护理床用智能座便器设计

护理床用智能座便器 摘 要本论文设计的是一种可以运用在轮椅床、护理床等等医疗护理护养等的设备的智能型座便器，本次设计的座便器具有智能化、方便、安全、卫生和舒适等等的特点。本次设计的座便器的座便盖开启和关闭装置是采用水平的抽拉的打开方式，占用的空间比较小而且工作的效率也非常的高。本次设计的智能型座便器的座便体的升降机构采用的是单三棱柱结构，是为了确保能够准确地到位和其高稳定性。然而再设计到接便装置的抽取机构时，为了使其抽取方便；所以特别考虑到了接收便体装置的密封设计，为了防止使用者使用过后的臭味散发等问题。随后再用用臭氧发生器来提供臭氧来杀死消毒除臭等功能，使整个智能型座便器在使用时更加的卫生。本次设计的智能型座便器，是经过很多前人的实验性方法，因而确定了其水气系统供给管路的很多非常重要的参数，为了设计，提供了相当大的支撑力和依据。并且在最后的最后设计了，本款智能型座便器超高端的控制系统结构，为了进一步的硬件电路的设计以及软件的编制打下了雄厚的基础。在以 EM78P458 单片机为基础的全自动型的坐便器控制的系统中，主要是由各种感应系统和单片机的控制系统以及外围的设备等及其驱动的电路设计控制 3 部分组合而成的。本系统是通过了感应半途中断的实验，而且还分别的感应到了人身的靠近以及人体在座便器上所停留的时间段的控制，并将其信息准确无误的传送给本次设计的单片机进行高端的处理。后由单片机在度进行详细的分析，从人体在座便器上停留的时间间隔来做出智能的判断，然后再采用合适的一些工作方式。采用该系统还有一个重要的原因是本次设计的系统可以有效地节约水资源，并且还可以消灭有细菌，从而保证人们的身体健康问题。关键字：轮椅床，智能型座便器，硬件的电路设计，软件编制，单片机护理床用智能座便器 IABSTRACTAn intelligent toilet has been designed for nursing bedswheelchair-beds and other health care equipment sin the paper，with mucharacter like intelligent，safe，convenient，comfortable and sanitaryThe on-off device of toilet cover takes the horizontal withdrawing way，and needs smaller space while with high efficiencyThe double-prism struck remake，the toilet body elevating mechanism move to the right place and have his stabilityExtraction mechanism for dejecta colleting object makes drawing and insertion convenient；Sealing device is considered specially to avoid emitting the doorAn ozone generator is used for sterilization，disinfection and deodorization which makes the using of toilet more wholesomeSome important parameters of water and gas supply pipelines are determined by experimental methods for design Meanwhile，the control system structure is also designed，which laid the foundation for circuit design and software programmingThe funautomatic urinal based on the EM78P458 is mainly composed of IR induction，controller based on single chip computer， peripherals and their driving electrical