股骨头坏死是一种严重的骨科疾病,目前这种病的常用治疗方法有药物疗法和手术治疗。手术治疗主要采用钻孔减压手术,以促使血流恢复、缓解疼痛,但对正常组织的创伤大,恢复期长。如何尽量减小创伤,缩短病人恢复期,减轻病人痛苦,是一项重要的课题。本文设计了一种可变径骨钻系统。手术时,先以小直径钻头钻入,到达病变区后,刀具展开、直径变大,再钻削病变区。由此达到减小对正常组织创伤的目的。针对该骨钻系统主要做了以下几方面工作:一、机械结构设计。包括运动执行部分、动力驱动部分、刀具切削部分、排屑冷却部分、定位操作台。运动执行部分主要实现刀具切削和进给功能;动力传输部分主要提供刀具旋转、进给和变径的动力;排屑冷却部分主要功能是带走钻削过程中产生的切屑;定位操作台作用是固定骨钻位置,可实现三自由度运动。二、控制系统研究。控制部分主包括刀具张开的角度、转速的控制,利用传感器测量带动刀具展开钢丝绳的拉力,反馈到单片机系统,通过主程序和子程序来控制实现实现刀具的变径、进给等动作。针对传感器、单片机、电机等硬件进行了设计和选择。三、关键零部件的有限元分析和校核。重点针对刀具和刀杆的强度、刚度、稳定性进行计算校核。根据刀具和刀杆的材料与受力情况,利用ANSYS软件对其建模并进行有限元分析;由于工作中的丝杠会受到较大载荷,丝杠长径比较大,存在一定程度的挠曲变形,因此必须计算丝杠受力后最大的挠曲变形量,保证该变形量在许用范围内,故对丝杠进行校核计算。