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小直徑銑刀工具高速銑削加工的研究加 藤 榮 春 新 谷 弘 巖 田 一 夫 杉 田 宏 明機 械 工 程 系 金 澤 技 術(shù) 學(xué) 院日 本 921 8501 7 1 河 北 郡 津 幡 町 石 川日 本 愛 知 縣 442 8533 1 15 加 賀 市 OSG 公 司 豐 川摘要 最 近 人 們 對 部 分 小 型 便 攜 式 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 需 求 有 所 增 加 因 此 有 必 要 開 發(fā)一 種 微 型 機 床 使 高 速 切 削 成 為 可 能 使 用 裝 備 有 小 直 徑 銑 刀 的 高 速 切 削 機 床 可 以 高效 率 的 加 工 較 小 零 件 在 科 研 成 果 中 一 種 裝 備 了 小 直 徑 立 銑 刀 的 立 式 微 型 機 床 的 研 究 解 決 了 高 速 條 件 下 小 零 件 的 設(shè) 計 與 生 產(chǎn) 問 題 所 研 制 的 機 床 的 尺 寸 是 300mm 400mm 340mm 其 重 量 為 50KG 本 機 在 裝 配 了 1 7mm 直 徑 的 小 直 徑 立 銑 刀 時 其可 以 達 到 的 切 削 速 度 為 25 0m s 研 究 結(jié) 果 證 實 這 種 機 床 在 以 0 6 mRz 的 表 面 粗糙 度 加 工 零 件 時 其 加 工 速 度 可 達 25 0m s 通 過 加 工 速 度 達 到 25m s 的 微 型 機 床 與加 工 速 度 2 5m s 的 加 工 中 心 做 比 較 證 實 了 在 25 0m s 速 度 下 工 件 變 形 層 的 厚 度 為0 6 m 關(guān)鍵詞 立 式 微 型 機 床 小 直 徑 立 銑 刀 高 速 銑 削 加 工 形 變 層 厚 度 表 面 粗 糙 度 1 簡介 近 年 來 隨 著 消 費 者 需 求 的 多 樣 化 產(chǎn) 品 種 類 和 數(shù) 量 的 頻 繁 變 化 使 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 變得 靈 活 多 變 1 2 因 此 不 僅 需 要 更 有 效 的 生 產(chǎn) 而 且 需 要 提 升 加 工 速 度 另 一方 面 就 是 人 們 對 毫 米 級 便 攜 式 產(chǎn) 品 的 需 求 增 加 此 外 人 們 對 產(chǎn) 品 的 小 型 化 輕 量化 和 實 用 性 的 要 求 有 所 提 升 3 4 因 此 必 須 要 提 高 加 工 的 效 率 和 精 度 來 應(yīng) 對 人 們對 小 型 化 產(chǎn) 品 的 大 量 需 求 這 也 使 研 發(fā) 一 種 高 精 度 小 型 化 的 機 床 成 為 必 然 然 而 當(dāng) 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 在 傳 統(tǒng) 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 約 為 4000 轉(zhuǎn) 分 鐘 的 高 速 機 床 上 加 工 小 型 產(chǎn)品 并 增 加 切 削 速 度 是 難 以 實 現(xiàn) 的 因 此 在 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 時 必 須 要 使 用 超 高 轉(zhuǎn) 速 的 主 軸 來 增 加 切 割 速 度 另 一 方 面 傳 統(tǒng) 機 床 的 重 大 缺 陷 就 是 尺 寸 大 能 源 利 用率 低 傳 統(tǒng) 高 速 機 床 的 加 工 范 圍 遠 大 于 小 產(chǎn) 品 的 需 求 此 外 傳 統(tǒng) 機 床 的 主 軸 及 其他 機 械 元 件 都 相 當(dāng) 之 大 耗 費 能 量 也 相 當(dāng) 之 多 因 此 研 究 一 種 裝 備 了 小 直 徑 立 銑刀 的 立 式 微 型 機 床 用 來 實 現(xiàn) 高 速 加 工 和 節(jié) 約 能 源 尤 為 重 要 5 在 這 項 研 究 中 立 式 微 型 機 床 的 設(shè) 計 與 制 作 可 以 實 現(xiàn) 高 速 切 削 加 工 和 節(jié) 約 能 源 它 讓 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 加 工 小 型 零 件 成 為 可 能 表1 微型機床說明書 圖1 微型機床照片 圖2 主體照片2 微型機床規(guī)格表 1 為 立 式 微 型 機 床 的 規(guī) 格 為 了 減 輕 其 重 量 在 車 床 支 架 材 料 中 采 用 了 基陶 瓷 材 料 所 用 的 材 料 是 鑄 鐵 比 重 的 一 半 此 外 它 的 優(yōu) 點 很 多 擁 有 普 通 材 料 雙倍 的 抗 拉 強 度 約 為 3倍 的 楊 氏 模 量 和 低 1 3的 線 性 膨 脹 系 數(shù) 6 機 器 重 量 為 50kg 機 器 的 尺 寸 是 300 400 342mm 雙 風(fēng) 水 輪 機 主 軸 類 型 A 型 轉(zhuǎn) 數(shù) 320000 轉(zhuǎn) min和 B型 200000 轉(zhuǎn) min 可 以 使 用 直 徑 較 小 的 刀 具 以 實 現(xiàn) 高 速 切 割 軸 又 輕 又 材 質(zhì) 材 質(zhì) Si N 陶 瓷機 器 尺 寸 x y z 300 400 342mm機 器 重 量 50kg規(guī) 格 驅(qū) 動 方 法 直 線 電 機 驅(qū) 動全 行 程 X 50mm Y 50mm Z 16mm分 辨 率 0 1 m主 軸 主 軸 空 氣 渦 輪 主 軸旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 320000 轉(zhuǎn) 分 鐘 小 可 在 無 潤 滑 油 條 件 下 使 用 因 此 主 軸 冷 卻 系 統(tǒng) 是 沒 有 必 要 的 空 氣 渦 輪 主 軸采 用 100V 壓 縮 機 來 壓 縮 空 氣 X軸 和 Y軸 采 用 直 線 電 機 驅(qū) 動 精 確 到 0 1 m 的 定位 可 加 工 高 精 度 的 小 工 件 X軸 y 軸 和 z 軸 的 長 度 分 別 為 50mm 50mm 和 16mm 微 型 機 床 安 裝 在 一 個 盒 子 里 用 來 控 制 加 工 期 間 產(chǎn) 生 的 氣 體 圖 1 為 上 述 規(guī) 格 的 微 型 機 床 的 示 意 圖 利 用 個 人 計 算 機 進 行 了 主 軸 控 制 單 元 的控 制 圖 2顯 示 了 主 體 結(jié) 構(gòu) 空 氣 渦 輪 軸 已 手 動 安 裝 在 z 軸 上 實 現(xiàn) 了 精 度 達 到 0 5微 米 圖 中 的 箭 頭 顯 示 每 個 鍵 的 傳 遞 方 向 軸 圖 3 顯 示 控 制 系 統(tǒng) 的 X 軸 和 Y 軸 控制 單 元 采 用 一 個 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 利 用 高 定 位 精 度 位 置 實 現(xiàn) 了 速 度 和 電 流 的 反 饋 機 制 個人 電 腦 程 序 使 用 直 觀 視 覺 進 行 定 位 如 圖 4 所 示 為 電 能 消 耗 顯 示 了 微 型 機 床 和 現(xiàn)有 的 高 速 加 工 中 心 M C 之 間 的 比 較 該 設(shè) 備 的 電 力 消 耗 僅 為 M C 的 十 分 之 一 確 定 了 微 型 機 床 在 能 源 效 率 上 的 優(yōu) 越 性 圖3 微型機床控制系統(tǒng)示意說明 圖4 