舞蹈鑒賞2017考試答案及無針注射器研究與開發(fā)

無針注射器機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計摘要PAGEI舞蹈鑒賞》期末考試（20）姓名

班級：第一批

成績：

99.0分一、單選題（題數(shù)：50，共

50.0

分）1中國民間舞思維混亂的主要原因是（）。（1.0分）1.0

分A、中國民間舞形式多樣B、中國民間舞內(nèi)容混亂C、中國民間舞術(shù)語錯誤D、中國民間舞缺乏專業(yè)舞者我的答案：C2舞蹈《雀之靈》屬于（）。（1.0分）1.0

分A、民間舞B、古典舞C、現(xiàn)代舞D、當(dāng)代舞我的答案：D3舞蹈評論理論是一個關(guān)于（）的評價系統(tǒng)。（1.0分）1.0

分A、動作細(xì)節(jié)B、形式內(nèi)容C、人際意義D、種類歸屬我的答案：C4以下屬于舞蹈中服飾的作用的是（）。（1.0分）1.0

分A、社會身份的表征B、作品質(zhì)量的保障C、故事情節(jié)的推進D、舞臺的美觀我的答案：A5下列不屬于“莫伊塞耶夫式”民間舞蹈創(chuàng)作原則的是（）。（1.0分）1.0

分A、對已形成的民間舞蹈做藝術(shù)方面的解釋B、根據(jù)民間的傳統(tǒng)來創(chuàng)造新型的舞蹈C、把許多民間舞蹈形象概括在一個舞蹈中D、將主流思想融合到民間舞蹈中我的答案：D6欣賞作品形態(tài)舞蹈的最主要原則是（）。（1.0分）1.0

分A、舞者的好壞B、編者的好壞C、作品的好壞D、場地的好壞我的答案：C7“業(yè)身”是指舞蹈用身體表現(xiàn)出對世界的（）。（1.0分）1.0

分A、態(tài)度B、感情C、認(rèn)識D、觀念我的答案：A8現(xiàn)代舞是在對傳統(tǒng)芭蕾舞的（）中發(fā)展而來的。（1.0分）1.0

分A、反叛B、重構(gòu)C、繼承D、創(chuàng)新我的答案：A9《聞法飛天》從空間的橫軸上劃分，屬于（）舞蹈。（1.0分）1.0

分A、先秦B、唐代C、儒教D、釋教我的答案：D10《天鵝湖·二幕》中羅特巴特囚禁了下面哪一位：（）（1.0分）1.0

分A、愛莎公主B、奧杰塔公主C、妮莎王后D、迪亞王子我的答案：B11當(dāng)代舞的美學(xué)理想是以（）為本。（1.0分）1.0

分A、現(xiàn)代舞B、民間舞C、古典舞D、原生舞我的答案：A12以下不屬于古典芭蕾的美學(xué)立場的是（）。（1.0分）1.0

分A、追求激烈的個性表現(xiàn)B、排斥粗俗的藝術(shù)語言C、追求技巧和程式化D、高尚端正、溫文爾雅我的答案：A13規(guī)訓(xùn)形態(tài)舞蹈的稱謂來自于（）。（1.0分）1.0

分A、奧爾夫B、車爾尼雪夫斯基C、形式美學(xué)D、?？挛业拇鸢福篋14從佛教道義上講，舞蹈《千手觀音》的缺陷在于（）。（1.0分）1.0

分A、觀音坐蓮花臺B、觀音下蓮花臺C、音樂不符合D、動作表現(xiàn)力不夠我的答案：B15日喀則地區(qū)林區(qū)舞蹈最獨特的代表是（）。（1.0分）1.0

分A、同甲B、堆謝C、諧D、囊瑪我的答案：A16舞蹈劇場形式的改革是隨（）而改革的。（1.0分）1.0

分A、受眾對語篇要求的變化B、現(xiàn)代舞臺科技的發(fā)展C、舞蹈演員專業(yè)功底的熟練D、舞蹈形式的發(fā)展我的答案：A17舞蹈《挽扇仕女》的創(chuàng)作具有（）特點。（1.0分）1.0

分A、原型復(fù)現(xiàn)B、融合性C、回溯性D、模仿性我的答案：B18通過舞蹈中的動作、表情、姿勢等具體形象來表達舞蹈所蘊含的意念，這是指舞蹈的（）。（1.0分）1.0

分A、情境B、意象C、意境D、語境我的答案：B19僧舞由中國傳人韓國后，與韓國傳統(tǒng)的（）合為一體，從而形成了獨特的韓國僧舞。（1.0分）1.0

分A、扇子舞B、鶴舞C、劍舞D、銅鈸舞我的答案：B20中國古典舞可分為儒教舞蹈、釋教舞蹈、道教舞蹈等，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是（）。（1.0分）1.0

分A、民族B、舞蹈場C、信仰D、社會地位我的答案：C21古典舞最重要的價值是（）。（1.0分）1.0

分A、對歷史的反思B、對歷史的批判C、對現(xiàn)代社會的批判D、對現(xiàn)代社會的反哺我的答案：D22下列不屬于《天鵝湖二幕》中舞段的是（）。（1.0分）1.0

分A、群鵝華爾茲B、王子獨舞C、四小天鵝舞D、奧杰塔的變奏我的答案：B23舞蹈《醉狐》的整體風(fēng)格屬于（）。（1.0分）1.0

分A、滑稽B、多變C、典雅D、優(yōu)美我的答案：A24以下哪項是作品形態(tài)舞蹈的特征：（）。（1.0分）1.0

分A、形式單純，內(nèi)容簡明B、形式精致，內(nèi)容模糊C、形式重組，內(nèi)容重構(gòu)D、形式多樣，內(nèi)容豐富我的答案：C25舞蹈應(yīng)在技術(shù)構(gòu)成和程式化方面達到高標(biāo)準(zhǔn)，這是（）的要求。（1.0分）1.0

分A、舞蹈歷史分析B、舞蹈外在環(huán)境C、舞蹈本體D、舞蹈理論分析我的答案：C26影響非洲舞蹈多樣性形成的最主要因素是（）。（1.0分）1.0

分A、國家B、地緣C、族群D、文化我的答案：B27下列屬于中國傳統(tǒng)舞蹈范疇的是（）。（1.0分）1.0

分A、中國古典舞和中國民族民間舞B、中國民間舞和中國當(dāng)代舞C、中國古典舞、中國民間舞和中國當(dāng)代舞D、中國古典舞和中國民間舞我的答案：D28下列可以作為一類舞蹈的代表的有（）。（1.0分）1.0

分A、僅有民間藝人的舞蹈B、僅有二老藝人的舞蹈C、僅有職業(yè)舞者的舞蹈D、ABC均可我的答案：D29《相和歌》從歷時性的縱軸劃分，屬于（）舞蹈。（1.0分）1.0

分A、魏晉南北朝B、漢唐C、儒教D、道教我的答案：A30古典舞必須具有（）價值觀念才能經(jīng)受住歷史和現(xiàn)實的考驗而成為經(jīng)典。（1.0分）1.0

分A、時代性B、先進性C、經(jīng)久性D、歷史性我的答案：C31欣賞舞蹈需要把握的三要素中，不包括下列哪項：（）。（1.0分）1.0

分A、思維B、語意C、思想D、形式我的答案：B32只有從舞蹈欣賞層面發(fā)展到（）層面，才能真正意識到舞蹈的價值。（1.0分）1.0

分A、舞蹈批評B、舞蹈繼承C、舞蹈創(chuàng)新D、舞蹈推廣我的答案：A33下列屬于規(guī)訓(xùn)形態(tài)舞蹈的功能的是（）。（1.0分）1.0

分A、表現(xiàn)世俗生活B、表現(xiàn)宗教信仰C、表現(xiàn)不同主體構(gòu)造的不同文化D、表現(xiàn)內(nèi)隱的主流文化意志我的答案：D34舞蹈的整體結(jié)構(gòu)即舞蹈的（）。（1.0分）1.0

分A、效果B、內(nèi)容C、語篇D、劇目我的答案：C35現(xiàn)代舞必須表現(xiàn)出的基本觀念是（）。（1.0分）1.0

分A、對美好生活的向往B、對社會矛盾的抨擊C、對人生存態(tài)度的反思D、對人性的批判我的答案：C36民間藝人跳的舞蹈《濟公》中使用的動作模態(tài)是（）。（1.0分）1.0

分A、京劇的“丑”角B、京劇的“旦”角C、河北地秧歌的“妞”角D、河北地秧歌的“丑”角我的答案：D37戲曲舞蹈成熟于（）時期。（1.0分）1.0

分A、秦漢B、唐宋C、明清D、民國我的答案：C38舞蹈《濟公》主要表達的內(nèi)容是（）。（1.0分）1.0

分A、普度眾生B、天地仁和C、吉祥如意D、萬物均等我的答案：A39舞蹈中用腳打鼓來表達心聲的方式叫做（）。（1.0分）1.0

分A、打鼓B、踏鼓C、踏舞D、道具舞我的答案：B40云南彝族的“跳菜”舞目的在于（）。（1.0分）1.0

分A、祭祀祖先B、慶祝喜事C、祈求豐收D、反抗壓迫我的答案：B41舞蹈動作除采用夸張延長外，（）形式也可以進一步展現(xiàn)舞蹈的主題。（1.0分）1.0

分A、收縮延長B、平緩漸進C、快速調(diào)度D、放大延長我的答案：A42舞蹈的客觀范疇不包括以下哪項：（）。（1.0分）1.0

分A、生活形態(tài)的舞蹈B、規(guī)訓(xùn)形態(tài)的舞蹈C、審美形態(tài)的舞蹈D、作品形態(tài)的舞蹈我的答案：C43除古代文明階段的傳統(tǒng)舞蹈外，現(xiàn)代舞的歷史身體語源還包括（）。（1.0分）1.0

分A、部落文化階段的舞蹈B、舞臺民間舞蹈C、當(dāng)代文明階段的新傳統(tǒng)舞蹈D、新古典舞蹈我的答案：A44欣賞舞蹈的主觀態(tài)度的終點是（）。（1.0分）1.0

分A、舞者的敬業(yè)精神B、舞蹈的優(yōu)美程度C、舞蹈語言符號所表達的意義D、舞蹈所表現(xiàn)的故事情節(jié)我的答案：C45韓國用來迎接國家元首或展示傳統(tǒng)文化的舞蹈是（）。（1.0分）1.0

