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湘 潭 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 論文（設(shè)計(jì)）題目： 家用電動護(hù)理床設(shè)計(jì) 學(xué)號： 2010962933 學(xué)生姓名： 王炳根 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 聶松輝 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 1、該護(hù)理床主要用于家庭病人的護(hù)理； 2、護(hù)理床具有背板升降、腿板升降以及整床升降功能； 3、背板升降角度≥70°，腿板升降角度≥35°，整床升降范圍300～520； 4、總體設(shè)計(jì)方案的比較論證及擬定，包括升降機(jī)構(gòu)，自鎖機(jī)構(gòu)等； 6、裝配圖A0#1張、零件圖總量A0#1張； 7、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。 8、翻譯外文資料，應(yīng)有3000單詞以上。 二、重點(diǎn)研究的問題 1、升降機(jī)構(gòu)； 2、自鎖與調(diào)整機(jī)構(gòu)。 三、進(jìn)度安排 各階段完成的內(nèi)容 起止時(shí)間 1 熟悉課題與基礎(chǔ)資料 第1周 2 調(diào)研、收集資料 第2周 3 護(hù)理床總體方案設(shè)計(jì)與論證 第3～4周 4 護(hù)理床總體布局設(shè)計(jì) 第5～6周 5 護(hù)理床總裝圖設(shè)計(jì) 第7～9周 6 護(hù)理床工程圖設(shè)計(jì) 第10周 7 撰寫設(shè)計(jì)說明書 第11周 8 英文文獻(xiàn)翻譯 第12周 9 答辯 第12周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1] 孫桓，陳作模.機(jī)械原理（第六版）.高等教育出版社.2001.5. [2] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社. 2002.9 [3] 范欽珊，殷雅俊. 材料力學(xué).北京，清華大學(xué)出版社.2004 [4] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社.2001.4 第7版 [5] 李杞儀，趙韓主編. 機(jī)械原理. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.8 [6] 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1 [7] 王昆等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).高等教育出版社.1995.12 [8] 王文斌等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. 第3版.北京，機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8 [9] 朱冬梅，胥北瀾.畫法幾何及機(jī)械制圖.第5版.高等教育出版社.2000.12 [10] 白建軍，張華，劉繼忠．輪椅床智能座便器的設(shè)計(jì)【J】．機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2010，26(1)：121-124． [11] 吳劍．機(jī)器人化多功能護(hù)理床的研究與開發(fā)【D】．華南理工大學(xué)，2003 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱表 學(xué)號 2010962933 姓名 王炳根 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 家用電動護(hù)理床 評價(jià)項(xiàng)目 評 價(jià) 內(nèi) 容 選題 1.符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量適當(dāng)； 3.與生產(chǎn)、科研、社會等實(shí)際相結(jié)合。 能力 1.有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.有綜合運(yùn)用知識的能力； 3.具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力； 4.具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力； 5.有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1.立論正確，論述是較充分，結(jié)構(gòu)較嚴(yán)謹(jǐn)合理，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理比較科學(xué)；技術(shù)用語比較準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，圖表圖紙完備、整潔、正確，引文比較規(guī)范； 2.文字通順，有觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力較好； 3.有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，有創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價(jià) 評閱人： 2010年5月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見 學(xué)號：2010962933姓名： 王炳根 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 頁 圖 表 張 論文（設(shè)計(jì)）題目：家用電動護(hù)理床 內(nèi)容提要： 該護(hù)理床主要用于家庭病人的護(hù)理，具有背板升降、腿板升降以及整床升降功能。家用電動護(hù)理床是遵循人體護(hù)理需求和人體工程學(xué)原理而設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了生活不能自理的患者所需要的幾大功能： 1、 整床升降功能，根據(jù)使用者的需要能夠把整床的高度進(jìn)行調(diào)整，讓使用者感到舒服。 2、 坐起功能，根據(jù)使用者的需要可以把背部的床板調(diào)整到之間的任意位置。能夠?qū)崿F(xiàn)使用者睡累的情況下坐起，這有利益患者的康復(fù)，能夠促進(jìn)患者血液循環(huán)，對患者的身體健康有著良好的影響。 3、 曲腿功能，能夠讓使用者在坐起時(shí)腿感覺到舒服，防止腿一直處于一種狀態(tài)而導(dǎo)致麻木。 該護(hù)理床的設(shè)計(jì)遵循以下幾個(gè)原則： 1、安全性原則 由于護(hù)理床對老年人和病人的身體進(jìn)行直接的接觸與操作，而且相對于健康人來說，這類人群的身體更容易收到損傷，所以護(hù)理床在安全性方面的要求很高。無論是護(hù)理床的結(jié)構(gòu)還是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安全性始終是最優(yōu)先考慮的一個(gè)原則。比如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，不應(yīng)存在任何干涉情況，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度方面都要留有充足的余量，要考慮到各種極限情況。 2、人性化、舒適性原則 現(xiàn)今社會，人們不僅追求商品的高質(zhì)量，高穩(wěn)定性，而且對商品的人性化、舒適性設(shè)計(jì)有了更高的要求，因此家用電動護(hù)理床應(yīng)該根據(jù)人體生理學(xué)原理，更多地從人的生理結(jié)構(gòu)、心理情況、行為習(xí)慣等方面加以考慮。比如各部分結(jié)構(gòu)要與人體的尺寸匹配；設(shè)計(jì)中力求加速度最小化等等。 3、功能多樣化原則 在家用電動護(hù)理床的使用過程中，不同使用者往往對護(hù)理床有著各種各樣不同功能的要求，比如能夠坐起，整床能夠升降，能夠曲腿等功能要求。 4、標(biāo)準(zhǔn)化原則 護(hù)理床機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、零部件之間的相對位置關(guān)系和尺寸匹配，都有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。