微型機床與加工中心耗電量比較 圖5 路程與轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系 圖6 X軸與 Y軸的微小影響 3 微型機床制造的基礎(chǔ)3 1 空氣渦輪機軸的特征空 氣 渦 輪 主 軸 可 以 實 現(xiàn) 高 轉(zhuǎn) 速 但 它 低 扭 矩 低 在 這 部 分 研 究 了 空 氣 渦 輪 主 軸的 受 力 對 其 轉(zhuǎn) 數(shù) 的 影 響 在 主 軸 上 安 裝 了 測 試 棒 將 負 載 添 加 到 測 試 棒 的 頂 端 長度 9毫 米 直 徑 1 7 毫 米 使 主 軸 在 水 平 方 向 旋 轉(zhuǎn) 使 用 激 光 轉(zhuǎn) 速 表 測 量 旋 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 數(shù) 圖 5顯 示 了 主 軸 轉(zhuǎn) 速 的 測 量 結(jié) 果 A和 B 在 這 個 圖 里 兩 軸 旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 量 直 線 下 降 增 加 負載 可 以 看 出 在 主 軸 以 25m s 的 速 度 移 動 并 施 加 水 平 負 載 0 3 牛 的 情 況 下 轉(zhuǎn) 速 為320000 轉(zhuǎn) 分 在 主 軸 以 16 7m s 的 速 度 移 動 并 施 加 水 平 負 載 0 6 牛 的 情 況 下 轉(zhuǎn)速 為 200000 轉(zhuǎn) 分 3 2x坐標軸和y坐標軸的定位在 微 型 機 床 的 x 軸 和 y 軸 是 用 直 線 電 機 驅(qū) 動 兩 軸 的 定 位 精 度 檢 查 的 方 式 是 每次 以 40mm 5 m s的 速 度 進 給 分 3次 完 成 的 命 令 的 定 位 精 度 是 使 用 位 移 傳 感器 測 量 激 光 打 出 的 10 納 米 得 光 得 到 的 對 兩 軸 分 析 的 結(jié) 果 如 圖 6所 示 在 圖 中 很 明顯 看 出 兩 軸 有 準 確 的 輸 入 值 然 而 能 夠 證 實 瞬 態(tài) 特 點 存 在 于 X 軸 從 Y 軸 到 X軸 存 在 一 個 有 Y 軸 方 向 的 質(zhì) 量 4 5千 克 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 3 3 機架的特點我 們 需 要 測 量 固 有 頻 率 阻 尼 比 并 檢 查 弱 化 特 征 框 架 7 圖 7 為 振 動 測 量 設(shè) 備的 示 意 圖 和 實 驗 方 法 用 壓 電 加 速 度 傳 感 器 檢 測 到 的 機 架 震 動 是 由 z 軸 的 上 部 框 架 產(chǎn) 生 的 其 輸 出 值 是 通 過 放 大 器 快 速 輸 入 到 傅 立 葉 變 換 FFT 分 析 器 可 以 得 到 固有 頻 率 和 阻 尼 比 表 2 很 直 觀 的 顯 示 了 x 軸 和 y 軸 方 向 上 頻 率 和 阻 尼 比 的 測 量 結(jié) 果 在 表 中 證 實 x 軸 的 固 有 頻 率 525 赫 茲 Y 軸 的 固 有 頻 率 是 532 赫 茲 從 結(jié) 果 中 可 以看 出 機 架 震 動 的 固 有 頻 率 約 為 530 赫 茲 這 臺 機 器 的 阻 尼 比 是 0 119 空 氣 汽 輪機 主 軸 的 頻 率 是 5333 和 3333 赫 茲 從 測 量 結(jié) 果 可 以 看 出 微 型 機 床 的 固 有 頻 率 并沒 有 產(chǎn) 生 共 鳴 圖7 實驗方式和震動測量裝置 表2 阻尼測量結(jié)果表3 化學(xué)成分和 S45C的布氏硬度化 學(xué) 成 分 含 量 布 氏 硬 度C Si Mn P S Fe0 45 0 29 0 71 0 027 0 018 剩 余 部 分 180 圖8 主要工件的圍觀顯示 圖9 刀具的幾何結(jié)構(gòu) 3 的硝酸酒精溶液處理 60秒 4 使用小端銑刀高速加工工具的優(yōu)勢4 1實驗的過程 影 響方 向 測 量 項 目 測 量 結(jié) 果X 軸 自 然 頻 率 n 525Hz相 位 120 度Y 軸 自 然 頻 率 n 532Hz相 位 49 度阻 尼 比 0 119 我 們 采 用 的 工 件 材 料 是 碳 鋼 JIS S45C 工 件 材 料 經(jīng) 過 退 火 表 3 顯 示 了 工 件材 料 的 化 學(xué) 成 分 和 布 氏 硬 度 圖 8 所 示 位 這 種 材 料 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) 工 件 材 料 的 幾 何 形狀 是 15 10 20 毫 米 矩 形 管 使 用 A 鈦 鋁 N 涂 層 的 雙 槽 小 立 銑 刀 工 具 基 板材 料 為 硬 質(zhì) 合 金 涂 層 厚 度 約 為 3 0 m 圖 9 顯 示 了 刀 具 的 幾 何 形 狀 圖 10 顯 示了 小 端 銑 刀 工 具 的 尖 端 切 削 刃 實 際 的 使 用 的 是 螺 旋 端 銑 刀 刀 具 其 角 度 大 約 為 零 度 左 右 刀 補 大 約 為 50 m 圖10 微型銑刀的切割邊緣 圖11 切割長度和表面粗糙度的關(guān)系 圖12 多個切割速度下工件表面的比較在 銑 削 實 驗 中 優(yōu) 良 的 切 削 條 件 如 下 在 實 驗 中 進 給 速 度 SZ 為 4 3 m 齒 軸 向 切 削 深 度 AA 為 50微 米 切 割 的 徑 向 深 度 AR 30 微 米 切 割 速 度 V 為 2 5 米 秒 16 7米 秒 和 25 0米 秒 為 了 檢 查 切 削 速 度 對 切 削 性 的 影 響我 們 采 用 了 三 種 類 型 的 主 軸 由 于 每 個 刀 刃 的 旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 不 能 自 由 地 控 制 使 用 一 個320 000轉(zhuǎn) min 的 空 氣 渦 輪 軸 A型 200 000 轉(zhuǎn) min的 空 氣 渦 輪 主 軸 B 型 和 30000 轉(zhuǎn) min 的 直 流 電 動 機 主 軸 C 型 采 用 給 切 割 點 施 加 0 2MPa 的 壓 力 和 干 燥空 氣 的 切 割 方 法 使 用 電 子 顯 微 鏡 和 藍 色 激 光 顯 微 鏡 進 行 機 加 工 的 表 面 的 觀 察 4 2實驗結(jié)果與討論對 小 立 銑 刀 工 具 S45C 在 高 速 加 工 時 的 優(yōu) 勢 進 行 了 研 究 圖 11 看 出 了 在 幾 個 切割 速 度 下 切 削 面 所 增 加 的 的 最 大 高 度 變 化 在 該 圖 中 給 分 散 性 和 表 面 的 平 均 粗 糙 度做 出 標 記 在 高 速 切 割 時 切 割 面 的 最 大 高 度 增 量 維 持 在 2 m 檢 測 到 的 數(shù) 值 分 散性 較 小 相 反 可 以 很 明 顯 的 看 出 波 動 和 分 散 在 低 切 削 速 度 下 非 常 大 圖 12 比 較 了幾 個 用 于 加 工 表 面 的 切 割 速 度 可 觀 測 到 加 工 表 面 切 削 速 度 最 低 2 5 米 秒 產(chǎn) 生 了撕 裂 部 分 在 高 切 削 速 度 16 7米 s和 25 0米 秒 即 使 切 割 距 離 增 加 有 人 沒 有 觀 察 到 撕 裂 部 分 從 主 軸 偏 轉(zhuǎn) 的 測 量 結(jié) 果 看 出 使 用 的 直 流 電 動 機 主 軸 在 低 切 削 速度 下 的 偏 轉(zhuǎn) 約 為 9 微 米 這 結(jié) 果 在 與 使 用 空 氣 渦 輪 轉(zhuǎn) 軸 時 相 差 較 大 因 此 類 似 的 實驗 試 圖 顯 示 了 使 用 現(xiàn) 有 的 高 