齿轮离合机构及包括其的放疗设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种齿轮离合机构及包括其的放疗设备，所述齿轮离合机构安装于一基座，齿轮离合机构包括：从动齿轮，可转动地固定至基座上；导向件，固定在基座上；安装板，其由导向件可滑动地支撑；驱动齿轮，可转动地固定到安装板上；推动组件，用于推动安装板沿着导向件滑动，当推动组件推动安装板滑动靠近从动齿轮时，驱动齿轮靠近从动齿轮直至相互啮合；当推动组件推动安装板滑动远离从动齿轮时，驱动齿轮远离从动齿轮直至相互分离。本发明齿轮离合机构采用了独特的凸轮机构，使得齿轮在径向方向上能够方便地实现离合。通过调整凸轮的轮廓，可以形成比较大的死角，实现良好的锁紧功能。
【专利说明】
齿轮离合机构及包括其的放疗设备
技术领域
[0001] 本发明主要涉及医疗器械领域，尤其涉及一种齿轮离合机构及包括其的放疗设 备。
【背景技术】
[0002] 放射治疗是目前治疗恶性肿瘤的一种重要手段，通常采用医用直线加速器。图1 为现有医用直线加速器的示意图，如图1所示，常规的医用直线加速器100主要由机架110 和治疗头120(辐射头）组成。在医用直线加速器100中，为了更好地模拟肿瘤的形状，治 疗头120通常会绕着医用直线加速器100的Z轴转动。
[0003] 由于医用直线加速器的高精度和高安全性的要求，治疗头会处于自锁状态。鉴于 治疗头是高故障系统，其需要频繁的维护和维修。在对其进行维修时，如果可以手动转动治 疗头则较为方便。但是，实际操作中由于治疗头处于自锁状态，手动转动的实现就显得较为 繁琐。
[0004] 在现有技术中，目前普遍通过在传动机构驱动输入端增加手动输入方式和径向离 合的方式来实现治疗头维修时的手动旋转。图2为现有医用直线加速器在驱动输入端增加 手动输入的结构200的示意图。如图2所示，在能够自锁的涡轮减速机210的输入端增加 手动齿轮220,通过手动齿轮220的旋转来带动治疗头230的旋转。然而这种实现方式，由 于涡轮减速机的减速比较大，常常需要手动齿轮220旋转很多转才能带动治疗头230旋转 一周，因此这种实现方式比较费时费力。
[0005] 图3为现有放疗设备中径向离合的结构示意图。如图3所示，此处径向离合结构 300采用两个小齿轮310、320通过杠杆原理来实现离合。其缺点在于，两个小齿轮310、320 距离杠杆旋转点330的距离不一样，使得两个小齿轮310、320在啮合过程中的运动距离不 一样，从而导致两个小齿轮310、320的中心距不能保证统一，这就造成两个小齿轮310、320 的传动精度可能会不同。
[0006] 由此可见，现有技术中采用的增加手动输入方式和径向离合都各有缺陷，无法满 足放疗设备中对治疗头日益严格的要求。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供便于医用直线加速器的治疗头进行频繁维护和 维修的结构，同时要保证治疗设备的高精度和高安全性。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种齿轮离合机构，安装于一基座，其特点在 于，所述齿轮离合机构包括：从动齿轮，可转动地固定至所述基座上；
[0009] 导向件，固定在所述基座上；
[0010] 安装板，其由所述导向件可滑动地支撑；
[0011] 驱动齿轮，可转动地固定到所述安装板上；
[0012] 推动组件，用于推动所述安装板沿着所述导向件滑动，当所述推动组件推动所述 安装板滑动靠近所述从动齿轮时，所述驱动齿轮靠近所述从动齿轮直至相互啮合；当所述 推动组件推动所述安装板滑动远离所述从动齿轮时，所述驱动齿轮远离所述从动齿轮直至 相互分离。
[0013] 较佳地，所述推动组件包括：前挡块和后挡块，相互平行地固定在所述安装板上；
[0014] 凸轮，可转动地固定至所述基座上，且设置在所述前挡块和所述后挡块之间，用以 向所述前挡块和所述后挡块施加推力。