circuitsThis system responds interruption through two IR inductions，which can induct the nearing of a person and can induct the 1ength of time t11at the person stayedThe information is deliver idiot the single chip computer，and then the single chip computer is carried on a processing according to the information and decries to adopt which kind of work method to run，and turn to arousing motors to turm the upper cover，and drives the falling water equipment The system saves efficiently water resources，can kill various harmful germ to assurance peoples healthyKey words: wheelchair-beds, intelligent toilet, circuit design, software programming, single chip computer护理床用智能座便器 II目 录1 绪论 -11.1 课题的背景及意义 -11.2 国内外研究现状及发展趋势 -21.3 本课题设计要求 -42 机械设计部分 -52.1 座便器整体设计 -52.2 座便盖启闭机构设计 -52.3 座便器升降机构设计 -62.4 座便器传动设计 -122.5 座便器储便抽拉设计 -223 单片机设计部分 -243.1 单片机选型 -243.2 软件流程图 -253.3 控制硬件电路设计 -274 结论 -305 参考文献 -316 致谢 -32护理床用智能座便器 01 绪论随着平日的生活的水平的日益提高和以及技术的日新月异的不停地发展,全球的人类在对于卫生和洁具等的要求方面也越来越高。在智能座便器的领域因为具有智能化和、人性化、卫生以及环保及舒适等等各种优点,已经越来越受到人们的重视了。在这个方面做了比较深入的研究的前辈们,也发现在市场上出现了很多进口高端的智能座便器产品,但是这些产品不仅价格非常的昂贵,而且只有很少的一部分有能够应用到轮椅床和护理床上等理疗设备上的。本次设计的智能型座便器拥有各种多功能买例如：自动冲水、温水冲洗和暖风烘干等高级功能。正因如此，所以能够满足广大用户对其不同的温度要求等要求。随后主要是应用于轮椅床、护理床等为行动不便的人士而准本设计的产品,是一种可移动的智能型的多功能的座便器。可以为家庭、医院对病人和老年人的护理提供极大的方便。这次设计的智能型座便器是有着卫生化、智能化、环保化、人性化及舒适化等等各种优点。现在目前在国内的市场上一些高端的智能型的坐便器产品大多数是主要来自进口产品的。这些产品的价格不但非常的昂贵，并且在水压和气压等一些重要参数上的设计是不符合国情的。因而采用了嵌入式的微处理器、机电一体化和多传感器等多种现代比较先进的技来开发智能型坐便器的控制系统的设计。本次设计的系统还有烘干、清洗、翻盖、防污、除臭、座圈的加温、智能存储记忆功能等等高级的智能化功能。这次研究设计的系统是可以在静音、节水、环保等方面达到国家卫生洁具相关标准的要求。 11.1 课题的背景及意义本次设计的智能型座便器采用的单片机控制是，有座便体的自动升降设计、防污设计、杀菌消毒设计、除臭防臭设计、自动冲水的设计、冲洗、烘干以及其对应的水温调节、风温调节、水压调节和水量调节等等超高级的智能化功能。而且为了保证他的安全使用所以还有设计水温是否过热、风温是否过热等安全的保护措施等。这次的超智能型座便器主要是应用在轮椅床上、护理床上的一种多功能的可移动的超智能型的座便器。它主要是改善了在市场上很多的安装不便和价格昂贵等等不利的很多因素。这样改善以后就提供给了很多在家庭中的老人病人、医院对老年人、病人和弱势群体等的护理提供方便为目的而进行的改良设计。并且，在本次的毕业设计的课题中，确确实实的将这三年半所学习的课程应用其中。