速 加 工 中 心 偏 轉(zhuǎn) 圍 1 0 m 和 使 用 直 流 電 機 主 軸 獲 得 的結(jié) 果 是 一 樣 的 接 著 在 兩 個 切 割 速 度 2 5米 秒 和 25 0米 秒 下 對 加 工 表 面 上 方 的 變 形 層進 行 了 觀 察 圖 13顯 示 了 用 3 的 硝 酸 和 酒 精 溶 液 蝕 刻 后 的 切 削 面 在 不 同 切 削 速 度時 的 比 較 如 在 圖 中 可 以 確 認 在 變 形 層 厚 度 為 1 3 m 時 切 削 速 度 約 為 2 5 米 秒 在 變 形 層 厚 度 為 0 6 微 米 時 的 切 削 速 度 約 為 25 0 米 秒 因 此 得 出 在 高 速 切 削 的 情況 下 可 以 減 少 變 形 層 的 厚 度 以 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 方 面 具 有 優(yōu) 越 性 圖 14 顯 示 了 切 削 屑 圖132 5m s和 25m s形變層的比較 圖14Ln 10m時 2 5m s和 25m s 3 的硝酸酒精溶液處理60 秒 切削屑的比較 3 的硝酸酒精溶液處理 60秒 厚 度 隨 切 削 速 度 增 大 而 減 小 隨 著 切 削 速 度 降 低 大 約 一 半 證 實 切 削 屑 的 塑 性 流 動 角度 減 少 因 此 減 小 高 速 切 削 的 切 削 深 度 并 使 用 直 徑 較 小 的 刀 具 可 以 提 高 加 工 表 面 精 度 因 此 可 以 預(yù) 期 高 速 加 工 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 工 具 的 優(yōu) 勢 5 結(jié)論通 過 對 安 裝 了 高 速 小 端 面 銑 刀 的 微 型 機 床 的 研 究 設(shè) 計 和 生 產(chǎn) 實 現(xiàn) 了 提 高 工 效和 節(jié) 省 能 源 所 得 到 的 結(jié) 果 如 下 1 立 式 微 型 機 床 設(shè) 計 該 機 床 是 由 空 氣 渦 輪 主 軸 320000轉(zhuǎn) 分 鐘 型 或 200000轉(zhuǎn) 分 型 基 于 定 位 精 度 為 0 1 m 的 氮 化 硅 陶 瓷 框 架 和 一 個 線 性 馬 達 組 成 的 2 該 機 床 的 功 耗 僅 為 現(xiàn) 有 的 高 速 加 工 中 心 的 1 10 3 證 實 了 320000 轉(zhuǎn) 分 鐘 的 主 軸 可 以 在 25 0 米 秒 的 高 速 和 0 3N 的 水 平 載 荷下 使 用 4 該 微 型 機 床 阻 尼 比 為 0 119 固 有 頻 率 為 530Hz 5 可 以 保 持 表 面 粗 糙 度 2 0 mRz 較 高 的 切 削 速 度 25 0m s 和 在 較 長 切 削長 度 下 切 確 的 數(shù) 值 分 散 性 較 小 在 這 些 條 件 下 獲 得 無 撕 裂 部 件 的 加 工 面 6 變 形 層 厚 度 在 2 5 米 秒 切 削 速 度 下 約 為 1 3 微 米 在 25 米 秒 的 切 割 速 度下 約 為 0 6 微 米 7 切 削 屑 的 塑 性 流 動 角 在 高 切 削 速 度 降 低 25m s 參考文獻 1 KA KINO Y IHA RA Y MORIGUCHI H et al High speed Machining Technologiesfor A gile Manufacturing IMS 2001 89 92 in Japanese 2 IDETA M FUKUSHIGE M et al Toyota Tech Rev 1995 45 1 92 97 in Japanese 3 JA MES M Miniaturization Tech Pap Soc Manuf Eng 1999 1 64 REDFORD A Small Parts Feeding A ssem A utom 1999 11 4 8 115 A SA DA N KURIHA RA G MORITA N et al Development of Numerical ControlledMicro Milling Machine Micro Cube j of JSA T 2003 47 7 373 378 in Japanese 6 MISHIMA N Characteristics of Materials for Machine Tool Structure 1 streport Purpose of the Study and Damping Characteristics Report ofMechanical Engineering Laboratory 1995 49 5 193 200 in Japanese 7 ISO 10791 2 Test conditions for machining centers Part2 Geometric testsfor machines with vertical spindle or universal heads with vertical primaryrotary axis vertical Z axis 2001 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 1．畢業(yè)設(shè)計課題的任務(wù)和要求： 在分析現(xiàn)有擔(dān)架車的原理及結(jié)構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法、機械原理、機械設(shè)計等相關(guān)理論，進行擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)方案、工作原理設(shè)計與主要零部件設(shè)計計算。要求能實現(xiàn)擔(dān)架車的折疊與直推功能，車腿能根據(jù)救護車高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)自動收腿功能。現(xiàn)代滿足醫(yī)療救護器械具有運動平穩(wěn)、操作快速方便、對傷員的二次傷害小的基本要求。撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書；翻譯相關(guān)英文科技文獻1篇。 2．畢業(yè)設(shè)計課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 救護擔(dān)架車自重不超過15kg，最大載重100kg。設(shè)計一款救護擔(dān)架車，能實現(xiàn)擔(dān)架車的折疊與直推功能，車腿能根據(jù)救護車高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)自動收腿、自鎖功能。 具體要求： （1）了解救護擔(dān)架車的基本工作原理； （2）研究現(xiàn)有救護擔(dān)架車裝置的性能、優(yōu)缺點及適應(yīng)性，確定救護擔(dān)架車的總體結(jié)構(gòu)方案； （3）設(shè)計校核救護擔(dān)架車的主要零部件；正確規(guī)范繪制相關(guān)圖紙；使用相關(guān)軟件完成虛擬動畫； （4）撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書； （5）翻譯相關(guān)英文科技文獻1篇。 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 3．對畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計、圖紙、實物樣品等）： 1、 設(shè)計的救護擔(dān)架車全套圖紙； 2、 畢業(yè)設(shè)計說明書1份； 3、相關(guān)科技文獻英文翻譯1份。