參照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，不僅能在最大程度上滿足使用要求，而且有利于增強(qiáng)互換性，降低成本。 5、輕量化原則 由于家用電動護(hù)理床是在家里使用，搬移的概率非常大，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到床重量，方便搬移，在保證護(hù)理床使用安全的同時(shí)要從輕設(shè)計(jì)，這樣可以節(jié)省材料。尤其是在資源短缺的今天，這點(diǎn)尤為重要，而且還以降低成本。 指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師： 2010年 5月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 2010年5 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 2010年 5月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 家用電動護(hù)理床 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號： 2010962933 姓 名： 王炳根 指導(dǎo)教師： 聶松輝老師 完成日期： 2014.06.29 湘 潭 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 論文（設(shè)計(jì)）題目： 家用電動護(hù)理床設(shè)計(jì) 學(xué)號： 2010962933 學(xué)生姓名： 王炳根 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 聶松輝 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 1、該護(hù)理床主要用于家庭病人的護(hù)理； 2、護(hù)理床具有背板升降、腿板升降以及整床升降功能； 3、背板升降角度70，腿板升降角度35，整床升降范圍 300520； 4、總體設(shè)計(jì)方案的比較論證及擬定，包括升降機(jī)構(gòu)，自鎖機(jī)構(gòu)等； 6、裝配圖 A0#1 張、零件圖總量 A0#1 張； 7、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。 8、翻譯外文資料，應(yīng)有 3000 單詞以上。 二、重點(diǎn)研究的問題 1、升降機(jī)構(gòu)； 2、自鎖與調(diào)整機(jī)構(gòu)。 三、進(jìn)度安排 各階段完成的內(nèi)容 起止時(shí)間 1 熟悉課題與基礎(chǔ)資料 第 1 周 2 調(diào)研、收集資料 第 2 周 3 護(hù)理床總體方案設(shè)計(jì)與論證 第 34 周 4 護(hù)理床總體布局設(shè)計(jì) 第 56 周 5 護(hù)理床總裝圖設(shè)計(jì) 第 79 周 6 護(hù)理床工程圖設(shè)計(jì) 第 10 周 7 撰寫設(shè)計(jì)說明書 第 11 周 8 英文文獻(xiàn)翻譯 第 12 周 9 答辯 第 12 周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1 孫桓，陳作模.機(jī)械原理（第六版）.高等教育出版社.2001.5. 2 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社. 2002.9 3 范欽珊，殷雅俊. 材料力學(xué).北京，清華大學(xué)出版社.2004 4 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社.2001.4 第 7版 5 李杞儀，趙韓主編. 機(jī)械原理. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.8 6 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1 7 王昆等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).高等教育出版社.1995.12 8 王文斌等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. 第 3版.北京，機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8 9 朱冬梅，胥北瀾.畫法幾何及機(jī)械制圖.第 5版.高等教育出版社.2000.12 10 白建軍，張華，劉繼忠輪椅床智能座便器的設(shè)計(jì)【J】 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2010，26(1)：121-124 11 吳劍機(jī)器人化多功能護(hù)理床的研究與開發(fā)【D】 華南理工大學(xué)，2003 目 錄 摘要 ......................................................................................................................1 第一章 緒論 ......................................................................................................3 1.1 家用電動護(hù)理床的研究背景.........................................................................................3 1.2 家用電動床的發(fā)展前景.................................................................................................4 1.3 選擇課題的目的及其意義.............................................................................................5 第二章 家用電動護(hù)理床結(jié)構(gòu)的整體方案 ......................................................6 2.1 設(shè)計(jì)原則.........................................................................................................................6 2.2 功能要求及設(shè)計(jì)指標(biāo).....................................................................................................7 2.3 家用電動護(hù)理床總體方案設(shè)計(jì).....................................................................................9 2.4 護(hù)理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計(jì).......................................................................................11 2.5 本章小結(jié) ......................................................................................................................15 第三章 家用電動護(hù)理床的運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)機(jī)及相關(guān)計(jì)算 ................................15 3.1 基本參數(shù)的設(shè)定 ..........................................................................................................15 3.2 電動機(jī)的選擇 ..............................................................................................................15 3.3 零件的設(shè)計(jì)與校核 ......................................................................................................20 3.4 本章小結(jié) ......................................................................................................................26 第四章 三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析及三維模型圖 ..............................................27 結(jié)論 ....................................................................................................................30 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................31 致謝 ....................................................................................................................32 附錄 1 外文翻譯 附錄 2 中文翻譯 0 0 家用電動護(hù)理床設(shè)計(jì) 摘要 在人口老齡化快速增長的今天，對護(hù)理行業(yè)有了越來越嚴(yán)格的要求，不僅要求護(hù)理床的質(zhì)量可 靠，還要求具有多功能化。家用電動護(hù)理床就是一款為此 需求而設(shè)計(jì)的醫(yī)療器械。 這款護(hù)理床是針對不能生活自理及行動不便的的人來設(shè)計(jì)的，該病床能夠幫助病人坐起、屈膝、 調(diào)高整床的高度。解決了在護(hù)理過程中的諸多不便，并解決了我國護(hù)理行業(yè)的困難，促進(jìn)了護(hù)理醫(yī) 療器械的發(fā)展。 本文首先基于人體工程學(xué)，進(jìn)行了護(hù)理床總體方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)研結(jié)果，制定 了護(hù)理床的設(shè)計(jì)原則，功能要求及設(shè)計(jì)指標(biāo)；完成了護(hù)理床本體的總體方案設(shè)計(jì)。 然后，采用自上而下的方法完成了護(hù)理床結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)并給出了全套的設(shè)計(jì)圖。主要包括總 體框架、抬腿部件、抬背部件、整床升降等功能模塊。 關(guān)鍵詞：醫(yī)療器械，家用電動護(hù)理床，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 Household electric nursing bed design Abstract In the rapidly growing aging population today, the nursing industry has increasingly stringent requirements, not only requires reliable quality care beds, but also requires a multifunctional. Household electric care bed is a demand for this purpose designed medical devices. This care bed can not take care of themselves and for mobility of people to design, the bed can help patients sit, knees, raise the whole bed height. Solved in the nursing process a lot of inconvenience, and solve the problems of the nursing profession, and promote the development of nursing medical devices. Firstly, based on ergonomics, conducted a nursing bed overall program design, according to the relevant standards and research results, developed a nursing bed design principles, functional requirements and design specifications; complete body care bed overall design. Then, using the top-down approach to complete the detailed design of the nursing bed structure and gives a full set of design drawings. Includes general framework leg parts, lift the back piece, the whole bed lifting and other functional modules. Keywords: medical equipment, home electric nursing bed, mechanism design. 2 2 第一章 緒論 1.1 家用電動護(hù)理床的研究背景 隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人口壽命不斷延長，思想的進(jìn) 步，城市人口正逐步進(jìn)入老齡體，人口老齡化已成為世界范圍內(nèi)的社會問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 歐洲發(fā)達(dá)國家和日本的老年人獨(dú)居人數(shù)已經(jīng)高達(dá)40%，如此之高的比列迫使社會采取 措施解決老年人的護(hù)理服務(wù)問題。如果完全依靠家庭人工的照料，于西方國家子女與 老年人分居，家庭規(guī)模小型化的觀念有抵觸之處。我國60歲及其以上老年人口已達(dá)1.32 億。占全國總?cè)丝诘?0%，并以年均3.32%的速度持續(xù)增長，其中“空巢家庭” 占所有老 齡家庭總數(shù)的25.8%，在一些大城市中該比列更大，解決因身體虛弱臥床不起或因?qū)е?生活不能自理的老年人的家庭照料于看護(hù)問題是人口的老齡化的國家所面臨的共同的 問題。為此，國家的大力加強(qiáng)了對護(hù)理床機(jī)器人的研發(fā)扶持力度。為偏癱病人或者長 期使用病床的人提供一個(gè)集護(hù)理和排泄的等各種功能于一體的多功能護(hù)理床，現(xiàn)在家 庭需求護(hù)理床的潛力日益增加，以前是簡易的護(hù)理床，后來的加護(hù)欄，餐桌，再后來 加上大便孔，輪子，現(xiàn)在產(chǎn)生了很多集多功能護(hù)理床的一體多功能，電動護(hù)理床，極 大的提高了患者的康復(fù)護(hù)理水平，也為了護(hù)理人員提供了極大的方便，所以操作簡單， 功能強(qiáng)大的護(hù)理產(chǎn)品越來越受最棒。 護(hù)理床在國內(nèi)的設(shè)計(jì)和研究尚處于初級階段，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型有待進(jìn)一 步的完善，國外護(hù)理床的研究以德國。日本為代表。各種護(hù)理床的功能正在逐步完善， 成熟，但因其價(jià)格昂貴(一般售價(jià)在20w 人民幣以上 )，很難為一般的消費(fèi)者能接受這很 貴的護(hù)理床。護(hù)理床的基本分類情況給大家介紹一下。 護(hù)理床類型一(按動了分)手動護(hù)理床和電動護(hù)理床; 護(hù)理床的類型二(按功能分)功 能基礎(chǔ)型、功能普通型、功能高級型。 護(hù)理床的分類概括 功能基礎(chǔ)行護(hù)理床的優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝簡單，易于制造。2、價(jià)格便宜。 存在的問題：功能比較簡單，不能實(shí)現(xiàn)使用者的護(hù)理要求。2、手動為主，操作繁瑣。 3、造型傳統(tǒng)，舒適性差。4、應(yīng)用范圍窄。 能普通型護(hù)理床的優(yōu)點(diǎn)：1、一般為電動，用戶可簡單操作控制。2、能完成基本 的護(hù)理功能。3、增添了鋪助功能接口。4、整體造型，色彩改進(jìn)，具有一定的親和性。 存在的問題：1、市場售價(jià)偏高。2、功能啟動柔性差，銜接不連貫。