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家用电动护理床设计【三维UG】【19张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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家用电动护理床设计【三维UG】

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ug3D

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外文文献翻译

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下层板.dwg

坐起横轴.dwg

坐起螺杆.dwg

坐起连杆.dwg

大腿板.dwg

家用电动护理床.dwg

小腿板.dwg

床板条.dwg

护理床挡板.dwg

抬腿横轴.dwg

抬腿螺杆.dwg

抬腿连杆.dwg

挡板固定架.dwg

整床升降机构.dwg

整床升降螺杆.dwg

滑块.dwg

背板.dwg

脚轮.dwg

臀部板.dwg

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关键词：: 家用电动护理设计三维 ug 全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

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摘要1

第一章绪论3

1.1家用电动护理床的研究背景3

1.2家用电动床的发展前景4

1.3选择课题的目的及其意义5

第二章家用电动护理床结构的整体方案6

2.1设计原则6

2.2功能要求及设计指标7

2.3家用电动护理床总体方案设计9

2.4护理床各功能模块构型设计11

2.5 本章小结15

第三章家用电动护理床的运动机构设机及相关计算15

3.1 基本参数的设定15

3.2 电动机的选择15

3.3 零件的设计与校核20

3.4 本章小结26

第四章三个机构的运动分析及三维模型图27

结论30

参考文献31

致谢32

附录1 外文翻译

附录2 中文翻译

家用电动护理床设计

摘要

在人口老龄化快速增长的今天，对护理行业有了越来越严格的要求，不仅要求护理床的质量可靠，还要求具有多功能化。家用电动护理床就是一款为此需求而设计的医疗器械。

这款护理床是针对不能生活自理及行动不便的的人来设计的，该病床能够帮助病人坐起、屈膝、调高整床的高度。解决了在护理过程中的诸多不便，并解决了我国护理行业的困难，促进了护理医疗器械的发展。

本文首先基于人体工程学，进行了护理床总体方案的设计，根据相关标准及调研结果，制定了护理床的设计原则，功能要求及设计指标；完成了护理床本体的总体方案设计。

然后，采用自上而下的方法完成了护理床结构详细设计并给出了全套的设计图。主要包括总体框架、抬腿部件、抬背部件、整床升降等功能模块。

关键词：医疗器械，家用电动护理床，机构设计

Household electric nursing bed design

Abstract

In the rapidly growing aging population today, the nursing industry has increasingly stringent requirements, not only requires reliable quality care beds, but also requires a multifunctional. 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.

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第一章绪论

1.1家用电动护理床的研究背景

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体，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人数已经高达40%，如此之高的比列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的照料，于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1.32亿。占全国总人口的10%，并以年均3.32%的速度持续增长，其中“空巢家庭”占所有老龄家庭总数的25.8%，在一些大城市中该比列更大，解决因身体虚弱卧床不起或因导致生活不能自理的老年人的家庭照料于看护问题是人口的老龄化的国家所面临的共同的问题。为此，国家的大力加强了对护理床机器人的研发扶持力度。为偏瘫病人或者长期使用病床的人提供一个集护理和排泄的等各种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，后来的加护栏，餐桌，再后来加上大便孔，轮子，现在产生了很多集多功能护理床的一体多功能，电动护理床，极大的提高了患者的康复护理水平，也为了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最棒。

　护理床在国内的设计和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。各种护理床的功能正在逐步完善，成熟，但因其价格昂贵(一般售价在20w人民币以上)，很难为一般的消费者能接受这很贵的护理床。护理床的基本分类情况给大家介绍一下。

　护理床类型一(按动了分)手动护理床和电动护理床;护理床的类型二(按功能分)功能基础型、功能普通型、功能高级型。

　护理床的分类概括

　功能基础行护理床的优点：1、结构、生产工艺简单，易于制造。2、价格便宜。存在的问题：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。

　能普通型护理床的优点：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、增添了铺助功能接口。4、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。存在的问题：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。

　功能高级型护理床的优点:1、护理功能完善。2、功能调整定位准确，连惯性好，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。存在的问题：1、市场的售价昂贵。造成功能浪费严重，造成额外的经济成本。2、调整可拆性差，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，各种结果。功能等等各异的护理床称层出不穷。发展方向主要向机器人模的自动控制的方向发展。

1.2家用电动床的发展前景

我国是世界上的人口大国，同时又是一个人口老龄化的大国，据统计，从2000年到2007年，我国60岁以上的老年人口由1.26亿增长到1.53亿人，占总人口的比例从10.2%提高到11.6%，占全球老年人口的21.4%，相当于欧洲60岁以上老年人口的总和。人口老龄化年均增长率高达3.2%，约为总人口增长速度的5倍。预计2020年老年人口将达到2.4亿人，占总人口的17.17%；到2050年，老年人口总量将超过4亿，老龄化水平推进到30%以上。我国大多数家庭逐渐形成宝塔式结构。（四个老年人，两个青年人，一个孩子）随着社会生活的加快年轻人既要忙于事业又要照顾家庭，老人和孩子，显然力不从心，当老人生活不能自理时就十分需要一种家用电动护理床协助自己日常生活的必须。现在家庭需求护理床的潜力日益增加,以前是简易的记理床,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,比如能够升降，能够坐起，能够曲腿等功能。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。

家用电动护理床根据采用进口电机的数量一般可分五功能电动护理床、四功能电动护理床、三功能电动护理床、二功能电动护理床。护理床在国内的设计和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和日本较为突出。

