.1°提高到0.001°。

本實(shí)例采用無(wú)間隙驅(qū)動(dòng)，這是一種新型無(wú)間隙的高精度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由兩臺(tái)交流伺服電機(jī)+零背隙減速機(jī)組成。兩臺(tái)交流伺服電機(jī)輸出軸與零背隙減速機(jī)直接相連，然后再與齒輪4-1、4-2相連，齒輪4-1、4-2與銷(xiāo)輪3組成銷(xiāo)齒傳動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)旋轉(zhuǎn)體1轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)施例使用具有“雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙技術(shù)”的數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)張緊扭矩有效的克服機(jī)械傳動(dòng)鏈帶來(lái)的傳動(dòng)間隙誤差；同時(shí)利用兩套響應(yīng)頻帶很寬的伺服電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)消除傳動(dòng)間隙的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)的隨動(dòng)控制，從而提高機(jī)床靜、動(dòng)態(tài)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)過(guò)渡各種不同的負(fù)載區(qū)域。

如圖6A及圖6B所示，本實(shí)用新型采用薄膜圓環(huán)8作為制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。薄膜圓環(huán)8位于后旋轉(zhuǎn)托架底座7和旋轉(zhuǎn)體1之間。充氣前，后旋轉(zhuǎn)托架底座7和旋轉(zhuǎn)體1不發(fā)生接觸，可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。利用專(zhuān)用設(shè)備通過(guò)旋轉(zhuǎn)體1上的充氣孔快速對(duì)薄膜圓環(huán)8充氣，充氣后薄膜圓環(huán)8膨脹會(huì)發(fā)生變形，使后旋轉(zhuǎn)托架底座7和旋轉(zhuǎn)體1發(fā)生接觸，產(chǎn)生均勻而巨大的整個(gè)圓周的制動(dòng)摩擦力，把旋轉(zhuǎn)體1整體拖住，可在10ms內(nèi)產(chǎn)生緊急制動(dòng)扭矩，實(shí)現(xiàn)ms級(jí)的制動(dòng)。

尾部中心托架9內(nèi)部帶有線纜收放的圓筒機(jī)構(gòu)，可以隨線纜轉(zhuǎn)動(dòng)，確保機(jī)架能實(shí)現(xiàn)±360°以上的旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型的整機(jī)電氣控制采用PLC自控單元，由自控單元輸出0～10V電平信號(hào)給變頻調(diào)速單元、供同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且分手動(dòng)連續(xù)可調(diào)與程序自動(dòng)控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速采用數(shù)字實(shí)時(shí)顯示。

本實(shí)用新型除了可以應(yīng)用在質(zhì)子、重離子治療儀，還可以應(yīng)用在航天貯箱等結(jié)構(gòu)的焊接中。

航天貯箱等結(jié)構(gòu)屬于鋁合金薄壁網(wǎng)格焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)焊縫存在多種形狀尺寸，如直線縱縫、曲線縱縫、空間二次曲面焊縫、對(duì)接環(huán)縫和法蘭-瓜瓣相貫線焊縫等。這種結(jié)構(gòu)件的加工多采用攪拌摩擦焊技術(shù)，而焊接過(guò)程中多筒狀貯箱等結(jié)構(gòu)的裝夾和精確定位同樣可以用到上述旋轉(zhuǎn)機(jī)架及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。