在智能座便器的机械结构中运用到了机械理论，座便器的升降功能方面运用到了液压方面的知识，在复杂的智能座便器控制方面运用了单片机的知识，再是计算、绘护理床用智能座便器 1图等其他方面包含了机械制图、互换性、机械设计、机电控制等重要课程。而且也实现了我校培养高级应用型、技术型人才培养的目标。通过毕业设计强化了学生们对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养学生收集资料和调查研究的能力,以及一定的方案比较、论证的能力,一定的理论分析与设计运算能力,进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。同时掌握资料的收集和分析、相关规范的选择和运用；设计方案的选择、成果图的绘制以及设计文本的编制全过程。另外对培养学生独立思考问题和解决问题的能力,为今后工作做好技术储备,都具有十分重要意义。1.2 国内外研究现状及发展趋势如今我国已经进入一个人口老龄化的时代，截至去年底，我国60岁以上的老年人口已经达到1.6亿，而我国医疗护理器械产业也经过解放初期的基本空白发展到现在能够生产47大类、3000多个品种、1.1万多种规格的规模，其医疗护理器械的生产企业也超过了1.2万家。 由于老年人需要长期的医疗护理以及人们对养生保健的需求增强，另一方面也得益于人们生活水平的提高，加上如今新医改正大张旗鼓的进行，在这种新的形势下，未来我国的医疗护理器械产业该怎么发展，该向什么样的方向发展呢？ 医疗护理器械行业作为高新技术最具发展潜力的产业之一，近年来，随着我国新医改投入、人口老龄化和健康保健服务重视程度的不断加深，我国医疗护理器械市场规模将维持快速增长态势。目前全球医疗护理器械占医药总市场总规模的42%，而我国仅占医药总市场14%的规模，我国医疗器械行业前景可期。我国的医疗、家用护理的器械产业还算是一个比较新兴的产业。真是因为其发展的不是很长久，所以不论是在生产的能力上还是研究发展的呢管理上上都远远不能填满这个中国市场的需要和要求的。然而我们的国家现在在医疗、家用护理器械与药品上的消费比例在调查中为 1：20。可是这个在在发达国家，这个比例几乎已经可以说是达到了1：4的状态了，从这数子上我们可以看出，中国的家庭、医疗护理产业远远的，还是存在着很多很大的缺口。现在中国的家庭、医疗护理产品只占中国国内的总量的五、六成左右，因此大多数的产品都是依赖于进口。在医疗护理器械的进出口方面，近年来，我国的医疗器械产业进口开始快速增长，2009年1至8月，广东省共进口医疗器械2.6亿美元，比上年同期增长38%，而出现大幅度增长的主要原因一方面是新医改使得我国基层医疗机构需求不断增大。 而在我国医疗护理器械产业的主要城市里，深圳是一个领先的龙头，深圳目前拥有医疗护理器械企业500家左右，年出口额超过13亿美元，占到整个广东出口贸易市场的一半，2008年，深圳的医疗护理器械产业产值达到了120多亿，深圳医疗护理器械产品门类齐全，不仅产品覆盖各个领域，而且如今也成为我国高科技医疗器械产品重要护理床用智能座便器 2的生产基地。 2010年，我国医疗护理器械市场增长率为23%，市场规模达1200亿元。2011年一季度，我国共实现营业收入19.61亿元，同比增长40.06%。到2015年，中国整个医疗护理仪器与设备市场预计将翻一番，达到537亿美元，中国医疗器护理械行业复合增长率将维持在20%-30%，行业发展潜力巨大。我国医疗护理器械行业发展潜力巨大主要表现在三个方面：（1）人们保健康复对医疗护理器械的刚性需求以及国家对医疗护理器械技术创新扶持力度的不断加大，将成为我国医疗护理器械产业高速发展根本动力；（2）随着计算机技术的快速发展，医疗领域的信息化和网络化引发了对影像化、数字化等高精尖医疗设备的需求增长，给医疗护理器械生产企业带来一定的市场空间；（3）在国家大力推进医改，发展基础医疗保障的大背景下，市场对医疗设备、仪器、材料的需求量将不断增长，基层医疗机构将是医疗器械重要市场。目前全国县级医院和乡镇卫生院达8万多家，其设备添置、改造、更新换代的需求缺口庞大。现代的各大医院的对于病人的服务中的文化含量和其文化的附加值也越来越高了，经济和文化的一体化，将是整个家庭、医院护理的发展趋势的重中之重。医院和家庭的护理文化包含了很多的内容，如：人文的科学研究、思想的意识个体、沟通的技巧技术、行为的规范化等等等。它是体现了整个医院、家庭护理的文化、素质以及文化个性的服务意识。