目前市面上常见的家用电动护理床有如下优点：

1、电动，方便用户操作和控制。

2、能完成基本的护理功能。

3、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。

4、功能调整定位准确，连惯性好，基本无噪音。

5、文字，标志容易识别。

但也存在如下问题：

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。

6、对患者康复功能的考虑较少。

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三维图.gif

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整床升降机构.gif

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内容简介：: 几何在机械设计中的作用一个完整的设计通常指定一个机械系统的组成部分和装配关系。每个部分都有一个完全定义的名义或理想的形式和良好定义的材料属性。在组件的形式和属性中通常允许存在公差变化,在组装关系中也允许。因此系统的几何和材料特性和它的所有部分都被完全定义（至少在原则上）。从此我们应该关注几何，原因显而易见，因为我们不会应用一种材料尽管它重要性很明显。机械系统中指定刚刚描述的方式满足作为最初的设计目标的功能规范，设计的过程可以被认为是“生成几何”分解为指定几何的组件，然后是组件的详细规格形式和装配关系。设计似乎是通过细化几何和功能的同时进行。设计研究中的一个重点需要这个细化过程的科学模型，和提高或者使其自动化的系统过程。目前我们有处理两个广泛的分离阶段细化过程的工具。一方面，函数通常是通过加载指定的表面（例如在支撑面上的力的分布，通过一个孔板的流量，散热片的辐射模式等）；固体材料提供表面碎片载体的规范可能被视为一个约束形状优化的过程。在“单元功能”这个高层次上，人们需要处理弹簧,马达,齿轮箱、热交换器,等等,这时几何通常被抽象成实数，函数变成了常微分或者代数方程（例如热流,电动机转矩作为励磁电流的函数等等），这种方程组描述网络的复合功能主义的功能单元。在这些“理解的岛屿”中有一个巨大的差距，抽象的中级阶级需要用来使部分几何和拓扑组件的空间安排被承认。一般来说，几何在nts当代设计研究中进展情况严重，许多调查人员不是将其“扫地毯下”就是生搬硬套的使用，通过“特征”来定义为特别的方法。显然我们需要更多系统的方法来解决几何和函数之间的关系,下面我们提出了一些达到这个目标的基本步骤的建议。能量交换作为机械函数建模的机制机械构件通过空间分布式能源与环境交互交流, 我们认为在这种机械功能主义下可以在这些交流中建模的。这个争论的初始想法很大程度上吸引了亨利在该参数上的开创性工作。我们应该把机械构件看成是范围从单一的固体或液体流变化的系统，这通常是表现出重要的力学属性的最低级的自然系统。一个封闭的物理或概念式的边界，它是一个系统中很难被区分的特色：系统位于（或者部分位于）边界之内，而环境位于边界之外，它们通过边界进行交流。我们通过以下进行区分：S：讨论中的物理系统S：S的边界V：一个包含S的空间区域，它的补充是环境V：V的边界S和V可能是一致的，S和V在3E 里面有相近的表面（通常在两个方面），我们能从V中区分出S是因为S部分或者完全是未知的，但是可以被一个已知的V绑定（重申一下这篇文章是关于设计的）。能量的连续性的原则适用于所有级别的系统抽象。如果这个系统没有生成新的能源，那么ntsgdVdVtVndP VVV )(左边的曲面积分描述了总能量通量通过边界(瞬时功率)；P是一个广义描述瞬时速率的矢量，也就是能量在单位量，n是V边界上的常数，在右边， t是能量存储在系统的(体积)密度，g是能量损失的速度或耗散度。系统通过与其物理边界交换能量来与环境相互作用，例如，通过在这个区域的一部分中辐射系统中存储的能量，或者通过对外部配合零件提供支持，从而诱导系统中储存的变形能量等，在这种交流上的物理边界的子集将被称为能源接口。如果 iS 是联合 thi 的物理边界的子集（表面的部分），那么 gdVdVtndsP VVii si （2a）这时有Ssi i .(2b)因此,通过边界的总能量流量是通过端口的被标记的总流量，我们注意到一个边界子集 iS 可能属于多个港口，这个主体强调，比如那些被重力和磁场引起的，可能会把 S 当成相关的接口。在限制下的几何和功能细化方程式2a的左边指定了通过系统的能源交换端口，而且要求通量向量和端口的几何图形已知。右边的术语涵盖能量的(重新)分布或者耗散。这些条款所带来的生理效应取决于能源政权和系统的几何；nts可能会有刚体运动,弹性或塑性变形，温度再分配，等等。数学评价需要解决三维边界和/或初值问题。非常显著的简化随之而来，如果假设1)端口空间本地化和理想化以至于方程式的左边的积分。(2a)可能是 iP单独评估产生的条件，2)内部能量储存和耗散也同样在不相交的离散地区本地化，从而允许右边积分被分解成当地的积分可能单独评估。根据这些假设，方程式（2a）可能被改写为 k kji i GtP (3)iP是通过 thi 离散端口的力， jE 是存储在 thj 离散区域的瞬时能量，kG 是在 thk 离散区域里的耗散率。这种改进的限制形式（或者离散化，或者Paynter的术语网状物）是一种“Dirac-delta限制”，这时端口会缩小到零面积，体积缩小到临界点还有理想化的电阻等。方程式（3）是Paynter能源交换或者债券图表的基础，它描述了一个系统,可以转让、转换、存储和释放能量通过元素的几何被提炼成几个实数离散空间位置的港口和集中的地区（通常不进行债券图表交涉），积分离散端口和空间的特征(例如在公斤中的“价值”,作为一个质点)。这种更高的观点使人能够分析这个理想化的(离散)系统的动力学，但我们可以从这些分析中推断出可行的几何分布(也就是说,实际的)系统，基本上所有的几何必须诱导。显然我们已经走得太远,也就是说，几何被我们扔掉太多。nts几何的适当角色我们愿意退一步从限制细化讨论,已经失去了所有形式的观念,包括在一些连续的几何问题,但被方程式（I）覆盖的不成熟的领域，除非这是不可避免的。我们建议以下三个原则管理形式和功能之间的相互作用,我们相信将产生几何定义良好(但不一定是最优)的设计，一个简单但常见的例子来自实践设计的支架,将使讨论升级(图1)。这个设计始于三个已知直径和配置但是被一种未知的固体阻挡的孔(图la)；这样跟其他部分的配合(两个螺丝和一个枢轴销)。因为担心其他组件在孔之间传递，于是创建包含这些孔的圆框(图1b),最后,这些孔和圆框聚在一起形成如图1c和1d中的一个单独的部分，最后的形状是由间隙标准,强度、重量、审美以及简单的拼合组成。