多功能可调角度床的设计【护理病床全套设计含CAD图纸和三维图纸及仿真视频】
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I 摘 要 随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。 多功能可调角度床是一种针对普通人群的自动化舒适性生活需要而设计的，能随意调节床的背部和腿部的角度。它既可以通过控制器来实现家庭生活的自动化，又可以使人民的生活更加舒适更加方便，从而提高家居生活的质量。 课题设计一种用于普通家庭使用的多功能床，解决人身体和生理方面的需要（抬背、曲退等）。该设计对多功能床的各项功能进行了方案的选择、原理分析、零件尺寸计算及强度校核，使其能够实现预设功 能的正常运动。并采用三维数字化设计软件 其进行建模和装配，最后对其整体方案进行运动仿真。 关键词： 多功能床 原理分析 零件尺寸计算 强度校核 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 of on of of is a of is to of of It be of s of to a to on of a of of it to of of of 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 i 目 录 摘 要 . I . 言 . 1 第 1 章 绪论 . 3 题的目的和意义 . 3 内外研究状况及发展趋势 . 3 功能床的分类 . 4 功能床结构的发展 . 6 文的主要研究内容 . 7 章小结 . 8 第 2 章 多功能床结构的整体方案 . 9 功能床的工作要求 . 9 功能床的工作环境 . 9 功能床的位姿和控制要求 . 9 功能床总体方案构思 . 9 思的提出 . 9 关要求与标准 . 10 功能床的组成 . 11 章小结 . 12 第 3 章 多功能床的方案选择和比较 . 13 功能床方案一 . 13 板结构示意图 . 13 起及曲腿方案 . 14 功能床方案二 . 15 板结 构示意图 . 15 起及曲腿的方案 . 16 案的对比和选择 . 17 章小结 . 18 第 4 章 多功能 床机构设计 . 19 本参数的设计 . 19 背机构 . 19 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 抬背机构的结构和工作原理 . 19 背机构的设计（图解法） . 20 背机构电动机的选择 . 22 腿机构 . 23 腿机构的结构和工作原理 . 23 腿机构的设计（图解法） . 25 腿机构电动机的选择 . 28 章小结 . 29 第 5 章 零件的设计和校核 . 30 杠的设计与校核 . 30 背丝杠尺寸的设计 . 30 背丝杠的强度校核 . 30 腿丝杠的尺寸设计 . 31 杆轴的设计和校核 . 32 背机构中的零件的设计和校核 . 33 腿机构中零件设计与校核 . 35 章小结 . 37 第 6 章 多功能床的 模与仿真 . 38 模 . 38 真 . 42 章小结 . 43 第 7 章 设计总结 . 44 案的评价与成本的估算 . 44 功能床的主要优点 . 44 计中存在的问题和改进建议 . 45 致谢 . 46 参考文献 . 47 附录： . 48 外文资料与中文翻译 . 48 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 前 言 随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求也越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。所以对于多功能床的研究设计越来越多得到人们的关注和支持。 多功能床的使用现阶段多用于医疗护理方面，并且在医疗护理方面有了一定的发展。多功能护理床一般根据其完成动作的多少和完成的效果可分为以下几类：功能基本型护理床、功能普通型护理床和功能高级型护理床。多功能 护理床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。 国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。但因其价格昂贵（一般售价在 20 万人民币以上），很难为一般的消费者所接受。 然而 专门针对于普通家庭用户设计使用的多功能床并不是很多，本文所设计的多功能床则是面对普通家庭，普通人群，所以在设计时应该注重多功能床的实用性，舒适性，方便性和可靠性，同时应该注意控制成本。