[0015] 较佳地，所述凸轮包括凸出端，用于推动所述前挡块和所述后挡块，所述凸出 端至所述凸轮的旋转中心的距离为Ra，所述前挡块和所述后档块之间的距离为s，且 Ra < s〈2Ra。
[0016] 较佳地，所述凸出端呈圆弧状，且所述凸出端的圆心为所述凸轮的旋转中心。
[0017] 较佳地，所述凸轮还包括另一端部，所述端部与所述凸出端相对设置，所述端部至 所述凸轮的旋转中心的距离为Rb，且Ra+Rb < s〈2Ra。
[0018] 较佳地，所述凸轮的行程为H，且H = 2Ra_s，所述凸轮的行程H大于所述前挡块 或所述后档块带动所述安装板需要运动的最小距离，以使所述驱动齿轮和所述从动齿轮离 合。
[0019] 较佳地，所述驱动齿轮、所述从动齿轮和所述凸轮的旋转中心位于一直线上。
[0020] 较佳地，所述齿轮离合机构还包括检测齿轮，所述检测齿轮设置在所述安装板上， 且位于所述推动组件和所述从动齿轮之间。
[0021] 较佳地，所述驱动齿轮和所述检测齿轮的旋转中心对称分布于所述从动齿轮和所 述凸轮的旋转中心所在的直线两侧。
[0022] 较佳地，所述导向件包括导轨滑槽，所述导轨滑槽固定在所述基座上，所述安装板 的两端滑设在相应的所述导轨滑槽内。
[0023] 较佳地，所述齿轮离合机构还包括导轨滑块或导轨滑槽，所述导向件为与之配合 的导轨滑槽或导轨滑块，所述导轨滑槽或所述导轨滑块固定在所述基座上，对应的所述导 轨滑块或所述导轨滑槽固定在所述安装板的两端，所述导轨滑槽和所述导轨滑块相互配合 滑动。
[0024] 本发明还提供了一种放疗设备，包括治疗头和驱动装置，其特点在于，所述放疗设 备还包括如上所述的齿轮离合机构，所述治疗头由所述齿轮离合机构的所述从动齿轮可驱 动地连接，所述驱动装置与所述齿轮离合机构的所述驱动齿轮可驱动地连接。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明齿轮离合机构采用了独特的凸轮 机构，使得齿轮在径向方向上能够方便地实现离合。而且通过该凸轮机构还可以控制齿轮 啮合的中心距，达到调整齿轮传动精度的目的。同时，通过调整凸轮的轮廓，可以形成比较 大的死角，实现良好的锁紧功能。
【附图说明】
[0026] 图1是现有医用直线加速器的不意图。
[0027] 图2是现有医用直线加速器在驱动输入端增加手动输入的结构的示意图。
[0028] 图3是现有放疗设备中径向离合的结构示意图。
[0029] 图4是本发明齿轮离合机构的实施例一的立体图。
[0030] 图5是本发明齿轮离合机构的实施例一中驱动齿轮和检测齿轮的布置示意图。
[0031] 图6是本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮顶后挡块时的状态示意图。
[0032] 图7是本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮开始顶前挡块时的状态示意图。
[0033] 图8是本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮顶紧前挡块时的状态示意图。
[0034] 图9是本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮的结构示意图。
[0035] 图10是本发明齿轮离合机构的实施例二的结构示意图。
[0036] 图11是本发明放疗设备中齿轮离合机构与治疗头的结构配合示意图一。
[0037] 图12是本发明放疗设备中齿轮离合机构与治疗头的结构配合示意图二。
【具体实施方式】
[0038] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具 体实施方式作详细说明。
[0039] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限 制。
[0040] 实施例一
