家用電動(dòng)護(hù)理床設(shè)計(jì)

題目：家用電動(dòng)護(hù)理床畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目：家用電動(dòng)護(hù)理床設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：2010962933學(xué)生姓名：—專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：系主任：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N70。，腿板升降角度N35°，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)。TOC\o"1-5"\h\z摘要1第一章緒論3\o"CurrentDocument"1.1家用電動(dòng)護(hù)理床的研究背景3\o"CurrentDocument"1.2家用電動(dòng)床的發(fā)展前景4\o"CurrentDocument"1.3選擇課題的目的及其意義5第二章家用電動(dòng)護(hù)理床結(jié)構(gòu)的整體方案6\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)原則6\o"CurrentDocument"2.2功能要求及設(shè)計(jì)指標(biāo)7\o"CurrentDocument"2.3家用電動(dòng)護(hù)理床總體方案設(shè)計(jì)9\o"CurrentDocument"2.4護(hù)理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計(jì)11\o"CurrentDocument"2.5本章小結(jié)15第三章家用電動(dòng)護(hù)理床的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)機(jī)及相關(guān)計(jì)算15\o"CurrentDocument"3.1基本參數(shù)的設(shè)定15\o"CurrentDocument"3.2電動(dòng)機(jī)的選擇15\o"CurrentDocument"3.3零件的設(shè)計(jì)與校核20\o"CurrentDocument"3.4本章小結(jié)26第四章三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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中文翻譯家用電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)護(hù)理床，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)HouseholdelectricnursingbeddesignAbstractIntherapidlygrowingagingpopulationtoday,thenursingindustryhasincreasinglystringentrequirements,notonlyrequiresreliablequalitycarebeds,butalsorequiresamultifunctional.Householdelectriccarebedisademandforthispurposedesignedmedicaldevices.Thiscarebedcannottakecareofthemselvesandformobilityofpeopletodesign,thebedcanhelppatientssit,knees,raisethewholebedheight.Solvedinthenursingprocessalotofinconvenience,andsolvetheproblemsofthenursingprofession,andpromotethedevelopmentofnursingmedicaldevices.Firstly,basedonergonomics,conductedanursingbedoverallprogramdesign,accordingtotherelevantstandardsandresearchresults,developedanursingbeddesignprinciples,functionalrequirementsanddesignspecifications;忽略pletebodycarebedoveralldesign.Then,usingthetop-downapproachto忽略pletethedetaileddesignofthenursingbedstructureandgivesafullsetofdesigndrawings.Includesgeneralframeworklegparts,liftthebackpiece,thewholebedliftingandotherfunctionalmodules.Keywords:medicalequipment,homeelectricnursingbed,mechanismdesign.第一章緒論1.1家用電動(dòng)護(hù)理床的研究背景隨著社會(huì)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(huì)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(huì)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(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(dòng)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(jí)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(dòng)了分）手動(dòng)護(hù)理床和電動(dòng)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(jí)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(shí)別功能差。功能高級(jí)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)志容易識(shí)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(dòng)控制的方向發(fā)展。1.2家用電動(dòng)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(jì)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(gè)老年人，兩個(gè)青年人，一個(gè)孩子）隨著社會(huì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)護(hù)理床、四功能電動(dòng)護(hù)理床、三功能電動(dòng)護(hù)理床、二功能電動(dòng)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(jí)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(dòng)護(hù)理床有如下優(yōu)點(diǎn)：1、電動(dòng)，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(shí)別。但也存在如下問題:1、市場售價(jià)偏高。2、功能啟動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)、看書、寫字、娛樂等日常活動(dòng)。綜合現(xiàn)在的市場需求，家用電動(dòng)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。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。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0。-70。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。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(dòng)護(hù)理床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2、家用電動(dòng)護(hù)理床的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3、家用電動(dòng)護(hù)理床的零件的設(shè)計(jì)4、家用電動(dòng)護(hù)理床的運(yùn)動(dòng)分析及其三維建模第二章家用電動(dòng)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(dòng)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(huì)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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。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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度。因此我對家用電動(dòng)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(dòng)床安全專用要求》、《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一病床》、《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一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(dòng)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)一標(biāo)準(zhǔn)病床》標(biāo)準(zhǔn)，家用電動(dòng)護(hù)理床的外形尺寸最終取為：長x寬=2000mmx1000mm高=300~520mm2、承載指標(biāo)按照《醫(yī)用電氣設(shè)備第二部分：醫(yī)用電動(dòng)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。

