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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(論文)
新型多功能醫(yī)療床改進設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也顯得越來越頻繁，先進技術(shù)的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起點。目前，可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)在電子科技、計算機技術(shù)及機器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，多功能醫(yī)療床結(jié)構(gòu)要適應(yīng)的變化才能提高水平和質(zhì)量。我們只有將技術(shù)有效的結(jié)合才能更好的推動新科技的發(fā)展，因此多功能醫(yī)療床結(jié)構(gòu)的設(shè)計對于解決這一難題至關(guān)重要。
關(guān)鍵詞：多功能醫(yī)療床結(jié)構(gòu)，升降機構(gòu)
28
Abstract
With the development of science and technology, the application of the adjustable structure becomes more and more frequent, the development of advanced technology are continuously from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, the adjustable structure in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot plays an important role in. In any case, changes to adjustable bed structure to adapt to improve the level and quality of. We only have the technology must be combined effectively in order to better promote the development of new technology, so the adjustable bed structure design is very important for solving this problem.
Keywords: adjustable bed structure, lifting mechanism
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1課題研究的目的 1
1.2多功能醫(yī)療床研究概況 1
1.3 本課題的研究內(nèi)容 5
第2章 課題總體設(shè)計 6
2.1總體布置原則 6
2.2 多功能醫(yī)療床的設(shè)計 6
2.2.1多功能醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)形式 6
2.2.2 多功能醫(yī)療床的設(shè)計規(guī)范及尺寸確定 6
2.3 多功能醫(yī)療床開合的兩種機構(gòu)形式 7
第3章 主要零部件分析計算 9
3.1 實例分析 9
3.1.1多功能醫(yī)療床開合的結(jié)構(gòu)簡化 9
3.1.2機構(gòu)受力分析 9
3.2 剪叉臂長度及安裝位置的確定 12
3.3 強度校核 13
3.3.1 剪叉臂的強度校核 13
3.3.2 底架固定橫梁的強度校核 16
3.4 軸的強度校核 19
3.4.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強度校核 19
3.4.2尾部銷軸的強度校核 19
3.4.3支撐軸的強度校核 20
第4章 絲杠結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 21
4.1滾珠絲桿副的選擇 22
4.1.1導(dǎo)程確定 22
4.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 22
4.1.3估計質(zhì)量及負重 22
4.1.4確定絲桿的等效負載 22
4.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 23
4.1.6精度的選擇 24
4.1.7選擇滾珠絲桿型號 24
4.2校核 24
4.2.1 臨界壓縮負荷驗證 25
4.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗證 25
4.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 26
總結(jié) 28
參考文獻 29
致謝 30
第1章 緒論
1.1課題研究的目的
近年來，全球范圍內(nèi)自然災(zāi)害、災(zāi)難事故、公共衛(wèi)生事件、社會安全事件等突發(fā)公共事件頻發(fā)，已經(jīng)嚴重影響了人類的生命與發(fā)展。我國每年因自然災(zāi)害、災(zāi)難事故以及社會治安等公共安全問題造成的GDP損失高達6％，并有約20萬人被奪去生命。在各種災(zāi)難或事故現(xiàn)場,路面受到破壞,凸凹不平,使救護車無法到達現(xiàn)場,需要救護人員把傷病員從事故現(xiàn)場移送到救護車可到達的救護醫(yī)療點。然而很多傷病員由于在這段救援過程中,由于救援處理得不好,而造成了二次傷害，使得救援的效率大打折扣。