[0041] 图4是本发明齿轮离合机构的实施例一的立体图。
[0042] 如图4所示，本发明齿轮离合机构400安装于一基座上（图中未示），齿轮离合机 构400包括从动齿轮410、导向件420、安装板430、推动组件440及驱动齿轮450。其中，从 动齿轮410固定在所述基座上，且可以在所述基座上转动。导向件420同样也固定在所述 基座上。安装板430通过导向件420设置在所述基座上方，使得安装板430由导向件420 可滑动地支撑，例如安装板430能够在推动组件440的推力下靠近或者远离从动齿轮410。 推动组件440主要用于推动安装板430沿着导向件420滑动。在安装板430上设置有可转 动的驱动齿轮450,使得驱动齿轮450位于推动组件440和从动齿轮410之间。
[0043] 图5是本发明齿轮离合机构的实施例一中驱动齿轮和检测齿轮的布置示意图。
[0044] 如图5所示，在本实施例中，齿轮离合机构400还包括检测齿轮460。此处，检测齿 轮460同样设置在安装板430上，且位于推动组件440和从动齿轮410之间。在本实施方 式中，检测齿轮460和驱动齿轮450分别分布在推动组件440的两侧。
[0045] 优选地，将驱动齿轮450的旋转中心a和检测齿轮460的旋转中心b对称分布在 从动齿轮410和凸轮443的旋转中心所在的直线两侧。推动组件440包括前挡块441、后 挡块442和凸轮443,其中，前挡块441和后挡块442相互平行地固定在安装板430上。凸 轮443可转动地固定至所述基座上，并且设置在前挡块441和后挡块442之间，用以向前挡 块441或后挡块442施加推力。凸轮443的主要作用在于推动前挡块441以实现齿轮的啮 合，以及推动后挡块442以实现齿轮的分离。这样，当转动凸轮443时，安装板430沿箭头 AB方向靠近或远离从动齿轮410,从而带动驱动齿轮450和检测齿轮460同时靠近或远离 从动齿轮410,使得驱动齿轮450和检测齿轮460能够实现与从动齿轮410的同步啮合和分 离。
[0046] 图6是本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮顶后挡块时的状态示意图。图7是 本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮开始顶前挡块时的状态示意图。图8是本发明齿轮 离合机构的实施例一中凸轮顶紧前挡块时的状态示意图。
[0047] 如图6-8所示，本发明通过导向件420、安装板430及推动组件440的配合来实现 驱动齿轮450、检测齿轮460与从动齿轮410的离合。也就是说，当推动组件440推动安装 板430滑动靠近从动齿轮410时，驱动齿轮450和检测齿轮460靠近从动齿轮410直至它 们相互啮合。当推动组件440推动安装板430滑动远离从动齿轮410时，驱动齿轮450远 离从动齿轮410直至它们相互分离。
[0048] 其中，凸轮443固定至所述基座的方式有多种，例如，将凸轮443设置在安装板430 的上表面，通过旋转轴444固定至所述基座，即旋转轴444的一端穿过安装板430固定至所 述基座。或者，也可以优选地将凸轮443设置在安装板430和所述基座之间，通过旋转轴固 定至所述基座。在这种情况下的所述旋转轴的一端穿过安装板430,另一端固定至所述基 座，只需旋转所述旋转轴的任意一端，使得凸轮443旋转即可。当然推动组件440的设置方 式具有多种形式，此处不作一一例举，其他变化的形式同样能够起到推动前挡块441和后 挡块442的作用，本发明不受举例的限制。
[0049] 优选地，本实施例中的导向件420包括导轨滑槽421，将导轨滑槽421固定在所述 基座上，可以直接通过安装板430的两端滑设在相应的导轨滑槽421内，实现安装板430在 所述基座上方滑动，靠近或者远离从动齿轮410。
