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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計論文 報告(論文)題目： 多功能護(hù)理床的設(shè)計 作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 作者所在班級： B13113 作 者 姓 名 ： 袁培培 作 者 學(xué) 號 ： 20134011301 指導(dǎo)教師姓名： 劉衛(wèi) 完 成 時 間 ： 2017年5月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 摘 要 歲月如梭，人口老齡化的比例越來越大，醫(yī)療護(hù)理服務(wù)面對著巨大的考驗(yàn)與挑戰(zhàn)，醫(yī)療和社會保險系統(tǒng)面對不可預(yù)測的壓力。為老年人護(hù)理服務(wù)的針對性病床的需求量不斷的上升。 本文詳細(xì)論述了針對缺乏自理能力的老年人及行動不便的病人設(shè)計的多功能護(hù)理床的基本結(jié)構(gòu)和功能原理。這種病床能夠幫助病人實(shí)現(xiàn)抬背、屈膝、吃飯，床體的升降解決了護(hù)理病人患病過程的很多不方便，從而提高了我國醫(yī)療護(hù)理業(yè)服務(wù)，強(qiáng)而有力的加快了我國的醫(yī)療保健事業(yè)的進(jìn)步。 關(guān)鍵詞：醫(yī)療設(shè)備 護(hù)理床 醫(yī)院病床 設(shè)計 II Abstract What this article is researching is rowing machine,the born of rowing machine has brought great convenience to people who taking boat rowing exercise indoors,due to the unique function and structure of body-building rowing machine,it is gradually becoming a favor for people to join in rowing exercise,which also has become one of the world's most popular ten exercises,this article mainly aims at the source of rowing machine and the form of rowing exercise,the temporary situation of researching in rowing machine and the problems to be resolved in the development of rowing machine. Key words :Medical equipment Nurse bed Hospital beds design； IV 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1多功能護(hù)理床的研究背景 2 1.2多功能護(hù)理床的發(fā)展前景 2 第2章 多功能護(hù)理床的方案論證 4 2.1 設(shè)計原則 4 2.1.1安全性原則 4 2.1.2人性化、舒適性原則 4 2.1.3功能多樣化原則 4 2.1.4標(biāo)準(zhǔn)化原則 4 2.1.5輕量化原則 4 2.2 功能要求及設(shè)計指標(biāo) 5 2.2.1外形尺寸 5 2.2.2承載指標(biāo) 5 2.2.3體位調(diào)整指標(biāo) 6 2.3整體要求及床面設(shè)計 8 2.4抬背方案的設(shè)計分析 11 2.5屈膝方案的設(shè)計分析 14 2.6整床升降的設(shè)計分析 14 第3章 多功能護(hù)理床的詳細(xì)設(shè)計 16 3.1液壓缸的選擇 16 3.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 17 3.3液壓元件的選擇 18 3.4 抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計 19 3.5屈膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計 20 3.6整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 22 3.7腳輪的選取 23 3.8桿端關(guān)節(jié)軸承的選取 24 第4章 總結(jié)與展望 10 4.1設(shè)計總結(jié) 10 4.2 展望 10 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 第1章 緒論 1.1多功能護(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，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律畈荒茏岳淼睦夏耆说募彝フ樟嫌诳醋o(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，但因其價格昂貴(一般售價在20萬人民幣以上)，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：手動護(hù)理床和電動護(hù)理床；護(hù)理床的類型二：)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、價格便宜。