多功能醫(yī)療床作為醫(yī)院救護及運送病人過程中主要的搬移設(shè)備，首先應(yīng)具有靈巧輕便且需要護理人員少的特點，這樣才能在最短時間內(nèi)對病人進行轉(zhuǎn)移；其次還應(yīng)具有較好的動平衡性及減震性等，以減小甚至消除病人在推送途中所受的顛簸及可能發(fā)生的二次傷害。
多功能醫(yī)療床作為病人的主要工具,對其使用歷來已久,人們根據(jù)各個時期對多功能醫(yī)療床提出的使用要求與功能,不斷的對其進行改進,使其功能越來越強大、越來越完善。目前,已經(jīng)開發(fā)出一些輔助搬運器械來解決不能獨立行走病人搬運的問題，這大大降低了護理人員的工作強度及運送過程中可能對病人造成的二次傷害系數(shù)。
1.2多功能醫(yī)療床研究概況
我國對多功能醫(yī)療床的研究起步較早，就目前檢索的文獻看，國內(nèi)最早關(guān)于多功能醫(yī)療床的專利申請是1988年戚鵬飛等研制的多功能醫(yī)用多功能醫(yī)療床，其設(shè)計的多功能醫(yī)療床可以通過控制裝置轉(zhuǎn)換為輪椅車，這標志著我國對多功能醫(yī)療床的研究由使用階段轉(zhuǎn)變到了開發(fā)設(shè)計階段。隨其后，國內(nèi)無論是對多功能醫(yī)療床的專利申請還是文獻都大量增加。1990年張彥恩等人在其專利申請中介紹了一種帶斜板式病院轉(zhuǎn)移裝置,該裝置通過滾軸滑板和斜板的配合使用,在進行有高度差的床面與推車間的病人搬移時,只需將斜板在不同的高度進行固定,而后利用滑板將病人沿斜板進行推運到多功能醫(yī)療床上，此種搬運方法可實現(xiàn)病人的快速有效搬運。除此以外，該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單,價格低等優(yōu)點。1992年黃興運在其專利設(shè)計中介紹了一種帶有可變換角度靠背及車腿可收放的多功能醫(yī)療床。該多功能醫(yī)療床的研究主要針對當時我國在急救過程中運送病員時多采用兩人抬擔架或者固定式多功能醫(yī)療床的現(xiàn)狀。當多功能醫(yī)療床在地上運行時，將鎖止器的鎖頭插入推車上腿一端的空槽中，進行多功能醫(yī)療床直立推送，當多功能醫(yī)療床上救護車時，拔動鎖止器鎖桿，將鎖止器鎖頭從上腿的空槽中拔出，即可輕而易舉的將多功能醫(yī)療床推上救護車。使用該多功能醫(yī)療床，可在平地上進行病人的推送又可將車帶人一起快速平穩(wěn)的進入救護車，此設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，同時減小了病人的痛苦。1993年馬曄楠研制出的一種可升降且利用傳送帶進行平移的多功能醫(yī)療床及2008年劉曉妹等在專利一種床面可平移多功能醫(yī)療床中介紹了利用傳送帶進行平移多功能醫(yī)療床，此兩種多功能醫(yī)療床都是利用傳送帶形式進行病人的平移操作。馬曄楠所研究的多功能醫(yī)療床，其工作過程是這樣的：首先通過剪式支撐臂的傳動來完成多功能醫(yī)療床的升降動作，以適合病床、手術(shù)床和檢測床之間的高度差；然后借助滾動軸承利用臺面沿升降架上導(dǎo)向槽的水平推入與退出來實現(xiàn)病人的床位轉(zhuǎn)換。該多功能醫(yī)療床運行平穩(wěn)，可減輕護理人員體力勞動與病人痛苦。劉曉妹在2008年提出的多功能醫(yī)療床方案將臺面取消，直接用帶有軟導(dǎo)軌的、比較厚的環(huán)形擔架床面來運送病人。當病人躺在環(huán)形擔架床面上時，利用手柄銷轉(zhuǎn)動槽輪轉(zhuǎn)動，槽輪轉(zhuǎn)動時通過軟導(dǎo)軌帶動環(huán)形臺面轉(zhuǎn)動，這樣就可以帶動病人移動，但此裝置只能將病人移動到多功能醫(yī)療床的邊緣地帶，但是該多功能醫(yī)療床大大的解決了不能很好解決病人從多功能醫(yī)療床上順利轉(zhuǎn)移的問題。由此二例可見，傳送帶這種搬移病人的形式，能將復(fù)雜的工作簡易化，系統(tǒng)化。1994年李向前開發(fā)了一種可升降分離板式多功能醫(yī)療床,利用分離板進行病人在床位間的搬運,避免了直接搬動病人可能帶來的各種二次傷害。使用此多功能醫(yī)療床時，首先通過升降控制機構(gòu)將多功能醫(yī)療床調(diào)節(jié)高度與病床或者手術(shù)床大致等高，然后平移擔架板，將病人通過擔架板推送至病床上或者手術(shù)床上時，將擔架板分離，即可將病人放置于病床或者手術(shù)床中間位置；病人從病床或者手術(shù)床上移至多功能醫(yī)療床上的過程與前述過程恰好相反。該車利用分離板的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，搬運病人快捷方便。同年,田慶彬與顧榮林二人在他們的申請專利中介紹了一種具有可調(diào)靠背和斜靠背、輸液架兩大輪兩小輪可升降多功能醫(yī)療床，該多功能醫(yī)療床功能較以前的多功能醫(yī)療床形式功能較多且比較完善。1997年潘秉章等人共同開發(fā)了一種床面可平移且具有減震系統(tǒng)的多功能醫(yī)療床，減震系統(tǒng)采用人性化設(shè)計理念，減少了病人在搬運過程中的顛簸；除此之外，此車還利用了可與多功能醫(yī)療床分離且可縱向橫向移動的床面，還設(shè)計了靠背裝置，這極大程度簡化了病人床位轉(zhuǎn)換的步驟。2000年陳洪濤在其專利中介紹了一種利用液壓驅(qū)動升降及橫向平移的多功能醫(yī)療床，首次將液壓傳動應(yīng)用到了多功能醫(yī)療床領(lǐng)域。2001年鄭中富研制開發(fā)了免搬運多功能醫(yī)療床，該車升降系統(tǒng)采用液壓控制，平移板縱向可分成兩部分且前部分能折下折平，后半部分能在多功能醫(yī)療床上橫向移動。當搬運病人時，利用液壓控制系統(tǒng)對車面高度進行調(diào)節(jié)，當車面與病床或者手術(shù)床大致等高時，即可通過板的橫向移動來進行病人床位轉(zhuǎn)移操作。