nts从例子中可以得到两个可能的简单但是很重要的推论。首先，第一个孔(加上一些隐含约束表面在第三维度)是支架的能源端口；他们完全指定的几何和指定含蓄的支架是做什么保持端口的相对位置，它的几何承认旋转运动。原则上相关能源政权(力、扭矩:弹性)可以完全指定为好,但实际上他们往往只有隐含或“理解”。第二，剩下的几何可自由支配,但是要求相关的孔被绑定到一个链接的固体上，这个固体不会干扰其他组件,等等。根据方程式(2)，我们注意到，在单组分水平支架的形状优化通常并不需要完整的3d领域问题的解决方案。从这个例子和相关的因素我们推导出：原则1：系统的“功能”是由其能量端口决定的,这通常是物理边界的子集,而且能量通过这些端口进行操作；两者都应该被完全定义。剩下的几何系统可自由支配地提供：1)承认至少有一个满足港口规格的系统的物理实现；2)其他外部约束,如在总体规模上等等，都被达到。原则2：一个系统中的能源交易总是能独立地用几何表示,如能量交换的债券图表。nts图2显示了支架代表理想弹簧连接到本地刚性端口的定位功能(非唯一)。这表示支架部分的机能主义假定理想的弹性行为,以及这种假设应该检查，例如，通过有限元分析,支架的最终形态被确定。图3显示了一个稍微复杂一点的系统：一个感觉压力通过一个已知孔(端口)的几何形状的指示器，这个指示器取代了相应的旋转指示器。输出指示器是一个端口，因为我们要求它能够做的工作环境，如克服指定定义范围的旅行限制扭矩，因而其几何必须定义。该系统还支持第三个端口。系统的主要功能是代表内部压力/扭矩变压器和旋nts转弹簧显示为键合图元素风格的UlrichandSeering3，但这种解释不是独一无二的，这表示它可能被替换为其他任意精心安排的理想化的元素，它相同的输入/输出功能主义加上其他路径终止内部。方程(4)为原则2提供了理由。基本原理是端口 k kj jii s GtEndsPi流向左边的方程式(2)可能是在许多方面处理内部(在方程式(2)右边的积分)。如果我们保证原则1，或者只是假设，内部解决方案存在，那么我们可能如方程式(3)所示用内部几何的网状来处理积分数量。原则3：原则1和2必须持有一个系统的所有子系统在组合分解上的完整定义。原则3提供了手段的同时细化几何和功能。它使复杂的系统分解递归到功能性子系统提供一个港口的定义是一个收益。限制组合优化是单一的部分,在这个层次上必须解决方程式（2）领域问题，获得完整的几何规格。结束语上面的想法旨在寻找几何方法建立一个适当的正式角色机械设计的理论。很明显,几何应该这样一个角色,但是工作需要建立它才刚刚开始。结语评价功能这个工作了数月用来描述几何特征的努力,基本上以失败告终。这个努力是出于这样一个事实:机械设计和制造常常讨论和完成的nts“特点”,但没有达成一致意见“是”或“做”什么功能4。(槽、打网,轴,典型特征;所有以这样或那样涉及几何的方式。)我们开始于一个猜想:几何特征可以被定义为一个几何理想化的端口定义为能量交换机制。(这个概念是有吸引力的,因为它意味着系统的特性指定所需的所有几何定义系统与其环境的互动过程中,剩余的几何形状是由约束和优化)。然后我们开始正式表明,猜想是一致的设计、制造、检验的应用程序。在加工方面,例如,几何特性可能与删除的边界有关材料;精力充沛的过程加工本身的动力学在宏观意义上相当清楚。夹紧功能可以定义主要通过弹性能量储存、检验特性通过测量所涉及的能量交换过程,等等。但正如我们解释我们的困难与固体和其他没有表面的功能安装,我们开始意识到功能不能被定义在任何通用系统除了纯粹的语法系统。目前我们认为,功能只是代表的信息结构,通常以参数形式,解决当前的问题。虽然语法结构可以强加给他们,他们的基本语义可以相差很大,不需要涉及特定种类的几何形状,或者任何几何。然而,如果一个功能正常使用,必须提供feature-context一种技术条件和标准,它是解决方案的功能代表。鉴于feature-context(如作为设计师知识的领域)和适当的推理能力适应当前问题的解决方案,功能可以非常有效的;他们的支持率在人类设计师证明了这一点。最近达菲和迪克逊5的成果说明当提供feature-contexts和相应的推理能力，特性可用于自动设计。(达菲和迪克逊对特性的处理似乎很特别，但如果我们当前视图的功能是正确的，“ad-hocery”nts也可能内在被宽容。)没有他们的环境和适当的推理能力，而只有某些自动设计系统说明上无意义的设计时，功能可能是危险的。最后,我们想指出特性表征的“已知的解决当地问题”的地方强烈限制方案结合特性使新特性。功能组合意义只有它可以证明是一个有效的解决方案一个定义良好的当前的问题。但即使是决定组合的问题作为一个函数的域的组件域可能非常困难。nts。ntsntsnts 湘潭大学毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：家用电动护理床设计学号： 2010962933 学生姓名：王炳根专业：机械设计制造及其自动化指导教师：聂松辉系主任：刘柏希一、主要内容及基本要求 1、该护理床主要用于家庭病人的护理； 2、护理床具有背板升降、腿板升降以及整床升降功能； 3、背板升降角度 70 ，腿板升降角度 35 ，整床升降范围 300 520； 4、总体设计方案的比较论证及拟定，包括升降机构，自锁机构等； 6、装配图 A0#1 张、零件图总量 A0#1 张； 7、编写设计计算说明书一份。 8、翻译外文资料，应有 3000 单词以上。二、重点研究的问题 1、升降机构； 2、自锁与调整机构。 nts 三、进度安排各阶段完成的内容起止时间 1 熟悉课题与基础资料第 1 周 2 调研、收集资料第 2 周 3 护理床总体方案设计与论证第 3 4 周 4 护理床总体布局设计第 5 6 周 5 护理床总装图设计第 7 9 周 6 护理床工程图设计第 10 周 7 撰写设计说明书第 11 周 8 英文文献翻译第 12 周 9 答辩第 12 周四、应收集的资料及主要参考文献 1 孙桓，陈作模 .机械原理（第六版） .高等教育出版社 .2001.5. 2 刘鸿文 .材料力学 .高等教育出版社 . 2002.9 3 范钦珊，殷雅俊 . 材料力学 .北京，清华大学出版社 .2004 4 濮良贵，纪名刚 .机械设计 . 高等教育出版社 .2001.4 第 7 版 5 李杞仪，赵韩主编 . 机械原理 . 武汉：武汉理工大学出版社， 2009.8 6 吴宗泽 .机械零件设计手册 .机械工业出版社 .2004.1 7 王昆等 .机械设计课程设计 .高等教育出版社 .1995.12 8 王文斌等 .机械设计手册 . 第 3 版 .北京，机械工业出版社 .2004.8 9 朱冬梅，胥北澜 .