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能達到使用要求，圖紙規(guī)范、正確。附帶光盤。 4．畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2月29日 ~ 3月21日 熟悉課題、搜集資料，進行設(shè)計構(gòu)思， 寫出開題報告并進行相關(guān)論文的英文翻譯 3月30日 ~5 月 10 日 確定設(shè)計方案、完成全套設(shè)計圖紙 5月11日 ~6 月 1日 撰寫設(shè)計說明書等 6月1 日 ~6 月 5日 查漏補缺；答辯 學(xué)生所在系審查意見： 同意下發(fā)任務(wù)書 系主任： 2016年 2月29日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1.1設(shè)計依據(jù) 當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，為了趕上時代的節(jié)奏和腳步，實用技術(shù)不斷推陳出新，其中救護擔(dān)架車也不例外，不斷升級和創(chuàng)新，技術(shù)也逐漸成熟。又由于醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展，國內(nèi)外救護擔(dān)架車結(jié)構(gòu)各式各樣，各有優(yōu)點和缺點。擔(dān)架車作為搬運病人的主要工具，對其使用歷來已久，人們根據(jù)各個時期對擔(dān)架車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國內(nèi)研究現(xiàn)狀 戚鵬飛等研制的多功能醫(yī)用擔(dān)架車，其設(shè)計的擔(dān)架車可以通過控制裝置轉(zhuǎn)換為輪椅車，這標志著我國對擔(dān)架車的研究由使用階段轉(zhuǎn)變到了開發(fā)設(shè)計階段。 下樓式越障擔(dān)架車，采用推車形式，把擔(dān)架車分為上中下三層結(jié)構(gòu)，上層為傷員承載面，中間為急救與生命支持單元，下層為移動支撐單元。上中下層采用模塊化靈便組合，使之不但可作為普通擔(dān)架使用，更可與下層移動支撐單元組合為擔(dān)架車，從而使整套擔(dān)架車作為專業(yè)的轉(zhuǎn)運工具既具有擔(dān)架的靈活和輕便性，又具有擔(dān)架車的省力、承載能力高的性能，從而更好的適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。下樓式越障擔(dān)架車不但能應(yīng)用于各種復(fù)雜的環(huán)境，降低救護人員的勞動強度，而且隨車攜帶的各種急救醫(yī)療器材，保證需要救助的病人在轉(zhuǎn)運途中得到最有效、最基本的救助，使擔(dān)架車的功效得到了的最有效的發(fā)揮。[1]- [3] 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擔(dān)架車上，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。 免搬運擔(dān)架車，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，后半部分能在擔(dān)架車上橫向移動。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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擔(dān)架車，該擔(dān)架車采用新的結(jié)構(gòu)形式，在以前的擔(dān)架車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擔(dān)架車為病員做及時有效的護理工作。[12]- [15] 楊月誠等人在其專利全自動直推式擔(dān)架車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擔(dān)架車。擔(dān)架車上車時，前撞桿撞到救護車底板時自動收攏，繼續(xù)推擔(dān)架車，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。該擔(dān)架車可實現(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。 軌道側(cè)移式病員搬運轉(zhuǎn)運擔(dān)架車、換床單架車與2007年的一種方便病人搬運的擔(dān)架車，都能實現(xiàn)擔(dān)架板相對車架的側(cè)向滑移，將病人進行床位轉(zhuǎn)換。孫建研究的擔(dān)架車利用手搖裝置和齒輪驅(qū)動主擔(dān)架在支撐擔(dān)架上進行平移，利用液壓控制系統(tǒng)進行升降控制；此外，該擔(dān)架車還配備了供氧裝置、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。華婷研制的擔(dān)架車利用上下滑塊的相對滑動進行擔(dān)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(dān)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擔(dān)架車成一定角度轉(zhuǎn)換，其研制的擔(dān)架車可便捷的搬運病人。[4]- [6] 1.3國外發(fā)展?fàn)顩r 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提出的“Torancemover”。該設(shè)備主要是由安裝在擔(dān)架車上的驅(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。[7] 日本DAIHEN公司開發(fā)的擔(dān)架與搬運車分離的搬運設(shè)備，該擔(dān)架車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。[8] 參考文獻： [1]許致華：半自動擔(dān)架車的運動仿真[J].中國民航學(xué)院學(xué)報，2003,21（1）：36-38. 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[20]陸濤、呂國平、石延軍等重癥患者轉(zhuǎn)運擔(dān)架車的研究與應(yīng)用[J].東南國防醫(yī)藥,2007,9(5):344-345.  畢業(yè)設(shè)計開題報告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 2.1本課題要研究或解決的問題 盡管國內(nèi)對救護擔(dān)架車的技術(shù)還不成熟，但仍有不少國內(nèi)研究人員在不斷進行技術(shù)創(chuàng)新和革新，從而救護擔(dān)架車的發(fā)展。綜合國內(nèi)外救護擔(dān)架車研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外企業(yè)都將救護擔(dān)架車技術(shù)列為重點發(fā)展的高技術(shù)。智能化、多功能化和舒適化，將逐步取代傳統(tǒng)的機械式、單一功能式技術(shù)。而各外救護擔(dān)架車廠商在性能上的比拼，將提升外救護擔(dān)架車的技術(shù)含量，降低生產(chǎn)成本，并推動新的技術(shù)革命。在救護擔(dān)架車方面而言，以歐美等國的技術(shù)最為先進。國外救護擔(dān)架車推廣應(yīng)用時間長，產(chǎn)品技術(shù)成熟，國外一些企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出幾代救護擔(dān)架車產(chǎn)品，國內(nèi)開發(fā)出救護擔(dān)架車，研發(fā)投入少，市場份額小，產(chǎn)品應(yīng)用推廣面窄。