該車利用液壓系統(tǒng)進行控制，當時在國內(nèi)已達領(lǐng)先水平，且搬運病人容易方便，節(jié)省了時間和人力；該車還配有減震系統(tǒng)，減少了病人的顛簸之苦。2002年周志坤等人在總結(jié)了前人的研究成果的基礎(chǔ)上，研制了一種運送病人水平多功能醫(yī)療床，該多功能醫(yī)療床采用新的結(jié)構(gòu)形式，在以前的多功能醫(yī)療床的裝置上增加了輸液架、引流裝置、床板減震裝置、衣櫥等裝置，這給醫(yī)護人員帶來很大的便利，使他們在工作過程中能利用多功能醫(yī)療床為病員做及時有效的護理工作。2004年楊月誠等人在其專利全自動直推式多功能醫(yī)療床中提出了一種利用四桿機構(gòu)進行控制的可全自動直推式上下救護車的多功能醫(yī)療床。多功能醫(yī)療床上車時，前撞桿撞到救護車底板時自動收攏，繼續(xù)推多功能醫(yī)療床，后撞桿也與救護車底板相撞，也同樣會自__動收起；下車過程與上車過程剛好相反。該多功能醫(yī)療床可實現(xiàn)單人直推，不必手動調(diào)節(jié)上下車裝置；操作迅速、質(zhì)輕平穩(wěn)、節(jié)省救護時的人力和時間等一系列優(yōu)點。2005年張其江提出在多功能醫(yī)療床的驅(qū)動方式上利用電驅(qū)動式來改變當前多人進行推送的現(xiàn)狀，借助電力驅(qū)動來節(jié)省人力。2005年孫建發(fā)明的軌道側(cè)移式病員搬運轉(zhuǎn)運多功能醫(yī)療床、2006年華婷研制的換床單架車與2007年徐于保發(fā)明的一種方便病人搬運的多功能醫(yī)療床,都能實現(xiàn)擔架板相對車架的側(cè)向滑移,將病人進行床位轉(zhuǎn)換。孫建研究的多功能醫(yī)療床利用手搖裝置和齒輪驅(qū)動主擔架在支撐擔架上進行平移，利用液壓控制系統(tǒng)進行升降控制；此外，該多功能醫(yī)療床還配備了供氧裝置、儲物柜、可移動儲物筐、輸液架、彈簧式減震器等輔助裝置。該車運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，功能完善，推進方向一人可控，但由于使用了液壓控制，相對于純機械，可能有漏油現(xiàn)象且該車結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。華婷研制的多功能醫(yī)療床利用上下滑塊的相對滑動進行擔架床面的平移，搬運病人時，先調(diào)節(jié)升降車高度以適應(yīng)搬運需求，而后只需將擔架面沿水平推出即可實現(xiàn)搬運。該車利用防傾覆護欄減少了搬運過程中傾倒的可能性，該車結(jié)構(gòu)合理，進行病人床位轉(zhuǎn)移時操作簡便。徐于保利用傳送帶的形式進行病人的搬運且床面可與多功能醫(yī)療床成一定角度轉(zhuǎn)換，其研制的多功能醫(yī)療床可便捷的搬運病人。2006年華曉度提出了一種利用電機驅(qū)動多塊水平床板移動且電力驅(qū)動升降的多功能醫(yī)療床，將電力驅(qū)動應(yīng)用到了多功能醫(yī)療床研發(fā)領(lǐng)域。2008年劉曉妹等利用齒輪傳動及螺紋自鎖原理研制了一種可升降式多功能醫(yī)療床，利用手搖裝置對齒輪進行驅(qū)動，一對嚙合的錐齒輪的被動齒輪的內(nèi)螺紋與螺桿的外螺紋相咬合，進行升降控制，該結(jié)構(gòu)簡單合理，具有一定的理論意義與實踐意義。2003年許志華研制了一種半自動擔架救護車，并對該多功能醫(yī)療床進行了運動仿真，將多功能醫(yī)療床的研制理論化、系統(tǒng)化。2003年倪勇猛提出了多功能醫(yī)療床的人性化改進，在多功能醫(yī)療床的病人頭部位置增加了一組減震裝置，減輕了病人， 特別是頭部受傷的病人的痛苦。2010年王志學(xué)等人利用復(fù)雜的連桿機構(gòu)進行了折疊式多功能醫(yī)療床的創(chuàng)新設(shè)計并已經(jīng)取得成功。
在國外，人們也已經(jīng)開發(fā)了多種輔助工具用于病人的床位轉(zhuǎn)移，如滑行墊、滑動板和滑動擔架等裝置，由于使用上述設(shè)備時都要使病人傾斜,有些設(shè)備使用時不免要對病人進行拉扯，這些操作都容易對病人造成二次傷害，因此這些設(shè)備很難得到大力的推廣與應(yīng)用。如果需要對病人進行水平搬移，則只能依靠人力，這對護理人員來說需要很大的體力支出?；谏鲜鰡栴}，國外的研究人員將工作重心轉(zhuǎn)移到了機電一體化產(chǎn)品開發(fā)上，因此各種輔助搬移病人的機電設(shè)備應(yīng)運而生。典型設(shè)備有由FUJIDA[32]提出的“Torancemover”。該設(shè)備主要是由安裝在多功能醫(yī)療床上的驅(qū)動電機和控制器來驅(qū)動安裝在上下兩金屬板上的皮帶旋轉(zhuǎn)來搬移病人。TAKAOKA等和KAKUTANI等開發(fā)了一種助力搬移設(shè)備,這種設(shè)備主要是利用控制桿來控制搬移金屬板進行病人的搬運。日本DAIHEN公司開發(fā)的擔架與搬運車分離的搬運設(shè)備，該多功能醫(yī)療床采用傳送帶傳送形式，利用控制算法驅(qū)動電機對傳送帶進行控制，此搬運裝置有兩種類型：（1）KASAGAMI等提出的插入板較厚的搬移設(shè)備；（2）王洪波、笠上文男提出的插入板較薄的搬移設(shè)備。第二種采用能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的模塊化設(shè)計和體積小、功能多、高智能的嵌入式控制系統(tǒng)使設(shè)備能平穩(wěn)的插入病人身下對病人實行平移搬運，該設(shè)備搬運時分為抬升、移動、放下三部分，通過控制不同驅(qū)動電機的運轉(zhuǎn)情況進行皮帶的驅(qū)動，這樣既可以實現(xiàn)三個工作部分的有機結(jié)合。通過臨床試驗，該設(shè)備護士的可操作性高，可實現(xiàn)病人不變體位進行床位轉(zhuǎn)移，大大減少護士的體力勞動。