画法几何及机械制图 .第 5 版 .高等教育出版社 .2000.12 10 白建军，张华，刘继忠轮椅床智能座便器的设计【 J】机械设计与研究， 2010， 26(1)： 121-124 11 吴剑机器人化多功能护理床的研究与开发【 D】华南理工大学， 2003 nts湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010962933 姓名王炳根专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：家用电动护理床评价项目评价内容选题 1.符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量适当； 3.与生产、科研、社会等实际相结合。能力 1.有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.有综合运用知识的能力； 3.具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.具备一定的外文与计算机应用能力； 5.有经济分析能力。论文（设计）质量 1.立论正确，论述是较充分，结构较严谨合理，设计、计算、分析处理比较科学；技术用语比较准确，符号统一，图表图纸完备、整洁、正确，引文比较规范； 2.文字通顺，有观点提炼，综合概括能力较好； 3.有实际应用价值，有创新之处。综合评价评阅人： 2010年 5月日 nts 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010962933 姓名：王炳根专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书）页图表张论文（设计）题目：家用电动护理床内容提要：该护理床主要用于家庭病人的护理，具有背板升降、腿板升降以及整床升降功能。家用电动护理床是遵循人体护理需求和人体工程学原理而设计，实现了生活不能自理的患者所需要的几大功能： 1、整床升降功能，根据使用者的需要能够把整床的高度进行调整，让使用者感到舒服。 2、坐起功能，根据使用者的需要可以把背部的床板调整到 700 之间的任意位置。能够实现使用者睡累的情况下坐起，这有利益患者的康复，能够促进患者血液循环，对患者的身体健康有着良好的影响。 3、曲腿功能，能够让使用者在坐起时腿感觉到舒服，防止腿一直处于一种状态而导致麻木。该护理床的设计遵循以下几个原则： 1、安全性原则由于护理床对老年人和病人的身体进行直接的接触与操作，而且相对于健康人来说，这类人群的身体更容易收到损伤，所以护理床在安全性方面的要求很高。无论是护理床的结构还是控制系统的设计，安全性始终是最优先考虑的一个原则。比如，在结构设计方面，不应存在任何干涉情况，结构的刚度和强度方面都要留有充足的余量，要考虑到各种极限情况。 2、人性化、舒适性原则 nts现今社会，人们不仅追求商品的高质量，高稳定性，而且对商品的人性化、舒适性设计有了更高的要求，因此家用电动护理床应该根据人体生理学原理，更多地从人的生理结构、心理情况、行为习惯等方面加以考虑。比如各部分结构要与人体的尺寸匹配；设计中力求加速度最小化等等。 3、功能多样化原则在家用电动护理床的使用过程中，不同使用者往往对护理床有着各种各样不同功能的要求，比如能够坐起，整床能够升降，能够曲腿等功能要求。 4、标准化原则护理床机械零件的设计与选择、控制系统的设计、零部件之间的相对位置关系和尺寸匹配，都有相关的行业标准。参照标准设计，不仅能在最大程度上满足使用要求，而且有利于增强互换性，降低成本。 5、轻量化原则由于家用电动护理床是在家里使用，搬移的概率非常大，在设计时一定要考虑到床重量，方便搬移，在保证护理床使用安全的同时要从轻设计，这样可以节省材料。尤其是在资源短缺的今天，这点尤为重要，而且还以降低成本。指导教师评语指导教师： nts 2010 年 5 月日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 2010 年 5 月日答辩委员会意见答辩委员会主任： 2010 年 5 月日 nts 湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目：家用电动护理床专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010962933 姓名：王炳根指导教师：聂松辉老师完成日期： 2014.06.29 nts 湘潭大学毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：家用电动护理床设计学号： 2010962933 学生姓名：王炳根专业：机械设计制造及其自动化指导教师：聂松辉系主任：刘柏希一、主要内容及基本要求 1、该护理床主要用于家庭病人的护理； 2、护理床具有背板升降、腿板升降以及整床升降功能； 3、背板升降角度 70 ，腿板升降角度 35 ，整床升降范围 300 520； 4、总体设计方案的比较论证及拟定，包括升降机构，自锁机构等； 6、装配图 A0#1 张、零件图总量 A0#1 张； 7、编写设计计算说明书一份。 8、翻译外文资料，应有 3000 单词以上。二、重点研究的问题 1、升降机构； 2、自锁与调整机构。 nts 三、进度安排各阶段完成的内容起止时间 1 熟悉课题与基础资料第 1 周 2 调研、收集资料第 2 周 3 护理床总体方案设计与论证第 3 4 周 4 护理床总体布局设计第 5 6 周 5 护理床总装图设计第 7 9 周 6 护理床工程图设计第 10 周 7 撰写设计说明书第 11 周 8 英文文献翻译第 12 周 9 答辩第 12 周四、应收集的资料及主要参考文献 1 孙桓，陈作模 .机械原理（第六版） .高等教育出版社 .2001.5. 2 刘鸿文 .材料力学 .高等教育出版社 . 2002.9 3 范钦珊，殷雅俊 . 材料力学 .北京，清华大学出版社 .2004 4 濮良贵，纪名刚 .机械设计 . 高等教育出版社 .2001.4 第 7版 5 李杞仪，赵韩主编 . 机械原理 . 武汉：武汉理工大学出版社， 2009.8 6 吴宗泽 .机械零件设计手册 .机械工业出版社 .2004.1 7 王昆等 .机械设计课程设计 .高等教育出版社 .1995.12 8 王文斌等 .机械设计手册 . 第 3版 .北京，机械工业出版社 .2004.8 9 朱冬梅，胥北澜 .画法几何及机械制图 .第 5版 .高等教育出版社 .2000.12 10 白建军，张华，刘继忠轮椅床智能座便器的设计【 J】机械设计与研究， 2010，26(1)： 121-124 11 吴剑机器人化多功能护理床的研究与开发【 D】华南理工大学， 2003 nts 目录摘要 . 