分A、羽舞B、孔雀舞C、踏舞D、僧舞我的答案：D46民間舞的身份邏輯應(yīng)為（）。（1.0分）1.0

分A、舞蹈學(xué)者B、農(nóng)民C、二老藝人D、職業(yè)舞者我的答案：B47中國古典舞《楚腰》的基本結(jié)構(gòu)是（）。（1.0分）1.0

分A、快板、慢板、慢板B、快板、慢板、快板C、慢板、快板、慢板D、慢板、慢板、快板我的答案：C48下列不屬于古典舞應(yīng)具有的“古典風(fēng)格”的是（）。（1.0分）1.0

分A、與古代相連B、至今尚存C、有形式規(guī)則D、能迅速走紅我的答案：D49舞臺民間舞與生活中的民間舞最大的不同在于（）。（1.0分）1.0

分A、有觀眾觀看B、動作標(biāo)準(zhǔn)化C、音樂多元化D、時間和空間壓縮我的答案：D50雖然舞蹈屬于一種藝術(shù)形式，但其背后也常常蘊含著（）的追求。（1.0分）1.0

分A、古典層面B、文學(xué)層面C、世俗層面D、信仰層面我的答案：D二、判斷題（題數(shù)：50，共

50.0

分）1各民族的民間舞蹈只能以職業(yè)舞者的舞蹈作為其代表。（1.0分）1.0

分我的答案：

×2舞蹈《挽扇仕女》的創(chuàng)作基礎(chǔ)是滿族宮廷舞中的旋轉(zhuǎn)。（1.0分）1.0

分我的答案：

×3舞蹈《醉狐》顯示了人們對自由的追求。（1.0分）1.0

分我的答案：

√4假晶現(xiàn)象是指中國古典舞在身體語言的建構(gòu)中照抄照搬芭蕾的動作而喪失自我的現(xiàn)象。（1.0分）1.0

分我的答案：

√5作品形態(tài)的舞蹈絕不屬于劇場舞蹈和舞臺舞蹈。（1.0分）1.0

分我的答案：

√6古典舞中的“身韻”來源于京昆戲曲中的京劇和南昆。（1.0分）1.0

分我的答案：

×7職業(yè)舞者所跳的交誼舞屬于城市群眾舞蹈。（1.0分）1.0

分我的答案：

×8生活形態(tài)、規(guī)訓(xùn)形態(tài)、作品形態(tài)這三種形式的舞蹈功能不同，價值有高有低。（1.0分）1.0

分我的答案：

×9要闡述更深的有話世界，舞蹈必須要達到一定的時間長度。（1.0分）1.0

分我的答案：

√10在世界古典舞中，每種舞蹈都有其標(biāo)準(zhǔn)化的符號呈現(xiàn)。（1.0分）1.0

分我的答案：

√11古典舞來源于民間。（1.0分）1.0

分我的答案：

√12當(dāng)代舞又稱當(dāng)代舞蹈，是舞蹈種類之一。（1.0分）1.0

分我的答案：

×13民間藝人跳的孔雀舞的內(nèi)容包括信仰生活和世俗生活。（1.0分）1.0

分我的答案：

√14中國民間舞三個身份群體的關(guān)系應(yīng)為平行關(guān)系。（1.0分）1.0

分我的答案：

√15人們通過“裂面”舞來表達自身的仇恨之情。（1.0分）1.0

分我的答案：

×16正確的“中國民族民間舞”應(yīng)包括中國各少數(shù)民族的古典與民間舞以及漢族的民間舞。（1.0分）1.0

分我的答案：

×17宏大敘事舞蹈都是直接闡述國家主題的。（1.0分）0.0

分我的答案：

√18芭蕾舞的動作可分為播撒式和收獲式兩種。（1.0分）1.0

分我的答案：

√19在劇場的舞臺上西方代表生命、光明和前進。（1.0分）1.0

分我的答案：

×20在古典舞向現(xiàn)代舞轉(zhuǎn)變的過程中，舞蹈的身體動作逐漸由展示轉(zhuǎn)化為表現(xiàn)。（1.0分）1.0

分我的答案：

√21雜技式舞蹈是舞蹈由“業(yè)身”形態(tài)到“細(xì)身”形態(tài)的一種退化。（1.0分）1.0

分我的答案：

√22敦煌舞都是漢族舞。（1.0分）1.0

分我的答案：

×23作品形態(tài)的舞蹈只能在劇場和舞臺上表演。（1.0分）1.0

分我的答案：

×24民間舞蹈缺乏抗國家干擾的自主能力。（1.0分）1.0

分我的答案：

×25對生活形態(tài)的舞蹈進行評價時，應(yīng)站在舞蹈自身的語境中評價，不能站在專業(yè)高雅的角度評價。（1.0分）1.0

分我的答案：

√26“二老藝人”是指再生民間舞的重構(gòu)者。（1.0分）1.0

分我的答案：

×27現(xiàn)代舞完全都在審丑范圍內(nèi)。（1.0分）1.0

分我的答案：

×28職業(yè)舞者將民間舞蹈搬上舞臺時，往往會通過消解民間舞道具的方式來實現(xiàn)舞蹈形式的精致化。（1.0分）1.0

分我的答案：

√29舞蹈《也許我要飛翔》闡釋了一種在物欲滿足下人對精神的追求。（1.0分）1.0

分我的答案：

√30觀眾在不同的舞蹈場中得到的是不同的感受和思想。（1.0分）1.0

分我的答案：

√31異域是現(xiàn)代舞最擴大最具質(zhì)感的身體語源。（1.0分）1.0

分我的答案：

×32《秦王點兵》是一個顯示了漢代宮廷狀態(tài)的、表現(xiàn)了儒家奮進精神的唐代舞蹈。（1.0分）1.0

分我的答案：

√33對于中國民間舞的三個身份群體而言，如果把握不好三者的平行關(guān)系，就會對中國民間舞產(chǎn)生極大的瓦解作用。（1.0分）1.0

分我的答案：

√34舞蹈的形式本身就是舞蹈的內(nèi)容。（1.0分）1.0

分我的答案：

√35印度古典舞大約發(fā)源于十七世紀(jì)。（1.0分）1.0

分我的答案：

×36徐志摩是一個古典人物形象。（1.0分）1.0

分我的答案：

×37舞臺民間舞重返民間時首先要了解的是舞蹈形式。（1.0分）1.0

分我的答案：

×38舞蹈的身體語言包括肢體語言和靈魂語言。（1.0分）1.0

分我的答案：

√39經(jīng)典的有價值的舞蹈作品都是具有理論分析性的。（1.0分）1.0

分我的答案：

√40只有理清中國傳統(tǒng)舞蹈的內(nèi)在邏輯關(guān)系，才能將中國民間舞恢復(fù)到本元。（1.0分）1.0

分我的答案：

√41古典舞的最高境界是其在技藝方面的追求。（1.0分）1.0

分我的答案：

×42中國古典舞鑒賞首先要從時間和空間上分析舞蹈類別，再根據(jù)舞蹈類別進一步分析主題、結(jié)構(gòu)、動作等。（1.0分）1.0

分我的答案：

√43《秦王點兵》從時間上劃分屬于先秦舞蹈。（1.0分）1.0

分我的答案：

×44超長的歷史和超大的民族使中國古典舞形成了各種不同的形式和風(fēng)格。（1.0分）1.0

分我的答案：

√45語言是舞蹈、音樂、繪畫等藝術(shù)的基礎(chǔ)。（1.0分）1.0

分我的答案：

√46印度民間舞的舞者都是職業(yè)舞者。（1.0分）1.0

分我的答案：

×47古典舞所表現(xiàn)的內(nèi)容是非主流社會中各種身份群體的人和事。（1.0分）1.0

分我的答案：

×48《天鵝湖·二幕》中密林深處的古堡是魔法師羅特巴特的王國。（1.0分）1.0

分我的答案：

√49舞臺民間舞整體在向典雅方向發(fā)展。（1.0分）1.0

分我的答案：

×50舞臺民間舞都是由傳統(tǒng)成型的民間舞改編而來的。（1.0分）1.0

分我的答案：

×摘要相對于傳統(tǒng)的皮下注射，無針注射是一種全新的注射方式，具有無痛、藥物吸收好、操作方便、消除了交叉感染等諸多優(yōu)點。國內(nèi)對無針注射器的研究起步較晚，落后于國外技術(shù)，目前尚處于研發(fā)階段。本文在深入分析無針注射器結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了彈簧式無針注射器和氣動無針注射器，主要研究工作如下：(1)對國內(nèi)外無針注射技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行研究，分析了無針注射的注射機理，運用工程設(shè)計學(xué)方法深入分析了無針注射器的結(jié)構(gòu)特點，制定了無針注射器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。(2)自主研發(fā)的彈簧驅(qū)動式無針注射器和氣動式無針注射器結(jié)構(gòu)簡單與現(xiàn)有商業(yè)用的無針注射器相比，操作方便，成本低。(3)為了獲得既要快速響應(yīng)又要有持續(xù)驅(qū)動力的動力系統(tǒng)，將沖擊氣缸原理應(yīng)用到無針注射技術(shù)中，所設(shè)計的磁阻尼沖擊氣缸式無針注射器，沖擊力大，注射效果好，有很好的商業(yè)價值，值得推廣應(yīng)用。(4)設(shè)計的分離式安瓿裝置，成本低，操作方便，消除了藥液交叉感染的危險。(5)建立了彈簧式無針注射器和氣動式無針注射器的數(shù)學(xué)模型，利用軟件進行了仿真分析，并對磁阻尼沖擊氣缸中永磁鐵的進行了磁力測試，對從事無針注射器研究的工程設(shè)計人員具有較好的參考價值。關(guān)鍵詞：無針注射器，創(chuàng)新設(shè)計，仿真分析，安瓿作者：賈軍朋指導(dǎo)老師：鐘康民AbstractInnovativeDesignofTheneedle-freeInjectionPAGEXXXVI目錄第一章緒論 11.1引言 11.1.1無針注射技術(shù)背景 21.2無針注射器的研究現(xiàn)狀 41.2.1國外無針注射技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 41.2.2國內(nèi)無針注射技術(shù)的發(fā)展趨勢 41.3本課題的意義和主要內(nèi)容 51.3.1本課題的意義 51.3.2本課題的主要內(nèi)容 5第二章無針注射器產(chǎn)品的設(shè)計過程 72.1前言 72.2產(chǎn)品設(shè)計過程的一般模式 72.3無針注射器原理方案設(shè)計 82.3.1總功能分析 82.3.2功能分解 92.3.3功能元求解 92.3.4系統(tǒng)方案求解 112.4小結(jié) 13第三章彈簧驅(qū)動式無針注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真 143.1概述 143.2彈簧驅(qū)動式無針注射器結(jié)構(gòu)設(shè)計 143.2.1動力彈簧的選擇 143.2.2觸發(fā)機構(gòu)的設(shè)計 173.2.3缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計 183.2.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 193.3數(shù)學(xué)模型 203.4仿真分析 233.5小結(jié) 28第四章氣動無針頭注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真 294.1概述 294.2基于缸閥一體化的氣動無針注射器結(jié)構(gòu)設(shè)計 304.2.1轉(zhuǎn)閥式氣動無針頭注射器 304.2.2按鍵式氣動無針頭注射器 324.2.3推鍵式氣動無針頭注射器 334.3缸閥分離式磁阻尼沖擊氣缸無針注射器 364.3.1沖擊氣缸原理 364.3.2磁阻尼沖擊氣缸式無針注射器 384.4永磁鐵的磁力計算 394.4.1永磁鐵的選擇 394.4.2永磁鐵的磁力實驗計算 414.5氣動無針注射器的仿真 464.6小結(jié) 51第五章無針注射器安瓿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 525.1概述 525.2注射裝置 525.2.1注射裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 525.2.2注射裝置材料的選擇 535.2.3注射頭噴嘴的設(shè)計 535.3取藥裝置 545.4小結(jié) 54第六章總結(jié)與展望 556.1全文總結(jié) 556.2展望 55參考文獻 57攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文 60致謝 61第一章緒論無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第一章緒論PAGE62PAGE63第一章緒論1.1引言傳統(tǒng)的注射器是通過不銹鋼針頭注射人體,容易造成局部皮膚損害、出血，不僅疼痛顯著,令多數(shù)患者（特別是兒童）產(chǎn)生恐懼，還有造成注射部位感染的危險，并且大量一次性注射器使用后即成為威脅環(huán)境健康的醫(yī)用垃圾，國外報道顯示，在美國440萬醫(yī)務(wù)人員中，每年因針頭或者醫(yī)療銳器刺傷的人數(shù)達80萬，護士每年發(fā)生的針刺傷達80~100萬次。我國的情況不容樂觀：1999年，福建樟湖鎮(zhèn)地區(qū)由于不安全注射導(dǎo)致的感染病例數(shù)達59例，造成直接經(jīng)濟損失數(shù)百萬元。2002年對廣州市13所醫(yī)院的3010名護士的調(diào)查顯示，87.5%的護士有注射銳器刺傷經(jīng)歷，高于國外報道。