[0050] 为了与上述导轨滑槽421相配合，如图4所示，可以在安装板的两侧分别设置有导 轨滑块422。本领域技术人员可以理解，导轨滑槽421和导轨滑块422其中之一者可以固定 在所述基座上，对应的导轨滑块422或导轨滑槽421可以固定在安装板430的两侧，这样， 导轨滑槽421和导轨滑块422相互配合滑动。这种结构可以更加平稳地实现安装板430在 所述基座上方滑动，靠近或者远离从动齿轮410。本领域技术人员还可以理解，还可以在基 座上设置其他导向件，诸如具有特定形状的凸块，相应地，可以在安装板上设置对应形状的 凹槽，彼此可滑动地适配，也可以达到本发明的目的。
[0051] 当然导向件420的设置方式具有多种形式，此处不作一一例举，其他变化的形式 同样能够实现安装板430在所述基座上方滑动的作用，本发明不受此处举例的限制。
[0052] 图9是本发明齿轮离合机构的实施例一中凸轮的结构示意图。
[0053] 如图9所示，凸轮443包括凸出端4431，主要用于推动前挡块441和后挡块442。 设定凸出端4431至凸轮443的旋转中心0的距离为Ra，前挡块441和后档块442之间的距 离为s，则凸出端4431、前挡块441和后挡块442之间需要满足：Ra< s〈2Ra。优选地，凸出 端4431呈圆弧状，并且以凸出端4431的圆心作为凸轮443的旋转中心0。这种结构使得凸 轮443的旋转更加地平滑顺畅。
[0054] 更进一步优选地，凸轮443还包括另一端部4432。端部4432与凸出端4431相对 地设置。设定端部4432至凸轮443的旋转中心0的距离为Rb，则凸出端4431、端部4432、 前挡块441和后挡块442之间需要满足：Ra+Rb < s〈2Ra。也就是说，前挡块441和后挡块 442之间距离s要大于等于凸轮的大小，即s彡Ra+Rb ;为了使凸轮443可以推动前挡块441 和后挡块442,则前挡块441和后挡块442之间的距离s需要取2Ra和2Rb中的最大值，设 定 Ra>Rb 时，即 s〈2Ra。
[0055] 具体地说，首先计算齿轮之间从啮合到分离的过程中，前挡块441和后挡块442需 要运动的最小距离Sl。按照标准齿轮计算，从动齿轮410的齿数为Zl，驱动齿轮450和检 测齿轮460的齿数为Z2,齿轮模数为m，驱动齿轮450和检测齿轮460的中心距为a2。驱动 齿轮450和检测齿轮460的齿轮齿顶高为h，齿轮分离沿着齿轮中心线的最小距离为2h。
[0056] 因此，前挡块441和后挡块442需要运动的最小距离（即齿轮分离的最小行程） 为：
[0058] 特别地，考虑到在齿轮啮合的时候，齿轮啮合传动的力会有一部分传到前挡块 441。为了实现凸轮443的自锁，使其不受前挡块441压力的影响，则前挡块441对凸轮443 的压紧力必须正好通过凸轮443的旋转轴心0,这样凸轮就不会在受到前挡块441压力的时 候自行转动。
[0059] 为了实现上述自锁，如图9所示，圆弧⑶的圆心必须在凸轮443的旋转中心0处， 即圆弧CD是以凸轮的旋转中心为圆心的圆弧。圆弧CE和圆弧DF均为过渡圆弧，使得整个 4431能够更加顺畅地转动。这样当圆弧⑶压紧前挡块441的时候，圆弧⑶与前挡块441 相切，则此时的压紧力正好能通过凸轮443的旋转中心0。圆弧CD的长度可以根据实际需 求来确定。在圆弧CD顶紧前挡块441后，在圆弧CD与前挡块441接触的整个过程中，前挡 块441是没有相对运动的，圆弧CD的长度代表了凸轮443自锁的容错率。也就是说，圆弧 ⑶长，则凸轮443自锁的容错率大，圆弧⑶短，则凸轮443自锁的容错率小。
[0060] 根据上述条件的推导，设定凸轮443的行程为H，则H = 2Ra_s，所述凸轮的行程H 表示的是前挡块441和后挡块442被凸轮443推动的行程。所述行程H大于前挡块441或 后档板442带动安装板430需要运动的最小距离，以使驱动齿轮450、检测齿轮460和从动 齿轮410离合，即H = 2Ra-s>Sl。也就是说，前挡块441和后挡块442需要运动的最小距离 Sl〈2Ra_s〇