本文所设计的多功能床通过简单的连杆机构来完成对人体的坐起，曲腿等动作。它既可以通过控制装置来实现家庭生活的自动化，又可以使人民的生活更加舒适更加方便，从而提高了家居生活的质量。 本 课题所设计的是一种适用于普通家庭使用的多功能可调角度床，用于解决人身体和生理方面的需要（抬背、曲退等）。该设计对多功能床的各项功能进行了方案的选择、原理分析、零件尺寸计算及强度校核，使其河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 能够实现预设功能的正常运动。并使用三维数字化设计软件 完成对整体多功能床方案进行运动仿真。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 第 1 章 绪论 题的目的和意义 多功能床是针对普通家庭成员满足其对生活质量和舒适度需要而设计的，能通过控制电机的运转来随意调节床的背部和腿 部的角度。即使是生活不能自理的人，护理人员也可以通过床边的控制器进行操作，减少照顾病、残患者的劳动强度。课题根据实际情况和现有的研究要求，设计一种用于普通家庭使用的多功能床，解决人民的身体和生理方面的需要（抬背、曲腿等），也提高了人民的生活质量。针对市场需求开发一种结构简单、工作可靠、使用方便的多功能床并进行动态仿真，对于产品的产业化具有重要的意义。 内外研究状况及发展趋势 随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求也越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。所 以对于多功能床的研究设计越来越多得到人们的关注和支持。 多功能床的使用现阶段多用于医疗护理方面，并且在医疗护理方面有了一定的发展。 随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，思想的进步，城市人口正逐步进入老龄化 ,人口老龄化已成为世界范围内的社会问题。据统计，欧洲发达国家和日本的老年人独居河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 率已高达 40%，如此之高的比例迫使社会采取措施解决老年人的护理服务问题。如果完全依靠家庭人工照料，与西方国家子女与老年人分居、家庭规模小型化的观念有抵触之处。我国 60 岁及其以上老年人口已达 , 占全国总人口的 10%, 并以年均 速度持续增长。其中“空巢家庭”占所有老龄家庭总数的 在一些大城市中该比例更大，解决因身体虚弱卧床不起或因疾患导致生活不能自理的老年人的家庭照料与看护问题是人口老龄化国家所面临的共同问题。为此 , 国家也大力加强了对护理机器人的研发扶持力度。为偏瘫病人或长期使用病床的病人提供一个集护理和排泄等各功能于一体的多功能护理床。 现在家庭需求护理床的潜力日益增加 ,以前是简易的护理床 ,后来加上护栏 ,餐桌 ;再后来加上大便孔 ,轮子 ;现在产生了很多集多功能为一体的多功能 ,电 动护理床 ,极大的提高了患者的康复护理水平 ,也为护理人员提供了极大的方便 ,所以操作简单 ,功能强大的护理产品越来越受到追捧。 功能床的分类 多功能床床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。但因其价格昂贵（一般售价在 20 万人民币以上），很难为一般的消费者所接受。护理床的基本分类情况如下： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 图 1理床分类状况 表 1名称 优点 存在问题 功能基础型护理床 1、结构、生产 工艺简单，易于制造。 2、价格便宜。 1、功能比较简单，不能实现使用者的护理要求。 2、手动为主，操作繁琐。 3、造型传统，舒适性差。 4、应用范围窄。 功能普通型护理床 1、一般为电动，用户可简单操作控制。 2、能完成基本的护理功能。 3、增添了辅助功能接口。 4、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。 1、市场售价偏高。 2、功能启动柔性差，衔接不连贯。 3、功能一体化造成功能浪费。 4、生产技术含量低，容易被仿制。 5、文字，图像识别功能差 功能高级型护理床 1、护理功能完善。 2、功能调整定位准确，连贯性好，基本无噪音 。 3、结构设计合理，安全。 4、造型新颖，有较强的亲和力。 5、文字，标志容易识别。 