故本課題研究希望設(shè)計出一種性能優(yōu)越的救護擔(dān)架車。 初步確定的救護擔(dān)架車方案是救護擔(dān)架車自重不超過15kg，最大載重100kg。設(shè)計一款救護擔(dān)架車，能實現(xiàn)擔(dān)架車的折疊與直推功能，車腿能根據(jù)救護車高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)自動收腿、自鎖功能。 具體要求： （1）了解救護擔(dān)架車的基本工作原理； （2）研究現(xiàn)有救護擔(dān)架車裝置的性能、優(yōu)缺點及適應(yīng)性，確定救護擔(dān)架車的總體結(jié)構(gòu)方案； （3）設(shè)計校核救護擔(dān)架車的主要零部件；正確規(guī)范繪制相關(guān)圖紙；使用相關(guān)軟件完成虛擬動畫； 解決的問題： （1） 實現(xiàn)怎樣的功能，怎樣實現(xiàn)； （2） 機構(gòu)設(shè)計，裝配圖，二維零件圖的繪制； （3） 理論知識到實際中的運用能力。 2.2擬采用的研究手段（途徑） （1）制定救護擔(dān)架車功能和方案； （2）根據(jù)制定的方案，進行救護擔(dān)架車總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計； （3）總體結(jié)構(gòu)的功能分塊，進行各功能塊、實現(xiàn)機構(gòu)、運動方式的選擇； （4）救護擔(dān)架車總體的初步設(shè)計，繪制測試原理框圖、結(jié)構(gòu)簡圖； （5）救護擔(dān)架車外觀設(shè)計； （6）救護擔(dān)架車強度，穩(wěn)定性校核； （6）詳細設(shè)計，進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制測試裝置的零件圖和裝配圖； （7）進行評價方法的理論分析，優(yōu)化步驟和流程。 2.3 技術(shù)路線 是 否 是否滿足要求 救護擔(dān)架車性能檢測 確定救護擔(dān)架車設(shè)計參數(shù) 結(jié)論與建議 關(guān)鍵部件設(shè)計研究 CAD出圖 明確研究任務(wù) 查閱資料、調(diào)研 研究方案設(shè)計 計算與校核 救護擔(dān)架車的分析研究 2.4實施計劃 第1-2周 閱讀相關(guān)文獻，翻譯英文文獻； 第2-3周 完成文獻綜述； 第3-4周 明確畢業(yè)設(shè)計研究方向與內(nèi)容，完成開題報告； 第5-6周 救護擔(dān)架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計； 第7-8周 完成救護擔(dān)架構(gòu)結(jié)構(gòu)分析方案，繪制救護擔(dān)架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維圖； 第8-9周 完成所有裝配圖和零件圖； 第10周 產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計和改進； 第11周 撰寫畢業(yè)論文； 第12周 畢業(yè)設(shè)計答辯。 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 郭子涵同學(xué)在查閱了大量的和畢業(yè)設(shè)計工作有關(guān)的資料、書籍后,對課題研究內(nèi)容和研究方法有了較明確的認識和理解,較好地完成了課題前期的準備工作。 開題報告語言通順、格式規(guī)范?！拔墨I綜述”部分對救護擔(dān)架車裝置國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了較為詳細的敘述,有一定的深度?！氨菊n題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）”部分中,捉出問題還需更明確。希望繼續(xù)努力查閱相關(guān)專業(yè)資料。圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計工作。 同意開題 指導(dǎo)教師： 2016年 3月 22日 所在系審查意見： 同意開題 系主任： 2016年 3月 22日 救護擔(dān)架車的設(shè)計 摘要：現(xiàn)有的救護擔(dān)架車有一些優(yōu)點，也有一些缺點，而這些缺點有時是致命的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外觀笨重，基本沒有減震性能，不適合在在大型災(zāi)難現(xiàn)場和大型事故現(xiàn)場使用，非常容易對病人和傷員造成二次傷害。為了提高救護擔(dān)架車的穩(wěn)定性、抗震性和舒適度，我對擔(dān)架車進行了全方位的重新設(shè)計，設(shè)計的擔(dān)架車結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，減小了震動帶來的沖擊力，使病人免受顛簸之苦?？臻g占用小，方便攜帶，人員占用小，一個人就可以完成操作。 關(guān)鍵詞：救護擔(dān)架車；連桿機構(gòu)；懸架系統(tǒng) Ambulance stretcher car design Abstract: Existing ambulance stretcher has some advantages. There are some shortcomings, and these shortcomings are sometimes fatal, complex, bulky appearance, basically no damping properties, not suitable for use in large-scale and large-scale disaster scene of the accident scene, is very easy to sick and wounded cause secondary damage. To enhance the stability, vibration resistance and comfort ambulance stretcher, the stretcher I conducted a comprehensive re-design, simple design stretcher structure, easy operation, reducing the vibration force of the impact, so that the patient suffer from bumps. Small footprint, easy to carry, takes up a small staff, one person can complete the operation. Keywords: Emergency stretcher；Linkage mechanism；Suspension  目 錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 1 緒論 1 1.1 救護擔(dān)架車產(chǎn)生的背景 1 1.2 救護擔(dān)架車的意義 1 2 現(xiàn)有擔(dān)架車的分析 3 2.1 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊機構(gòu) 3 2.2 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊過程 4 2.3 目前擔(dān)架車的優(yōu)缺點 