存在的問題：1、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)計合理，安全。4、造型新穎，有較強(qiáng)的親和力。5、文字，標(biāo)志容易識別。存在的問題：1、市場的售價昂貴。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多功能護(hù)理床的發(fā)展前景 我國是世界上的人口大國，同時又是一個人口老齡化的大國，據(jù)統(tǒng)計，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)丝诘谋壤龔?0.2%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2020年老年人口將達(dá)到2.4億人，占總?cè)丝诘?7.17%；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)。（四個老年人，兩個青年人，一個孩子）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就十分需要一種電動護(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。 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： 1、市場售價偏高。 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。 第2章 多功能護(hù)理床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1設(shè)計原則 電動護(hù)理床的設(shè)計應(yīng)該遵循以下幾個原則： 2.1.1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，安全性始終是最優(yōu)先考慮的一個原則。比如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，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。 2.1.2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)計有了更高的要求，因此電動護(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)計中力求加速度最小化等等。 2.1.3功能多樣化原則 在電動護(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。 2.1.4標(biāo)準(zhǔn)化原則 護(hù)理床機(jī)械零件的設(shè)計與選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計、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，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。 2.1.5輕量化原則 由于電動護(hù)理床是在家里使用，搬移的概率非常大，在設(shè)計時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要從輕設(shè)計，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。 2.2功能要求及設(shè)計指標(biāo) 依我一段時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，同時可以大大減輕護(hù)理家庭人員的勞動強(qiáng)度。因此我對多功能護(hù)理床設(shè)計了以下幾種功能：1.平躺；2.整床升降；3抬背；4屈膝。 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)，同時類比國內(nèi)外文獻(xiàn)中的相關(guān)參數(shù)，作為設(shè)計指標(biāo)。 2.2.1外形尺寸 電動護(hù)理床主要用于家庭中，因此在使用各個姿態(tài)時，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)，電動護(hù)理床的外形尺寸最終取為： 長×寬=2000mm×1000mm 高=300-520mm 2.2.2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板塊上的重量分布，護(hù)理床的各個模塊的設(shè)計均可以此值為準(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。 圖1-1 床板重量分布 2.2.3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1-2中A）應(yīng)能從0～85。（或更大）可調(diào)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 2) 大腿板與水平面間夾角（圖1-2中B）應(yīng)能從0～50。（或更大）可調(diào)。 3) 小腿板與水平面間夾角（圖1-2中C）應(yīng)能從0～50。（或更大）可調(diào)。 4) 大腿板與小腿板間夾角（圖1-2中D）應(yīng)能調(diào)至180。（平面）。 　　　 　　　　　　　 圖1-2 床面各板調(diào)節(jié)范圍 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1-1）。 