就國內(nèi)的情況可知，國內(nèi)的多數(shù)研究人員__的開發(fā)與研究主要還是集中在機械式的多功能醫(yī)療床，多功能醫(yī)療床的功能逐漸趨于完善，且結(jié)構(gòu)也相對簡單；而國外已經(jīng)進入了機電設(shè)備研發(fā)階段。雖然機電設(shè)備護士的可操作性高，但由于目前人們對電的恐懼感，很多病人在通過機電設(shè)備的搬移設(shè)備時，總不免會緊張，甚至有些患者不適應(yīng)這些機電設(shè)備，且由于機電設(shè)備造價昂貴，因此一直未能打開市場；液壓設(shè)備的漏油現(xiàn)象對醫(yī)院這種需要嚴格消毒的場所不免有些局限性，且液壓設(shè)備也相對較貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以要求簡單輕便的多功能醫(yī)療床目前還很少采用液壓式的。雖然多種多樣的多功能醫(yī)療床已在醫(yī)院里應(yīng)用，但都沒有很好的解決不變體位的進行病人轉(zhuǎn)移操作。
現(xiàn)在輔助搬移病人的機電設(shè)備是一個研究熱點，很多醫(yī)療器械企業(yè)及科研工作者都將研究重心放在了機電設(shè)備的開發(fā)上，但由于目前在這方面的技術(shù)還并未成熟，所以目前機電輔助搬移設(shè)備還很少，但是隨著科學(xué)的進步及技術(shù)的發(fā)展，機電一體化或者機電液（氣）一體化,甚至復(fù)雜機電系統(tǒng)的輔助搬移設(shè)備必將成為主要發(fā)展方向。
通過本次畢業(yè)設(shè)計將對多功能醫(yī)療床領(lǐng)域有一個全新的認識，傳統(tǒng)的急救多功能醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，外觀比較笨重，減震功能小。不宜在災(zāi)難急救中攜帶使用，容易對病人造成二次傷害。為了提高救護車多功能醫(yī)療床的舒適性，根據(jù)臥位人體振動響應(yīng)的特點和汽車懸架系統(tǒng)的振動特性，本設(shè)計進行全面機構(gòu)創(chuàng)新改革，應(yīng)用連桿機構(gòu)的傳動原理，合理設(shè)計多功能醫(yī)療床的減震裝置，并適應(yīng)擔架支架的結(jié)構(gòu)。使其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有效的減小了由車身輸入的振動能量，提高了降低舒適限度的耐受時間。具有簡便快捷、體型輕巧、結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶、操作，占用救護人員少、抗震度高，對傷員二次傷害小的優(yōu)點。對于災(zāi)難中對生命的及時搶救有著重要作用。
1.3 本課題的研究內(nèi)容
本設(shè)計主要研究的內(nèi)容有：多功能醫(yī)療床結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算、多功能醫(yī)療床機構(gòu)的設(shè)計計算、傳動裝置選型，并用總布置草圖表達主要底盤部件的改動和重要工作裝置的布置；最后通過正確的計算，完成部部件設(shè)計選型，達到工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的設(shè)計要求，并附之以總裝配圖，清楚表達設(shè)計。
第2章 課題總體設(shè)計
2.1總體布置原則
在進行總體布置時應(yīng)按照以下原則：
盡量避免對多功能醫(yī)療床各總成位置的變動因為一些總成部件位置的變動，不僅會增加成本，而且也可能影響到整車性能。但有時為了滿足專用工作裝置的性能要求，也需要作一些改動，如截短原多功能醫(yī)療床的后懸、燃油箱和備胎架的位置作適當調(diào)整等。但改變的原則是不影響整車性能。
應(yīng)滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分發(fā)揮
應(yīng)符合有關(guān)法規(guī)的要求
例如對整車的長、寬、高、后懸等尺寸在相關(guān)法規(guī)中部有明確的規(guī)定，一定不能超出標準的要求。
2.2 多功能醫(yī)療床的設(shè)計
2.2.1多功能醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)形式
多功能醫(yī)療床一般是由前欄板、左右側(cè)欄板，圖2-3為典型的底板橫剖面呈矩形的后傾式多功能醫(yī)療床結(jié)構(gòu)。為避免裝載時物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常多功能醫(yī)療床前欄板加做向上前方延伸的防護擋板。多功能醫(yī)療床底板固定在多功能醫(yī)療床底架之上。多功能醫(yī)療床的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強筋。
2.2.2 多功能醫(yī)療床的設(shè)計規(guī)范及尺寸確定
將全金屬焊接多功能醫(yī)療床設(shè)計成等剛度體多功能醫(yī)療床是自卸汽車設(shè)計的重點.但是很難既能保證高強度又能保證輕量化。
就整車而言，可以看成由車輪、前軸、后橋殼、懸架、車架、多功能醫(yī)療床及其橡膠緩沖塊等不同剛度單元組合而成的彈性體，受力時，將按照各自的剛度產(chǎn)生各自的變形，其變形量與剛度成反比，吸收的能量與剛度成正比。
多功能醫(yī)療床剛度，無論是彎曲剛度還是扭轉(zhuǎn)剛度，都會增加車架的相應(yīng)剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補償?shù)摹．斊嚽昂笞笥臆囕喬幱诟卟钶^大的路面，車架扭曲較大時，多功能醫(yī)療床應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動性。如果車相的扭轉(zhuǎn)剛度過大，當車架扭轉(zhuǎn)到一定程度時，多功能醫(yī)療床前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置，多功能醫(yī)療床縱梁的另一側(cè)可能離開緩沖塊，多功能醫(yī)療床前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果多功能醫(yī)療床扭轉(zhuǎn)剛度過小，能與車架扭轉(zhuǎn)隨動，當車架產(chǎn)生較大扭曲時，多功能醫(yī)療床可能因變形過大而早期損壞。