1 第一章绪论 . 3 1.1 家用电动护理床的研究背景 . 3 1.2 家用电动床的发展前景 . 4 1.3 选择课题的目的及其意义 . 5 第二章家用电动护理床结构的整体方案 . 6 2.1 设计原则 . 6 2.2 功能要求及设计指标 . 7 2.3 家用电动护理床总体方案设计 . 9 2.4 护理床各功能模块构型设计 . 11 2.5 本章小结 . 15 第三章家用电动护理床的运动机构设机及相关计算 . 15 3.1 基本参数的设定 . 15 3.2 电动机的选择 . 15 3.3 零件的设计与校核 . 20 3.4 本章小结 . 26 第四章三个机构的运动分析及三维模型图 . 27 结论 . 30 参考文献 . 31 致谢 . 32 附录 1 外文翻译附录 2 中文翻译 nts1 1 家用电动护理床设计摘要在人口老龄化快速增长的今天，对护理行业有了越来越严格的要求，不仅要求护理床的质量可靠，还要求具有多功能化。家用电动护理床就是一款为此需求而设计的医疗器械。这款护理床是针对不能生活自理及行动不便的的人来设计的，该病床能够帮助病人坐起、屈膝、调高整床的高度。解决了在护理过程中的诸多不便，并解决了我国护理行业的困难，促进了护理医疗器械的发展。本文首先基于人体工程学，进行了护理床总体方案的设计，根据相关标准及调研结果，制定了护理床的设计原则，功能要求及设计指标；完成了护理床本体的总体方案设计。然后，采用自上而下的方法完成了护理床结构详细设计并给出了全套的设计图。主要包括总体框架、抬腿部件、抬背部件、整床升降等功能模块。关键词：医疗器械，家用电动护理床，机构设计 nts2 2 Household electric nursing bed design Abstract In the rapidly growing aging population today, the nursing industry has increasingly stringent requirements, not only requires reliable quality care beds, but also requires a multifunctional. 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. nts3 3 第一章绪论 1.1 家用电动护理床的研究背景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体，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人数已经高达 40%，如此之高的比列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的照料，于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 1.32亿。占全国总人口的 10%，并以年均 3.32%的速度持续增长，其中 “空巢家庭 ”占所有老龄家庭总数的 25.8%，在一些大城市中该比列更大，解决因身体虚弱卧床不起或因导致生活不能自理的老年人的家庭照料于看护问题是人口的老龄化的国家所面临的共同的问题。为此，国家的大力加强了对护理床机器人的研发扶持力度。为偏瘫病人或者长期使用病床的人提供一个集护理和排泄的等各种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，后来的加护栏，餐桌，再后来加上大便孔，轮子，现在产生了很多集多功能护理床的一体多功能，电动护理床，极大的提高了患者的康复护理水平，也为了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最棒。护理床在国内的设计和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。各种护理床的功能正在逐步完善，成熟，但因其价格昂贵 (一般售价在 20w 人民币以上 )，很难为一般的消费者能接受这很贵的护理床。护理床的基本分类情况给大家介绍一下。护理床类型一 (按动了分 )手动护理床和电动护理床 ;护理床的类型二 (按功能分 )功能基础型、功能普通型、功能高级型。护理床的分类概括功能基础行护理床的优点： 1、结构、生产工艺简单，易于制造。 2、价格便宜。存在的问题：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。能普通型护理床的优点： 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、增添了铺助功能接口。 4、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。存在的问题： 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。功能高级型护理床的优点 :1、护理功能完善。 2、功能调整定位准确，连惯性好，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nts4 4 志容易识别。存在的问题： 1、市场的售价昂贵。造成功能浪费严重，造成额外的经济成本。 2、调整可拆性差，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，各种结果。功能等等各异的护理床称层出不穷。发展方向主要向机器人模的自动控制的方向发展。 1.2 家用电动床的发展前景我国是世界上的人口大国，同时又是一个人口老龄化的大国，据统计，从 2000 年到 2007年，我国 60 岁以上的老年人口由 1.26 亿增长到 1.53亿人，占总人口的比例从10.2%提高到 11.6%，占全球老年人口的 21.4%，相当于欧洲 60岁以上老年人口的总和。人口老龄化年均增长率高达 3.2%，约为总人口增长速度的 5 倍。预计 2020 年老年人口将达到 2.4 亿人，占总人口的 17.17%；到 2050 年，老年人口总量将超过 4 亿，老龄化水平推进到 30%以上。我国大多数家庭逐渐形成宝塔式结构。（四个老年人，两个青年人，一个孩子）随着社会生活的加快年轻人既要忙于事业又要照顾家庭，老人和孩子，显然力不从心，当老人生活不能自理时就十分需要一种家用电动护理床协助自己日常生活的必须。现在家庭需求护理床的潜力日益增加 ,以前是简易的记理床 ,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 ,比如能够升降，能够坐起，能够曲腿等功能。