表1-1體位調(diào)節(jié)類指標(biāo) 運(yùn)動指標(biāo) 具體數(shù)值 背升角度 0-70o 大腿床板翻轉(zhuǎn)角度 0-35o 整床升降高度范圍 300-520mm 2.3整體布局及床面設(shè)計 按照床的整體分布，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，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)計角度出發(fā)，根據(jù)前文確定的設(shè)計原則，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萬向輪，從而使得轉(zhuǎn)彎半徑較?。桓鱾€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。 電動護(hù)理床床面設(shè)計的特點(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)。 圖1-3 床面結(jié)構(gòu)示意圖 其中，床板1-4為下層板，5-8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)。 表1-2各床板的X向尺寸 尺寸項(xiàng) 具體數(shù)值 背板 760mm 臀部板 230mm 大腿板 400mm 小腿板 610mm 各床板的尺寸基于GB10000-88常用人體測量數(shù)據(jù)確定。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1-3。 表1-3護(hù)理床需要實(shí)現(xiàn)的動作 功能項(xiàng) 相關(guān)參數(shù) 備注 平躺 各床板均水平 抬背 背板與水平面夾角為0～70o 5、6床板組合聯(lián)動，繞Y1軸翻轉(zhuǎn) 曲/伸腿 大腿板與水平面夾角0～35o小腿板與水平面夾角為-20o～0 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) 28 2.4抬背方案的設(shè)計分析 第1種構(gòu)想 圖1-1 坐起及屈膝原理（變形前） 圖1-2 坐起及屈膝原理（變形后） 這部分的設(shè)計，采取坐起和曲膝的功能分別驅(qū)動的思路。如圖分別是床板平置和坐起及曲膝動作完成之后的狀態(tài)。床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，當(dāng)需要坐起時由圖中左邊的電動機(jī)驅(qū)動螺桿9轉(zhuǎn)動，使得螺套7向右運(yùn)動，再由連桿6帶動轉(zhuǎn)臂5旋轉(zhuǎn)，最后由轉(zhuǎn)臂驅(qū)動床板1繞J點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。需要曲膝時，同樣右邊的電動機(jī)工作，通過螺旋傳動使得轉(zhuǎn)臂12旋轉(zhuǎn)，將床板3頂起，達(dá)到曲膝的目的。坐起和曲膝動作如圖“坐起狀態(tài)”。 第2種構(gòu)想 圖1-3 坐起及曲膝原理（變形前） 圖1-4 坐起及曲膝原理（變形后） 這部分的設(shè)計，采取坐起和曲膝的功能同時驅(qū)動的思路。如圖分別是床板平置和坐起及曲膝動作完成之后的狀態(tài)。床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，桿4ˊ、5、6組成的連桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)狀態(tài)，達(dá)到足夠的剛度和穩(wěn)定性。當(dāng)需要坐起時由圖中的電動機(jī)驅(qū)動蝸桿1轉(zhuǎn)動，蝸桿1再驅(qū)動蝸輪2轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)臂運(yùn)動，將床板9繞C點(diǎn)頂起，與此同時和蝸輪同步的帶輪2′帶動小帶輪4轉(zhuǎn)動，4帶輪的旋轉(zhuǎn)使得曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄4′轉(zhuǎn)動，擺脫死點(diǎn)狀態(tài)，搖桿6轉(zhuǎn)動，使得床板7在重力的作用下繞D點(diǎn)轉(zhuǎn)動，最后同時滿足坐起和曲膝的功能。坐起和曲膝動作如圖“坐起狀態(tài)”。 該方案采用蝸輪蝸桿—帶輪組合傳動，其優(yōu)點(diǎn)是傳動平穩(wěn)，沖擊載荷小傳動比大；缺點(diǎn)是效率低磨損較嚴(yán)重，且蝸輪蝸桿加工難度大，制作成本高。帶輪負(fù)載大時可能造成皮帶打滑，并且其曲腿功能和坐起只能同時滿足，無法獨(dú)立動作。 第3類構(gòu)想 圖1-5 三種抬背機(jī)構(gòu)原理 構(gòu)型a：該機(jī)構(gòu)是螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)，其有四個活動件，五個轉(zhuǎn)動副，一個高副，故其自由度為F=4×3-2×5-1=1，該機(jī)構(gòu)有1個原動件，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)，其有三個活動件，四個轉(zhuǎn)動副，故其自由度為F=3×3-2×4=1，具有1個原動件，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個活動構(gòu)件，3個轉(zhuǎn)動副，1個移動副，因此自由度F=3×3-2×4=1，該機(jī)構(gòu)需要1個原動件來確定運(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。 