5 2.4設(shè)計的目標 5 3 新型救護擔(dān)架車的工作原理 7 3.1 新型救護擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)組成 7 3.2 新型救護擔(dān)架車的基本參數(shù) 8 3.3 新型救護擔(dān)架車結(jié)構(gòu)計算 11 3.3.1 自重計算 11 3.3.2 彎矩剪應(yīng)力計算 11 4 減震系統(tǒng)設(shè)計 13 4.1 懸架的功能和組成 13 4.2 懸架的設(shè)計方案與彈性特性 14 4.2.1 懸架的彈性特性 14 4.2.2彈簧的選擇 15 5 設(shè)計總結(jié) 16 參考文獻 17 致謝 18 IV I 1 緒論 1.1 救護擔(dān)架車產(chǎn)生的背景 救護擔(dān)架車是日常生活中常見的一種用于救護病人或傷員的器械，具有使用簡便，實用性強的特點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，救護擔(dān)架車也在不斷進步，在國外的一些科技發(fā)展領(lǐng)先的國家，救護擔(dān)架車已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，主要表現(xiàn)在兩個方面，一是二次傷害小，病人和傷員躺在擔(dān)架車上會非常安全；二是擔(dān)架車初步實現(xiàn)了智能化，數(shù)字化，加入了一些高科技元素，大大加強了救護擔(dān)架車的功能性，在運送病人的同時，醫(yī)護人員就可以利用擔(dān)架車上的一些設(shè)備對病人進行簡單的救治。但是，在一些科技水平落后的國家和地區(qū)，擔(dān)架救護車還只是簡單的純機械設(shè)備，還有很大的改進空間。 目前，我國的擔(dān)架車和國外發(fā)達國家相比，同樣存在很多不足，在日常的使用中，不僅給醫(yī)生帶來了一些不方便，而且偶爾也會對病人造成二次傷害。擔(dān)架車這種很常見的器械，為什么國內(nèi)沒有跟上國外的腳步呢？這個問題困擾了我很久，所以我決定設(shè)計一種簡單的擔(dān)架車。在我國現(xiàn)在使用的擔(dān)架車中，大部分的是四輪的，當(dāng)然也有一些三輪的，在我的走訪調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，這些擔(dān)架車用了很多年，但是問題還是很多，有一些缺點很嚴重，比如輪子的材料不好，很容易摩擦損壞，又比如說擔(dān)架車的減震效果不好，遇到戶外一些不平的路面，顛簸的很厲害，非常容易發(fā)生意外，對病人或傷員造成二次傷害。 隨著社會的進步，人們的生活水平在不斷提高，但是隨之而來的一些安全隱患也在威脅著人們，各種安全事故層出不窮。近幾年，中東地區(qū)的局勢也極其動蕩，戰(zhàn)爭紛起，恐怖分子橫行，再加上一些自然災(zāi)害，這些威脅每時每刻都關(guān)系到了我們的生命安全，而且往往一次事故一次戰(zhàn)爭會造成大量的傷員，醫(yī)護人員本就人數(shù)缺乏，如果再沒有一個好的擔(dān)架車，那真是雪上加霜。因此，急需一種簡便又功能強大的擔(dān)架車，所以，我設(shè)計了一種專門用于救災(zāi)現(xiàn)場和大型事故現(xiàn)場的緊急救護用擔(dān)架車。 1.2 救護擔(dān)架車的意義 最近幾年，全世界的各種災(zāi)難事故一直在發(fā)生，這些問題已經(jīng)嚴重影響到了全人類的安全，各國人民也非常重視。我們中國每年也會因為這些安全問題損失慘重，比如08年的汶川地震，前幾年的沉船事故等等，這些重大安全事件不僅奪去了很多人的生命，同時也造成了很大的經(jīng)濟損失，我國每年因為這些事故損失的GDP達到了6%。在這些安全事件發(fā)生的現(xiàn)場，路面往往都受到了很嚴重的損害，救護車一般很難到達第一線，這就需要救護人員用擔(dān)架車到現(xiàn)場把傷員運送到救護車的位置，這段路程對擔(dān)架車有很高的要求，非常容易發(fā)生意外，對病人或傷員造成二次傷害。 所以，各種救援現(xiàn)場對擔(dān)架車有著很高的要求，首先擔(dān)架車不能太過笨重，必須具有重量輕、可折疊、方便使用的特點，而且使用擔(dān)架車的醫(yī)護人員盡可能的少，這樣才能做到人員最大使用率，在很短的時間運送傷員；其次還必須有良好的減震系統(tǒng)，保證傷員和病人在凹凸不平的路面不會受到二次傷害。 3 2 現(xiàn)有擔(dān)架車的分析 2.1 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊機構(gòu) 圖2-1 機構(gòu)運動簡圖 現(xiàn)在常用的擔(dān)架車的機構(gòu)運動簡圖如上圖。臺板是病人躺下的地方，臺板上通過多個轉(zhuǎn)動副連接了幾個支桿，支桿之間又有連桿。這種擔(dān)架車一共有兩組輪，張開狀態(tài)用一組，折疊以后還有一組，一組4個輪子，一共八個，都是萬向輪，可以任意旋轉(zhuǎn)。這種擔(dān)架車有兩種工作狀態(tài)：展開狀態(tài)和折疊狀態(tài)。展開狀態(tài)是在急救時推病人前進時所用，而折疊狀態(tài)是用來上車和抬病人時用的。 展開工作狀態(tài)： 當(dāng)醫(yī)護人員將傷員救出事故現(xiàn)場時，打開旁邊的掛鉤，然后扣動觸板連桿，此時，內(nèi)部的支桿展開，然后再次轉(zhuǎn)動掛鉤，將其插入銷中鎖死，擔(dān)架車此時展開，可以向前推行。醫(yī)護人員人員可以非常方便的救助病人。 折疊工作狀態(tài)： 此時兩套支桿都并攏在一起，擔(dān)架車處于折疊，折疊時，擔(dān)架車上有4個車輪工作，和展開時不是同一組。這時再旋轉(zhuǎn)掛鉤進行鎖死操作，在收到外力的作用下不會自動展開。因為擔(dān)架車通常使用的地方是在地面凹凸不平的地面上，所以減震很差。 表2-1 兩種工作狀態(tài) 2.2 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊過程 折疊擔(dān)架車步驟： 1) 旋轉(zhuǎn)掛鉤7。 2) 向前推擔(dān)架車，這時，支桿3碰到車邊，扣向里面，E點此時會向右上方移動，連桿6被帶動，同時帶動3，桿3受力后會向內(nèi)扣。 3) 然后b點到達左上方，支桿6被拉動，同時，又給支桿3'受力，向內(nèi)移動。這時就完成了擔(dān)架車的折疊。 4) 擔(dān)架車折疊完成后，旋轉(zhuǎn)掛鉤，插到柱銷上，實現(xiàn)鎖死。 （其示意圖如圖2-2所示。） 1臺板；2萬向輪；3支桿；4觸板連桿AB；5短連桿BC；6長連桿BH；6'長連桿DE；5'短連桿EF；4'觸板連桿GE；7鎖死掛鉤；3'支桿。 圖2-2 擔(dān)架車折疊情況示意圖 擔(dān)架車展開步驟： 1) 旋轉(zhuǎn)L點處掛鉤，向靠外的方向扣動下方的觸板連桿。 2) 如果扣動連桿4，短連桿5和4這時會到達同一直線上。支桿3受力后會展開，h點向靠下的方向移動，同時聯(lián)動4和5組成的一條直線，3展開。 3) 這時擔(dān)架車處于展開狀態(tài)，將掛勾插入柱銷中，完成鎖死。 （其示意圖如圖2-3所示。） 圖2-3 擔(dān)架車折疊 2.3 目前擔(dān)架車的優(yōu)缺點 優(yōu)點： 1) 該擔(dān)架車能實現(xiàn)折疊功能，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，空間占用也很小， 攜帶方便。擔(dān)架車的折疊和展開都非常迅速，能夠快速使用，實用性強，又能推又能抬，在救災(zāi)中能夠非常迅速的將病人抬出，大大的節(jié)約了救援時間，為病人創(chuàng)造了良好的生存機會。 2) 能夠鎖死，而且很簡單，只需要把掛鉤旋轉(zhuǎn)，然后扣動觸板連桿，鎖死之后穩(wěn)定性好，在劇烈的運動中也能保持穩(wěn)定性，不會自己打開。 