1、市场售价昂贵。造成功能浪费严重，造成额外的经济成本。 2、整体可拆性差，运输、组装繁琐。 3、对患者康复功能的考虑较少。 从近年来的发展来看，国内的发展迅速，各种结构、功能等等各异的护理床层出不穷。发展方向主要向机器人模块化的自动控制方向发展。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 功能床结构的发展 结构功能单一的护理床已经逐渐隐退。如今护理床床体本身的构件要实现多种功能 , 包括平躺、仰起、曲腿、左侧翻、右侧翻、洁便门开关装置及冲洗马桶和冲洗身体 的装置 ,另外还有烘干和抽风的设备。各个部分可以独立的运行来完成相应的动作 ,同时将单个功能组合起实现复杂的功能。譬如病人躺在床上排泄问题的解决 ,改变靠背板的仰角或者左右的侧翻以取得舒适的姿态 ,护理人员对洁便池的清洗等。 如今多功能床的各种类型： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 图 1功能医用护理床的各种类型 多功能护理床实现的各种动作： 图 1背 图 1背和曲腿 文的主要研究内容 鉴于普通人群对生活质量的要求、本身的生理条件以及国内外市场的需求的不断扩大，本文提出一种适用于普通家庭且身体状况正常人群的多功能可调角度床，提出几种多功能床的抬背机构以及曲腿机构，通过控制河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 多台直流电动机驱动整台多功能床工作。实现床面的多种姿势的切换，达到满足各种功能要求的床。主要研究内容如下： (1)设计各种 多功能 床的运动机构 ，并用图解法的方法得到初始设计尺寸。 (2)利用三维设计软件 据初始设计数据对其建模，进行结构设计，并对其进行 装配设计。 (3)利用 于检查模型中是否存在干涉，机构是否能够完成预先设定的运动 。 (4)对 多功能 床的主要零件进行受力校核，检验整台 多功能 床使用的安全性及稳定性。 (5)绘制整台多功能床的装配图，主要的零件图和机构的运动简图。 章小结 本章主要介绍了课题的目的和意义，目多功能床在国内外的发展趋势和各类多功能床的比较 ，在多个方面表明了当今多功能床各个模块的发展情况，最后根据研究分析确定了自己所需完成的设计内容。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 第 2 章 多功能床结构的整体方案 功能床的工作要求 功能床的工作环境 多功能可调角度 床 的设计 应用于家庭居室， 室内温度变化不大无需特别考虑，但是需要 考虑到环境对噪声的限制，故设计时电机类型及型号的选取应满足工作噪音低于 20 分贝， 床体材料也需要得到考虑， 并且在床体上附加一些必要的减震降音材料，如橡胶垫片、弹簧垫圈等。 功能床的位姿和控制要求 多功能 床应该满足 人们 所需的各种 必要的体位位姿，这些体位位姿包括抬背、屈腿。为了 方便人们看书、学习和工作等的要求， 在设计时考虑能使人在床上可以 实现 坐姿。同时 多功能床 还应该实现人的抬腿坐姿体位，以减轻人由于盘腿坐起时的不舒适感。对 多功能床 的控制方式，可以采用键盘按钮操纵 ，方便自己或他人对其进行控制。 功能床总体方案构思 多功能床的总体构思包括机械结构设计、电机驱动以及总体位姿协调等问题。 思的提出 通过分析现有的多功能床设计，我们很容易发现，为了实现床面某一河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 个特定 的体位姿态，传统的设计方法就会设 计一套特定的机构与之 对应。当位姿数目越来越多时，所需机构 数 目也随之增加，同时空间体积也随之膨胀。而床体的总体积是有一定限制的，即床体的长、宽、高尺寸必须按照有关多功能床标准规定限制在某一个空间范围之内，才能够既满足人 民的舒适感的要求又满足空间限制要求。多机构协调的技术是源于模仿人体的运动，人体的运动具有极大的柔性。受此启发将多功能床的床面进一步加以细分，成为彼此之间相互独立的 4 个面板。如图 2示。图 2，床板 1 对应于人体的背部，床板 2 对应于人体的臀部， 床 板 3 人体的腿 部，床板 4 对应人体的脚部 。通过各个床面板之间的协调运动 ，采用单动或联动方式来实现多功能床所需的各种体位位姿。 图 2功能床床板图 关要求与标准 为了满足 人们 在使用多功能床时的舒适程度以及有效 提高床的自动化 。多功能床结构在设计时应满足以下几个方面的要求 : 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 (1)能够实现 多功能床 所需的各种体位位姿要求。 (2)各 个活动床面板的摆动角度范围应参照有关要求以及人体的舒适感，各床面板摆动角度及标准如下： 背 部床 板摆动角度： 0 70 臀部床板摆动角度： 0 8 腿 部床 板 相对水平面 摆动角度： 0 60 (3)多功能床床体的可靠性、稳定性和安全 性要符合 相关 要求。 (4)床体的结构尺寸有一定的空间范围限制。 功能床的组成 多功能床从结构和功能上分为：床框架、平面连杆机构、床板、控制系统组成。 图 2功能床系统框图 床框架除了固定的机械机构以外，还包括各个电机安装模块。平面连杆机构包括：抬背机构、 抬臀机构、 曲腿机构。床板由床板框架和床板面板组成 ， 整台多功能床中共有 两 台直流电机，分别完成头部升降、腿部屈伸动作。本课题工作重点在平面连杆机构部分，包括机构结构的设计，运动方案的设计，整 个多 功能床三维 模型 建立，整床的装配及 运动仿真 。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 章小结 本章围绕多功能床的总体构思而展开，通过论述多功能床所处的工作环境及位姿要求，指出了多功能床设计时所需的各项要求，以这些要求为契机，提出了多功能床的总体方案的构思，包括整体设计的构思思路，多功能床结构形式的初步探讨，多功能床的各个组成部分 。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 第 3 章 多功能床的方案选择和比较 功能床方案一 板结构示意图 图 3案一：床板结构示意图 床板分为 4块，相互间用合叶铰接，如图 3作时，坐起时1 板绕 向上翻转；抬臀时 2 板绕 向上翻转，同时带动 3 板 腿时 3 板绕 时带动 4板绕 转；垫脚板 4通过各机构的联动配合作用使其放平用于垫脚。未工作时床板水平置于床架上，和普通床一样。采用这种结构的床板，制造简易，且很轻松的克服了各功能件的相互干扰，满足了各个功能协调动作的要求。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 起及曲腿方案 图 3案一：坐起及曲腿原理图（平躺状态） 图 3案一：坐起及曲腿原理图（坐起及曲腿状态） 这部分的设计，采取坐起和曲腿的功能分别驱动的思想。如图分别是床板平置和坐起及曲腿动作完成之后的状态 。床板平置是，人躺在床上和普通床一样。当需要坐起时，由图中左边的电动机驱动丝杠转动，使得螺河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 母副 7向右运动，使得连杆 6带动转臂 5旋转，最后转臂驱动床板 1绕 而使人坐起；当需要曲腿时。同样左边的电动机驱动丝杠转动，使得螺母副 8 向左运动，使得连杆 9 带动转臂 10 转动，转臂驱动床板 2绕 G 点向上转动，同时转臂 10 通过连杆 11 带动转臂 12 旋转，转臂驱动床板 3绕 板 3的带动床板 4向下运动，当运动到脚步支撑时开始绕 后使得床板 4处于水平状态。其中电动机有两台，床的前后各一台，分别用于驱动坐起 和曲腿两个运动 此方案主要为丝杠螺母副机构和简单的连杆机构，优点是结构简单，加工容易，成本低廉，传动精确；缺点是承受的轴向推力大，效率低，摩擦严重。 功能床方案二 板结构示意图 图 3案二：床板结构示意图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 床板分为 3块，相互间用合叶铰接 (如图 )，坐起时床板 1绕 时床板 3 绕 向下翻转，达到曲腿的目的。未工作时，床板置于床架上，和普通床一样。 起及曲腿的方案 图 3案二：坐起及曲腿（平躺状态） 图 3案二：坐起及曲腿（坐起 状态） 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 这部分的设计，采用坐起和曲腿的功能同时驱动的思路。如图分别是床板平置和坐起及曲腿动作完成后的状态。床板平置时，人平躺在床上和普通床一样，杆 4 、杆 5和杆 6 组成的连杆机构处于死点状态，达到足够的刚度和稳定性。当需要坐起时由图中电动机驱动蜗杆 1转动，蜗杆 1再驱动蜗轮 2转动，从而带动转臂运动，将床板 9绕 此同时和蜗轮同步的带轮 2 带动小带轮 4 转动， 4 带轮的旋转使得曲柄连杆机构中曲柄 4 转动。摆脱死点状态，摇杆 6旋动，使得床板 7在重力的作用下绕 后同时满足坐起和曲腿的功能。