2.5屈膝方案的設(shè)計分析 曲腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計與抬背機(jī)構(gòu)的相同。 2.6整床升降的設(shè)計分析 第1種構(gòu)想 圖1-6聯(lián)動的平面四桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，有3個活動件，四個轉(zhuǎn)動副，自由度為F=3×3-2×4=1，有一個原動件即可做穩(wěn)定的運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動精準(zhǔn)，并且穩(wěn)定，價格低廉。 圖1-7電動推桿機(jī)構(gòu) 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。 第3章 機(jī)構(gòu)設(shè)計 3.1液壓缸的設(shè)計 在整床升降的過程中，采取液壓缸為原動件，以液壓缸來驅(qū)動連桿，從而帶動2個聯(lián)動的四桿機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動。 1. 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)此護(hù)理床的負(fù)載，取液壓缸工作壓力為4MPa。 2. 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù) 選用單出桿活塞實(shí)現(xiàn)差動連接的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。設(shè)液壓缸的有效面積為A1和A2，且A1=2A1，即d=0.707D。 由工進(jìn)工況下液壓缸的力平衡方程 p1A1=p2A2+F, (4-4) 式中 p1——進(jìn)油壓力； P2——回油壓力。 所以： A1=F/(p1-0.5p2)=35512/(4106-0.5×0.6×106)m2=5024×10-6m2=96cm2 液壓缸的內(nèi)徑D為 對取整，取D=40mm。由d=0.707D 液壓缸有效工作面積 由此可得選擇YZB 356-93的S1型液壓缸。 3.2擬定液壓系統(tǒng)圖 我設(shè)計的是一個簡單的電磁換向回路，在整床的升降過程中需要實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確地變換運(yùn)動方向，采用簡單的電磁換向回路即可實(shí)現(xiàn)這一功能，當(dāng)電磁閥未通電時，活塞向右運(yùn)動，也就是整床的起升；但電磁閥通電時，活塞向左運(yùn)動，就是整床的下降。利用簡單的液壓回路系統(tǒng)，以液壓缸為原動件，以連桿帶動2個聯(lián)動的平行四桿機(jī)構(gòu)做升降運(yùn)動。 液壓系統(tǒng)圖如圖2-1所示 圖2-1 液壓系統(tǒng)圖 3.3液壓元件的選擇 1） 液壓泵的工作壓力 已知液壓缸最大工作壓力為4MPa，取油路上壓力損失為1MPa，則最小流量泵的工作壓力為5MPa，則選擇泵的額定壓力應(yīng)為 pn=(5+5×25%)MPa=6.27MPa 2） 液壓泵流量計算 當(dāng)單液壓泵供給多個同時工作的執(zhí)行元件時，有 qp≥k(∑qi）max （9-5a） 式中K——回油泄漏折算系數(shù)，K=1.1~1.3; (∑qi）max——同時工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。 取系統(tǒng)的泄漏系統(tǒng)K=1.2,則泵的最小流量qp為 qp=Kq1max=1.2×0.5×10-3m3/s=36L/min 3） 確定液壓泵的規(guī)格 對照產(chǎn)品樣本可選用ZY-700手搖式液壓泵，儲油量0.9L,出油量低壓13cc，高壓2.3cc；最大壓力低壓2MPa,高壓70MPa。即使沒有電力，操作也方便。 3.4抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計 抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖2-2所示 圖2-2抬背機(jī)構(gòu) 此裝置以滑塊滑塊上連接的扳手為原動件，向左推拉扳手，帶動滑塊向左運(yùn) 動，進(jìn)而連桿轉(zhuǎn)動，連桿將所連接的床板向上抬起，實(shí)現(xiàn)抬背的功能。連桿的長度=263mm。材料為40Cr，經(jīng)調(diào)制處理。 連桿強(qiáng)度校核 因此.故安全。 3.5屈膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計 屈膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖2-3所示 圖2-3屈膝機(jī)構(gòu) 此裝置以滑塊滑塊上連接的扳手為原動件，向右推拉扳手，帶動滑塊向右運(yùn)動，進(jìn)而連桿轉(zhuǎn)動，連桿將所連接的床板向上抬起，而與大腿板相連接的小腿板被向上帶起，從而實(shí)現(xiàn)屈膝的功能。連桿的長度。材料為40Cr，經(jīng)調(diào)制處理。 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。 