[0061] 如上所述，特别当前挡块441和后挡块442之间的距离s等于Ra+Rb时，凸轮443 的行程H = Ra-Rb。
[0062] 根据上述结构，如图6-图8所示，本发明齿轮离合机构的运动方式如下：凸轮443 转动，通过顶住前挡块441或后挡块442，使得安装板430通过导轨滑块422在导轨滑槽421 内滑动，从而使得安装板430靠近或者远离从动齿轮410。这样可以使得驱动齿轮450和检 测齿轮460与从动齿轮410中心距得以调整，实现离合功能。当凸轮443顶紧前挡块441 时，驱动齿轮450、检测齿轮460与从动齿轮410中心距达到最小，实现驱动齿轮450、检测 齿轮460与从动齿轮410相互完全啮合。此时齿轮之间的间隙为最小，传动精度最高。当 凸轮443顶紧后挡块442时，驱动齿轮450、检测齿轮460与从动齿轮410中心距达到最大， 实现驱动齿轮450、检测齿轮460与从动齿轮410相互完全分离。
[0063] 实施例二
[0064] 图10是本发明齿轮离合机构的实施例二的结构示意图。
[0065] 如图10所示，本实施例的结构与实施例一基本相同，其不同之处在于：齿轮离合 机构500包括从动齿轮510、安装板520、驱动齿轮530 (不包括检测齿轮）和推动组件。所 述推动组件包括设置在安装板520上的前挡块540、后挡块550和凸轮560。优选地，将驱 动齿轮530、从动齿轮510和凸轮560的旋转中心位于一直线上。
[0066] 图11是本发明放疗设备中齿轮离合机构与治疗头的结构配合示意图一。图12是 本发明放疗设备中齿轮离合机构与治疗头的结构配合示意图二。
[0067] 如图11和图12所示，本发明放疗设备600包括治疗头610和驱动装置，放疗设备 600还包括如上齿轮离合机构400。治疗头610与齿轮离合机构400的从动齿轮410可驱 动地连接，所述驱动装置与齿轮离合机构400的驱动齿轮可驱动地连接。
[0068] 此处，齿轮离合机构400用于RT治疗头610,以驱动治疗头610的旋转。放疗设 备600还包括基座640、电机和涡轮减速箱630、治疗臂620及编码器650。其工作原理为： 电机和涡轮减速机630驱动齿轮，以此带动从动齿轮410旋转。从动齿轮410和治疗头610 可驱动地连接，从而使得治疗头610能跟随从动齿轮410 -同旋转。这里的涡轮减速箱630 采用自锁型式，所以治疗头610无法从外部旋转。
[0069] 导轨滑槽421固定在基座640上。从动齿轮410固定在基座640上的回转轴承上， 治疗头610可驱动地连接在从动齿轮410上，从而能够跟随从动齿轮410 -起旋转。齿轮 离合机构400的驱动齿轮与电机和涡轮减速机630可驱动地连接，电机和涡轮减速机630 会带动驱动齿轮旋转，而驱动齿轮的旋转会带动从动齿轮410 -起旋转。另外，齿轮离合机 构400的检测齿轮与编码器650固定连接，从动齿轮410旋转会带动所述检测齿轮一起旋 转，从而带动编码器650旋转，以此对从动齿轮410旋转的角度进行检测。
[0070] 综上所述，本发明齿轮离合机构通过采用独特的凸轮机构，使得齿轮在径向方向 上能够方便地实现离合。而且通过该凸轮机构还可以控制齿轮啮合的中心距，达到调整齿 轮传动精度的目的。同时，通过调整凸轮的轮廓，可以形成比较大的死角，实现良好的锁紧 功能。采用本发明齿轮离合机构的放疗设备能够更好地提高治疗的高精度和安全要求，其 使用更加方便，适合频繁地维护和维修。
[0071] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员 应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作 出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变 型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
【主权项】