1994年，WHO和聯(lián)合國兒童基金會在科特迪瓦舉行的免疫接種會議上，2002年10月，WHO在柬埔寨金邊召開的“全球安全注射網(wǎng)絡(luò)年會暨注射后廢棄物管理技術(shù)研討會”提出安全注射的要求，呼吁積極發(fā)展和推廣無針注射技術(shù)。無針注射器的概念最早出現(xiàn)在100多年以前。1866年，法國科學(xué)家發(fā)明了無針頭注射器（如圖1-1所示），拉開了人類開發(fā)和研制無針頭注射器的序幕。在1936年美國科學(xué)家首次獲得“射流注射”專利并在二戰(zhàn)期間用于軍隊的大規(guī)模預(yù)防接種，但由于當(dāng)時的注射器在每次使用前必須進行充填和調(diào)節(jié)，另有藥劑無菌、“定量包裝”生產(chǎn)工藝及傳遞效率等關(guān)鍵問題尚未解決，所以無針注射的技術(shù)并未廣泛推廣應(yīng)用[1]。在80年代后，隨著臨床的需要和科技的發(fā)展,無針注射器經(jīng)過大量深入的研究，通過小型化、輕量化的改進，并在針孔尺寸、壓力控制、藥流速度、能量曲線以及藥液的分布、藥物的吸收等方面，進行了更加合理的設(shè)計和研究，現(xiàn)在無針注射技術(shù)已逐漸成熟。圖圖1-1早期的無針注射器據(jù)不完全統(tǒng)計,目前國外有數(shù)十家廠商在生產(chǎn)近百種不同式樣的無針注射器產(chǎn)品,其應(yīng)用包括疫苗、胰島素、局部麻醉、神經(jīng)阻塞以及抗生素等，在發(fā)達國家該技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到臨床醫(yī)療及家庭保健方面。我國對無針注射技術(shù)的研究尚處于起步階段，至今沒有一家國內(nèi)企業(yè)能過生產(chǎn)出該類產(chǎn)品，國內(nèi)市場亟待開拓。1.1.1無針注射技術(shù)背景無針注射是指利用機械裝置(如彈簧或高壓氣體)產(chǎn)生的瞬間高壓迫使藥劑從微細(xì)孔中擠出,形成高壓射流，該射流速度極高典型值為100~200m/s[2]，使藥劑迅速穿透人體或動物皮膚，達到藥物吸收最佳部位。圖圖1-2傳統(tǒng)注射（左）與無針注射（右）與傳統(tǒng)的皮下注射相比較無針注射最大的優(yōu)勢消除了針刺的危險，據(jù)調(diào)查顯示在發(fā)達國家有20%的未成年人和8.1%的成年人恐懼注射器[3]，尤其是對于那些需要經(jīng)常注射胰島素的糖尿病患者和干擾素的肝炎患者，無針注射不僅能夠減輕生理上的痛苦，也能清除心理上的的恐懼。相對于傳統(tǒng)的注射，無針注射器還具有以下優(yōu)勢：(1)無針注射器注射藥劑時對神經(jīng)末梢的刺激很小，無明顯的疼痛感。(2)消除了交叉感染的危險。(3)注射完成后處理費用低。(4)注射的藥物容易吸收。(5)易于操作。(6)方便注射不同的藥物。無針注射器的注射過程如圖1-3所示：高速射流通過侵蝕或撕裂等損傷機理，在皮膚表面形成小孔，隨著射流穿過小孔，射流的速度逐漸降低，最終在小孔的末端形成一個滯留壓力點,然后余下注射藥劑以相對較低的速度通過孔洞注入皮（a）（a）bc圖1-3無針注射器的注射過程（a）注射前；（b）注射中；（c）注射后注射時首先要射流有足夠的壓力使皮膚破裂，所以如果能給出人體皮膚相關(guān)的精確參數(shù)，就能確定注射流需要的確切壓力，而事實上皮膚的參數(shù)因人而異很難確定，并且不同年齡的人的皮膚參數(shù)相差很大，很難給出一個穿透皮膚所需壓力的精確值。國外一些學(xué)者通過實驗測定當(dāng)射流直徑為0.34mm時，穿透皮膚所需要的射流滯止壓力在10Mp~14Mp之間，隨著射流直徑的減小，所需要的壓強增大，當(dāng)射流直徑在0.075mm時，穿過成年人皮膚所需要的壓強約為25Mp,一般而言,射流直徑在0.1mm~0.5mm之間變化時，15Mp的射流滯止壓力足夠穿透人的皮膚[5-6]。注射完成后，無針注射形成的傷口的寬度和注射直徑相當(dāng)，小于注射用的標(biāo)準(zhǔn)針直徑（一般為0.41mm-0.71mm），傷口的愈合時間與針頭導(dǎo)致的傷口愈合時間相當(dāng)，一般為24-28小時[7]目前，使用三個標(biāo)準(zhǔn)表征注射的質(zhì)量：(1)射流形成的創(chuàng)口深度。(2)注射結(jié)束初期，藥液的擴散程度。(3)注射完成率。射流形成的創(chuàng)口深度是在注射初期射流在皮膚中形成的小孔的深度，與射流速度、注射劑量、注射時噴嘴和皮膚的距離，以及皮膚的屬性等參數(shù)有關(guān)系[8]。當(dāng)射流速度與直徑一定時，創(chuàng)口深度隨著注射體積的增大而增大到一定值，然后就不再改變。當(dāng)噴口直徑變大時，創(chuàng)口深度增加；射流速度增加，創(chuàng)口深度也變大。藥液的擴散程度主要反映了藥液的被人體吸收的情況，可以用兩個參數(shù)表示：藥液擴散的最大寬度，和最大寬度離皮膚表面的距離，其中與創(chuàng)口的深度一至[9]。注射完成率是注入體內(nèi)的實際藥液體積與預(yù)注射藥液體積之比，與射流直徑和速度有關(guān)，據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)有的無針注射器都很難做到100%的注射率，當(dāng)藥液射流速度在140m/s~160m/s之間，孔徑范圍在0.152mm~0.299mm之間時，注射完成率大于90%。當(dāng)孔口直徑在這個范圍以外增大或減少時，注射完成率變化較小，約80%左右。另外皮膚的屬性，對注射完成率也有很大影響，如皮膚楊氏模量增大3倍，使注射完成率從100%減少到10%[8]。1.2無針注射器的研究現(xiàn)狀1.2.1國外無針注射技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀從1866年法國科學(xué)家首次提出“無針注射”的概念至今，國外學(xué)者從工程學(xué)角度展開了大量的研究工作，1999年美國華盛頓大學(xué)的Baker和Sander建立了彈簧加載式無針注射器的數(shù)學(xué)模型[10]，并對注射過程進行了仿真。劍橋大學(xué)博士OliverA.Shergold在WestonMedical公司的資助下制作了壓力試驗臺對不同型號的無針注射裝置噴射過程所產(chǎn)生的壓力進行記錄并比較，加州大學(xué)的Baxter對無針注射機理方面做了系統(tǒng)的研究，并且給出了一套如何開發(fā)無針注射器的具體方案[8-9]，此外，牛津大學(xué)工程學(xué)系的MarkA.F.Kendall教授對采用MIFVS對高壓氣體噴射粉末無針注射器噴射時的沖擊流進行了模擬[11],等等。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國外有數(shù)十家廠商生產(chǎn)近百種不同樣式的無針注射器。截止現(xiàn)在，國外關(guān)于無針注射器的專利超過300件，研制了許多種型號的無針注射給藥裝置，其中具有代表性的是英國WestonMedical公司的Intraject和美國Equidyne公司的Injex給藥系統(tǒng)[12]。國外對無針注射技術(shù)的研究起步較早，他們的研究為無針注射器的應(yīng)用和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。1.2.2國內(nèi)無針注射技術(shù)的發(fā)展趨勢近年來國內(nèi)也啟動了無針注射劑研究項目，國內(nèi)學(xué)者對無針注射器的工作特性和射流機理方面做了比較深入的研究，其中中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院和華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)在這方面已有相關(guān)成果，解放軍302醫(yī)院也研發(fā)了一種用于疫苗注射的無針頭粉末注射器。但是由于結(jié)構(gòu)材料及加工的要求復(fù)雜，至今也沒有一家國內(nèi)企業(yè)能夠生產(chǎn)無針注射器產(chǎn)品，且相關(guān)的部門也沒有正式批準(zhǔn)任何一種國產(chǎn)無針注射器上市銷售[1]。無針注射技術(shù)屬于醫(yī)療器械范疇，旨在實現(xiàn)無創(chuàng)注射，可以消除痛感、顯著減小損傷并方便于一般非專業(yè)醫(yī)護人員的操作使用，對產(chǎn)品使用的便捷性和安全性要求較高，分析分析國外現(xiàn)有商業(yè)無針注射器，在技術(shù)上仍有許多問題，概括如下：注射器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機械加工難度大，成本過高，使用操作不方便；現(xiàn)有的注射器給藥劑量?。ㄒ话悴怀^1ml）;藥物注射效率低，工作不可靠，等諸多的問題。因此，無針注射器的發(fā)展趨勢就是向著注射劑量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)輕巧且易于加工、使用方便、安全可靠、成本低廉以及良好的臨床實踐方向發(fā)展。1.3本課題的意義和主要內(nèi)容1.3.1本課題的意義安全注射一直是全世界關(guān)注的社會問題，在發(fā)展中國家，每年兒童接受55億次注射，其中10%的免疫注射是不安全的。我國每年包括免疫接種在內(nèi)的各種注射約為30億次，有些地區(qū)存在不經(jīng)消毒重復(fù)使用注射器和針頭、一次性注射器使用后回流市場的現(xiàn)象。