坐起和曲腿动作 如图3 该方案采用蜗轮蜗杆 带轮传动，其优点是传动平稳，冲击载荷小，传动比大；缺点是效率低，磨损较为严重，且蜗轮蜗杆加工难度大，制作成本高。带轮负载大时可以造成皮带打滑，并且其曲腿和坐起只能同时满足，无法独立动作。 案的对比和选择 表 3功能床方案的对比 实现的功能 采用的机构 实际情况 加工工艺及成本 方案一 坐起 丝杠螺母和连杆机构 结构简单，传动平稳，效率低 加工容易，成本低 曲腿 丝杠螺母和连杆机构 结构简单，传动平稳，效率加工容易，成本低 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 低 方案二 坐起 蜗轮蜗杆 传动平稳，传动比大，效率低 加工困难，成本高 曲腿 蜗轮蜗杆 传动平稳，传动比大，效率低 加工困难，成本高 综合考虑各个功能的实现情况，制造的工艺以及加工成本，最终确定采用方案一。 章小结 本章制定了多功能床的不同方案，用于实现多功能床的不同功能，并对实现各个功能的不同结构和状态进行分析和研究，对各个方案的优缺点进行比较，最终确定最优方案。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 第 4 章 多功能床机构设计 本参数的设计 根据实际情况确定多功能床的基本参数： 床 的长度： 2090部床板 860部床板 400床板 445部床板 295床板间间距 30 床的宽度： 860 床的高度： 650 背部床板摆动角度： 0 70； 臀部床板摆动角度： 0 8； 腿板摆动角度： 0 60。 背机构 抬背机构是多功能床的一个关键机构，其主要的功能是实现人体的抬背及坐起功能。 背机构的结构和工作原理 多功能床的抬背机构由丝杠螺母机构、抬背连杆、抬背支杆、抬背滚子、背板以及部分床架组成。丝杠螺母机构位于床架底部 ， 螺母滑块机构可以在丝杠上左右运动，与其铰接的是抬背连杆的一端， 另一端铰接于 抬背支杆 上， 抬背支杆 的一端铰接于床架上，另一端通过滚子与 背 板连接，背部 床板 一端 固定于床架上，使之充当机架作用 。电动机的转动通过联轴器带动丝杠旋转，从而使位于丝杠上的螺母滑块机构左右运动，螺母滑块机构通过抬背连杆 使得 抬背支杆 绕着 与 床架 铰接点 发生转动，通过滚子的河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 作用，使得背板绕着它与 床架 的铰接点为转轴发生转动。 简图如图 4示。 图 4背机构 背机构的设计（图解法） 多功能床的抬背机构采用的是曲柄滑块机构的变 形机构，丝杠螺母机构为原动件对整体机构进行驱动。其中，背部床板的长度为 860转角度为 70。 图解法设计抬背机构，滚子的直径设定为 50杠螺母的位置位于床板下 400，背部支杆与床架的交接点在床板下 200且距离背部床板右侧为 200据设计要求背板翻转角度为 70，在 过各杆件间的运动关系和位置关系确定螺母滑块机构的运动行程为 步设计完成后的尺寸及各安装点位置图如图 4 （ 1）抬背机构的自由度计算： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 h )2(3 1 式中： n=5， ， ， F=1（ F为虚约束数）。 11)162(53)2(3 1 h 该机构的原动件数为 1（螺母滑块在丝杆上的的滑动），与自由度数相同，所以该机构可以满足确定的运动。 图 4背机构设计尺寸及安装点位置图 （ 2）抬背过程中各机构的运行数据 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 通过 件的旋转功能确定背部床板翻转 过程中的每个位置、各构件的转动角度以及螺母的行程。 表 4背时各构件的运行数据 背部连杆旋转角度 背部床板翻转角度 螺母运动行程 5 3 0 3 5 3 0 4 5 4 0 4 5 4 0 4 5 4 0 4 5 5 0 5 5 5 0 6 抬背机构电动机的选择 （ 1） 电动机的功率计算 取抬背所用总时间 0s，背部床板的极限旋转角度 =70，抬背支杆的旋转角度为 80，所以抬背支杆的角速度： 0 3 4 11 抬背支杆的速度： 0 1 6 4 取负载 T=1000N，则背部支杆传递的功率（忽略背部支杆的自重）： 6 0 011 电动机的需用功率（忽略轴的转动惯量及抬背支杆的自重）： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 2211 滚子轴承联轴器丝杠许 查表得，丝杠的传动效率 杠，轴器 ，深沟球轴承的传动效率 承 ，子 ，代入得 222211 滚子轴承联轴器丝杠许 电动机的实际功率 1 11 许 查表，选用额定功率为 60 （ 2）电动机的转速计算 由图 4示，坐起时螺母滑块的行程距离为 定丝杠的螺纹间距 P=6此可以得到电动机的最 低转速为 m i n/n 所以，电动机的转速选用 75r/ 腿机构 曲腿机构是多功能床的一个关键机构，其主要的功能是实现臀部床板的向上翻转以及腿部床板的向下弯曲。