3.6整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 整床升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖2-4所示 圖2-4整體升降床機(jī)構(gòu) 整床升降機(jī)構(gòu)是一個以液壓缸為原動件，從而推動連桿向上運(yùn)動，連桿帶動兩個聯(lián)動的平行四桿機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動，液壓缸安裝在床的中心上，使受力平衡。整床的升降高度為115mm，連桿的長度為320,。連桿之間通過桿端關(guān)節(jié)軸承鏈接，減少了摩擦力，提高了承載能力。 3.7腳輪的選取 萬向輪的選取如圖2-5所示 圖2-5腳輪 參數(shù)特點(diǎn) 支架：旋轉(zhuǎn)頂板雙鋼球軌道及獨(dú)特的反鋼腕圓弧設(shè)計、更耐重、旋轉(zhuǎn)靈活，更具有實(shí)用性，支架底架采用國際4mm的厚鋼板、腿料采用3mm厚鋼板沖壓焊接成型，表面鍍鋅。 輪子：材質(zhì)為玻纖加改性尼龍，滑行阻力小，有較強(qiáng)的抗沖擊性能，配有優(yōu)質(zhì)精密雙軸承，耐高溫270度，耐磨、耐撞擊、抗化學(xué)品，酸，水等腐蝕品。 產(chǎn)品規(guī)格：萬向輪M2-4646-53H 輪徑：125mm 3.8桿端關(guān)節(jié)軸承的選取 桿端關(guān)節(jié)軸承的選取如圖2-6所示 圖2-6桿端關(guān)節(jié)軸承 我設(shè)計的升降床裝置，兩連桿間的連接使用桿端關(guān)節(jié)軸承，它是一種球面滑動軸承，基本型是由球形滑動接觸表面的內(nèi)、外圈組成。關(guān)節(jié)軸承是由一個有外球面的內(nèi)圈和一個內(nèi)球面的外圈組成，能承受較大的載荷。采用關(guān)節(jié)軸承能有效的減少連摩擦力，提高承載能力。在液壓缸與連桿之間同樣采用桿端關(guān)節(jié)軸承連接，這樣可以有利的提高機(jī)構(gòu)的承載力，連接方式如圖2-7與圖2-8所示。 桿端關(guān)節(jié)軸承的連接如圖2-7所示 圖2-7桿端關(guān)節(jié)軸承與液壓缸結(jié)合使用 桿端關(guān)節(jié)軸承的連接如圖2-8所示 圖2-8桿端關(guān)節(jié)軸承連接兩個連桿 第4章 總結(jié)與展望 4.1設(shè)計總結(jié) 在設(shè)計的過程，就是不斷優(yōu)化的過程。對多功能護(hù)理床的設(shè)計我首先選擇我要使其實(shí)現(xiàn)的功能，然后在選擇合適的方案。首先我選擇了抬背、屈膝、整床升降和吃飯4種功能，然后在網(wǎng)上查看了很多種不同的方案與構(gòu)思，本說明書前面幾章總結(jié)了方案的優(yōu)缺點(diǎn)，分析之后，自己設(shè)計了一種多功能護(hù)理床，這種護(hù)理床是利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)抬背和屈膝的，我認(rèn)為可行性較高。整體升降床的設(shè)計我也是利用四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，這必須要考慮到床升降時的平衡問題，不能歪斜。 設(shè)計時我選用了液壓缸為整床升降的原動件，對比電動機(jī)來說，我選擇的液壓泵為手搖式液壓泵，不需要通電就可以使用，而且非常的輕便，病人通過搖動手柄就可以升降床的功能。 考慮到整床升降時所受負(fù)載較大，所以我將連接連桿用的銷換成了桿端關(guān)節(jié)軸承，減小壓力及摩擦力。 4.2展望 現(xiàn)在的多功能護(hù)理床已經(jīng)越來越人性化，我認(rèn)為為了更加人性化，應(yīng)該考慮到人機(jī)一體化，可以設(shè)計幫助人擦身，吃飯的機(jī)械手來實(shí)現(xiàn)病人的需要，也可以設(shè)計制造一種幫助人洗頭的裝置，使病人無需下地就可以洗頭。 致 謝 大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，大學(xué)四年的生活使我收獲頗豐，在最后的畢業(yè)設(shè)計中我要真誠的感謝劉衛(wèi)老師。 剛開始做畢業(yè)設(shè)計的時候毫無頭緒，經(jīng)過大量的搜、整理，我終于有了些設(shè)計框架，在完成畢業(yè)設(shè)計的整個過程中我遇到了無數(shù)的困難和障礙，如在使用UG軟件裝配零件的時候，由于基本功不扎實(shí)的問題，裝配過程中出現(xiàn)了位置不正確、約束重復(fù)、導(dǎo)出二維圖修改刪除后三維圖丟失問題，使我拖慢了做畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)程。在設(shè)計多功能護(hù)理床的結(jié)構(gòu)原理時，涌現(xiàn)出許多想法與思路，經(jīng)過劉衛(wèi)老師的指導(dǎo)，并且給使我不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，整理出我認(rèn)為最恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)。在此我特向劉衛(wèi)老師表示衷心的感謝。 同時，我也要感謝本論文所引用的各位學(xué)者的專著，如果沒有這些學(xué)者的研究的啟發(fā)與幫助的話，我根本不能順利地完成本論文的最終寫作，之所以能夠順利完成本設(shè)計，完全是因?yàn)槲艺驹谒麄兊募绨蛏?，在此我也要特別感謝我的同學(xué)和朋友們，他們在我的畢業(yè)設(shè)計完成過程中給予我許多有用的素材，并且在論文排版與撰寫過程中也提供了許多重要的幫助。 參考文獻(xiàn) [1]王中發(fā).實(shí)用機(jī)械設(shè)計；北京理工大學(xué)出版社[M]，1998. 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