3、功能一體化造 成功能浪費(fèi).4、生產(chǎn)技術(shù)含量低，容易被仿制。5、文字，圖像識別功能差。 功能高級型護(hù)理床的優(yōu)點(diǎn):1、護(hù)理功能完善。2、功能調(diào)整定位準(zhǔn)確，連慣性好， 基本無噪音。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，安全。4、造型新穎，有較強(qiáng)的親和力。5、文字，標(biāo) 3 3 志容易識別。存在的問題：1、市場的售價(jià)昂貴。造成功能浪費(fèi)嚴(yán)重，造成額外的經(jīng)濟(jì) 成本。2、調(diào)整可拆性差，運(yùn)輸、組裝繁瑣。3、對患者康復(fù)功能的考慮較少。 從近年來的發(fā)展來看，國內(nèi)的發(fā)展迅速，各種結(jié)果。功能等等各異的護(hù)理床稱層 出不窮。發(fā)展方向主要向機(jī)器人模的自動控制的方向發(fā)展。 1.2 家用電動床的發(fā)展前景 我國是世界上的人口大國，同時(shí)又是一個(gè)人口老齡化的大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 2000年 到 2007年，我國 60歲以上的老年人口由 1.26億增長到 1.53億人，占總?cè)丝诘谋壤?從 10.2%提高到 11.6%，占全球老年人口的 21.4%，相當(dāng)于歐洲 60歲以上老年人口的總 和。人口老齡化年均增長率高達(dá) 3.2%，約為總?cè)丝谠鲩L速度的 5倍。預(yù)計(jì) 2020年老年 人口將達(dá)到 2.4億人，占總?cè)丝诘?17.17%；到 2050年，老年人口總量將超過 4億，老 齡化水平推進(jìn)到 30%以上。我國大多數(shù)家庭逐漸形成寶塔式結(jié)構(gòu)。 （四個(gè)老年人，兩個(gè) 青年人，一個(gè)孩子）隨著社會生活的加快年輕人既要忙于事業(yè)又要照顧家庭，老人和 孩子，顯然力不從心，當(dāng)老人生活不能自理時(shí)就十分需要一種家用電動護(hù)理床協(xié)助自 己日常生活的必須?，F(xiàn)在家庭需求護(hù)理床的潛力日益增加,以前是簡易的記理床,后來 加上護(hù)欄,餐桌;再后來加上大便孔,輪子;現(xiàn)在產(chǎn)生了很多集多功能為一體的多功能電 動護(hù)理床,比如能夠升降，能夠坐起，能夠曲腿等功能。極大的提高了患者的康復(fù)護(hù)理 水平,也為護(hù)理人員提供了極大的方便,所以操作簡單,功能強(qiáng)大的護(hù)理產(chǎn)品越來越受到 追捧。 家用電動護(hù)理床根據(jù)采用進(jìn)口電機(jī)的數(shù)量一般可分五功能電動護(hù)理床、四功能電 動護(hù)理床、三功能電動護(hù)理床、二功能電動護(hù)理床。護(hù)理床在國內(nèi)的設(shè)計(jì)和研究尚處 于初級階段，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型有待進(jìn)一步的完善，國外護(hù)理床的研究以德國 和日本較為突出。 目前市面上常見的家用電動護(hù)理床有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、電動，方便用戶操作和控制。 2、能完成基本的護(hù)理功能。 3、整體造型，色彩改進(jìn)，具有一定的親和性。 4、功能調(diào)整定位準(zhǔn)確，連慣性好，基本無噪音。 5、文字，標(biāo)志容易識別。 但也存在如下問題： 4 4 1、市場售價(jià)偏高。 2、功能啟動柔性差，銜接不連貫。 3、功能一體化造成功能浪費(fèi)。 4、生產(chǎn)技術(shù)含量低，容易被仿制。 5、文字，圖像識別功能差。 6、對患者康復(fù)功能的考慮較少。 1.3 選擇課題的目的及其意義 本文主要研究目的是為了解決老年人，不能自理的病人、殘疾人、癱瘓病人、產(chǎn) 婦等這一類人的痛苦。讓他（她）在沒有他人一直照顧時(shí)能夠自理。 改革開放的發(fā)展使中國的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長，人們的生活水平日益提高，城市人的生 活節(jié)奏也越來越快，但是中國的老齡化卻在一步步加劇，再加上計(jì)劃生育的實(shí)施，越 來越多的家庭變成“4+2+1”的模式，年輕人要生活，要工作，根本沒有足夠的時(shí)間照 顧老人，家用電動護(hù)理床的設(shè)計(jì)，可以在很大程度上減輕年輕人的負(fù)擔(dān)，方便老人的 飲食起居，讓老人在床上可以自由的翻身、坐起、屈膝、排便、洗漱，通過調(diào)整合適 的坐姿或臥姿，順利地完成吃飯、移動、看書、寫字、娛樂等日常活動。 綜合現(xiàn)在的市場需求，家用電動護(hù)理床是遵循人體護(hù)理需求和人體工程學(xué)原理而 設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了生活不能自理的患者所需要的幾大功能。 1.整床升降功能，根據(jù)使用者的需要能夠把整床的高度進(jìn)行調(diào)整，讓使用者感到 舒服。 2.坐起功能，根據(jù)使用者的需要可以把背部的床板調(diào)整到 之間的任意位置。70 能夠?qū)崿F(xiàn)使用者睡累的情況下坐起，這有利益患者的康復(fù)，能夠促進(jìn)患者血液循環(huán)， 對患者的身體健康有著良好的影響。 3.曲腿功能，能夠讓使用者在坐起時(shí)腿感覺到舒服，防止腿一直處于一種狀態(tài)而 導(dǎo)致麻木。 為實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)護(hù)理床的主要任務(wù)： 1、家用電動護(hù)理床運(yùn)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2、家用電動護(hù)理床的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、家用電動護(hù)理床的零件的設(shè)計(jì) 5 5 4、家用電動護(hù)理床的運(yùn)動分析及其三維建模 第二章 家用電動護(hù)理床結(jié)構(gòu)的整體方案 2.1 設(shè)計(jì)原則 家用電動護(hù)理床的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則： 1、安全性原則 由于護(hù)理床對老年人和病人的身體進(jìn)行直接的接觸與操作，而且相對于健康人來 說，這類人群的身體更容易收到損傷，所以護(hù)理床在安全性方面的要求很高。無論是 護(hù)理床的結(jié)構(gòu)還是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安全性始終是最優(yōu)先考慮的一個(gè)原則。比如，在 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，不應(yīng)存在任何干涉情況，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度方面都要留有充足的余量， 要考慮到各種極限情況。 2、人性化、舒適性原則 現(xiàn)今社會，人們不僅追求商品的高質(zhì)量，高穩(wěn)定性，而且對商品的人性化、舒適 性設(shè)計(jì)有了更高的要求，因此家用電動護(hù)理床應(yīng)該根據(jù)人體生理學(xué)原理，更多地從人 的生理結(jié)構(gòu)、心理情況、行為習(xí)慣等方面加以考慮。比如各部分結(jié)構(gòu)要與人體的尺寸 匹配；設(shè)計(jì)中力求加速度最小化等等。 3、功能多樣化原則 在家用電動護(hù)理床的使用過程中，不同使用者往往對護(hù)理床有著各種各樣不同功 能的要求，比如能夠坐起，整床能夠升降，能夠曲腿等功能要求。 4、標(biāo)準(zhǔn)化原則 護(hù)理床機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、零部件之間的相對位置關(guān)系和 尺寸匹配，都有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。參照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，不僅能在最大程度上滿足使用要求， 而且有利于增強(qiáng)互換性，降低成本。 5、輕量化原則 由于家用電動護(hù)理床是在家里使用，搬移的概率非常大，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到 床重量，方便搬移，在保證護(hù)理床使用安全的同時(shí)要從輕設(shè)計(jì)，這樣可以節(jié)省材料。 尤其是在資源短缺的今天，這點(diǎn)尤為重要，而且還以降低成本。 