3) 價格低廉，性價比高。 缺點： 1) 沒有減震設(shè)計，如果遇到路況差的時候，很有可能會對病人造成二次傷害，加重病情。 2) 功能少，結(jié)構(gòu)簡單帶來的是功能單一，沒有輸液桿和輪子自鎖功能，擔(dān)架車在坡上容易溜坡，安全性很不合理。 2.4設(shè)計的目標 如何采取更簡單的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)救護擔(dān)架車的全部功能，減輕車體重量。采取什么樣的避震設(shè)計才能使擔(dān)架車在凹凸不平的路面上減少顛簸，避免二次傷害，這是目前面臨的一個難題。擔(dān)架車是用來運送病人和傷員的，平穩(wěn)是最重要的一點，要求使用簡單功能強大的同時，更應(yīng)該保證病人和傷員的舒適度，不論是地面推行時還是隨車行駛時。? 根據(jù)我的走訪調(diào)查和圖書館查閱資料，結(jié)合醫(yī)護人員的使用習(xí)慣和實際使用過程中病人和傷員遇到的問題，我設(shè)計了一種新的救護擔(dān)架車。該擔(dān)架車能夠?qū)崿F(xiàn)折疊，自動收腿，自鎖等非常實用的功能，而且很關(guān)鍵的是我設(shè)計了非常強大的減震系統(tǒng)，讓病人和傷員舒適了很多，減少了發(fā)生二次傷害的可能。我設(shè)計的擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)也很簡單，操作簡便，一般只需要1-2人即可完成操作，大大減少了需要的人數(shù)。 3 新型救護擔(dān)架車的工作原理 3.1 新型救護擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)組成 圖3-1和圖3-2為新型救護擔(dān)架車的機構(gòu)運動簡圖。其中A為救護擔(dān)架車擔(dān)架部分；b為定位塊定位部分；c為鎖死機構(gòu)定位。BE為前車腿；AF為后車腿；CD為前后連桿；DG為限定為桿（其中G點裝有滑塊）可在b上水平滑動；HJ、HK分別為臥、立限定為卡；HI為手柄；GL位復(fù)位彈簧[12]。 圖3-1 新型救護擔(dān)架車的立式機構(gòu)運動簡圖 圖3-2 新型救護擔(dān)架車的臥式機構(gòu)運動簡圖 工作原理： 1) 立式→臥式（患者上擔(dān)架） 操作者控制手柄HI向右推動手柄并稍用力下壓擔(dān)架車，后腿AF通過連桿CD帶動前腿BE向后方收回，當(dāng)滑塊G移動到限位J處時被限制，達到臥式狀態(tài)。 2) 立式→臥式（擔(dān)架上車） 當(dāng)擔(dān)架車前腿BE接觸到救護車尾時，操作者控制手柄HI向右推動并向前推動擔(dān)架車，前腿BE收回，通過連桿CD帶動后腿AF同時收回，當(dāng)滑塊G移動到限位J處時被限制，達到臥式狀態(tài)。 3) 臥式→立式（患者上擔(dān)架之后、患者下車過程） 操作者控制手柄HI向右推動并向左或左上方拉動擔(dān)架車，車子在復(fù)位彈簧GL的作用下自動抬起，當(dāng)擔(dān)架車達到K點時被限定位，擔(dān)架車達到立式狀態(tài)。 3.2 新型救護擔(dān)架車的基本參數(shù) 產(chǎn)品 最大載重 自重 立式尺寸 臥式尺寸 主材料 新型救護擔(dān)架車 100kg ＜15kg 1950*600*（600-900） 1950*600*（280-380） 鋁合金 表3-1 擔(dān)架車基本參數(shù) 圖3-2 新型救護擔(dān)架車裝配圖 擔(dān)架車最大載重為100KG，自重15KG。擔(dān)架車基本參數(shù)如表3-1所示。車架主要材料采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且自重較輕的鋁合金結(jié)構(gòu)，床面及護欄采用具有柔性的人體工程學(xué)塑料。 擔(dān)架車結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。1為輸液桿，2為減震簧，3為護欄，4為低位保護輪，5為前車腿，6為前輪，7為連桿，8為后輪，9為制動踏板，10為后腿，11為緩沖桿，12為滑塊滑槽，13為高低位調(diào)節(jié)手柄，14為扶手，15護欄鎖，16為滑塊限制裝置[13]。 其中輸液桿可以起落，在不使用時可以放倒在車旁，不影響車輛正常使用。護欄也可起落，傷員上車時可以降下，上車后升起防止傷員滾下。其左后腿、左后輪和剎車結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，圖中1為后腿主腿，2為副腿。主腿和副腿為套管形式。在主腿上有間隔相等的銷眼，方便后腿的長短調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)車體高度。3是制動踏板轉(zhuǎn)動軸，4是后輪軸，5是后輪，6是后輪架，7是制動片。左后輪采用萬向結(jié)構(gòu)，方便擔(dān)架車轉(zhuǎn)向。當(dāng)后面的醫(yī)護人員遇到緊急情況需要制動時只需用腳踩動制動踏板即可制動車輛。右后輪采取凹槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)踩下右后輪后踏板時可鎖死右后輪，從而使車輪不會轉(zhuǎn)動，當(dāng)需要車輛移動時可踩下右后輪前踏板，松開鎖死結(jié)構(gòu)[14]。右后輪結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖3-3擔(dān)架車左后輪 圖3-4右后輪及鎖死結(jié)構(gòu) 圖3-5為前腿及前輪，車輪均采取 尼龍輪，輕便且穩(wěn)定。主前腿上有銷子 孔，方便調(diào)整車輛高度。前輪方向向前 固定，轉(zhuǎn)向輪為后輪。其中前后輪均采 取100mm直徑車輪，輪寬50mm。圖3-6 為擔(dān)架車懸架上的滑槽、滑塊和彈簧。 通過回位拉簧及滑塊上方的滑塊限制結(jié) 構(gòu)，使擔(dān)架車可停留在高位與低位。此 外，回位拉簧還可在車輛從低位到高位 的運動時，起到助理作用，不會使救護 人員過于用力。滑塊被牢牢限制在滑槽 圖3-5 前腿及前輪 中，起到了穩(wěn)定車身的作用[15]。滑塊于下方的緩沖桿相連。緩沖桿連接后腿并通過前后連桿連接前腿，使車輛整體不論高位低位前后輪均處于同一平面上。 圖3-6 滑槽、滑塊及回位拉簧 如圖3-7所示為左后方視圖，圖中1為滑塊限制裝置，2為滑槽，3為滑塊限制裝置固定軸，4為減震簧，5為護欄限制裝置，6為車架，7為護欄，8為扶手。其中滑塊限制裝置與后方的手柄相連，通過手柄控制裝置上下移動起到限制滑塊移動作用。護欄限制裝置可沿軸旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)到上下位置鎖死護欄，防止護欄翻下[16]。 圖3-7 新型救護擔(dān)架車左后視圖 3.3 新型救護擔(dān)架車結(jié)構(gòu)計算 3.3.1 自重計算 經(jīng)查數(shù)據(jù)有25*25*2.5mm鋁合金方管質(zhì)量為0.675kg/m；20*20*1.2mm鋁合金方管質(zhì)量為0.271kg/m。經(jīng)分析擔(dān)架車共使用25*25*2.5mm鋁合金方管約13m；使用20*20*1.2mm鋁合金方管約2m。則質(zhì)量： 加上人體工程學(xué)塑料床板和尼龍輪、螺栓、銷釘?shù)龋|(zhì)量可保證在15kg以下，符合要求。 3.3.2 彎矩剪應(yīng)力計算 在此擔(dān)架系統(tǒng)中，車腿采用25*25*2.5mm的鋁合金方管套20*20*1.2mm的鋁合金方管的套管結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。