全金屬焊接等剛度多功能醫(yī)療床設(shè)計的規(guī)范化的定量的設(shè)計計算方法并不是很完善，根據(jù)一些經(jīng)驗，可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗數(shù)據(jù)：
2.3 多功能醫(yī)療床開合的兩種機構(gòu)形式
圖2-1 機構(gòu)一
圖2-2 機構(gòu)二
后多功能醫(yī)療床開合的兩種機構(gòu)形式如圖2-1和圖2-2所示，它們只是兩側(cè)相同機構(gòu)的一側(cè)。由以上兩圖可看出，機構(gòu)一（圖2-1）是全部為固定鉸支座的兩平行桿同步運動的結(jié)構(gòu)，機構(gòu)二（圖2-2）是兩固定鉸支座和兩個滑動鉸支座的剪叉式結(jié)構(gòu)。這兩種機構(gòu)都可以實現(xiàn)上板臺面升降的運動，但相比較之下，機構(gòu)一有三點不足：
a) 機構(gòu)一在升降過程中上板不僅有豎直方向的位移變化，而且還有水平方向的位移變化，而機構(gòu)二的上板在升降過程中只有豎直方向的位移變化。這樣，在總體尺寸一樣的情況下，機構(gòu)二升降時所需的空間較小。
b) 機構(gòu)一在升降的過程中，所載物體的質(zhì)心相對機構(gòu)的支撐中心的變化很大，這樣就要求更大的動力，即要求推力更大的。結(jié)果會增加安裝尺寸和生產(chǎn)成本。
c) 機構(gòu)一的穩(wěn)定性沒有機構(gòu)二的對角雙三角的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。
綜上所述，機構(gòu)二較機構(gòu)一更合理。所以，在結(jié)構(gòu)上選擇機構(gòu)二。
第3章 主要零部件分析計算
3.1 實例分析
3.1.1多功能醫(yī)療床開合的結(jié)構(gòu)簡化
3.1.2機構(gòu)受力分析
1.以整體作為研究對象，如圖3-2所示
圖3-2 整體受力分析圖
將分解到a、b兩端，則有
..........................................(3.1)
.......................................(3.2)
......................................(3.3)
........................................(3.4)
..............................................(3.5)
式中：—a點所受水平方向上的力；
—a點所受豎直方向上的力；
—b點所受水平方向上的力；
—b點所受豎直方向上的力；
—c點所受水平方向上的力；
—c點所受豎直方向上的力。
2.分別以aed及ceb桿為研究對象，如圖3-2和圖3-3所示
圖3-2 aed桿受力分析圖
圖3-3 ceb桿受力分析圖
列平衡方程式，有
當d點力矩平衡，即時，則
............ (3.6)
當b點力矩平衡，即時，則
..........................(3.7)
又aed及ceb桿的水平與豎直方向受力平衡，即有和，
當時，有
..................................(3.8)
...........................................(3.9)
當時，有
................................(3.10)
..........................................(3.11)
整理解得：
...........................(3.12)
【靜態(tài)時：】
......................................(3.13)
..........................(3.14)
.............................(3.15)
.............(3.16)
.......................................(3.17)
......................................(3.18)
式中： —的推力；
—d點所受水平方向上的力；
—d點所受豎直方向上的力；
—e點所受水平方向上的力；
—e點所受豎直方向上的力。
3.確定角與角的函數(shù)關(guān)系
角與角的幾何關(guān)系見圖3-1
即.......................................(3.19)
4.受力分析結(jié)論
（1）各鉸點處的受力（包括推力）與載荷成正比；
（2）、、、、 、值隨值的增大而增大，在值確定時，這些力又與值成正比;而、值隨值的增大而減小，在值確定時，它們隨值得減小而增大；
（3）在計算推力時，動態(tài)值比靜態(tài)值增大了；
（4）的推力與值成反比；
（5）力、隨值的增大而增大。
3.2 剪叉臂長度及安裝位置的確定
1.剪叉臂的長度確定
為了使工作臺面下降至最低位置時不至于脫離滑道，剪叉臂的長度應(yīng)該比底座的長度b小一些，一般可取
.............................(3.20)
由設(shè)計參數(shù)可知：，，。初選底座長度，系數(shù)為0.8，則根據(jù)式(3.20)可得剪叉臂的長度。
2.安裝位置的確定
由圖3-4可知 ...............................(3.21)