6 6 2.2 功能要求及設(shè)計(jì)指標(biāo) 2.2.1 功能要求 依我一段時(shí)間的觀察和了解并翻閱一些相關(guān)資料，綜合各家醫(yī)療器材公司生產(chǎn)的護(hù)理 床功能，根據(jù)人的生活習(xí)慣和對老人，病人對護(hù)理床使用便捷，人的一些必要的體位 位姿，要能夠?qū)崿F(xiàn)各體位的自動變換，減少使用者因長期臥床引發(fā)的并發(fā)癥，改善其 健康狀態(tài)，有著積極的意義，同時(shí)可以大大減輕護(hù)理家庭人員的勞動強(qiáng)度。因此我對 家用電動護(hù)理床設(shè)計(jì)了以下幾種功能：1.平躺;2.整床升降 ;3 抬背;4 曲/ 伸腿.。 2.2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo) 參考醫(yī)用電氣設(shè)備 第一部分：安全通用要求 、 醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分： 醫(yī)用電動床安全專用要求 、 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)病床 、 中華人民共和 國國家標(biāo)準(zhǔn)中國成年人人體尺寸等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)類比國內(nèi)外文獻(xiàn)中的相關(guān)參數(shù)， 作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。 1、外形尺寸 家用電動護(hù)理床主要用于家庭中，因此在使用各個(gè)姿態(tài)時(shí)，其所占的空間范圍必 須與家庭房間的相關(guān)尺寸相適應(yīng)，選取適當(dāng)?shù)某叽缒軌蜃尡蛔o(hù)理人員感到舒服。 按照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)病床標(biāo)準(zhǔn)，家用電動護(hù)理床的外形尺寸最終 取為： 長寬=2000mm1000mm 高=300520mm 2、承載指標(biāo) 按照醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求規(guī)定，床的安全工作 載荷必須至少承受 2000N 的載荷，這 2000 包括 1500N 患者重量、200N 床墊和 300N 附件。 標(biāo)準(zhǔn)中提供了人體在床的各個(gè)板塊上的重量分布（如圖 2.1 所示） ，護(hù)理床的各個(gè) 模塊的設(shè)計(jì)均可以此值為準(zhǔn)。圖中，1 代表背板，2 代表臀部板，3 代表大腿板，4 代 表小腿板。 7 7 圖 2.1 床面各板塊人體重量分布 3、體位調(diào)整類指標(biāo) 體位調(diào)整類指標(biāo)包括背升角度、大腿床板抬升角度、小腿床板抬升角度。 醫(yī)用電 氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求給出了背板、大腿板、小腿板的調(diào)節(jié)范 圍建議值： 1) 背板與水平面間夾角（圖 2.2 中 A）應(yīng)能從 0 85o（或更大）可調(diào)。 2) 大腿板與水平面間夾角（圖 2.2 中 B）應(yīng)能從 050 o（或更大）可調(diào)。 3) 小腿板與水平面間夾角（圖 2.2 中 C）應(yīng)能從 050 o（或更大）可調(diào)。 4) 大腿板與小腿板間夾角（圖 2.2 中 D）應(yīng)能調(diào)至 180o（平面） 。 圖 2.2 床面各板的推薦調(diào)節(jié)范圍 8 8 綜合考慮上述提供的數(shù)據(jù)，參照翻閱的相關(guān)結(jié)果，并且考慮文獻(xiàn)中同類研究的相 關(guān)參數(shù)，確定了體位調(diào)整類具體指標(biāo)（見表 2.1） 。 表 2.1 體位調(diào)整類指標(biāo) 運(yùn)動指標(biāo) 具體數(shù)值 背升角度 070 o 大腿床板 翻轉(zhuǎn)角度 035 o 整床升降 高度范圍 300520mm 注：以上各項(xiàng)動作均可以在設(shè)定范圍內(nèi)的任意角度隨時(shí)停止。 2.3 家用電動護(hù)理床總體方案設(shè)計(jì) 2.3.1 整體布局 按照床的整體分布，家用電動護(hù)理床可以分為總體框架、抬腿部件、抬背部件、 整床升降，部件智能座便系統(tǒng)五大功能模塊。在總體布局時(shí)，有以下幾方面要求： 1、 綜合考慮兩種狀態(tài)下的尺寸、穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求； 2、布局要使各個(gè)模塊的機(jī)構(gòu)運(yùn)動相對簡單，并解決好干涉問題； 3、分配好每個(gè)部件的尺寸，最大限度地利用床下有限的空間； 4、要盡可能地把傳動部件隱藏給人以安全感，避免心理恐慌。 從以上設(shè)計(jì)角度出發(fā)，根據(jù)前文確定的設(shè)計(jì)原則，確定護(hù)理床采用床面大尺寸， 支撐框架略小的結(jié)構(gòu)，有利于空間的節(jié)約；移動方式為前面布置兩個(gè)萬向輪，從而使 得轉(zhuǎn)彎半徑較?。桓鱾€(gè)功能模塊機(jī)構(gòu)初步選用連桿結(jié)構(gòu)，以方便實(shí)現(xiàn)各床面板的運(yùn)動 規(guī)律，其驅(qū)動元件均布置于支撐框架下層，以保證機(jī)構(gòu)傳動角和框架強(qiáng)度要求；各零 部件近似對稱布置于床面之下，使機(jī)器和人的重心始終處于機(jī)構(gòu)中間位置，以增強(qiáng)整 體穩(wěn)定性和使用者的心理安全感。 2.3.2 床面設(shè)計(jì) 9 9 家用電動護(hù)理床床面設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動較多，而且每塊床板都必須能 夠沿相互垂直的方向轉(zhuǎn)動，這就給床板之間的連接提出了很高的要求，結(jié)合所需實(shí)現(xiàn) 的功能，本文提出采用分體式雙層床面結(jié)構(gòu)（如圖 2.3 所示)。 圖 2.3 床面結(jié)構(gòu)示意圖 其中，床板 14 為下層板，58 為上層板：1、5 為背板 2、6 為臀部板，3、7 為 大腿板，4、8 為小腿板。各床板之間通過鉸鏈相互連接，整體床面則通過臀部下層板 固定到支撐框架之上。護(hù)理床所需的各個(gè)動作都能夠通過傳動部件帶動相應(yīng)的床板組 聯(lián)動實(shí)現(xiàn)（參見表 2.2） 。 表 2.2 各床板 X向尺寸 各床板的尺寸基于 GB10000-88 常用人體測量數(shù)據(jù)確定 【9】 。參考市場上的護(hù)理床 尺寸，根據(jù)專家給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇后，最終尺寸見表 2.3。 尺寸項(xiàng) 具體數(shù)值 背板 760mm 臀部板 230mm 大腿板 400mm 小腿板 610mm 10 10 表 2.3 家用電動護(hù)理床實(shí)現(xiàn)功能所需的床板聯(lián)動 功能項(xiàng) 相關(guān)參數(shù) 備注 各床板均水平 背板與水平面夾 角為 070 o 5、6 床板組合聯(lián) 動，繞 Y1 軸翻轉(zhuǎn) 大腿板與水平 面夾角 035 o 小腿板與水平面 夾角為-20 o0 7、6、床板組合聯(lián) 動，繞 Y2 軸翻轉(zhuǎn)； 8、7 床板組合聯(lián)動， 繞 Y3 軸翻轉(zhuǎn) 注:上述表述中“水平 以護(hù)理床處于水平地面上為參考狀態(tài)。 2.4 護(hù)理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計(jì) 2.4.1 抬背構(gòu)型設(shè)計(jì) 抬背機(jī)構(gòu)運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)較為簡單，有以下幾種構(gòu)型可供選擇。 （如圖 2.4 所示） 平躺 抬背 曲/伸腿 11 11 圖 2.4 抬背機(jī)構(gòu)的 3 種備選構(gòu)型 構(gòu)型 a：該機(jī)構(gòu)是螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)，其有四個(gè)活動件，五個(gè)轉(zhuǎn)動副，一個(gè)高副， 故其自由度為 F=4*3-2*5-1=1，該機(jī)構(gòu)有 1 個(gè)原動件，具有確定運(yùn)動，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是 抬背角度大，而滾輪與背板之間為高副聯(lián)接，所以穩(wěn)定性不高，該構(gòu)型為螺旋傳動， 缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不易裝配 而且承受的軸向推力大，效率低，摩擦嚴(yán)重。 