25%30<M>SWL12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?！夺t(yī)用電氣設(shè)備第二部分：醫(yī)用電動(dòng)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0?50o（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0?50o（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(dòng)指標(biāo)具體數(shù)值背升角度0?70。大腿床板翻轉(zhuǎn)角度0?35。整床升降高度范圍300~520mm注：以上各項(xiàng)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)方式為前面布置兩個(gè)萬向輪，從而使得轉(zhuǎn)彎半徑較小；各個(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(dòng)規(guī)律，其驅(qū)動(dòng)元件均布置于支撐框架下層，以保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)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)

家用電動(dòng)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(dòng)較多，而且每塊床板都必須能夠沿相互垂直的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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）。<5)(G)(7)(8)1234Yl$由Y2車山Y(jié)巳車由圖2.3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(gè)動(dòng)作都能夠通過傳動(dòng)部件帶動(dòng)相應(yīng)的床板組聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)（參見表2.2）。表2.2各床板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【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。

表2.3家用電動(dòng)護(hù)理床實(shí)現(xiàn)功能所需的床板聯(lián)動(dòng)功能項(xiàng)相關(guān)參數(shù)備注平躺各床板均水平x_抬背背板與水平面夾角為0?70。5、6床板組合聯(lián)動(dòng)，繞Y1軸翻轉(zhuǎn)曲/伸腿大腿板與水平面夾角0?35。小腿板與水平面夾角為-20。?07、6、床板組合聯(lián)動(dòng)，繞Y2軸翻轉(zhuǎn)；8、7床板組合聯(lián)動(dòng)，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(dòng)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）TOC\o"1-5"\h\z\jT\I??■-■■，&b——鬼——\■l「S-^-二--0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(dòng)件，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)件，具有確定運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，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(dòng)件，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，故其自由度為f=3*3-2*4=1，具有1個(gè)原動(dòng)件，有確定的運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可采用電動(dòng)推桿作為驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)構(gòu)件，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，1個(gè)移動(dòng)副，因此自由度F=3*3-2*4=1，該機(jī)構(gòu)需要1個(gè)原動(dòng)件來確定運(yùn)動(dòng)。采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)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)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(dòng)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(dòng)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(dòng)件，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，自由度為F=3*3-2*4=1，有一個(gè)原動(dòng)件即可做穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)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(dòng)推桿作為動(dòng)力源，故其成本高。綜上所述，選擇第一方案比較適合。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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺帽6向右運(yùn)動(dòng)，再由連桿5驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)工作，通過螺桿10轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺帽9向左運(yùn)動(dòng)，再由連桿8驅(qū)動(dòng)床板3旋轉(zhuǎn)。坐起和曲膝動(dòng)作如圖“坐起狀態(tài)”。圖2.6運(yùn)動(dòng)之前機(jī)構(gòu)簡圖圖2.7運(yùn)動(dòng)之后機(jī)構(gòu)簡圖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(dòng)護(hù)理床的運(yùn)動(dòng)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x寬=2000mmx1000mm，高=300~520mm抬背角度為0?70o大腿翻轉(zhuǎn)角度為0?35。3.2電動(dòng)機(jī)的選擇3.2.1整床升降電動(dòng)機(jī)的選擇1）功率：

時(shí)間t=35s,上升高度h=220mm，極限夾角。=90時(shí)間t=35s,s=^-2=0.0449rads135s轉(zhuǎn)臂速度:v廣"4=0.0449x0.22氣=°.0099負(fù)載T1=3000N，轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率為P轉(zhuǎn)臂速度:v廣"4=0.0449x0.22氣=°.0099負(fù)載T1=3000N，轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率為P=Txv=3000x0.0099W=30W（忽略轉(zhuǎn)臂自重）電動(dòng)機(jī)的許用功率：xv[P許1]=nnP1n2螺桿聯(lián)軸器軸承30=78W忽略軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿自重）0.4x0.98x0.992電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率:P、=78x1.2W=94W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(dòng)機(jī)。其相關(guān)參數(shù)如下1L5,2P?

