家用電動(dòng)護(hù)理床設(shè)計(jì)【三維UG】【醫(yī)療床-病床】

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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. 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(zhǎng)，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(guó)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(guó)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(guó)60歲及其以上老年人口已達(dá)1.32億。占全國(guó)總?cè)丝诘?0%，并以年均3.32%的速度持續(xù)增長(zhǎng)，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(guó)家所面臨的共同的問題。為此，國(guó)家的大力加強(qiáng)了對(duì)護(hù)理床機(jī)器人的研發(fā)扶持力度。為偏癱病人或者長(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guó)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(guó)外護(hù)理床的研究以德國(guó)。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(jiǎn)單，易于制造。2、價(jià)格便宜。存在的問題：功能比較簡(jiǎn)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(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)患者康復(fù)功能的考慮較少。從近年來的發(fā)展來看，國(guó)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(guó)是世界上的人口大國(guó)，同時(shí)又是一個(gè)人口老齡化的大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2000年到2007年，我國(guó)60歲以上的老年人口由1.26億增長(zhǎng)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(zhǎng)率高達(dá)3.2%，約為總?cè)丝谠鲩L(zhǎng)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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guó)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(guó)外護(hù)理床的研究以德國(guó)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(chǎng)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(duì)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(guó)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)，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(guó)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(chǎng)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。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(duì)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(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(duì)老年人和病人的身體進(jìn)行直接的接觸與操作，而且相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)老人，病人對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)病床 、中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)成年人人體尺寸等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)類比國(guó)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(guó)行業(yè)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(zhǎng)寬=2000mm1000mm 高=300520mm2、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。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(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085o（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050o（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050o（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070o大腿床板翻轉(zhuǎn)角度035o整床升降高度范圍300520mm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(duì)簡(jiǎn)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(duì)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)。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(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(cè)量數(shù)據(jù)確定【9】。參考市場(chǎng)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抬背背板與水平面夾角為070o 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035o小腿板與水平面夾角為-20o0 7、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(jiǎn)單，有以下幾種構(gòu)型可供選擇。（如圖2.4所示）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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)圖圖2.7 運(yùn)動(dòng)之后機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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?cè)僖淮谓o出護(hù)理床的基本參數(shù)值。床的基本尺寸為 長(zhǎng)寬=2000mm1000mm,高=300520mm抬背角度為 070o大腿翻轉(zhuǎn)角度為 035o3.2 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，轉(zhuǎn)臂角速度為 轉(zhuǎn)臂速度： 負(fù)載,轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率為（忽略轉(zhuǎn)臂自重）電 動(dòng) 機(jī) 的 許 用 功 率：P許忽略軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿自重）電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率： 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，螺桿導(dǎo)程間距，可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約：3.2.2 坐起電動(dòng)機(jī)1）功率取t=30s，極限角度=70o，轉(zhuǎn)臂角速度：轉(zhuǎn)臂速度：負(fù)載，則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率： （忽略轉(zhuǎn)臂自重）電 動(dòng) 機(jī) 的 許 用 功 率：P許2 =（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許2 1.2=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(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速：n=36523060r/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：，極限角度，轉(zhuǎn)臂角速度：轉(zhuǎn)臂速度： 負(fù)載T3=1000N，則轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率：（忽略轉(zhuǎn)臂自重）P許3=(忽略軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿量）電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率：P3=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(dòng)機(jī)。