構(gòu)型 b：該抬背機(jī)構(gòu)為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，其有三個(gè)活動件，四個(gè)轉(zhuǎn)動副，故其 自由度為 F=3*3-2*4=1，具有 1 個(gè)原動件，有確定的運(yùn)動，該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式可采用電 動推桿作為驅(qū)動部件，該機(jī)構(gòu)構(gòu)型簡單，制造容易，而且初始狀態(tài)的傳動角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 40 度，力的有效利用程度很高，如果沒有其他限制條件，應(yīng)該首選該構(gòu)型。但是在護(hù) 理床的結(jié)構(gòu)中，支撐框架的 Z 向尺寸較小，而背板又要翻轉(zhuǎn) 70 度。 ，這也就引起一個(gè) 矛盾：既要求電動推桿的行程要很大，又要求其初始狀態(tài)尺寸較小，顯然這樣的要求 是達(dá)不到的，因而放棄該構(gòu)型。 構(gòu)型 c：該機(jī)構(gòu)為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，實(shí)際上可以等效為一四桿機(jī)構(gòu)，等效后的 機(jī)構(gòu)具有 3 個(gè)活動構(gòu)件，3 個(gè)轉(zhuǎn)動副，1 個(gè)移動副，因此自由度 F=3*3-2*4=1，該機(jī)構(gòu) 需要 1 個(gè)原動件來確定運(yùn)動。采用電動機(jī)作為動力源，可以獲得很大的翻轉(zhuǎn)角度,但是 該機(jī)構(gòu)成本較高。 綜上所述，構(gòu)型 C 為三種之中的最優(yōu)構(gòu)型，故抬被機(jī)構(gòu)最終采用該構(gòu)型。 2.4.2 曲腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 曲腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與抬背機(jī)構(gòu)的相同。 2.4.3 整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 12 整床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有以下兩種方案選擇 第一種方案是采用聯(lián)動的兩個(gè)平面四桿機(jī)構(gòu)，簡圖如下： 第二種方案采用四個(gè)相同的電動推桿分別支撐床的四邊，簡圖如下： 第一種方案 該機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，有 3個(gè)活動件，四個(gè)轉(zhuǎn)動副，自由度為 F=3*3-2*4=1，有一個(gè)原動件即可做穩(wěn)定的運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動精準(zhǔn)，并且穩(wěn)定， 價(jià)格低廉。 第二種方案 該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但是其不穩(wěn)定，采用的是電動推桿作為動力源， 故其成本高。 綜上所述，選擇第一方案比較適合。 13 13 2.4.4 抬背、腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 抬腿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型相對來講和抬背機(jī)構(gòu)是相同的，抬背機(jī)構(gòu)和抬腿機(jī)構(gòu)總體的簡圖 如圖 2.6，圖 2.7 所示。 床板平置時(shí)，人躺在床上和普通病床一樣，當(dāng)需要坐起時(shí)由圖中左邊的電動機(jī)驅(qū) 動螺桿 7 轉(zhuǎn)動，使得螺帽 6 向右運(yùn)動，再由連桿 5 驅(qū)動床板 1 旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。 需要曲膝時(shí)，同樣右邊的電動機(jī)工作，通過螺桿 10 轉(zhuǎn)動，使螺帽 9 向左運(yùn)動，再由連 桿 8 驅(qū)動床板 3 旋轉(zhuǎn)。坐起和曲膝動作如圖“坐起狀態(tài)” 。 圖 2.6 運(yùn)動之前機(jī)構(gòu)簡圖 圖 2.7 運(yùn)動之后機(jī)構(gòu)簡圖 14 14 2.5 本章小結(jié) 本章完成了多功能護(hù)理床總體方案的設(shè)計(jì)。 1、制定了該護(hù)理床設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循個(gè)幾個(gè)原則，提出了所要達(dá)到的各項(xiàng)功能，明確 了應(yīng)該達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 2、對護(hù)理床的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先提出了護(hù)理床的總體布局，然后確定了 床面結(jié)構(gòu)形式、具體尺寸，最后在分析比較基礎(chǔ)上，確定了各功能模塊的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。 第三章 家用電動護(hù)理床的運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)機(jī)及相關(guān)計(jì)算 3.1 基本參數(shù)的設(shè)定 在第二章的設(shè)計(jì)指標(biāo)中已經(jīng)給出了基本參數(shù)，由于本章著眼于計(jì)算，方便我們可 以直觀地獲得數(shù)據(jù)，我們再一次給出護(hù)理床的基本參數(shù)值。 床的基本尺寸為 長寬=2000mm1000mm,高=300520mm 抬背角度為 070 o 大腿翻轉(zhuǎn)角度為 035 o 3.2 電動機(jī)的選擇 3.2.1 整床升降電動機(jī)的選擇 1）功率： 15 15 時(shí)間 t=35s ， 上升高度 h=220mm ，極限夾角 ，轉(zhuǎn)臂角速度為90 srads049.3521 轉(zhuǎn)臂速度： smsh09.2..11 負(fù)載 ,轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率為 （忽略轉(zhuǎn)臂自重）NT30 WTP309.311 電 動 機(jī) 的 許 用 功 率： P 許 忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量及連桿自重）1P789.04.3221 軸 承聯(lián) 軸 器螺 桿 電動機(jī)實(shí)際功率： W.178實(shí) 由以上結(jié)果知，選定額定功率為 100W 的單向電容式減速電動機(jī)。其相關(guān)參數(shù)如下 16 16 2)電機(jī)轉(zhuǎn)速 由圖 3.2 可知螺桿導(dǎo)程 1 最短約為 220mm。那么由屈膝的抬腿時(shí)間 ，螺桿st35 導(dǎo)程間距 ，可以得出電動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約：md2 min18960352rn 3.2.2 坐起電動機(jī) 1）功率 取 t=30s，極限角度 =70o，轉(zhuǎn)臂角速度： 17 17 srads047.318702 轉(zhuǎn)臂速度： sml 1.28..2 負(fù)載 ，則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率：NT102 （忽略轉(zhuǎn)臂自重）wTP4.12 電 動 機(jī) 的 許 用 功 率： P 許 2 = （忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量及連桿自重）W309.804.22軸 承聯(lián) 軸 器螺 桿 電動機(jī)實(shí)際功率： P 許 2 1.2=36W2 由以上結(jié)果知，選用額定功率為 40W 的單相電容式減速電動機(jī)。相關(guān)參數(shù)如下 2）轉(zhuǎn)速 由圖 3.1 可知坐起螺桿行程最短約為 365m。