㈣

100知807D50401L5,2P?

㈣

100知807D504030SOLO0[0(X婀）31TOOOj2.7■mo2.43■順2A11CDL.313DD1.5I.5D01.212000.?，順O.d砌0.33D0■D，0EfT部)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t=35s,螺桿導(dǎo)程間距d=2mm，可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約：n=220+2+35x60=189rmin3.2.2坐起電動(dòng)機(jī)1）功率取t=30s，極限角度儕70o,轉(zhuǎn)臂角速度:

轉(zhuǎn)臂速度:70。兀180。30^=0.0407radsv2=b2l2=0.0407x0.28轉(zhuǎn)臂速度:70。兀180。30^=0.0407rads負(fù)載『2=1000N，則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率:P=P=Tv2=11.4w（忽略轉(zhuǎn)臂自重）電動(dòng)機(jī)的許用功率:11.4[P11.4[P許2]一—門門門20.4x0.98x0.992螺桿聯(lián)軸器車軸承=30W（忽略軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿自重）電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率:P=[P許2]x1.2=36W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(dòng)機(jī)。相關(guān)參數(shù)如下電挑特性襄List電挑特性襄ListofMotorCharacteristicsU￡3至￥MnlciPawtr*春?￥教MMbtWlPa踴向我葵夜■Lm仰anjin.linMMGfushLiv電相宣.泉MnLc八備省注Rerrinrh:昉攜Sp??d/J^lorque電政皿nwiV*RAMIARFMkgxnA煩Z4MD-12□124C31CQ2D28C014522COO1124iCain3t￡01.321zcriiLt?0iC32C!03碰1.3(L7MW11電桃外尺寸Dimen&ion2）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(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速：n=365《2《30x60r/min=365r/min

圖3.1坐起螺桿的導(dǎo)程示意圖3.2.3曲腿電動(dòng)機(jī)的選擇1）功率:t=35s，極限角度0=圖3.1坐起螺桿的導(dǎo)程示意圖3.2.3曲腿電動(dòng)機(jī)的選擇1）功率:t=35s，極限角度0=35。,轉(zhuǎn)臂角速度:35。兀180。s=—=0.0174rads35s轉(zhuǎn)臂速度:v3=sJ3=0.0174x0.2=0.0035ms3.5負(fù)載T3=1000N，則轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率：P3=Tv3=3.5W（忽略轉(zhuǎn)臂自重）3.5[PJ==P==9.1W（忽略軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿量）許3門不平0.4x0.98x0.992螺桿聯(lián)軸器螺桿聯(lián)軸器車由承電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率：P3=[P許3]x1.2=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(dòng)機(jī)。相關(guān)參數(shù)如下螺桿聯(lián)軸器星號(hào)電巨此邸a迂教普母用rHi訕的我取券戒LAidParamECfiffi獨(dú)皿占*fAbUrWmghi於建3網(wǎng)祁電笊Cinrsn方距l(xiāng)onqut電^iQrrwiVW日珈ARFMH蜘叫皿對i1122522E01.4JI叩CB200017X2S07非源曲1J那皿U9Czi32E{]礎(chǔ)3DGDE.E2WQ1J電機(jī)外形尺寸Dimension電機(jī)特性柬Listof電機(jī)特性柬ListofMotorChariterhtics2）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t=35s,螺桿導(dǎo)程間距刁=2mm，可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約：n=121+2+35x60=104rmin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、P3轉(zhuǎn)速n1.n2及轉(zhuǎn)矩T2、T3。圖3.2屈膝時(shí)螺桿的行程示意圖尸2=P2電機(jī)頃2軸承=罕x0.4x0.992=23W（忽略連桿重量）P=尸3電機(jī)I螺桿〔2軸承=25x0.4x0.992=10W

n2n36；2=0.389rminn2n36：3=0.166rminP23…T=9.55t=9.55N?m=565N?mEPIO…T=9.55t=9.55^^66N?m=575N?m