在向下弯曲的时候，脚部床板跟随腿部床板向下运动，当脚部床板与脚部支撑板相接触时，脚部床板绕图3示 向上翻转，最后停止时处于水平位置。 腿机构的结构和工作原理 多功能床的曲腿机构由 2、 3 丝杠螺母机构、 4 曲腿连杆、 5 臀部支杆、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 24 6 连杆、 7 腿部支 杆、 8 滚子、 9 臀部床板、 10 腿部床板、 11 脚部床板、12 脚部支撑板以及部分床架组成。丝杠螺母机构位于床架底部 ， 螺母滑块机构可以在丝杠上左右运动，与其铰接的是曲腿连杆的一端， 另一端铰接于 臀部支杆 上， 臀部支杆 的一端铰接于床架上，另一端通过滚子与 背 板连接， 背部 床板 一端 固定于床架上，使之充当机架作用 ，连杆的两端分别于臀部支杆和腿部支杆相铰接，从而使得臀部支杆的摆动通过连杆带动腿部支杆的摆动，腿部支杆一端铰接与床架上，另一端通过滚子于腿部床板相接处。电动机的转动通过联轴器带动丝杠旋转，从而使位于丝杠上的螺母滑块机构左 右运动，螺母滑块机构通过曲腿连杆 使得 背部支杆 绕着床架上的交接点 发生转动，通过滚子的作用，使得 臀部床 板绕着它与 床架 的铰接点为 旋 转轴 向上翻转；臀部支杆通过连杆带动脚部支杆绕着床架的铰接点发生转动，通过滚子的作用，使腿部床板绕着它与臀部床板的铰接点的旋转轴向下翻转 。 简图如图 4示。 图 4腿机构 1 电动机； 2 丝杠； 3 螺母滑块； 4 曲腿连杆； 5 臀部支杆； 6 连杆； 7 腿部支杆； 8 滚子； 9 臀部床板； 10 腿部床板； 11 脚部床板； 12 脚部支撑板 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 25 腿机 构的设计（图解法） 多功能床的曲腿机构采用的是曲柄滑块和四连杆的组合机构，丝杠螺母机构作为原动件对整个机构进行驱动。其中，臀部床板的长度为 400上翻转角度为 8，腿部床板的长度为 445下翻转的角度为 60，脚部床板的长度为 295 图解法设计曲腿机构：滚子的直径设定为 50杠螺母的位置位于床板下 400：臀部支杆与床架的交接点在床板下 200且距离臀部床板左侧为 200部支杆与床架的铰接点在床板下 200且距离腿部床板左侧为 据设计要求，为 了提高人体曲腿时的舒适度，臀部床板向上翻转角度为 8，腿部床板相对水平位置向下翻转 60，而脚部床板通过脚部支撑板的作用需向上翻转 120，最后处于水平位置。在 用旋转命令确定各个床板运动后的位置，通过各杆件间的运动关系和位置关系确定螺母滑块机构的运动行程为 步设计完成后的尺寸及各安装点位置图如图 4 图 4背机构设计尺寸及安装点位置图 （ 1）曲腿机构的自由度计算： h )2(3 1 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 26 式中： n=9， 1， ， F=2（ F 为自由度， n 为构件数， F为虚约束数）。 12)2112(93)2(3 1 h 该机构的原动件数为 1（螺母滑块在丝杆上的的滑动），与自由度数相同，所以该机构可以满足确定的运动。 （ 2） 曲腿机构的拆分 如将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分出来，则由其余构件构成的构件组必然是一个自由度为零的构件组。把最后不能再拆分的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组或阿苏尔杆组，简称杆组。根据上面的分析 可知，任何机构都可以看作是由若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。 对曲腿机构简图（如图 4行基本杆组的拆分。 图 4腿机构简图 对该机构进行高副低代，并进行基本杆组的拆分。由图 4简单的基本杆组是由 2个构件和 3个低副构成的，所以该机构称为级杆组。 河南理工大学万方科技学
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