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。家用电动护理床根据采用进口电机的数量一般可分五功能电动护理床、四功能电动护理床、三功能电动护理床、二功能电动护理床。护理床在国内的设计和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和日本较为突出。目前市面上常见的家用电动护理床有如下优点： 1、电动，方便用户操作和控制。 2、能完成基本的护理功能。 3、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。 4、功能调整定位准确，连惯性好，基本无噪音。 5、文字，标志容易识别。但也存在如下问题： 1、市场售价偏高。 nts5 5 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。 6、对患者康复功能的考虑较少。 1.3 选择课题的目的及其意义本文主要研究目的是为了解决老年人，不能自理的病人、残疾人、瘫痪病人、产妇等这一类人的痛苦。让他（她）在没有他人一直照顾时能够自理。改革开放的发展使中国的经济稳步增长，人们的生活水平日益提高，城市人的生活节奏也越来越快，但是中国的老龄化却在一步步加剧，再加上计划生育的实施，越来越多的家庭变成“ 4+2+1”的模式，年轻人要生活，要工作，根本没有足够的时间照顾老人，家用电动护理床的设计，可以在很大程度上减轻年轻人的负担，方便老人的饮食起居，让老人在床上可以自由的翻身、坐起、屈膝、排便、洗漱，通过调整合适的坐姿或卧姿，顺利地完成吃饭、移动、看书、写字、娱乐等日常活动。综合现在的市场需求，家用电动护理床是遵循人体护理需求和人体工程学原理而设计，实现了生活不能自理的患者所需要的几大功能。 1.整床升降功能，根据使用者的需要能够把整床的高度进行调整，让使用者感到舒服。 2.坐起功能，根据使用者的需要可以把背部的床板调整到 700 之间的任意位置。能够实现使用者睡累的情况下坐起，这有利益患者的康复，能够促进患者血液循环，对患者的身体健康有着良好的影响。 3.曲腿功能，能够让使用者在坐起时腿感觉到舒服，防止腿一直处于一种状态而导致麻木。为实现上述功能，设计护理床的主要任务： 1、家用电动护理床运动结构的设计 2、家用电动护理床的机构的设计 3、家用电动护理床的零件的设计 4、家用电动护理床的运动分析及其三维建模 nts6 6 第二章家用电动护理床结构的整体方案 2.1 设计原则家用电动护理床的设计应该遵循以下几个原则： 1、安全性原则由于护理床对老年人和病人的身体进行直接的接触与操作，而且相对于健康人来说，这类人群的身体更容易收到损伤，所以护理床在安全性方面的要求很高。无论是护理床的结构还是控制系统的设计，安全性始终是最优先考虑的一个原则。比如，在结构设计方面，不应存在任何干涉情况，结构的刚度和强度方面都要留有充足的余量，要考虑到各种极限情况。 2、人性化、舒适性原则现今社会，人们不仅追求商品的高质量，高稳定性，而且对商品的人性化、舒适性设计有了更高的要求，因此家用电动护理床应该根据人体生理学原理，更多地从人的生理结构、心理情况、行为习惯等方面加以考虑。比如各部分结构要与人体的尺寸匹配；设计中力求加速度最小化等等。 3、功能多样化原则在家用电动护理床的使用过程中，不同使用者往往对护理床有着各种各样不同功能的要求，比如能够坐起，整床能够升降，能够曲腿等功能要求。 4、标准化原则护理床机械零件的设计与选择、控制系统的设计、零部件之间的相对位置关系和尺寸匹配，都有相关的行业标准。参照标准设计，不仅能在最大程度上满足使用要求，而且有利于增强互换性，降低成本。 5、轻量化原则由于家用电动护理床是在家里使用，搬移的概率非常大，在设计时一定要考虑到床重量，方便搬移，在保证护理床使用安全的同时要从轻设计，这样可以节省材料。尤其是在资源短缺的今天，这点尤为重要，而且还以降低成本。 nts7 7 2.2 功能要求及设计指标 2.2.1 功能要求依我一段时间的观察和了解并翻阅一些相关资料，综合各家医疗器材公司生产的护理床功能，根据人的生活习惯和对老人，病人对护理床使用便捷，人的一些必要的体位位姿，要能够实现各体位的自动变换，减少使用者因长期卧床引发的并发症，改善其健康状态，有着积极的意义，同时可以大大减轻护理家庭人员的劳动强度。因此我对家用电动护理床设计了以下几种功能： 1.平躺 ;2.整床升降 ;3 抬背 ;4 曲 /伸腿 .。 2.2.2 设计指标参考医用电气设备第一部分：安全通用要求、医用电气设备第二部分：医用电动床安全专用要求、中华人民共和国行业标准病床、中华人民共和国国家标准中国成年人人体尺寸等相关标准，同时类比国内外文献中的相关参数，作为设计指标。 1、外形尺寸家用电动护理床主要用于家庭中，因此在使用各个姿态时，其所占的空间范围必须与家庭房间的相关尺寸相适应，选取适当的尺寸能够让被护理人员感到舒服。按照中华人民共和国行业标准病床标准，家用电动护理床的外形尺寸最终取为：长宽 =2000mm1000mm 高 =300520mm 2、承载指标按照医用电气设备第二部分：医用电动床安全专用要求规定，床的安全工作载荷必须至少承受 2000N 的载荷，这 2000 包括 1500N 患者重量、 200N 床垫和 300N 附件。标准中提供了人体在床的各个板块上的重量分布（如图 2.1 所示），护理床的各个模块的设计均可以此值为准。图中， 1 代表背板， 2 代表臀部板， 3 代表大腿板， 4 代表小腿板。 nts8 8 图 2.1 床面各板块人体重量分布 3、体位调整类指标体位调整类指标包括背升角度、大腿床板抬升角度、小腿床板抬升角度。医用电气设备第二部分：医用电动床安全专用要求给出了背板、大腿板、小腿板的调节范围建议值： 1) 背板与水平面间夹角（图 2.2 中 A）应能从 0 85o（或更大）可调。 2) 大腿板与水平面间夹角（图 2.2 中 B）应能从 0 50o（或更大）可调。 3) 小腿板与水平面间夹角（图 2.2 中 C）应能从 0 50o（或更大）可调。 4) 大腿板与小腿板间夹角（图 2.2 中 D）应能调至 180o（平面）。图 2.2 床面各板的推荐调节范围 nts9 9 综合考虑上述提供的数据，参照翻阅的相关结果，并且考虑文献中同类研究的相关参数，确定了体位调整类具体指标（见表 2.1）。表 2.1 体位调整类指标运动指标具体数值背升角度 0 70o 大腿床板翻转角度 0 35o 整床升降高度范围 300520mm 注：以上各项动作均可以在设定范围内的任意角度随时停止。 