無針注射是通過高速高壓射流進行皮下穿刺注射，不存在傳統(tǒng)皮下注射的針刺風(fēng)險和處理污穢的一次性注射器帶來的環(huán)境問題，并且具有無痛、無交叉感染、便捷、高效、安全等諸多優(yōu)點，為此世界衛(wèi)生組織（WHO）一直呼吁發(fā)展和推廣無針注射技術(shù)?，F(xiàn)有的商業(yè)無針注射器普遍存在成本高、注射不穩(wěn)定等問題，始終不能實現(xiàn)廣泛的普及應(yīng)用，所以有必要對現(xiàn)有無針注射器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其做到結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。2009年末受無錫市某公司的委托,開展無針注射器的研發(fā)工作,本文在無針注射的現(xiàn)有技術(shù)上，自主研發(fā)出以彈簧為動力源的彈簧驅(qū)動式無針注射器和以壓縮空氣為動力源的氣動無針注射器，對于實現(xiàn)無針注射國產(chǎn)化打破國外在此領(lǐng)域的壟斷地位有著積極的意義。1.3.2本課題的主要內(nèi)容本課主要研究了以下內(nèi)容：(1)參閱相關(guān)文獻資料，介紹了無針注射的原理和注射機理，和現(xiàn)有國內(nèi)外無針注射的發(fā)展?fàn)顩r，提出了發(fā)展無針注射的積極意義。(2)運用工程設(shè)計學(xué)方法，對無針注射器的功能和結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)分析，制定了可行的總體方案。(3)自主研發(fā)了一種彈簧驅(qū)動式無針注射器，并建立了數(shù)學(xué)模型，進行了仿真分析，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)介紹了幾種氣動無針注射器，演示了其研發(fā)的過程，并進行了仿真分析，結(jié)果顯示氣動無針注射器注射性能功能優(yōu)于彈簧式無針注射器。(5)對無針注射器安瓿裝置進行了改進，提出了一種分離式結(jié)構(gòu)的安瓿裝置。第二章無針注射器產(chǎn)品的設(shè)計過程無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第二章無針注射器產(chǎn)品的設(shè)計過程第二章無針注射器產(chǎn)品的設(shè)計過程2.1前言市場上現(xiàn)有的商業(yè)用無針注射器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不適合批量生產(chǎn)加工,故而造價過高,美國易捷公司的injex系列無針注射器市場上的銷售價格超過1400元人民幣，對于普通大眾來講是一筆不菲的花費，另外為了避免誤操作injex注射器設(shè)置了復(fù)雜的安全裝置，使得操作過于繁瑣，不適合用于大規(guī)模接種疫苗。本文主要的目的是研制一種操作簡單，造價低廉，面向大眾的產(chǎn)品，其設(shè)計要求如表2-1所示。設(shè)計任務(wù)書功能射流速度100m/s~200m/s噴射滯止壓力20Mp~30Mp實現(xiàn)自動化控制使用次數(shù)大于10000次經(jīng)濟適于大批量生產(chǎn)產(chǎn)品尺寸適于人手持握成本小于1000元制造無特種加工易于檢測裝配簡單無特殊要求使用操作方便外形美觀使用對象面向普通家庭和醫(yī)護人員表表2-1無針注射器設(shè)計任務(wù)書（表中“”表示基本功能要求，“”表示希望達到的要求）2.2產(chǎn)品設(shè)計過程的一般模式[13]在產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計中一般從功能分析入手,利用創(chuàng)造性構(gòu)思探求多種方案,然后進行技術(shù)經(jīng)濟評價,通過選擇和優(yōu)化,求得最佳原理方案.其步驟及各階段應(yīng)用的主要方法如圖2-1所示.明確任務(wù)明確任務(wù)求總功能求功能元求局部解求原理解最佳原理方案圖2-1原理方案的設(shè)計步驟及方法2.3無針注射器原理方案設(shè)計2.3.1總功能分析分析系統(tǒng)的總功能解常采用黑箱法，將待設(shè)計的機械產(chǎn)品看做內(nèi)容未知的黑箱,分析比較黑箱的輸入和輸出的能量、物料和訊號之間的差別和關(guān)系，即反映了系統(tǒng)的總功能[14]。對無針注射器抽象化描述后,其黑箱操作如圖2-2所示。藥劑能量藥劑能量控制信號黑箱藥劑高速射流圖2-2無針注射器黑箱示意圖根據(jù)系統(tǒng)的總共能可以設(shè)計出各種類型和原理的增壓裝置，并在眾多裝置中根據(jù)工作需要選擇理想的方案。2.3.2功能分解一般工程系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求得滿足總功能的系統(tǒng)解。我們可按照系統(tǒng)分解的方法將總功能進行分解，建立功能結(jié)構(gòu)圖，這樣既可以顯示各功能元、分功能與總功能的關(guān)系，又可以通過各功能元之間的解的有機結(jié)合求的系統(tǒng)解。藥物高速射流藥物高速射流藥物輸入藥物加載藥物射流動力源控制信號撞擊圖2-2無針注射器功能樹藥物增壓2.3.3功能元求解功能元求解就是原理設(shè)計方案的重要階段，就是將所需執(zhí)行動作，用合適的執(zhí)行機構(gòu)型式來實現(xiàn)。我們把能過實現(xiàn)其分功能的解稱為局部解，再將各個功能元的局部解合理組合，就可以得到多個系統(tǒng)原理解。經(jīng)過系統(tǒng)的分析，無針注射器的功能元可以分為：藥物加載及噴射裝置、動力源裝置、觸發(fā)裝置、沖擊裝置，四個部分，通過不同的機構(gòu)選型我們可以得到眾多不同的設(shè)計方案。(1)藥物加載及噴射裝置藥物加載及噴射裝置藥物加載及噴射裝置外置安瓿自身封裝藥物自身不封裝藥物內(nèi)置安瓿(2)動力源裝置動力源裝置動力源裝置壓縮彈簧氣壓、液壓動力超磁致伸縮材料彈藥電磁力電動機(3)沖擊裝置沖擊裝置沖擊裝置凸輪裝置曲柄連桿裝置飛輪裝置齒輪傳動摩擦輪傳動裝置沖擊氣缸激發(fā)裝置離合器機構(gòu)激發(fā)裝置離合器機構(gòu)棘爪機構(gòu)彈藥激發(fā)機構(gòu)電氣控制換向閥控制撞針裝置由以上分析可知可能組合的方案數(shù)N=6×6×6×2=432，但是從實際情況和無針注射器設(shè)計要求來分析，許多組合明顯不合理，甚至不切實際，需要進一步評價和篩選。在許多方案中進行比較，一般均應(yīng)由粗到細(xì)、由定性到定量進行優(yōu)選，首先進行粗篩選，把與設(shè)計要求不符的或各功能元解不相容的方案去掉[15]。例如凸輪機構(gòu)顯然與壓縮氣體動力源不相容，無法組成可實現(xiàn)的方案。在定性選擇幾個比較滿意的方案后再用科學(xué)評價方法進行定量評價，從中選出符合設(shè)計要求的最佳方案。2.3.4系統(tǒng)方案求解在工程設(shè)計階段，對于單一機構(gòu)的選型或整個機構(gòu)系統(tǒng)的選擇都應(yīng)該建立合理、有效的評價指標(biāo)。無針注射器機構(gòu)的選擇主要從機構(gòu)的功能（傳動精度、運動形式）、動力性能（承載能力、安全性、可靠性）、經(jīng)濟性（成本、制造的難易程度）、結(jié)構(gòu)性（尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性）幾個方面進行評價選擇。（1）藥物加載及噴射裝置的選擇市場上現(xiàn)有的無針注射器的安瓿分為內(nèi)置式和外置式兩種，內(nèi)置安瓿將注射器與安瓿一體化，外置式是將安瓿通過螺紋或其他連接方式與注射器組合在一起。安瓿與注射器一體化設(shè)計可以使注射器使用方便，結(jié)構(gòu)緊湊，尤其是在應(yīng)對緊急或突發(fā)事故中一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以大大減少注射操作用的時間，但是安瓿與注射器一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計還要考慮到注射器的消毒及注射完成后安瓿中殘余藥劑的處理等諸多問題，使得注射成本過高。外置安瓿瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計是將安瓿作為一次性使用的消耗品，用完即棄，注射器作為可重復(fù)使用的主體部件，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計避免了一體化設(shè)計中的注射器消毒及殘余藥劑的處理問題，也避免了交叉感染，同時降低了注射成本。從經(jīng)濟性和安全性考慮，我們選擇外置式安瓿作為藥物加載裝置。（2）動力源的選擇由于無針注射器的整個注射過程在0.2秒以內(nèi)，為此需要驅(qū)動力強而且快速響應(yīng)的動力系統(tǒng)，查閱相關(guān)資料和專利現(xiàn)有的無針注射器主要采用彈簧、高壓氣體、電磁鐵、彈藥四種。彈簧是無針注射器最早采用的動力源，與其他動力源相比，彈簧結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，彈簧式無針注射器結(jié)構(gòu)小巧，簡單。目前，國際上有很多醫(yī)藥公司從事彈簧動力無針注射給藥系統(tǒng)的研究，如Medi-Ject，EquidyneSystems等，而且已開發(fā)了比較成熟的產(chǎn)品系列。