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机械原理课程设计 脚踝保护性外骨骼 团队成员 傅一士 黄佳栋 李庆澍 目录 设计初衷和作品的设计目标原理介绍和组成各部分分解介绍应力分析 设计初衷和作品的设计目标 我们设计的这个装置是从我们生活中得到启发 源于科幻电影中的想法是拐杖 但不是拐杖 我们打算开发一种可以 穿 的拐杖 外骨骼 原理介绍和组成 我们机构分成保护模块 缓冲 力传导模块通过保护模块保护脚踝 使它感觉舒适并避免再受伤 类似于一个水囊装置 通过缓冲部分减小动冲击 缓冲 力传导模块是由支座 铰链 支杆和固定件组成 通过这一系列构件把 鞋底 受到的力绕过脚踝传导到小腿上 以此达到避免脚踝因受外力再受伤的目的 分解介绍 保护模块此部分由一个类似鞋子的装置以及中间的一级缓冲模块组成 走动时 鞋子下方的支撑部分传导模块中 由于是硬支撑 所以力不会传到脚部 所以可以起到保护脚踝的作用 而脚部不可避免的会受到一部分力 所以我们在中间加入一个由水垫组成的保护模块 把脚部完全包裹在中间 所受的力由水垫分散 这样就起到了保护的作用 分解介绍 缓冲 力传导模块 两种方案 方案一 通过保护模块把力传导到支座 再传导到支杆 有二级缓冲再次缓冲 再传导到固定件部分 分解介绍 方案二 通过支撑模块把力传导到支杆 由二级缓冲再次缓冲 然后传导到液压部分 最后以均匀的压力和摩擦力的形式作用在小腿上 空气弹簧 我们二级缓冲使用空气弹簧来实现 空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气 利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧 空气弹簧的优点 空气弹簧具有非线性特性 可以根据需要将它的特性线设计成比较理想的曲线与钢制弹簧相比较 空气弹簧的重量轻 承受剧烈的振动载荷时 空气弹簧的寿命较长通过调整内部压力 还可以得到不同的承载能力 因此能适应多种载荷的需要 应力分析 1 材料选择我们根据器械轻质 高强度的要求 决定选择如下材料 材料名称 SW 丙烯酸 中高冲力 2 受力与约束力 1 应用力400N沿基准面方向2前视基准面使用统一分布 2 根据实际情况受力部位为鞋底 约束 由设计初衷 小腿部位受力 且器械缚束小腿部分与小腿固定 所以定此部位为约束处 特殊情况分析 考虑到器械着地时的受力存在部分受力 我们现就两种比较常见的局部受力进行分析 1 第一种情况 当使用者行进时 脚跟先着地 那么在脚面全部着地之前 脚跟将受局部力作用 进行应力分析结果如下 第二种情况当使用者在失稳 倾斜等情况时 将出现器械底面侧边受力现象 现对脚底面向内侧受力进行分析 1 应力图 分析结论通过对上述器械及不同情况的分析 其所受应力及变形都符合选定材料的要求 参考书目 1 机械原理 第六
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