那么由上身坐起的時(shí)間 t=30s，螺桿螺紋間 距 d=2mm，可以得出電動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速： n=36523060r/min=365r/min 18 18 圖 3.1 坐起螺桿的導(dǎo)程示意圖 3.2.3 曲腿電動機(jī)的選擇 1）功率： ，極限角度 ，轉(zhuǎn)臂角速度：st35o35srads0174.358 轉(zhuǎn)臂速度： sml 35.2.3 負(fù)載 T3=1000N，則轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率： （忽略轉(zhuǎn)臂自重）WTP. P 許 3= (忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量及連桿量）P1.9.084.522軸 承聯(lián) 軸 器螺 桿 電動機(jī)實(shí)際功率：P 3=P 許 31.2=10.9W 由以上結(jié)果知，選定額定功率為 25W 的單相電容式減速電動機(jī)。相關(guān)參數(shù)如下 19 19 2）轉(zhuǎn)速： 由圖 3.2 可知屈膝螺桿行程最短約為 121mm。那么由屈膝的抬腿時(shí)間 ，螺st35 桿導(dǎo)程間距 ，可以得出電動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約：md2min10463521rn 圖 3.2 屈膝時(shí)螺桿的行程示意圖 3.3 零件的設(shè)計(jì)與校核 3.3.1 橫軸的設(shè)計(jì)與校核 1、求軸上的功率 P2、P 3轉(zhuǎn)速 n1、n 2及轉(zhuǎn)矩 T2、T 3。 P2 P2 電機(jī) 螺桿 軸承 （忽略連桿重量）W9.047 P3 P3 電機(jī) 螺桿 軸承 109.452 20 20 min389.026rn13 NnPT5689.05.922 m71..33 將軸設(shè)計(jì)為實(shí)心光軸。 初步確定軸的直徑 mnPAd389.02733202 因計(jì)算比較保守，先選用直徑為 25mm 的 40Cr 待后面校核。nd3816.07330 同以上選擇一樣。 1、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向和周向定位要求將軸與轉(zhuǎn)臂套筒用螺栓固定，同時(shí)考慮到傳動角的范圍 將連桿在軸上的固定孔偏離轉(zhuǎn)臂套筒固定孔 40o。 2、 初步選定滾動軸承 因軸承所受軸向力可忽略，認(rèn)為只受徑向力，選用深溝球軸承即可。 3、軸的強(qiáng)度校核 因這軸所受彎矩很小，可忽略，認(rèn)為只受扭轉(zhuǎn)作用，故只考慮扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。 軸的計(jì)算應(yīng)力 MpaMpaWT1825.06332 4.733 其中 是抗扭截面系數(shù)， =3316d 由以上計(jì)算確定軸的材料為 40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 21 21 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得 。因此 。故，軸安全Mpa2751132ca 3.3.2 螺桿的設(shè)計(jì)與校核 1、螺桿的確定 （1）自鎖性；由于在升降過程中要求能在任意一個(gè)角度停止，故對其自鎖性能有很高 的要求，于是選用小導(dǎo)程角的單頭螺紋，螺紋形式為梯形螺紋，在本機(jī)構(gòu)中對自鎖性 有很大要求，故對其進(jìn)行校核： 其中 ,梯形螺紋92.1)tan(dpcr 9.5costanfr 1.0f ，螺距 p=2mm，d 2為螺紋中徑，查找相關(guān)資料取 d2=19mm。由于 152 ，故其自鎖性很好。 （2） 螺桿的扭矩 ；因三根螺桿中使病人坐起的機(jī)構(gòu)中螺桿受力最大，故先設(shè) 計(jì)該機(jī)構(gòu)中的螺桿。負(fù)載 T2=1000N，螺桿軸向力最大為 1000N。 其中螺桿所受扭矩： 。mNdF 34.1029)6tan(10)tan(2 由此得出螺紋最小扭矩為 1.2Nm 時(shí)即可將 1000N 負(fù)載支起。而電動機(jī)提供給螺 桿的轉(zhuǎn)矩為 ，故符合要求。mNT34.57.1360.9 2、螺紋長度的確定 由前面電動機(jī)選擇過程中求電動機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)算出的數(shù)據(jù)： 整床升降螺桿行程為 220mm，螺桿螺紋長度選 250mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿 總長度 360mm，梯形螺紋，螺距為 2，公稱直徑為 20mm，材料選用 40Cr 鋼。 坐起螺桿行程為 365mm，螺桿螺紋長度選 400mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿總 長度 520mm，梯形螺紋，螺距為 2，公稱直徑為 20mm，材料選用 40Cr 鋼。 屈膝螺桿行程為 121mm，螺桿螺紋長度選 150mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿總長 度 270mm，梯形螺紋，螺距為 2，公稱直徑為 20mm 材料選用 40Cr 鋼。 3、螺桿強(qiáng)度校核：在升降過程中，螺桿受軸向壓力 F 和轉(zhuǎn)矩 T 的作用，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng) 度理論對其強(qiáng)度進(jìn)行校核，強(qiáng)度校核公式參閱教材： 22 22 2312164dTFca 式中 為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa） ， 。5s 電動機(jī)提供給螺桿的扭矩： 。mNT7.13650.9, 其中 F 為軸向壓力： 。dtgFv62, d1為螺紋小徑。 經(jīng)計(jì)算得 。查機(jī)械手冊得 ，因此 ，故安全。Mpaca7.6Mpa911ca 4、抗彎曲強(qiáng)度校核：每圈螺紋承受的平均作用力 F/z 作用在中徑 的圓周上，則螺紋2d 牙根部危險(xiǎn)剖面的變曲強(qiáng)度為： 2.189.0321zbdFl 其中 b=0.634p(梯形螺紋，p 為螺距) ，F(xiàn) 為軸向力， l 為螺紋工作高度，取 z=8 為組合 圈數(shù)（無量綱） 。 5、螺桿穩(wěn)定性校核：細(xì)長的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能導(dǎo)致失穩(wěn)，為此應(yīng)按 照螺桿的穩(wěn)定性條件來驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。 1.坐起螺桿 查教材，u 取 0.5（兩端固定） 螺桿的柔度： ils 得：41d)(405需 要 校 核s 根據(jù)歐拉公式計(jì)算： NutEIFcr 8.105745.06 .12)(242 23 23 NF17636./8.05SCrsc 穩(wěn)定性安全系數(shù)取 （傳力螺旋） ， ，故認(rèn)為螺桿穩(wěn)定。.53s scS 2.整床升降螺桿 （不需要校核）40iuls 3.曲腿螺桿 。 （不需要校核）21ils 3.3.3 坐起機(jī)構(gòu)中零件的設(shè)計(jì)與校核 1、連桿的設(shè)計(jì) A.初步確定連桿材料和長度 假設(shè)坐起機(jī)構(gòu)升降到 70 度時(shí)螺帽的行程的最終位置與背部床板旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的水平距離為 mm,連桿與背部床板連接點(diǎn)到其旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離為 =280mm,螺帽運(yùn)動軸線到2401LL2 旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的垂直距離為 e=30mm,其圖如下，故可以算出連桿 的長度，由三角函數(shù)：3 9.1)7tan(e 9.1)70sin(eb mal.925011 mbl.322 )70cos(22213 llL 得 L63 24 24 故連桿 為 326mm，寬和高都為 40mm,材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理。L3 B.連桿強(qiáng)度校核 mNFM/35470sin32615sin3 連桿所受的軸向力可忽略。 因 .故安全。.6/4053paWcaMpaca1 3.3.4 曲腿機(jī)構(gòu)中零件設(shè)計(jì)與校核 1、連桿的設(shè)計(jì) A.連桿的設(shè)計(jì) 25 25 按照坐起機(jī)構(gòu)的算法可以得出 =164mm，選擇連桿的長度為 1604mm,寬和高都L3 為 40mm。材料為 40Cr 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 B.