則
所以，
即
而
初選 ，，,,，。
而液壓機構(gòu)的有效垂直升降高度為
.....................(3.22)
根據(jù)，上下交接點g、f的距離S（即的瞬時長度）為
............................(3.23)
兩交接點之間的最大距離和最小距離分別為
設(shè)的有效行程為，為了使兩鉸接點之間的距離為最小值時，柱塞不抵到缸底，并考慮結(jié)構(gòu)尺寸和（如圖3-6所示），一般應(yīng)取
...............................(3.24)
同樣，為了使兩鉸接點之間的距離為最大值時，柱塞不會脫離中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取
..............................(3.25)
式（3.24）和式（3.25）中的和根據(jù)的具體結(jié)構(gòu)決定。
3.3 強度校核
整個機構(gòu)，受力較大的零部件有內(nèi)剪叉臂，的支撐橫梁，銷軸等，所以進行校核時，只需對這些受力較大的零件校核即可。
3.3.1 剪叉臂的強度校核
由圖3-9和圖3-10可知，內(nèi)剪叉臂aed受力要遠大大于外剪叉臂bec，所以這里只校核外臂。外剪叉臂受力如圖3-1所示。又由圖4-8可知，的角度越小，則推力的值越大。若取最大值時滿足強度要求，則該剪叉臂即滿足強度要求。當機構(gòu)在最低位置時，的值最小，即值最大。參照圖3-1，剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的夾角，為方便受力分析，將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子：
...................................................................(7.1)
...................................................................(7.2)
...................................................................(7.3)
...................................................................(7.4)
............................................................................(7.5)
.............................................................................(7.6)
...................................................................(7.7)
.................................................................(7.8)
圖3-1 內(nèi)剪叉臂aed受力圖
各力分解后的受力圖如圖3-2(a)所示，彎矩圖見圖3-2(c)
圖3-2 內(nèi)剪叉臂aed的軸向及徑向分解受力圖
剪叉臂的g處由于是有一個肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上為均布載荷。由圖3-2（c）中可知，最大彎矩發(fā)生在k點處，但需校核e、k兩點處的強度，且圖中有，，。又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為，，，如圖3-3所示，圖3-3（a）是e點處的截面圖，圖3-3（b）是k點處的截面圖。
e點處的抗彎截面系數(shù)為
k點處的抗彎截面系數(shù)為
圖3-3 剪叉臂e、k兩點處的截面圖
因為當時，此時e、k兩點的彎矩最大，且由式（7.8）得，
，則
選擇材料為，參照參考文獻[1]，，所以是安全的。
3.3.2 底架固定橫梁的強度校核
底架固定橫梁（如圖3-4所示）選擇的是60號方鋼，其受力情況如圖3-5所示；已知60號鋼的邊長為60mm，推力作用點到坐標系O的距離為65mm，，分別為推力在X，Y軸上的分力，且，。
當在最小角度，即工作臺在最低位置時，推力最大，雖然此時最小，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。
當在最大角度，即工作臺在最高位置時，雖然推力最大，此時最
大，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。
圖3-4 與底架連接的橫梁
圖3-5 與底架連接的橫梁截面圖
把它們平移到O點后，有
(1) 對于X軸方向，其受力如圖3-6所示
圖3-6 橫梁X軸方向的受力圖
因為梁的抗彎截面系數(shù)，
所以
（2）對于Y軸方向，固定橫梁受力如圖3-7
圖3-7 橫梁Y軸方向的受力圖
又梁的抗彎截面系數(shù)，
則
（3）當作用點平移到O點時，會產(chǎn)生一個扭矩，該扭矩的大小為
又，其中，此時，該扭矩對橫梁截面產(chǎn)生的剪切力為
參照參考文獻[7]，又由第四強度理論
帶入并化簡：
又選材料為，參照參考文獻[7]，
取安全系數(shù)為2，則，所以是安全的。
3.4 軸的強度校核
由圖分析可知，剪叉臂受力最大的地方為g點和d點，所以只需校核該兩處的銷軸即可。
3.4.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強度校核
因為銷軸較短，所以只受切應(yīng)力。依圖3-2可知，剪叉臂固定端（即d點）銷軸所受的力為。當機構(gòu)面處于最低位置，即時，銷軸受到的剪力最大，根據(jù)式(7.7)得。
又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其橫截面積為