高壓氣體作為動力源在注射時可以保持基本恒定的壓力，使注射壓力基本保持恒定，注射效果顯然要比彈簧驅(qū)動的無針注射器好，另外，高壓氣體的優(yōu)勢在于可以通過調(diào)節(jié)氣體壓力來控制注射深度，還可以通過電器開關(guān)控制氣體通道的通斷，使得高壓氣體動力源的無針注射器更加容易實現(xiàn)自動化控制。彈藥動力源是通過引爆封閉氣室內(nèi)的易燃物，氣體快速膨脹引起瞬間高壓，推動活塞注射，但是其結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，并且安全性令人擔(dān)憂。彈藥驅(qū)動無針注射系統(tǒng)的注射時間很短，目前市場上使用彈藥為動力的無針注射器主要有法國的克魯斯杰克特公司，它使用的彈藥裝料由兩種不同燃燒率的粉末混合物組成，其中高燃燒率的火藥在點火的初期使活塞產(chǎn)生很高的速度，而低燃燒率的火藥粉末在燃燒時維持進行注射的閥值壓力，使注射盡量均勻的進行[16]。電磁鐵動力源的無針注射器的最大優(yōu)點在于可控性很強，但是電磁鐵需要較大的電流才能產(chǎn)生比較強的驅(qū)動力，使得注射器本身體積較大，現(xiàn)在技術(shù)還不成熟,市場上還沒有相關(guān)的產(chǎn)品出現(xiàn)。各動力源的性能指標(biāo)如（表2-2）所示性能項目彈簧壓縮空氣彈藥磁力安全性安全較安全危險安全注射性能好較好較好較好技術(shù)成熟度成熟成熟一般不成熟結(jié)構(gòu)復(fù)雜度簡單較簡單復(fù)雜復(fù)雜表表2-2不同動力源的比較綜合比較幾類不同動力源的特點，基于便捷性，安全性，經(jīng)濟性及技術(shù)可行性的考慮，本文選擇彈簧和壓縮空氣作為設(shè)計無針注射器的動力源。（3）沖擊裝置和觸發(fā)裝置的選擇根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求，無針注射系統(tǒng)體積小，重量輕，便于攜帶，所以沖擊裝置要結(jié)構(gòu)簡單，可靠，安全性能好，結(jié)合對動力源的選擇，本文采用以彈簧或高壓氣體驅(qū)動沖擊活塞撞擊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。氣壓傳動和氣動控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，以壓縮氣體為動力源的無針注射器,既可以調(diào)節(jié)氣源的壓力來控制注射時的驅(qū)動力，又可以通過電磁換向閥或手動換向閥來控制的氣路的通斷，實現(xiàn)激發(fā)功能，能充分發(fā)揮其“可控”的優(yōu)勢。棘爪裝置是機械傳動中常見的控制部件，其結(jié)構(gòu)非常簡單，而且操作方便是彈簧動力源無針注射器激發(fā)裝置的理想選擇。（4）總體設(shè)計結(jié)果系統(tǒng)方案經(jīng)過篩選和評價，系統(tǒng)的總體設(shè)計為以換向閥作為激發(fā)裝置，以高壓氣體為動力源，驅(qū)動沖擊活塞撞擊外置式安瓿的氣動無針注射器和以棘爪機構(gòu)為激發(fā)裝置，以壓縮彈簧為動力源，驅(qū)動沖擊活塞撞擊外置安瓿的彈簧無針注射器兩種方案。2.4小結(jié)本章利用黑箱法建立了無針注射器的總體功能，通過功能分解和組合給出了系統(tǒng)設(shè)計方案，最后經(jīng)過篩選確定了最終方案，為下一步進行結(jié)構(gòu)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。第三章彈簧驅(qū)動式無針注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第三章彈簧驅(qū)動式無針注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真第三章彈簧驅(qū)動式無針注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真3.1概述市場上較成功的無針注射器產(chǎn)品多采用強力彈簧作為注射器的動力源，其體積小,重量輕,典型的是美國易捷公司的injex注射器（如圖3-1）所示，重量只有75克，長度僅140mm,便于隨身攜帶。彈簧驅(qū)動式無針注射器主要依靠強力彈簧的瞬間爆發(fā)力，通過沖擊裝置壓迫藥液從微孔中高速射出，其功能簡圖如3-2圖所示。圖圖injex無針注射器壓縮彈簧壓縮彈簧沖擊活塞杠桿式棘爪儲藥安瓿圖3-2彈簧式注射器原理示意圖彈簧驅(qū)動式無針注射器一般工作流程為：在彈簧壓縮蓄能后,杠桿式棘爪抬起，壓縮彈簧驅(qū)動沖擊滑塊撞擊儲藥安瓿的活塞桿，這時安瓿中的藥液壓力可達到30Mp，瞬間高壓促使藥液從安瓿前端微孔中高速噴出。參考injex無針注射器的結(jié)構(gòu)，本章節(jié)設(shè)計了一種外置安瓿的彈簧驅(qū)動式無針注射器。3.2彈簧驅(qū)動式無針注射器結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.1動力彈簧的選擇彈簧的種類繁多，用途廣泛，按照彈簧制造材料的不同可以分為金屬彈簧和非金屬彈簧[17]。非金屬彈簧主要包括空氣彈簧、橡膠彈簧、以及塑料彈簧等，非金屬彈簧一般彈性模量較小，可以實現(xiàn)很大的彈性變形，在無針注射器中要求彈簧體積小，壓縮量少，要有較大的變形能，為此我們選用蓄能性能較好，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便的金屬圓柱螺旋彈簧為動力源。碳素鋼彈簧絲加工簡單、成本低，強度高，而且價格低，市場上較常見，本設(shè)計采用65Mn彈簧鋼絲作為原材料，性能如表3-1所示。參照injex無針注射器的彈簧的參數(shù)（最大驅(qū)動力160N,剛度系數(shù)=5N/mm），通過演算和推導(dǎo)制定彈簧的方案如圖3-3所示。材料名稱牌號直徑規(guī)格切變模量彈性模量使用溫度碳素彈簧鋼絲級：C表表3-1碳素彈簧鋼材料性能[18]圖圖3-3彈簧設(shè)計方案（單位mm）如上圖所示，彈簧設(shè)計參數(shù)為：最小載荷=20N最大載荷=160N工作極限載荷=204N有效圈數(shù)=21總?cè)?shù)=23彈簧絲直徑=1.8mm截距=3.8mm端部型式Y(jié)I型壓壓并圈數(shù)最小載荷高度=80mm最大工作高度=45mm螺旋角=6.5oC彈簧的校驗：彈簧要求剛度=5N/mm彈簧實際剛度=4.93N/mm剛度的相對誤差=0.014剛度滿足設(shè)計要求許用切應(yīng)力=1005Mp最小切應(yīng)力=110.96Mp最大切應(yīng)力=889.7Mp滿足靜壓應(yīng)力要求彈簧的臨界載荷=45N<彈簧在沒有約束的情況下穩(wěn)定性較差彈簧的疲勞強度安全系數(shù)=1.22基本滿足疲勞強度要求經(jīng)過校驗可以看出彈簧在自由狀態(tài)下穩(wěn)定性較差，需要設(shè)置套筒或?qū)U進行約束，其疲勞強度和靜壓強度基本上滿足我們的設(shè)計要求，可以用來作為動力源彈簧。在彈簧受力過程中為了避免力量集中在彈簧的一側(cè)，使彈簧喪失穩(wěn)定而失效，需要在彈簧的末端磨平并緊貼在前一有效圈上，而被壓緊的物體也應(yīng)該和彈簧末端形狀相配合，同樣原因，彈簧兩末端的端點應(yīng)在相應(yīng)的兩邊，以達到使彈簧均勻受力的目的。還應(yīng)指出的是，彈簧成形后，需經(jīng)220oC~330oC的低溫去除應(yīng)力退火或發(fā)藍(lán)處理，或根據(jù)彈簧的作業(yè)條件與所選材料的性質(zhì)的要求，需要進行淬硬及回火，以提高彈簧力[19]。3.2.2觸發(fā)機構(gòu)的設(shè)計無針注射器屬于醫(yī)療器械范疇，對操作的安全性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求很高，在輕微的震動或人不經(jīng)意間操作下，觸發(fā)機構(gòu)要保證絕對的安全，所以觸發(fā)機構(gòu)的設(shè)計不僅要結(jié)構(gòu)簡單，而且要操安全可靠。查閱相關(guān)的資料，經(jīng)過工程分析,本文選用結(jié)構(gòu)簡單的棘爪機構(gòu)作為觸發(fā)裝置。彈簧彈簧沖擊活塞缸筒片彈簧棘爪圖3-4杠桿式棘爪機構(gòu)示意圖圖3-4所示的是杠桿式棘爪觸發(fā)裝置,其工作原理是:彈簧壓縮蓄能后，沖擊活塞在棘爪的作用下處于待工作狀態(tài)，當(dāng)棘爪受力繞鉸鏈軸向上轉(zhuǎn)動時，沖擊活塞在彈簧的驅(qū)動下向前運動。為了避免沖擊活塞在運動時與棘爪干涉,沖擊活塞前部呈圓錐狀,同理棘爪前端也加工有一定的斜度。需要注意的是棘爪前端與沖擊活塞接觸面積小，產(chǎn)生的應(yīng)力較大，容易變形，需要表面熱處理加工以提高硬度,增加耐磨性。杠桿式棘爪觸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)簡單,操作非常方便?？紤]到安全的因素，棘爪在受到震動時，容易脫落，使用者也容易觸動棘爪，造成誤操作，需要設(shè)計防止誤操作的安全裝置，消除潛在的危險因素。在injex無針注射器中設(shè)置了較為復(fù)雜的互鎖安全裝置，操作時必須一手推拉安全裝置，另只手按壓杠桿式棘爪裝置，才能完成注射，操作極不方便。本文設(shè)計了滑塊驅(qū)動裝置來驅(qū)動棘爪(如圖3-5所示),使得機構(gòu)的安全性能得到保障。觸發(fā)圓柱銷觸發(fā)圓柱銷片彈簧棘爪滑塊彈簧缸筒沖擊活塞圖3-5杠桿式棘爪激發(fā)裝置示意圖如上圖所示,觸發(fā)圓柱銷固定在滑塊通孔中，滑塊通過圓柱銷可沿著缸筒上部支架的通槽滑動,當(dāng)滑塊向前運動時，觸發(fā)圓柱銷沿斜面壓迫棘爪，使棘爪繞固定鉸鏈軸向上轉(zhuǎn)動，棘爪到達指定位置時，壓縮彈簧驅(qū)動沖擊活塞高速向前運動。