連桿強(qiáng)度校核 因本機(jī)構(gòu)中連桿材料與坐起機(jī)構(gòu)中一樣，但長度和受力卻較前者小，故無需強(qiáng)度 校核。 3.3.5 整床升降中的零件設(shè)計(jì)與校核 A.連桿的設(shè)計(jì) 由于整床上升的距離為 220mm,故其連桿 L1 設(shè)計(jì)為 220mm。L2 為 80mm ,寬和高 分別為 20mm,30mm。材料為 40Cr 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 B.連桿強(qiáng)度校核 因其所受的平均力較小，故不用校核。 3.4 本章小結(jié) 本章承接上文的總體設(shè)計(jì)方案，以科學(xué)的方法和數(shù)據(jù)，完成了家用電動護(hù)理床的 詳細(xì)設(shè)計(jì)。 1、完成了基本參數(shù)的設(shè)計(jì)。 2、完成了三個(gè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 3、完成了零件的設(shè)計(jì)。 26 26 第四章 三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析及三維模型圖 4.1 設(shè)計(jì)仿真應(yīng)用軟件概述 UG 是 Unigraphics 的縮寫，這是一個(gè)交互式 CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī) 輔助制造) 系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之 初主要基于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，在 PC 上的應(yīng)用取 得了迅猛的增長，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。 UG 的開發(fā)始于1969年，它是基于 C 語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UG NX 是一個(gè)在二和三維 空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的 軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用 再利用。 一個(gè)給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值 數(shù)學(xué))及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。 這是因?yàn)榻M合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識。最終軟件的實(shí)現(xiàn)變 得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個(gè)人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程 的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptivemeshrefinement ）和多重網(wǎng)格方法在過去 的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大型并行計(jì)算機(jī) 的開發(fā)帶來了許多新的可能。UG 的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、 多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 來自 SiemensPLM 的 NX使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全 生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品 設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的 技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了 真正地支持革新，必須評審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng) 驗(yàn)中所獲得的知識更早地做出關(guān)鍵性的決策。NX 是 UGS PLM 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā) 系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動產(chǎn)品革新。 NX 獨(dú)特之處是其知識管理基礎(chǔ)，它使 27 27 得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知 識，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的 成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮 短進(jìn)入市場的時(shí)間。通過再一次將注意力集中于跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新， NX 的成功已經(jīng)得到了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn) 應(yīng)用和過程自動化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù) 字化管理和協(xié)同的框架中。 4.2 三維模型 1.整床模型 28 28 2 整床升降機(jī)構(gòu) 29 29 結(jié)論 根據(jù)市場對高級家用電動護(hù)理床的需求，本文設(shè)計(jì)了家用電動護(hù)理床。通過這段 時(shí)間的努力，對家用電動護(hù)理床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的分析、計(jì)算。此護(hù)理床主要實(shí)現(xiàn) 三大功能，由四大模塊組成 ，該論文在閱讀大量的相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對家用電 動護(hù)理床進(jìn)行了認(rèn)真和深入的研究，主要完成了如下工作: 一、家用電動護(hù)理床的總體方案設(shè)計(jì)： 該家用電動護(hù)理床主要實(shí)現(xiàn)坐起，曲腿、整床升降、自鎖等功能，并根據(jù)中華人民 共和國醫(yī)用電器相關(guān)條例設(shè)計(jì)出家用電動護(hù)理床的各個(gè)單元模塊外形尺寸、承載能力， 各模塊所能完成的功能特性設(shè)計(jì)以及護(hù)理床的整體布局。 二、家用電動護(hù)理床各個(gè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算 主要計(jì)算了坐起機(jī)構(gòu)，曲腿，整床升降所使用的連桿，螺桿，進(jìn)行了詳細(xì)的分 析和計(jì)算，并且選擇了所需的電動機(jī)。 三、對幾個(gè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動分析 對幾個(gè)機(jī)構(gòu)的不同的幾個(gè)運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行了速度，位移和加速度的分析 四、家用電動護(hù)理床的二維制圖和三維建模 通過繪圖軟件 pro/E、AutoCAD 繪制了家用電動護(hù)理床的二維圖和三維建模。 隨著社會的發(fā)展，科技的不斷創(chuàng)新，以及人們對高質(zhì)量，人性化，智能化的產(chǎn)品 需求，家用電動護(hù)理床將是一個(gè)前景非常寬廣的醫(yī)療器械。未來的電動護(hù)理床將會往 智能化，多功能化發(fā)展。 30 30 參考文獻(xiàn) 1 孫桓，陳作模.機(jī)械原理（第六版）.高等教育出版社.2001.5. 2 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社. 2002.9 3 范欽珊，殷雅俊. 材料力學(xué).北京，清華大學(xué)出版社.2004 4 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社.2001.4 第 7版 5 李杞儀，趙韓主編. 機(jī)械原理. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.8 6 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