2.3 家用电动护理床总体方案设计 2.3.1 整体布局按照床的整体分布，家用电动护理床可以分为总体框架、抬腿部件、抬背部件、整床升降，部件智能座便系统五大功能模块。在总体布局时，有以下几方面要求： 1、综合考虑两种状态下的尺寸、稳定性和强度要求； 2、布局要使各个模块的机构运动相对简单，并解决好干涉问题； 3、分配好每个部件的尺寸，最大限度地利用床下有限的空间； 4、要尽可能地把传动部件隐藏给人以安全感，避免心理恐慌。从以上设计角度出发，根据前文确定的设计原则，确定护理床采用床面大尺寸，支撑框架略小的结构，有利于空间的节约；移动方式为前面布置两个万向轮，从而使得转弯半径较小；各个功能模块机构初步选用连杆结构，以方便实现各床面板的运动规律，其驱动元件均布置于支撑框架下层，以保证机构传动角和框架强度要求；各零部件近似对称布置于床面之下，使机器和人的重心始终处于机构中间位置，以增强整体稳定性和使用者的心理安全感。 2.3.2 床面设计 nts10 10 家用电动护理床床面设计的特点在于要实现的运动较多，而且每块床板都必须能够沿相互垂直的方向转动，这就给床板之间的连接提出了很高的要求，结合所需实现的功能，本文提出采用分体式双层床面结构（如图 2.3 所示 )。图 2.3 床面结构示意图其中，床板 1 4 为下层板， 58 为上层板： 1、 5 为背板 2、 6 为臀部板， 3、 7 为大腿板， 4、 8 为小腿板。各床板之间通过铰链相互连接，整体床面则通过臀部下层板固定到支撑框架之上。护理床所需的各个动作都能够通过传动部件带动相应的床板组联动实现（参见表 2.2）。表 2.2 各床板 X向尺寸各床板的尺寸基于 GB10000-88 常用人体测量数据确定【 9】。参考市场上的护理床尺寸，根据专家给出的数据进行选择后，最终尺寸见表 2.3。尺寸项具体数值背板 760mm 臀部板 230mm 大腿板 400mm 小腿板 610mm nts11 11 表 2.3 家用电动护理床实现功能所需的床板联动功能项相关参数备注各床板均水平背板与水平面夹角为 0 70o 5、 6 床板组合联动，绕 Y1 轴翻转大腿板与水平面夹角 0 35o小腿板与水平面夹角为 -20o 0 7、 6、床板组合联动，绕 Y2 轴翻转； 8、 7 床板组合联动，绕 Y3 轴翻转注 :上述表述中 “水平以护理床处于水平地面上为参考状态。 2.4 护理床各功能模块构型设计 2.4.1 抬背构型设计抬背机构运动的实现较为简单，有以下几种构型可供选择。（如图 2.4 所示）平躺抬背曲 /伸腿 nts12 12 图 2.4 抬背机构的 3 种备选构型构型 a：该机构是螺旋连杆组合机构，其有四个活动件，五个转动副，一个高副，故其自由度为 F=4*3-2*5-1=1，该机构有 1 个原动件，具有确定运动，该机构的优点是抬背角度大，而滚轮与背板之间为高副联接，所以稳定性不高，该构型为螺旋传动，缺点是结构较为复杂，不易装配而且承受的轴向推力大，效率低，摩擦严重。构型 b：该抬背机构为螺旋一连杆组合机构，其有三个活动件，四个转动副，故其自由度为 F=3*3-2*4=1，具有 1 个原动件，有确定的运动，该机构的驱动方式可采用电动推杆作为驱动部件，该机构构型简单，制造容易，而且初始状态的传动角远远大于 40度，力的有效利用程度很高，如果没有其他限制条件，应该首选该构型。但是在护理床的结构中，支撑框架的 Z 向尺寸较小，而背板又要翻转 70 度。，这也就引起一个矛盾：既要求电动推杆的行程要很大，又要求其初始状态尺寸较小，显然这样的要求是达不到的，因而放弃该构型。构型 c：该机构为螺旋一连杆组合机构，实际上可以等效为一四杆机构，等效后的机构具有 3 个活动构件， 3 个转动副， 1 个移动副，因此自由度 F=3*3-2*4=1，该机构需要1 个原动件来确定运动。采用电动机作为动力源，可以获得很大的翻转角度 ,但是该机构成本较高。综上所述，构型 C 为三种之中的最优构型，故抬被机构最终采用该构型。 2.4.2 曲腿机构的设计曲腿机构的设计与抬背机构的相同。 2.4.3 整床升降机构的设计 nts13 13 整床机构的设计有以下两种方案选择第一种方案是采用联动的两个平面四杆机构，简图如下：第二种方案采用四个相同的电动推杆分别支撑床的四边，简图如下：第一种方案该机构为四杆机构，有 3个活动件，四个转动副，自由度为F=3*3-2*4=1，有一个原动件即可做稳定的运动，其结构紧凑，运动精准，并且稳定，价格低廉。第二种方案该机构结构简单，但是其不稳定，采用的是电动推杆作为动力源，故其成本高。综上所述，选择第一方案比较适合。 nts14 14 2.4.4 抬背、腿机构的设计抬腿机构的构型相对来讲和抬背机构是相同的，抬背机构和抬腿机构总体的简图如图 2.6，图 2.7 所示。床板平置时，人躺在床上和普通病床一样，当需要坐起时由图中左边的电动机驱动螺杆 7 转动，使得螺帽 6 向右运动，再由连杆 5 驱动床板 1 旋转，从而使人坐起。需要曲膝时，同样右边的电动机工作，通过螺杆 10 转动，使螺帽 9 向左运动，再由连杆 8驱动床板 3 旋转。坐起和曲膝动作如图 “坐起状态 ”。图 2.6 运动之前机构简图图 2.7 运动之后机构简图 nts15 15 2.5 本章小结本章完成了多功能护理床总体方案的设计。 1、制定了该护理床设计应该遵循个几个原则，提出了所要达到的各项功能，明确了应该达到的各项技术指标。 2、对护理床的总体方案进行了设计。首先提出了护理床的总体布局，然后确定了床面结构形式、具体尺寸，最后在分析比较基础上，确定了各功能模块的机构构型。第三章家用电动护理床的运动机构设机及相关计算 3.1 基本参数的设定在第二章的设计指标中已经给出了基本参数，由于本章着眼于计算，方便我们可以直观地获得数据，我们再一次给出护理床的基本参数值。床的基本尺寸为长宽 =2000mm1000mm,高 =300520mm 抬背角度为 0 70o 大腿翻转角度为 0 35o 3.2 电动机的选择 3.2.1 整床升降电动机的选择 1）功率： nts16 16 时间 t=35s ，上升高度 h=220mm ，极限夹角 90 ，转臂角速度为 sr a ds 0 4 4 9.035 21 转臂速度： smsmh 0099.022.00449.0111 负载 NT 30001 ,转臂所传递的功率为 WWTP 300 0 9 9.03 0 0 0111 （忽略转臂自重）电动机的许用功率： P 许1 WP 7899.098.04.030221 轴承联轴器螺杆忽略轴的转动惯量及连杆自重）电动机实际功率： WWP 942.178 实由以上结果知，选定额定功率为 100W 的单向电容式减速电动机。其相关参数如下 nts17 17 2)电机转速由图 3.2 可知螺杆导程 1 最短约为 220mm。