3.將軸設(shè)計(jì)為實(shí)心光軸。初步確定軸的直徑P‘0.023d2>A=97,03弱=38mm.因計(jì)算比較保守，先選用直徑為25mm的40Cr待后面校核。,一P.'0.010ood>A=97?0166=38mm.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(dòng)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(dòng)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T冬25650000.2x253Mpa=181Mpa5750000.2x253Mpa=T冬25650000.2x253Mpa=181Mpa5750000.2x253Mpa=184Mpa查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得L1】=275Mpa。因此二彼Y，3Yli]L故，軸安全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：W=acrtan(-^)=1.92。中=acrtan—=5.9。其中f=0.1,梯形螺紋ndvCOSp一aP=—=15。，螺距p=2mm，^為螺紋中徑，查找相關(guān)資料取^=19mm。由于wy中，2|zzV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：T=Ftan(q+氣)dJ2=1000tan(2。+6。)19/2x10-3=1.34N?m。由此得出螺紋最小扭矩為1.2N?m時(shí)即可將1000N負(fù)載支起。而電動(dòng)機(jī)提供給螺桿的轉(zhuǎn)矩為廠=9.55x重=1.57N?m>1.34N?m，故符合要求。3652、螺紋長度的確定由前面電動(dòng)機(jī)選擇過程中求電動(dòng)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：

(16T)2[nd3\'1/bca件1\"%2J式中"(16T)2[nd3\'1/bca電動(dòng)機(jī)提供給螺桿的扭矩:T,=9.55x-60=1.57N?m。365其中F為軸向壓力:F=T-1G+%).當(dāng)=1176N。d1為螺紋小徑。經(jīng)計(jì)算得b=6.7Mpa。查機(jī)械手冊得In1]=69Mpa，因此b<1^]，故安全。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d2的圓周上，則螺紋牙根部危險(xiǎn)剖面的變曲強(qiáng)度為：氣=3FI=0.89yb]=1~1.21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。坐起螺桿查教材，u取0.5（兩端固定）螺桿的柔度：-ul人=—i=d得：人=50A40（需要校核）4s根據(jù)歐拉公式計(jì)算：兀x17.54廠n2EIFcr(ut)2n2x2.06x105廠n2EIFcr(ut)2rl64—=18057.8N(0.5x455J2

F=1176NS=M=18057.8/1176=16.36scF穩(wěn)定性安全系數(shù)取七=3.5~5.0（傳力螺旋），S>S,故認(rèn)為螺桿穩(wěn)定。2.整床升降螺桿X=U=33Y40（不需要校核）si3.曲腿螺桿X=牛=21Y40。（不需要校核）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L廣240mm，連桿與背部床板連接點(diǎn)到其旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離為L2=280mm,螺帽運(yùn)動(dòng)軸線到旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的垂直距離為e=30mm，其圖如下，故可以算出連桿L的長度，由三角函數(shù)：a=e+tan（70。）=10.93b=e+sin（70。）=31.9l=a+L=250.9.mml=b+L=311.9mmL2=l2+12一2xlxlcos（70。）31212得L-326mm3

故連桿L3為326mm，寬和高都為40mm，材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理。B.連桿強(qiáng)度校核M=FxLxsin9=1157x326xsin70。=354434N/mm連桿所受的軸向力可忽略。q=M=354434=33Mpa.因b<&]=70Mpa.故安全。caW403/6ca-13.3.4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)按照坐起機(jī)構(gòu)的算法可以得出L3=164mm,選擇連桿的長度為1604mm，寬和高都為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(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3、完成了零件的設(shè)計(jì)。第四章三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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。UGNX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(shí)。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(shí)。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SiemensPL