采用滑塊驅(qū)動棘爪觸發(fā)裝置，基本上消除了誤操作的危險,極大的提高了系統(tǒng)的安全性,并且滑塊裝置結(jié)構(gòu)非常的簡單,既可以采用塑料材料注塑成型,也可以選用金屬材料加工成型,通過選擇合適的顏色和外觀形狀還可以起到美化系統(tǒng)外觀的作用。3.2.3缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸筒是無針注射器的主體構(gòu)件，主要作用是放置動力彈簧、沖擊活塞，安裝觸發(fā)裝置和儲藥安瓿，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計的直接決定著整個無針注射器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成本。缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足從以下三個方面的要求：(1)重量輕、體積小，(2)易于加工制造，(3)美觀。在缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計中滑塊及棘爪支架與缸筒的聯(lián)接是個比較棘手的問題，采用分離式結(jié)構(gòu)，將支架與缸體通過螺釘或焊接的方法固定在一起，會使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，添加了許多不必要的構(gòu)件，增加了加工的成本和裝配的難度。將滑塊支架、棘爪支架與缸筒一體化的設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、裝配非常方便，并且能有效控制成本，其方案如圖3-6所示。圖3-6缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖滑塊支架棘爪支架滑塊支架在滿足使用性能要求的前提下，本文采用硬鋁合金（Ly11）作為缸筒的加工材料，Ly11硬鋁合金密度小,約為2.76×10-6kg/mm圖3-6缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖滑塊支架棘爪支架滑塊支架一般動力彈簧外徑較小約在φ8mmφ10mm之間，缸筒盲孔屬于細(xì)長孔加工，普通的硬質(zhì)合金鏜刀，鏜桿剛性不足，在加工深孔時，鏜桿受力變形較大，產(chǎn)生嚴(yán)重的讓刀和震刀現(xiàn)象，加工精度較難保證，為了保證盲孔的加工質(zhì)量需要采用浮動鏜削的加工方法，浮動鏜削機理是利用一個刀體兩端的兩個對稱切削刃保持切削力均等的原理，使刀體在鏜桿的方孔中自由浮動，而自動定心，可以消除因刀塊在刀桿上的安裝誤差所引起的孔徑誤差，從而保證加工精度[21]。浮動鏜削后的盲孔精度達到，表面粗糙度為0.4，達到設(shè)計要求。3.2.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)設(shè)計要從系統(tǒng)的角度分析，跟據(jù)各部件的相對位置和裝配關(guān)系，完成總體布置，使系統(tǒng)在滿足功能要求的條件下，做到結(jié)構(gòu)簡單，外形美觀?？紤]到動力彈簧和觸發(fā)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，我們采用外置安瓿的筆狀結(jié)構(gòu)，如圖3-7所示。端蓋彈簧缸筒滑塊片彈簧沖擊活塞棘爪安瓿圖端蓋彈簧缸筒滑塊片彈簧沖擊活塞棘爪安瓿圖3-7系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖本文設(shè)計的彈簧驅(qū)動式無針注射器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，滿足設(shè)計要求指標(biāo)。該無針注射器裝置可以為從事無針注射器研發(fā)的工程人員提供借鑒，對早日實現(xiàn)無針注射器的國產(chǎn)化有積極的意義。3.3數(shù)學(xué)模型通過實驗研究可以發(fā)現(xiàn),不同的彈簧動力、安瓿微孔直徑、沖擊間隙（沖擊活塞與安瓿活塞桿的距離）、安瓿活塞直徑等因素的組合可以得到不同的射流的滯止壓強。因此建立一個能描述參數(shù)系統(tǒng)與噴射流的數(shù)學(xué)模型，對深入了解注射機理和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計有重要意義。無針注射器是基于微孔射流的原理進行注射，在不考慮射流在皮膚內(nèi)部的作用，單純從射流機理的角度分析，無針注射器系統(tǒng)可簡化為如圖3-8所示的系統(tǒng)，這種簡化不但有助于注射原理的分析，也有利于建立數(shù)學(xué)模型[10]。為了便于數(shù)學(xué)建模，假定藥液為無粘性的理想流體，在通過微孔噴射時無能量損耗和紊流現(xiàn)象，根據(jù)液體連續(xù)性方程即質(zhì)量守恒定律和伯努利方程（能量守恒定律）進行分析[22]。圖圖3-8無針注射器簡化模型儲藥安瓿活塞儲藥安瓿殼體根據(jù)質(zhì)量守恒定律，即：初始質(zhì)量=剩余質(zhì)量+流出質(zhì)量得：（3-1）式中：——藥液初始密度；——安瓿活塞面積；——活塞運動行程；——藥液在時刻的密度；——活塞位移；——安瓿微孔的面積；——藥液在微孔處的流速；定義：（3-2）代入式（）得：（3-3）由液體的體積模量得:式中:——藥液壓強；——藥液體積彈性模量；外界大氣壓力壓強為零，所以由上式可得：（3-4）代入方程（3-3）求導(dǎo)得：（3-5）不考慮藥液通過微孔的能量損失，根據(jù)伯努利方程得：式中：，可以認(rèn)為，（為大氣壓強）可得：對于液體來講，可以近似認(rèn)為，上式可改為：（3-6）代入式（3-5）可得：（3-7）根據(jù)牛頓第二運動定律得化簡得：（3-8）式中：——沖擊活塞與安瓿活塞的質(zhì)量總和；——摩擦阻力；——動力彈簧的出壓縮量；另外為了增加沖擊活塞的沖力，一般沖擊活塞與安瓿活塞之間留有一定的間隙，的取值影響藥液的流動和壓力分布。在數(shù)學(xué)處理中，將沖擊活塞的撞擊過程簡化為活塞具有一定的初速度，且該速度隨間隙的增加而增加[23]。上式可以改寫為：（3-9）聯(lián)立方程（）和（）可得：（3-10）從該方程組可以看出，射流滯止壓強與彈簧的剛度、沖擊活塞質(zhì)量和速度、安瓿活塞表面積等因素相關(guān)。模型中的摩擦力分為兩個部分，一部分為密封圈阻隔藥液流體形成的壓力，另一部分為密封與安瓿壁間的摩擦力，忽略摩擦力的作用并不影響模型的正確性，所以在后續(xù)的仿真分析中，不計摩擦力的影響。3.4仿真分析從上節(jié)的數(shù)學(xué)模型是個非線性的微分方程組,把該模型分解為3個一階微分方程，利用MATLAB[24-26]數(shù)值分析軟件進行數(shù)值處理，可以得到藥液滯止壓強與時間的關(guān)系曲線圖。以市場上現(xiàn)有的易捷無針注射器為參考樣機，進行分析。參數(shù)(單位)數(shù)值參數(shù)(單位)數(shù)值(m2)1.1304×10-8(m/s)1×10-5(m2)1×10-5(N/s)5(m)3×10-2(N.m)2×109(m)3.5×10-2(kg/m3)1000(kg)6.5×10-3(m)0表表3-2易捷無針注射器結(jié)構(gòu)參數(shù)圖3-9無針注射器0.2秒內(nèi)滯止壓強變化曲線圖3-10無針注射器圖3-9無針注射器0.2秒內(nèi)滯止壓強變化曲線圖3-10無針注射器0.01秒內(nèi)滯止壓強變化曲線從圖3-9看出注射器滯止壓強在0.0005秒的時間中上升至30Mp,隨著彈簧作用力的衰減，壓力峰值逐漸降低,在0.02秒以后壓力線性下降。在初期出現(xiàn)的壓力寬幅波動是由于液體壓力瞬間急劇上升出現(xiàn)的，產(chǎn)生較高的壓力峰值，出現(xiàn)沖擊波的傳動過程，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊[27]，該峰值對于刺破人的皮膚，完成注射是有利的，在無針注射中最大噴射滯止壓強的大小決定著射流穿刺皮膚的能力[7-8]，模型中影響滯止壓強的參數(shù)主要有彈簧的剛度，沖擊的活塞質(zhì)量，以下針對不同的參數(shù)進行仿真分析。圖圖3-11不同彈簧剛度下0.2秒中滯止壓力曲線圖圖3-12不同彈簧剛度在0.01秒的時間中的壓力曲線圖上圖中=6000N/m,5000N/m,4000N/m（其余結(jié)構(gòu)參數(shù)不變），可以看出動力源彈簧的剛度與射流壓力的最高峰值基本呈遞增關(guān)系，隨著值的增大，射流壓力穩(wěn)步上升，所以動力源彈簧的選擇直接影響無針注射器的注射質(zhì)量。圖圖不同質(zhì)量的沖擊活塞下的滯止壓力曲線圖上圖中，=3×10-3kg，=6.5×10-3kg，12×10-3kg（其余結(jié)構(gòu)參數(shù)不變），經(jīng)過仿真計算，可以看出隨著沖擊活塞質(zhì)量的增加，最高滯止壓強卻呈下降的趨勢，沖擊活塞的質(zhì)量影響了射流初期壓強波動的峰值和頻率，質(zhì)量小的沖擊滑塊壓力峰值大，頻率高，較大質(zhì)量的沖擊活塞壓力峰值小，頻率低。這是因為在彈簧的作用下，隨著活塞質(zhì)量的增加，活塞釋放時的加速度變小，對安瓿中的藥液沒有足夠的沖擊力，使壓力峰值降低。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的條件下，沖擊滑塊的質(zhì)量應(yīng)該取較小的值。