連接腿與主架結(jié)構(gòu)的軸是最容易出問題的，前后腿上的四個軸承承受了所有的壓力。軸的直徑，根據(jù)老師給出任務(wù)書的要求，擔(dān)架車的最大載重為100kg，自重為15kg，每條腿受力相同。設(shè)為承重是主軸壁對軸的作用力，為腿對軸的支撐力，則： 軸面積： 所以軸的最大剪應(yīng)力為： 所以軸的選擇符合要求。 后腿上部采用25*25*2.5mm的方管，當(dāng)后腿為最大伸長距離且車輛最大載重時則： ；； ； 有后腿上部彎矩： 則： 有： 符合標準。 后腿下半部分采用20*20*1.2mm的方管，當(dāng)后腿為最大伸長距離且車輛最大載重時則：；；； 有后腿下部彎矩： 則： 有： 符合標準[17]。 4 減震系統(tǒng)設(shè)計 4.1 懸架的功能和組成 懸架是擔(dān)架車臺板和車輪之間連接的彈性裝置，我設(shè)計的擔(dān)架車也有懸架，它的主要功能有： 1) 力和力矩以及反力和反力矩的傳遞。 2) 緩沖作用，在凹凸不平的路面減小了沖擊力，降低了發(fā)生二次傷害的可能性，保證了擔(dān)架車平穩(wěn)前進。 3) 車身在發(fā)生震動后，震動會快速減弱。 懸架結(jié)構(gòu)的功能很強大，也很實用，這幾個功能互相都有聯(lián)系，由于需要擔(dān)架車能夠減少震動和沖擊，降低二次傷害的可能性，所以必須需要降低懸架的剛度。但剛度下降后，擔(dān)架車又會出現(xiàn)新的問題，比如穩(wěn)定性降低，容易出現(xiàn)磨損等問題，所以只能找一個平衡點，既能保證擔(dān)架車原有的性能不變，又能有效的減少震動和沖擊。 擔(dān)架車前進的穩(wěn)定性，舒適度和操作感受主要取決于懸架的選擇，懸架的結(jié)構(gòu)和性能非常重要。懸架裝置的類型有很多，經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)生了很多新型的懸架裝置，但是不論怎么進步，從它的結(jié)構(gòu)來說，都是由三部分組成，一是彈性元件，二是減震裝置，三是導(dǎo)向機構(gòu)。彈性元件的作用主要是起到一個緩沖效果；減震裝置的作用是減震，使病人免受顛簸之苦；導(dǎo)向機構(gòu)的作用是限位。在這三個部件中，彈性元件是最重要的部件，因為懸架設(shè)計的主要目的就是為了減小沖擊，也就是將較大的沖擊力降低為較小的沖擊力，使病人在擔(dān)架車上不會發(fā)生過大的顛簸。彈簧本身具有減震作用，但是除了彈簧外，懸架上的彈性元件還需要配備減震元件，減震元件的作用是使擔(dān)架車在發(fā)生震動后迅速靜止。 我選用的是螺旋彈簧，它的主要特點是：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，應(yīng)用廣泛，而且實用性強。螺旋彈簧還可以加裝減震器等裝置，使得它的結(jié)構(gòu)更加完善，減震效果更好。 加裝減震器是為了加強減震效果，因為彈性系統(tǒng)內(nèi)部本身也有震動，所以減震器主要的目的就是為了減小彈性系統(tǒng)內(nèi)部的震動，減震器有很多種類型，它的結(jié)構(gòu)非常精密，在一些發(fā)達國家，減震器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有非常強大的應(yīng)用功能。在擔(dān)架車中，為了減輕擔(dān)架車的震動，使擔(dān)架車前進更加平穩(wěn)，病人或傷員收到的傷害減小，減震器通常和彈性元件一起使用，并聯(lián)安裝。 4.2 懸架的設(shè)計方案與彈性特性 懸架有很多種類，被動懸架和主動懸架是比較常見的兩種。被動懸架現(xiàn)在主要在汽車上使用，汽車的減震系統(tǒng)只能被動的根據(jù)路面情況來調(diào)整車身的姿態(tài)，從而起到減震效果。而我設(shè)計的懸架，用的的非獨立式的懸架，如圖所示，一共有六個懸架系統(tǒng)，一邊三個。 圖4-1 懸架 眾所周知，擔(dān)架車舒適性非常重要，為了提高擔(dān)架車的舒適性，使病人在擔(dān)架車上有在舒適的床上一樣的感覺，根據(jù)人體工程學(xué)和懸架系統(tǒng)本身的特點，我設(shè)計了非常合理的減震裝置，并且結(jié)構(gòu)簡單，使用簡潔，能夠很快上手學(xué)會使用。有效的減少了顛簸，大大降低了發(fā)生二次傷害的可能性。非獨立懸架非常適用于擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)特點，空間占用率小，性能強大。它的優(yōu)點是： 結(jié)構(gòu)簡單，非常易于攜帶，折疊時空間占用率極小，重量輕，不會影響到折疊。操作簡單，減震能力強，在救災(zāi)現(xiàn)場和事故現(xiàn)場，能夠起到至關(guān)重要的作用，人員占用率也很小，1個人就可以使用。 4.2.1 懸架的彈性特性 懸架的質(zhì)量分配系數(shù)一般為，所以也能近似地認為，也就是前后腿上面的車身部分的質(zhì)量的震動是獨立的，用、表示各自的自由震動頻率，頻率越小，那么擔(dān)架車的平穩(wěn)性越強。約為1～1.3Hz（60～80次/min），約為1.17～1.5Hz（70～90次/min），非常接近人體步行時的自然頻率。取n=1.2Hz。懸架靜撓度用表示，則有： 為了使擔(dān)架車更加的穩(wěn)定，應(yīng)該適當(dāng)降低懸架的剛度，但是降低了懸架的剛度以后，又會使懸架容易發(fā)生形變，懸架的總工作行程根據(jù)規(guī)定必須大于等于16mm。而上面得到，符合要求[21]。 已知整車裝備質(zhì)量：從上文4.3.1可以得到簧上質(zhì)量為5kg，簧下質(zhì)量為10kg。 空載前軸單輪軸荷取60%： 滿載前軸單輪軸荷取50%：（滿載時車上一名病人，重100kg）。 懸架剛度： 4.2.2彈簧的選擇 假設(shè)選擇彈簧鋼絲直徑d=4mm，彈簧外徑D=20mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=10。因為彈簧的剪切彈性模量。 則有：彈簧剛度，符合要求[22]。 5 設(shè)計總結(jié) 這次我的畢業(yè)設(shè)計為救護擔(dān)架車的設(shè)計，我設(shè)計的救護擔(dān)架車相比較現(xiàn)有的擔(dān)架車來說，具有很多的優(yōu)點，安全系數(shù)很高，病人在車上的舒適度非常好，在救護車上時，病人的舒適程度甚至能和司機一樣，這樣的擔(dān)架車我非常滿意，相比于傳統(tǒng)的擔(dān)架車，主要優(yōu)點如下： 1) 我設(shè)計的擔(dān)架車使用了全新的機械結(jié)構(gòu)，材料使用了鋁合金材料，質(zhì)量輕，大概在10kg-15kg，非常方便攜帶，一個人就能拿好幾個。整個擔(dān)架車按照現(xiàn)在的市場價格，加上制造的成本大概在650元左右，如果聯(lián)系廠商進行批量生產(chǎn)，哪么價格肯定還會更低。而在我的實地調(diào)查下，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在醫(yī)院常用的擔(dān)架車價格大多在1000元左右，有的甚至更貴。我的擔(dān)架車，簡單的設(shè)計，低廉的價格，性價比非常高，一旦進入市場，一定會收到歡迎。對于生產(chǎn)廠商和醫(yī)院來說都是一件好事。 2) 我設(shè)計的擔(dān)架車，不僅能夠折疊，方便攜帶，而且還能良好的減震，節(jié)約了急救的時間，而且對于病人和傷員來說，也給他們帶來了很好的舒適度，極大的減少了發(fā)生二次傷害的概率。 參 考 文 獻 [1] 王慶吾.于集.江蕙等.汶川大地震四川省醫(yī)療救治工作紀實[J].中國醫(yī)學(xué)志，2008.8(10):797-802. 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