1. 一种齿轮离合机构，安装于一基座，其特征在于，所述齿轮离合机构包括： 从动齿轮，可转动地固定至所述基座上； 导向件，固定在所述基座上； 安装板，其由所述导向件可滑动地支撑； 驱动齿轮，可转动地固定到所述安装板上； 推动组件，用于推动所述安装板沿着所述导向件滑动，当所述推动组件推动所述安装 板滑动靠近所述从动齿轮时，所述驱动齿轮靠近所述从动齿轮直至相互啮合；当所述推动 组件推动所述安装板滑动远离所述从动齿轮时，所述驱动齿轮远离所述从动齿轮直至相互 分呙。2. 根据权利要求1所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述推动组件包括： 前挡块和后挡块，相互平行地固定在所述安装板上； 凸轮，可转动地固定至所述基座上，且设置在所述前挡块和所述后挡块之间，用以向所 述前挡块和所述后挡块施加推力。3. 根据权利要求2所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述凸轮包括凸出端，用于推动 所述前挡块和所述后挡块，所述凸出端至所述凸轮的旋转中心的距离为Ra，所述前挡块和 所述后档块之间的距离为s，且Ra彡s〈2Ra。4. 根据权利要求3所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述凸出端呈圆弧状，且所述凸 出端的圆心为所述凸轮的旋转中心。5. 如权利要求3所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述凸轮还包括另一端部， 所述端部与所述凸出端相对设置，所述端部至所述凸轮的旋转中心的距离为Rb，且 Ra+Rb < s〈2Ra。6. 根据权利要求5所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述凸轮的行程为H，且Η = 2Ra-s，所述凸轮的行程Η大于所述前挡块或所述后档块带动所述安装板需要运动的最小 距离，以使所述驱动齿轮和所述从动齿轮离合。7. 根据权利要求2所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述驱动齿轮、所述从动齿轮和 所述凸轮的旋转中心位于一直线上。8. 根据权利要求1所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述齿轮离合机构还包括检测 齿轮，所述检测齿轮设置在所述安装板上，且位于所述推动组件和所述从动齿轮之间。9. 根据如权利要求8所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述驱动齿轮和所述检测齿 轮的旋转中心对称分布于所述从动齿轮和所述凸轮的旋转中心所在的直线两侧。10. 根据权利要求1所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述导向件包括导轨滑槽，所 述导轨滑槽固定在所述基座上，所述安装板的两端滑设在相应的所述导轨滑槽内。11. 根据权利要求1所述的齿轮离合机构，其特征在于，所述齿轮离合机构还包括导 轨滑块或导轨滑槽，所述导向件为与之配合的导轨滑槽或导轨滑块，所述导轨滑槽或所述 导轨滑块固定在所述基座上，对应的所述导轨滑块或所述导轨滑槽固定在所述安装板的两 端，所述导轨滑槽和所述导轨滑块相互配合滑动。12. -种放疗设备，包括治疗头和驱动装置，其特征在于，所述放疗设备还包括如权利 要求1-11任意一项所述的齿轮离合机构，所述治疗头由所述齿轮离合机构的所述从动齿 轮可驱动地连接，所述驱动装置与所述齿轮离合机构的所述驱动齿轮可驱动地连接。
【文档编号】A61N5/10GK105987091SQ201510058207
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】翟明春
【申请人】上海联影医疗科技有限公司