Thạc Sĩ Thiết kế khung cố định ngoài Hexapod dùng trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình và quy trình chế t

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn trình bày thiết kế khung cố định ngoài Hexapod dùng trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình và quy trình chế tạo vòng khung Hexapod. Các bước thực hiện bao gồm: tìm hiểu tổng quan về khung cố định ngoài Hexapod và các cơ sở về cơ – y – sinh để đưa ra thiết kế ban đầu. Sau đó phương án thiết kế trải qua quá trình mô phỏng trên phần mềm FEA cho từng chi tiết cũng như kết cấu tổng thể của khung lúc làm việc để đưa ra thiết kế khả thi nhất. Dựa trên thiết kế đó đưa ra các thiết kế chi tiết và quy trình chế tạo một chi tiết là vòng Hexapod. Phần cuối cùng là chế tạo mẫu khung và đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU
KHUNG CỐ ĐỊNH NGOÀI HEXAPOD

SVTH : Lê Sỹ Lộc
MSSV : 21101940
GVHD : TS. Trần Nguyên Duy Phương




TP.HCM, 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
***** *****
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Khoa: CƠ KHÍ.
Bộ môn: CHẾ TẠO MÁY.
HỌ VÀ TÊN: LÊ SỸ LỘC MSSV: 21101940
NGÀNH: KỸ THUẬT CHẾ TẠO LỚP:CK11KSTN
1. Đầu đề luận văn: Thiết kế và chế tạo mẫu khung cố định ngoài Hexapod
2. Nhiệm vụ:
- Tìm hiểu tổng quan về khung cố định ngoài Hexapod và cơ sở cơ – y – sinh.
- Thiết kế và phân tích FEA mô hình khung Hexpod
- Lập quy trình gia công vòng hexapod
- Chế tạo mẫu khung cố đinh ngoài.
3. Ngày giao nhiệm vụ: 09.2015
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12.2015
5. Họ và tên người hướng dẫn: TS.TRẦN NGUYÊN DUY PHƯƠNG
Hướng dẫn 100%
Nội dung yêu cầu LVTN được thông qua bộ môn
Ngày 21 tháng 12 năm 2015
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký tên và ghi rõ họ tên)



TS. TRẦN NGUYÊN DUY PHƯƠNG TS. TRẦN NGUYÊN DUY PHƯƠNG

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt: (chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ luận văn:
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, những ngườiđã động viên tinh thần cho tôi trong thời gian đi học và suốt cả cuộc đời này.
Tiếp theo, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Nguyên Duy Phương. Thầy Trần Nguyên Duy Phương là người đã hướng dẫn tôi từ những ngày đầu tiên tôi tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài khung cố định ngoài Hexapod. Những kiến thức thầy truyền dạy cho tối rất phong phú và là những chìa khóa để tôi hoàn thành các đề tài nghiên cứu cấp sinh viên cũng như các bài báo Hội Nghị cấp trường và toàn quốc. Những chia sẻchân tình về cuộc sống và sự học của thầy là bài học quý giá đối với tôi. Song song với đó, tôi cũng nhận được những hỗ trợ thiết thực về môi trường học tập và nghiên cứu từ chương trình đào tạo theo mô hình CDIO Khoa Cơ Khí. Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thành viên trong lớp CK11KSTN và lớp CK11KSCD đã luôn sát cánh, động viên tôi trong thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các cô thầy ở bộ môn Chế Tạo Máy và các thầy cô trong Khoa Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy cho tôi có được kiến thức như ngày hôm nay.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm .




Lê Sỹ Lộc
 
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn trình bày thiết kế khung cố định ngoài Hexapod dùng trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình và quy trình chế tạo vòng khung Hexapod. Các bước thực hiện bao gồm: tìm hiểu tổng quan về khung cố định ngoài Hexapod và các cơ sở về cơ – y – sinh để đưa ra thiết kế ban đầu. Sau đó phương án thiết kế trải qua quá trình mô phỏng trên phần mềm FEA cho từng chi tiết cũng như kết cấu tổng thể của khung lúc làm việc để đưa ra thiết kế khả thi nhất. Dựa trên thiết kế đó đưa ra các thiết kế chi tiết và quy trình chế tạo một chi tiết là vòng Hexapod. Phần cuối cùng là chế tạo mẫu khung và đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo.  
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH vi
DANH MỤC BẢNG x
Chương 1: TỔNG QUAN 11
1.1. Khung cố định ngoài dùng trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình. 11
1.1.1. Thiết bị cố định ngoài trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình. 11
1.1.2. Phân loại khung cố định ngoài 14
1.2. Lịch sử phát triển của khung Hexapod 15
1.3. Kiến thức về cơ y sinh liên quan đến xương cẳng chân 21
1.3.1. Đặc điểm giải phẫu xương cẳng chân 21
1.3.2. Phân loại gãy xương và chỉ định điều trị bằng khung cố định ngoài. 22
1.4. Vật liệu chế tạo khung 25
1.4.1. Vật liệu hợp kim Titan: 25
1.4.2. Thép không gỉ 26
1.4.3. Lựa chọn vật liệu 27
1.5. Yêu cầu thiết kế khung cố định ngoài Hexapod. 28
1.5.1. Yêu cầu khách hàng 28
1.5.2. Thực hiện quá trình QFD: 29
Chương 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU 31
2.1. Bài toán động học vị trí. 31
2.2. Bài toán động học vận tốc 32
2.3. Phân tích tĩnh 34
2.4. Phân tích độ cứng vững của khung 35
Chương 3: THIẾT KẾ KHUNG CỐ ĐỊNH NGOÀI HEXAPOD 37
3.1. Thiết kế, phân tích FEA vòng trên và dưới 37
3.1.1. Xây dựng ý tưởng và phân tích FEA ban đầu 37
3.1.2. Lựa chọn phương án thiết kế 49
3.1.3. Thiết kế hoàn chỉnh và phân tích FEA 50
3.2. Lựa chọn khớp cầu 51
3.3.1. Sơ lược về khớp cầu 51
3.3.2. Lựa chọn Rod End theo tiêu chuẩn SKF 55
3.3.3. Lựa chọn Rod End theo tiêu chuẩn của một số hãng khác 56
3.3. Thiết kế chân thay đổi chiều dài 59
3.3.1. Xây dựng ý tưởng 59
3.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế 62
3.3.3. Thiết kế hoàn chỉnh và kiểm nghiệm độ cứng kéo nén 63
3.4. Phân tích các trường hợp làm việc điển hình của khung 65
3.5. Hợp lí hóa hình học chi tiết để giảm khối lượng khung. 72
Chương 4: SO SÁNH KHUNG MULTIPOD VÀ KHUNG HEXAPOD BẰNG PHÂN TÍCH FEA. 77
4.1. Thiết kế cấu trúc khung cố định ngoài Multipod. 77
4.1.1. Thiết kế vòng cho khung Multipod 78
4.1.2. Các tổ hợp lắp ghép khung Multipod. 78
4.2. Mô phỏng khung Multipod và so sánh với khung Hexapod 79
Chương 5: QUY TRÌNH GIA CÔNG CNC CHI TIẾT VÒNG HEXAPOD 82
5.1. Xác định dạng sản xuất và phân tích chi tiết gia công 82
5.1.1. Xác định dạng sản xuất đặc trưng 82
5.1.2. Phân tích chi tiết gia công 82
5.2. Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo 85
5.3. Chọn tiến trình gia công các bề mặt của phôi 87
5.3.1. Các phương pháp gia công các bề mặt phôi 87
5.3.2. Chọn tiến trình gia công các bề mặt 88
5.4. Thiết kế nguyên công 88
5.4.1. Nguyên công 1, 4 và 5: 88
5.4.2. Nguyên công 2 và 3 88
5.4.3. Nguyên công 6 89
5.5. Xác định chế độ cắt 89
5.6. Lập trình gia công trên máy CNC 90
5.7. Hình ảnh thực tế của các chi tiết của mẫu khung cố định ngoài Hexapod 99
Chương 6: KẾT LUẬN 101
6.1. Kết quả đạt được 101
6.2. Các bài báo liên quan 101
PHỤ LỤC A 1
PHỤ LUC B 1
PHỤ LỤC C 1
PHỤ LỤC D 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1