結(jié)合以上的分析可以優(yōu)化彈簧式無針注射器的機構(gòu)，對彈簧驅(qū)動式無針注射器參數(shù)取值如表3-3所示，進行仿真計算。參數(shù)(單位)數(shù)值參數(shù)(單位)數(shù)值(m2)1.76625×10-8(m/s)1.2(m2)1×10-5(N/s)5(m)3×10-2N.m2×109(m)3.5×10-2kg/m31000(kg)12×10-3m0.0045表表3-3設(shè)計參數(shù)取值圖圖3-14滯止壓力曲線圖圖圖3-15滯止壓強初期曲線圖從仿真結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的彈簧式無針注射器最高射流滯止壓力約為27Mp，經(jīng)過0.017秒的短期壓力波動后，滯止壓力開始線性下降，與injex無針注射器相比，其滯止壓力峰值稍小，其余特性基本類似，這是由于由于本裝置中沖擊活塞前端的長度與彈簧的壓縮量相等，否則會與棘爪干涉，所以活塞的質(zhì)量相對較高，使得注射壓力峰值降低。根據(jù)國外學(xué)者的研究成果，對直徑在0.01mm~0.5mm內(nèi)的藥液射流，15Mp的最高滯止壓強足以刺破皮膚[5-6]，本文設(shè)計的彈簧式無針注射器基本滿足設(shè)計要求。3.5小結(jié)本章主要闡述了一種無針注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并建立了數(shù)學(xué)模型，進行了仿真分析，結(jié)果表明該裝置是可行的。第五章無針注射器安瓿的結(jié)構(gòu)設(shè)計無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計無針注射器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第四章氣動無針頭注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真第四章氣動無針頭注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真4.1概述彈簧驅(qū)動式無針注射器雖然體積小、重量輕、攜帶方便,但是在每次注射完成后,還需要專用的復(fù)位裝置（如圖4-1所示）將彈簧重新壓縮蓄能,操作過程過于繁瑣，不適合用于需要連續(xù)注射的場合。另外在人們在設(shè)計過程中總是希望無針注射器體積越小越好，如何將動力源彈簧和觸發(fā)裝置及安全裝置巧妙的結(jié)合起來，是彈簧式無針注射器的設(shè)計難點，也是影響注射器生產(chǎn)成本的要點。圖圖4-1injex無針注射器復(fù)位裝置采用壓縮氣體作為動力源不需要額外的復(fù)位蓄能裝置，簡化了操作程序。彈簧的驅(qū)動力隨著彈簧伸縮量的展開而逐漸減小，而壓縮氣體的驅(qū)動力能始終保持不變，顯然穩(wěn)定的壓縮氣體驅(qū)動力能使注射效果更好，此外氣動無針注射器還有以下的優(yōu)勢：（1）能夠通過調(diào)節(jié)氣源壓力來控制注射深度。（2）結(jié)構(gòu)較簡單，生產(chǎn)成本低。圖4-2圖4-2氣動無針注射器原理簡圖控制閥沖擊活塞儲藥安瓿參考彈簧式無針注射器的總體結(jié)構(gòu)，我們采用如圖4-2所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，儲藥安瓿聯(lián)接到注射器上，當(dāng)控制閥換向接通氣源時，壓縮氣體驅(qū)動沖擊活塞撞擊安瓿活塞桿完成注射，注射結(jié)束后控制閥換向，沖擊活塞復(fù)位。4.2基于缸閥一體化的氣動無針注射器結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1轉(zhuǎn)閥式氣動無針頭注射器圖4-3圖4-3轉(zhuǎn)閥式氣動無針注射器工作示意圖閥體閥芯沖擊活塞彈簧后蓋安瓿(a)待發(fā)狀態(tài)（a）待發(fā)狀態(tài)（b）擊發(fā)狀態(tài)（c）復(fù)位狀態(tài)如上圖所示，轉(zhuǎn)閥式氣動無針頭注射器結(jié)構(gòu)簡單,控制閥芯（其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示）安裝在閥體的通孔中,沖擊活塞可滑動的裝配在沖擊腔內(nèi),后蓋與閥體螺紋連接,儲藥安瓿連接在后蓋上。當(dāng)閥芯處于a圖所示位置時，無針注射器處于待發(fā)狀態(tài)，閥芯轉(zhuǎn)動到b圖位置后，氣源與沖擊腔接通，壓縮氣體驅(qū)動沖擊活塞撞擊儲藥安瓿活塞桿，注射完成后轉(zhuǎn)動閥芯處于c圖所示位置，沖擊腔與大氣接通，沖擊活塞在彈簧的作用下復(fù)位，完成一個工作循環(huán)。轉(zhuǎn)閥式氣動無針頭注射中，控制閥芯的選擇決定著整個裝置的性能，為了操作方便、安全,閥芯在閥體內(nèi)的轉(zhuǎn)動要靈活可靠，而且耐磨性、密封性能要好，為了達到要求,在生產(chǎn)中通常采用選配的方法[28]，選擇在一定公差范圍內(nèi)的閥芯和閥體組裝配合以達到使用要求。另外考慮到閥芯和閥體之間的摩擦和潤滑等實際的問題，在設(shè)計時，閥體采用金屬材料,閥芯采用尼龍610（PA610），尼龍材料具有強度高、硬度低、耐磨、自潤滑、吸收噪音、減震等優(yōu)點，可以明顯降低閥芯和閥體的摩擦阻力，能降低消耗，節(jié)約能源。圖圖4-4閥芯結(jié)構(gòu)圖圖圖4-5轉(zhuǎn)閥式氣動無針注射器實體圖實驗時我們發(fā)現(xiàn)尼龍雖然有較好的耐磨性，但是尼龍的線膨脹系數(shù)過高，體積受溫度影響很大，閥體采用45#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼時,運行一段時間后，由于摩擦生熱，閥芯直徑變大，容易使其在閥體中卡死，閥體比較適合采用線膨脹系數(shù)較低的工具鋼(GCr15)。另外由于轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)特點，單純利用閥芯和閥體的配合公差來防止漏氣，效果很差。為了解決上述問題，本文設(shè)計了按鍵式無針注射器、推鍵式無針注射器和沖擊氣缸式無針注射器，較好的解決了實驗中出現(xiàn)的問題。4.2.2按鍵式氣動無針頭注射器圖圖4-6按鍵式氣動無針注射器工作示意圖壓圈閥芯控制體沖擊活塞缸筒彈簧前端蓋儲藥安瓿孔a孔b復(fù)位彈簧孔c（a）待發(fā)狀態(tài)（b）激發(fā)狀態(tài)按鍵式氣動無針頭注射器是利用閥芯與控制體的相對位置的改變來控制氣路的通斷，其結(jié)構(gòu)如圖4-6所示,閥芯可滑動的放置在控制體中,閥芯兩端臺肩上用O型圈密封,控制體與缸筒固定連接，沖擊活塞放置在缸筒內(nèi)，前端蓋通過螺紋或銷釘連接在缸筒上，安瓿與前端蓋螺紋連接。初始位置時（如圖4-6a所示）閥芯在復(fù)位彈簧的作用靠緊壓圈，壓縮空氣通過孔進入閥芯與控制體形成的氣密腔中，孔a與孔c斷開，孔b與孔c相通，注射器處于待發(fā)狀態(tài)，注射時閥芯克服復(fù)位彈簧阻力向下運動（如圖4-6按鍵式無針注射器的閥芯運動形式由轉(zhuǎn)動演化為直線運動，閥芯材料選量具鋼GCr15，閥芯兩端采用O型圈密封，基本上解決了轉(zhuǎn)閥式無針注射器出現(xiàn)的漏氣和閥芯卡死的現(xiàn)象。4.2.3推鍵式氣動無針頭注射器人性化設(shè)計是當(dāng)今社會對產(chǎn)品使用的新要求，也是產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展的新趨勢[29-30]。按鍵式無針注射器雖然能滿足使用要求，但是由于閥芯和控制體的結(jié)構(gòu)特點，使整個注射器的長度和高度比例失調(diào)，外型不夠美觀，并且其控制體位于注射器后端，使用者在手持操作時很不方便，不符合產(chǎn)品人性化的設(shè)計理念?；诓僮鞣奖?、造型美觀的設(shè)計要求，在總結(jié)前面章節(jié)的氣動無針注射器結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，我們采用如下的技術(shù)方案(如圖4-7所示)進行改進：（1）將換向閥體與缸筒設(shè)計成一體化結(jié)構(gòu)。（2）利用直線運動的推拉式觸發(fā)鍵，推動換向閥芯運動以切換壓縮空氣通道,實現(xiàn)沖擊活塞的沖擊運動。（a）控制閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計閥體閥體閥芯彈簧缸筒楔件氣路B氣路A圖4-7控制閥結(jié)構(gòu)圖控制閥體結(jié)構(gòu)如圖4-7所示，閥體上加工有空氣通道A、B，采用熱漲法或冷卻法的過盈配合形式固定聯(lián)接在缸筒內(nèi),閥芯可滑動的放置在閥體內(nèi)，楔件固定在閥體前端。閥芯兩端臺肩上采用O型圈密封，與閥體內(nèi)孔形成氣密腔，初始位置時閥芯在復(fù)位彈簧的作用下處于閥芯后端，壓縮空氣通過氣路B進入氣密腔內(nèi)，由于O型圈的密封作用，氣路B與氣路A斷開，當(dāng)閥芯克服彈簧阻力向前運動，到達預(yù)定位置時，氣路B與氣路A接通，壓縮氣體進入缸筒右腔內(nèi)。(b)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計后端蓋后端蓋換向閥體閥芯彈簧推鍵楔件活塞缸筒前端蓋儲藥安瓿a)待發(fā)狀態(tài)激發(fā)狀態(tài)圖4-8推鍵式氣動無針注射器結(jié)構(gòu)圖氣路C氣路B氣路A如圖4-8所示，前端蓋上加工有空氣通道C通過螺栓與換向閥體固定連接,閥芯可滑動的放置在換向閥體內(nèi)，按鍵通過與閥芯螺釘連接，沖擊活塞位于缸筒左腔內(nèi)，后蓋通過銷釘固定連接在缸筒上，儲藥安瓿連接在后端蓋上。