那么由屈膝的抬腿时间 st 35 ，螺杆导程间距 mmd 2 ，可以得出电动机的最低转速约： m in1 8 9603522 2 0 rn 3.2.2 坐起电动机 1）功率取 t=30s，极限角度 =70o，转臂角速度： nts18 18 sr a ds 0 4 0 7.030 1 8 0702 转臂速度： sml 0 1 1 4 0.028.00 4 0 7.0222 负载 NT 10002 ，则转臂传递的功率： wTP 4.11222 （忽略转臂自重）电动机的许用功率： P 许 2 = WP 3099.098.04.04.11222 轴承联轴器螺杆（忽略轴的转动惯量及连杆自重）电动机实际功率： 2P P 许 2 1.2=36W 由以上结果知，选用额定功率为 40W 的单相电容式减速电动机。相关参数如下2）转速由图 3.1 可知坐起螺杆行程最短约为 365m。那么由上身坐起的时间 t=30s，螺杆螺纹间距 d=2mm，可以得出电动机的最低转速： n=36523060r/min=365r/min nts19 19 图 3.1 坐起螺杆的导程示意图 3.2.3 曲腿电动机的选择 1）功率： st 35 ，极限角度 o35 ，转臂角速度： sr a ds 0 1 7 4.035 1 8 0353 转臂速度： sml 0 0 3 5.02.00 1 7 4.0333 负载 T3=1000N，则转臂所传递的功率： WTP 5.3333 （忽略转臂自重） P 许 3= WP 1.999.098.04.05.3223 轴承联轴器螺杆 (忽略轴的转动惯量及连杆量）电动机实际功率： P3=P 许 31.2=10.9W 由以上结果知，选定额定功率为 25W 的单相电容式减速电动机。相关参数如下nts20 20 2）转速：由图 3.2 可知屈膝螺杆行程最短约为 121mm。那么由屈膝的抬腿时间 st 35 ，螺杆导程间距 mmd 2 ，可以得出电动机的最低转速约： m in1 0 4603521 2 1 rn 图 3.2 屈膝时螺杆的行程示意图 3.3 零件的设计与校核 3.3.1 横轴的设计与校核 1、求轴上的功率 P2、 P3 转速 n1、 n2 及转矩 T2、 T3。 P2 P2 电机螺杆轴承 W2399.04.072 0 0 2 （忽略连杆重量） P3 P3 电机螺杆轴承 W1099.04.025 2 nts21 21 m in3 89.0260 22 rn m in166.0260 33 rn mNmNnPT 5 6 53 8 9.0 2355.955.9222mNmNnPT 575166.0 1055.955.9333将轴设计为实心光轴。初步确定轴的直径 mmnPAd 383 89.0 0 23.097 332202 因计算比较保守，先选用直径为 25mm 的 40Cr 待后面校核。 mmnPAd 381 66.0 0 10.097 333303 同以上选择一样。 1、轴的结构设计根据轴向和周向定位要求将轴与转臂套筒用螺栓固定，同时考虑到传动角的范围将连杆在轴上的固定孔偏离转臂套筒固定孔 40o。 2、初步选定滚动轴承因轴承所受轴向力可忽略，认为只受径向力，选用深沟球轴承即可。 3、轴的强度校核因这轴所受弯矩很小，可忽略，认为只受扭转作用，故只考虑扭转强度校核。轴的计算应力 M p aM p aM p aWT 1 8 1252.05 6 5 0 0 0 3322 M p aM p aM p aWT 184252.05 7 5 0 0 0 3333 其中 W3 是抗扭截面系数， W3 = 316 d由以上计算确定轴的材料为 40Cr，经调质处理。 nts22 22 查机械设计手册得 Mpa2751 。因此 132 caca。故，轴安全 3.3.2 螺杆的设计与校核 1、螺杆的确定（ 1）自锁性；由于在升降过程中要求能在任意一个角度停止，故对其自锁性能有很高的要求，于是选用小导程角的单头螺纹，螺纹形式为梯形螺纹，在本机构中对自锁性有很大要求，故对其进行校核： 92.1)t a n (2dpa c r 9.5c o sta n fa c r其中 1.0f ,梯形螺纹152 ，螺距 p=2mm， d2 为螺纹中径，查找相关资料取 d2=19mm。由于，故其自锁性很好。（ 2）螺杆的扭矩；因三根螺杆中使病人坐起的机构中螺杆受力最大，故先设计该机构中的螺杆。负载 T2=1000N，螺杆轴向力最大为 1000N。其中螺杆所受扭矩： mNdFT 34.110219)62t an (1 0 0 02)t an ( 32 。由此得出螺纹最小扭矩为 1.2Nm 时即可将 1000N 负载支起。而电动机提供给螺杆的转矩为 mNmNT 34.157.13656055.9，故符合要求。 2、螺纹长度的确定由前面电动机选择过程中求电动机转速时算出的数据：整床升降螺杆行程为 220mm，螺杆螺纹长度选 250mm，据床的整体机构确定螺杆总长度 360mm，梯形螺纹，螺距为 2，公称直径为 20mm，材料选用 40Cr 钢。坐起螺杆行程为 365mm，螺杆螺纹长度选 400mm，据床的整体机构确定螺杆总长度 520mm，梯形螺纹，螺距为 2，公称直径为 20mm，材料选用 40Cr 钢。屈膝螺杆行程为 121mm，螺杆螺纹长度选 150mm，据床的整体机构确定螺杆总长度 270mm，梯形螺纹，螺距为 2，公称直径为 20mm 材料选用 40Cr 钢。 3、螺杆强度校核：在升降过程中，螺杆受轴向压力 F 和转矩 T 的作用，应根据第四强度理论对其强度进行校核，强度校核公式参阅教材： nts23 23 2312211634dTdFca式中为螺杆材料的许用应力（ MPa）， 53s 。电动机提供给螺杆的扭矩： mNT 57.13656055.9,。其中 F 为轴向压力： NdtgTFv 1 1 7 62 2, 。 d1 为螺纹小径。经计算得 Mpaca 7.6。查机械手册得 Mpa691 ，因此 1 ca，故安全。 4、抗弯曲强度校核：每圈螺纹承受的平均作用力 F/z 作用在中径 2d 的圆周上，则螺纹牙根部危险剖面的变曲强度为： 2.1189.0321 zbdFlb其中 b=0.634p(梯形螺纹， p 为螺距 )， F 为轴向力， l 为螺纹工作高度，取 z=8 为组合圈数（无量纲）。 5、螺杆稳定性校核：细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能导致失稳，为此应按照螺杆的稳定性条件来验算螺杆的稳定性。 1.坐起螺杆查教材， u 取 0.5（两

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