又銷軸受力情況見圖3-8，從圖中可知銷軸受剪力為雙剪切，又參照參考文獻[7]，
銷軸的材料為35鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻[7]，35鋼的許用應(yīng)力。取安全系數(shù)為2，則有，所以滿足要求。
3.4.2尾部銷軸的強度校核
尾部銷軸的受的力即為的推力，如圖3-8所示，因為銷軸較短，所以只受切應(yīng)力。又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔的直徑為，則銷軸的橫截面積為
圖3-8 尾部銷軸的受力圖
參照3.2.2節(jié)，有
選擇銷軸材料為35，又35鋼的許用應(yīng)力，取安全系數(shù)為2，則有
，所以設(shè)計的銷軸滿足要求。
3.4.3支撐軸的強度校核
依圖3-2可知，頭部支撐軸（即g點）所受的力為。當機構(gòu)面處于最低位置，即時，受到的推力最大，即。又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其抗彎截面系數(shù)為
又銷軸受力情況見圖3-9，參照參考文獻[7]，校核軸的彎曲強度為
圖3-9 頭部支承軸的受力圖
軸的材料為鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻[7]，鋼的許用應(yīng)力。所以滿足要求。
第4章 絲杠結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計
表 4-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡圖
特點
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高。可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。
4.1滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)和直線運動進行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滾珠滾動。
設(shè)最大行程為300mm,最快進給速度為18m/min,大概質(zhì)量為200kg,。
4.1.1導(dǎo)程確定
轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為
取Ph=12mm
4.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速
基本公式
最大進給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
最小進給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中取故
4.1.3估計工作臺質(zhì)量及負重
重量
4.1.4確定絲桿的等效負載
工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計算（式中取，）
4.1.5確定絲桿所受的最大動載荷
fw-------負載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計算得Car=17300N
表4-1-1各類機械預(yù)期工作時間Lh
表4-1-2精度系數(shù)fa
表4-1-3可靠性系數(shù)fk
表4-1-4負載性質(zhì)系數(shù)fw
4.1.6精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導(dǎo)程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300行程變動量應(yīng)小于目標設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設(shè)計的定位精度要求及其經(jīng)濟性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。
4.1.7選擇滾珠絲桿型號
計算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動返向器，雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。
公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm
4.2校核
滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。
4.2.1 臨界壓縮負荷驗證
絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負荷按下列計算：
式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2）
LO-------最大受壓長度（m）
K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3
Fmax-------最大軸向工作負荷（N）
f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1
I=絲桿最小截面慣性距（m4）
式中do--------是絲桿公稱直徑（mm）
dw------------滾珠直徑（mm），
絲桿螺紋不封閉長度Lu=工作臺最大行程+螺母長度+兩端余量
Lu=300+148+20X2=488mm
支撐距離LO應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長度Lu，選取LO=620mm
代入上式計算得出Fca=5.8X108N