在初始位置時，壓縮氣體通過后端蓋上的氣路C，進入空氣通道B中，這時閥芯在復(fù)位彈簧的作用下，位于換向閥體的左端（如圖4-8a所示），氣路B與氣路A斷開，注射器處于待發(fā)狀態(tài)，當(dāng)用手快速推動推鍵克服彈簧阻力向右運動，使閥芯運動到如圖4-8(c)方案改進在上述方案中，控制閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在閥體上加工出氣路通道，通過過盈配合或膠粘的形式與缸筒結(jié)合在一起，如果能在缸筒上加工出空氣通道，將省去熱處理工序和閥體的加工，能有效的提高加工效率，控制成本。為此，本文作出如下改進如圖4-9所示，氣路A缸筒閥芯楔件氣路A缸筒閥芯楔件氣路B氣路C圖4-9控制閥結(jié)構(gòu)圖如上圖所示，楔件固定在缸筒內(nèi)孔臺階面上，閥芯可滑動的放置在缸筒左端通孔內(nèi)，楔件前端與閥芯盲孔配合。在初始位置時，閥芯位于缸筒左端，空氣通道B與空氣通道C斷開，空氣通道C通過閥芯的端面溝槽與氣路A接通，這時缸筒右端腔室與大氣接通，當(dāng)閥芯向前移動到指定位置時，空氣通道B與氣路C連通，壓縮空氣進入缸筒右腔室內(nèi)。（d）總體方案改進如圖4-10所示后端蓋和前端蓋通過螺栓與缸筒聯(lián)接，閥芯可滑動的放置在缸筒左腔內(nèi)，沖擊活塞位于缸筒右腔，楔件前端與閥芯盲孔配合。初始位置時閥芯位于缸筒最左端，壓縮空氣通過前端蓋中的氣路進入氣路B內(nèi)，在閥芯臺肩O型圈的作用下，氣路B與氣路D斷開，氣路C通過閥芯斷面溝槽與氣路D接通，這時缸筒右腔與大氣接通。推動推鍵帶動閥芯向右移動到達圖4-10b所示位置時，氣路B與氣路D接通，壓縮空氣進入缸筒右腔，驅(qū)動沖擊活塞撞擊安瓿活塞桿，完成沖擊。值得注意的是，由于楔件前端與閥芯盲孔配合，所以對閥芯，缸體左端通孔等的同軸度加工要求較高，要保證楔件前端與缸筒左腔的同軸度公差在合適的范圍內(nèi)。后端蓋閥芯推鍵楔件沖擊活塞缸筒前端蓋安瓿后端蓋閥芯推鍵楔件沖擊活塞缸筒前端蓋安瓿氣路A氣路B氣路C氣路Da)初始狀態(tài)b)激發(fā)狀態(tài)圖4-10推鍵式無針注射器結(jié)構(gòu)改進圖通孔E圖圖4-11按鍵式氣動無針頭注射器實物圖改進后的推鍵式無針注射器，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本明顯降低，而且性能也得到了明顯的提高。推鍵式無針注射器在外觀和性能上與按鍵式相比，有了較大的改進，接近氣動無針頭注射產(chǎn)品的雛形，但是由于其采用控制閥和沖擊氣缸一體化的結(jié)構(gòu)，使得總體結(jié)構(gòu)不夠簡單，裝配要求較高，另外為了保證密封性能，需要在閥芯的環(huán)形槽中安裝型密封圈，這樣做增加了閥芯和閥體的摩擦阻力，需要較大的力才能推動閥芯滑動，使用還是不夠方便，需要做進一步的改進。4.3缸閥分離式磁阻尼沖擊氣缸無針注射器4.3.1沖擊氣缸原理在設(shè)計過程中將其他領(lǐng)域的常識采用于本領(lǐng)域或?qū)⒈绢I(lǐng)域的知識推廣用于其他領(lǐng)域可以獲得新的構(gòu)思方法[31]。無針注射器的原理是利用高壓使藥液從微孔中高速射出，為此需要驅(qū)動力強且快速響應(yīng)的動力系統(tǒng)，能夠提供較大的沖擊力和持續(xù)的動力。在機械行業(yè)中常用的沖擊氣缸一種專門為了滿足對沖擊力有較高要求的場合而開發(fā)的一種特殊功能氣缸，將沖擊氣缸的原理應(yīng)用于無針注射器的設(shè)計中是一種新的創(chuàng)新方式。沖擊氣缸是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為活塞高速運動（最大速度可以達到10m/s以上）從而實現(xiàn)沖擊動能的一種特殊氣缸。與同缸徑的普通氣缸相比，沖擊氣缸的沖擊能量可大50倍至400倍[32]，在許多工業(yè)場合被用于沖剪、鍛打、沖壓、打樁、鉚接等多種加工。與一般氣缸相比較沖擊氣缸增加了蓄能腔和中蓋，中蓋和活塞把缸體分為三個腔室：蓄能腔、前腔和后腔，其工作原理如圖4-11所示。復(fù)位階段復(fù)位階段蓄能階段沖擊階段圖4-12沖擊氣缸工作原理AB蓄能腔后腔前腔沖擊氣缸動作的一個全過程大致分為三個階段：復(fù)位階段：孔B進氣，孔A排氣活塞在壓力差的作用下向上運動，達到極限位置。蓄能階段：孔A進氣，孔B排氣，蓄能腔壓力逐漸上升，前腔壓力逐漸降低，當(dāng)前腔壓力降低到一定程度時，活塞受到的上推力與下推力相互平衡。沖擊階段：前腔壓力進一步降低時，活塞開始向下運動，積聚在蓄能腔的壓縮空氣進入后腔,后腔壓力急劇上升，活塞在巨大的壓差作用下，獲得很高的運動加速度,在很短的時間內(nèi)加速到很高的速度，從而獲得很高的動能。沖擊氣缸是在普通氣缸的基礎(chǔ)上添加了儲能腔，使高壓氣體在極短的時間內(nèi)充入到活塞的背面，使活塞在較短的行程內(nèi)以很高的速度（7m/s左右）運行，沖擊氣缸輸出的主要是動能,而普通氣缸速度較慢（0.5~0.7m/s）,其輸出形式主要是力[33]。沖擊氣缸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本低、耗氣少卻能產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力，將沖擊氣缸的工作原理應(yīng)用到無針注射器領(lǐng)域，對優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計有重要的意義。4.3.2磁阻尼沖擊氣缸式無針注射器在前面章節(jié)中介紹的按鍵式和推鍵式無針注射器采用控制閥和缸筒一體化的設(shè)計思路，為了保證控制閥密封和換向的性能，閥芯和閥體的表面粗糙度、同軸度等的加工要求比較高，一般車削后還需要進行研磨，提高了產(chǎn)品的成本。而現(xiàn)在氣動控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，采用常見氣動電磁換向閥，將電磁控制閥與氣源一體化，利用電氣控制系統(tǒng)來控制氣路的通斷，可以很好的做到自動化控制，也極大的簡化了無針注射器的結(jié)構(gòu),本章采用缸閥分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種磁阻尼沖擊氣缸，能很好的把沖擊氣缸技術(shù)應(yīng)用到無針注射器領(lǐng)域。換向閥換向閥開關(guān)管接頭后端蓋中蓋沖擊活塞前端蓋安瓿初始狀態(tài)蓄能腔永磁鐵彈簧bb激發(fā)狀態(tài)圖4-13磁阻尼沖擊氣缸式無針注射器結(jié)構(gòu)圖如圖4-13所示，磁阻尼沖擊氣缸結(jié)構(gòu)非常簡單，中蓋固定在缸筒內(nèi)，將缸筒內(nèi)腔分為沖擊腔和蓄能腔，后端蓋通過螺紋連接在缸筒上，永磁鐵放置在沖擊活塞中，與中蓋磁性相吸，形成磁阻尼裝置，前端蓋與缸筒螺紋連接，安瓿連接在前端蓋上，在初始狀態(tài)下氣缸蓄能腔經(jīng)電磁閥排氣，磁性沖擊活塞在彈簧的作用下緩緩復(fù)位，當(dāng)接近中蓋時，沖擊活塞依靠自身強大的磁力，迅速吸附于中蓋上。電磁閥換向蓄能腔進入壓縮氣體，由于氣體的流動性不足以克服磁阻尼裝置及復(fù)位彈簧的阻力，沖擊活塞吸附于中蓋上，當(dāng)蓄能腔壓力逐漸升高，足以克服這兩個力時，沖擊活塞開始向下移動，壓縮空氣全部作用在沖擊活塞端面上，沖擊活塞高速脫離中蓋，撞擊安瓿活塞完成注射。為了追求沖擊活塞的最大沖擊力，沖擊活塞與安瓿之間留有一定的空行程。注射過程結(jié)束后，換向閥切換到初始狀態(tài)，沖擊活塞在彈簧的作用下復(fù)位到最左端位置，準(zhǔn)備下一次注射。在磁阻尼沖擊氣缸中，中蓋要使磁性沖擊活塞有足夠的吸附面積，保證表面與磁性沖擊活塞表面平行，一般選用08優(yōu)質(zhì)碳素鋼，這種材料磁路損失小，導(dǎo)磁系數(shù)和剩磁均較理想，加工時一般在中間開有多條圓槽以減少不平度的影響[34]。為了防止沖擊時磁鋼碎裂，磁鋼一般采用高性能釹鐵硼磁鋼等永磁材料，磁鋼的磁性能越強，其存儲能量的能力越大，做功的能力也就越大，另外為了消除注射器管壁對永磁鐵的影響，設(shè)計中我們選用防磁的硬鋁合金作為缸筒的加工材料，活塞采用黃銅合金材料，這樣使注射器既能滿足強度要求，而且外形美觀，體積小。磁阻尼氣動沖擊式無針頭注射器，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，由于增設(shè)了蓄能腔和磁阻尼裝置，使沖擊活塞的加速度高，沖擊力大，并且可以通過調(diào)節(jié)供氣壓力和磁力大小不同的永磁鐵使注射壓力在一定的范圍內(nèi)可調(diào)，可以用于不同的場合，不同年齡的人群。4.4永磁鐵的磁力計算4.4.1永磁鐵的選擇在液壓或氣壓傳動中,系統(tǒng)的壓力大小取決于系統(tǒng)外部負(fù)載的大小,負(fù)載越大,系統(tǒng)的壓力也就越高。磁阻尼沖擊氣缸式無針注射器中,永磁鐵的磁性能越強,對中蓋的吸附力也就越大,相應(yīng)的蓄能腔內(nèi)的氣體壓力也就越高，永磁鐵的選擇對注射效果的影響很明顯。目前永磁鐵主要有鐵氧化體永磁鐵、鋁鎳鈷永磁鐵、稀土鈷永磁鐵、釹鐵硼永磁鐵、鐵鉻鈷永磁鐵和錳鋁碳永磁鐵[35]。(1)鐵氧化體永磁鐵鐵氧化體永磁鐵是應(yīng)用最廣的一種永磁材料，具有相當(dāng)高的矯頑力，適合用于退磁場較大的場合，其電阻率要比金屬磁性材料高很多，所以在高頻下也可使用，鐵氧化體永磁鐵的另一個特點是退磁曲線的很大一部分接近直線，工作穩(wěn)定，此外，鐵氧