相關(guān)參數(shù)如下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，螺桿導(dǎo)程間距，可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約： 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。P2 = P2電機(jī)螺桿2軸承 = （忽略連桿重量） P3 = P3電機(jī)螺桿2軸承 = 將軸設(shè)計(jì)為實(shí)心光軸。初步確定軸的直徑因計(jì)算比較保守，先選用直徑為25mm的40Cr待后面校核。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 其中是抗扭截面系數(shù)，=由以上計(jì)算確定軸的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得。因此。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(duì)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(duì)自鎖性有很大要求，故對(duì)其進(jìn)行校核： 其中,梯形螺紋，螺距p=2mm，d2為螺紋中徑，查找相關(guān)資料取d2=19mm。由于 ，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： 。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(dòng)機(jī)提供給螺桿的轉(zhuǎn)矩為，故符合要求。2、 螺紋長(zhǎng)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(zhǎng)度選250mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿總長(zhǎng)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(zhǎng)度選400mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿總長(zhǎng)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(zhǎng)度選150mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿總長(zhǎng)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(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核，強(qiáng)度校核公式參閱教材： 式中為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），。電動(dòng)機(jī)提供給螺桿的扭矩： 。其中F為軸向壓力： 。d1為螺紋小徑。經(jīng)計(jì)算得。查機(jī)械手冊(cè)得，因此，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作用在中徑的圓周上，則螺紋牙根部危險(xiǎn)剖面的變曲強(qiáng)度為： 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(zhǎng)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： 得：根據(jù)歐拉公式計(jì)算： 穩(wěn)定性安全系數(shù)取（傳力螺旋），故認(rèn)為螺桿穩(wěn)定。2. 整床升降螺桿 （不需要校核） 3.曲腿螺桿 。（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(zhǎng)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(dòng)軸線到旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的垂直距離為e=30mm,其圖如下，故可以算出連桿的長(zhǎng)度，由三角函數(shù)： 得故連桿為326mm，寬和高都為40mm,材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理。B.連桿強(qiáng)度校核連桿所受的軸向力可忽略。 因.故安全。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)按照坐起機(jī)構(gòu)的算法可以得出=164mm，選擇連桿的長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，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(yǔ)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(duì)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(rùn)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(píng)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(shí)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(dòng)產(chǎn)品革新。 NX 獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤(rùn)。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，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(chǎng)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(dòng)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2 整床升降機(jī)構(gòu) 結(jié)論 根據(jù)市場(chǎng)對(duì)高級(jí)家用電動(dòng)護(hù)理床的需求，本文設(shè)計(jì)了家用電動(dòng)護(hù)理床。通過這段時(shí)間的努力，對(duì)家用電動(dòng)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(duì)家用電動(dòng)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(dòng)護(hù)理床的總體方案設(shè)計(jì)： 該家用電動(dòng)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(guó)醫(yī)用電器相關(guān)條例設(shè)計(jì)出家用電動(dòng)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(dòng)護(hù)理床各個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)。三、對(duì)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析 對(duì)幾個(gè)機(jī)構(gòu)的不同的幾個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了速度，位移和加速度的分析四、家用電動(dòng)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(dòng)護(hù)理床的二維圖和三維建模。 隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的不斷創(chuàng)新，以及人們對(duì)高質(zhì)量，人性化，智能化的產(chǎn)品需求，家用電動(dòng)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(dòng)護(hù)理床將會(huì)往智能化，多功能化發(fā)展。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. 2002.93 范欽珊，殷雅俊. 材料力學(xué).北京，清華大學(xué)出版社.20044 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，2009.86 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2004.17 王昆等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).高等教育出版社.1995.128 王文斌等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 第3版.北京，機(jī)械工業(yè)出版社.2004.89 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.2000.1210 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)：121-12411 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致謝感謝聶松輝老師對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題到數(shù)據(jù)的選取到最后圖稿的完成，以及設(shè)計(jì)說明書的書寫，過程中出現(xiàn)過很多問題，多虧聶老師不厭其煩的細(xì)心指正，使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，心中的感激之情無以言表，同時(shí)也表示慚愧，很多地方都沒有做到最好，讓老師煩心了。同時(shí)，也感謝我的父母支持我的學(xué)業(yè)，為了我辛勤的勞動(dòng)，付出了很多，我將繼續(xù)努力奮斗，爭(zhēng)取為社會(huì)貢獻(xiàn)一份力量，不辜負(fù)父母和老師的期望。3131