可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負荷滿足要求。
4.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗證
滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：A------絲桿最小截面：A=
-------絲杠內(nèi)徑，單位；
P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m)
--------臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為，本設(shè)計中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm
----------安全系數(shù)，可取=0.8
fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時取18.9
經(jīng)過計算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
4.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式
式中 A——絲杠最小橫截面，；
螺母座剛度KH=1000N/μm。
當導(dǎo)軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。
經(jīng)計算得：
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。
總結(jié)
在這不到設(shè)計中，能學(xué)到的東西真的很有限，但是不能說一點收獲都沒有，我想我知道了一般系統(tǒng)的設(shè)計框架而且我也掌握了設(shè)計一個液壓系統(tǒng)的步驟，我想本次課程設(shè)計是我們對所學(xué)知識運用的一次嘗試，是我們在液壓知識學(xué)習(xí)方面的一次有意義的實踐。
在本次設(shè)計中，我獨立完成了自己的設(shè)計任務(wù)，通過這次設(shè)計，弄懂了一些以前書本中難以理解的內(nèi)容，加深了對以前所學(xué)知識的鞏固。在設(shè)計中，通過老師的指導(dǎo)，使自己在設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計技能等方面都得到了一次良好的訓(xùn)練。
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附 錄
致謝
畢業(yè)設(shè)計是將大學(xué)所學(xué)的知識融合在一起，綜合運用所有的相關(guān)專業(yè)知識，是課本知識在實際中的應(yīng)用。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我的專業(yè)知識在原有的基礎(chǔ)上得到更加的鞏固和提高，這離不開老師和同學(xué)們的幫助。本設(shè)計分析是在老師的指導(dǎo)下完成的，在分析的過程中，尹長城老師給了我很大的鼓勵，在設(shè)計分析中引導(dǎo)我去思考了更多的設(shè)計思路，增強了我的學(xué)習(xí)能力，與我們一起討論問題，使我對分析有了更清晰明確的認識，使我受益非淺。
畢業(yè)設(shè)計是我們專業(yè)知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古言的真正含義。我今天認真地進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。
說實話，畢業(yè)設(shè)計真是有點累。然而一著手清理自己的設(shè)計結(jié)果，仔細回味畢業(yè)設(shè)計的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會走完的第一部，是我人生中的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多。
通過畢業(yè)設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細致。課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂；有時應(yīng)為不小心計算出錯，只能毫不留情地重做。但一想起老師平時多耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當承擔的社會責(zé)任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負責(zé)、一絲不茍的良好習(xí)慣。
經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計，使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正的貧乏，自己綜合運用所學(xué)專業(yè)知識的能力是如此的不足，幾年來學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的有點心急了。
由于畢業(yè)時間的倉促，很多本來應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒有時間去細細追究來源，比如網(wǎng)格劃分的控制、坐標系的理解、求解器的選擇等，這使我明白了大學(xué)里學(xué)的只是一個大體上的方向，離實際應(yīng)用還有太遠的距離。但我相信方向才是最重要的，因為方向確定了，就會用最少的精力做好事情，這對于我以后的工作至關(guān)重要。因為在實際生產(chǎn)生活中，要從事的工種是千差萬別的，只有從中找到自己最拿手，最有發(fā)展前途的崗位，個人才有更多的熱情，也最可能在自己的崗位做出一些貢獻。