每一个都有其价值，都是包涵着相当的、有营养的文化素养。在我国这个整个医药市场中经济条和医疗体制的慢慢改革进程中，要实现许多因素的最好整理，并让他保持竞争的优势，和让他保持拥有可继续发展的能力，这应该是现在医院、家庭护理者最应该关心的问题，他们应该需要积累国内外合理的管理方案，并且大胆地去实践，勇敢地去创新，发展护理这类知识，来促进我国护理事业与国际的接轨。由咨询行业分析师指出，未来我国医疗护理器械行业将呈现四大发展趋势：（1）自动化，自动化合成与精密操作的医疗护理器械越来越受到人们的关注；（2）中医化，中医医疗护理器械产品相结合将成为趋势，比如数字化中医诊断仪，它通过智能分析技术，进行单诊判读和中医辨证；（3）小型化，小型化的医疗护理器械具有使用方便、快捷等优点，患者的某些检测可以随时进行，节省了时间和空间；（4）医药软件广泛应用化，它在制药行业的销售和管理信息系统中将得到普遍应用，医药软件将成为现代医药工业不可或缺的医药护理器械。伴随着医疗费用支出的不断加大、消费水平的不断提升和人们对健康意识重视程度的加深将是推动行业发展的重要动力，新医改为行业发展注入新的活力，我国医疗护理床用智能座便器 3器械行业存在较大的发展空间。然而在医疗护理器械中智能座便器在国外非常普及，在国内虽未形成主流，但佛山企业在这方面走得还算比较早，产品已经呈现一定的规模。而新明珠陶瓷市场部有关负责人告诉记者，新明珠旗下在2008年便推出了智能座便器，之后销售量每年都有相应的增长，但销售量相对其他产品来说仍然较小。据了解，目前佛山智能座便器中的智能芯片主要来自于韩国、日本、德国等国家，也有些是来自国内台州、上海等地区。如今市面上的智能座便器的问题：（1）市场上的护理智能座便器价格昂贵；（2）太多护理座便器由于体积太大很难安装到轮椅床、护理床上；（3）不够人性化，不能因人而异的改变；（4）使用操作复杂；（5）后续清理、消毒不方便，不卫生；（6）污物储存不合理；（7）没有合理的保护措施。韩国、日本、德国、美国等国家的智能马桶普及率是非常高的，而他们智能座便器的研发和生产系统比较完善，国内不少企业的智能芯片和控制技术是直接运用国外的。总的来说，佛山企业智能座便器虽然有一定的生产规模，但销售情况却没有预期中理想。价格偏高，由于智能马桶的产量少，所以价格会比较昂贵，从市场的情况来看，10000元左右价位的智能座便器是最受消费者欢迎的。目前智能座便器的价格是普通马桶的5到12倍，从目前国内的消费水平来看，智能座便器的价格还是比较昂贵的。有消费者还质疑，花如此多钱去购买一个所谓的智能马桶是否值得呢?国内智能座便器才刚开始，虽然是发展趋势，但市场还处于培育过程中，所以不具实力与市场影响力的企业不会过早切入这一块。当今智能座便器已趋向一体化，电子与陶瓷的结合更考验生产企业的资金投入与研发实力。1.3本课题设计要求本课题将要完成的主要任务如下:（1）护理床用智能座便器针对的对象是在家中或者在医院里心动不变的老人及病人。（2）设计座便器的启闭机构，升降机构以及抽取机构等部件。为了使通用性更强，座便器设计不能超出普通护理床的高度大小，结构紧凑，为了不仅可以应用于护理床还有轮椅上，所以升降机构中的滚珠丝杠可以根据要求更换长短。护理床用智能座便器 4（3）冲洗、风干及除臭系统的设计等。（4）智能座便器的控制系统的设计本智能座便器拟采用单片机对其进行控制，本课题将要选取单片机型号，根据智能座便器的工作流程编制出单片机程序流程图。护理床用智能座便器 52 机械设计部分2.1 座便器整体设计这次设计的超智能型座便器是持有者智能、卫生化、人性、环保化和舒适等等各种优越点的。并且它可以成为很多家庭必须的护理洁具用品的。现在目前在国内的市场上一些高端的智能型的坐便器产品大多数是主要来自进口产品的。这些产品的价格不但非常的昂贵，并且在水压和气压等一些重要参数上的设计是不符合国情的。因而采用了嵌入式的微处理器、机电一体化和多传感器等多种现代比较先进的技来开发智能型坐便器的控制系统的设计。本次设计的系统还有烘干、清洗、翻盖、防污、除臭、座圈的加温、智能存储记忆功能等等高级的智能化功能。这次研究设计的系统是可以在静音、节水、环保等方面达到国家卫生洁具相关标准的要求。 2总体设计要求如下：（1）坐垫尺寸设计内圈宽：200mm ，外圈宽：300mm ；内圈长：300mm ，外圈长：450mm。厚度：30mm；支撑点直径：10mm，支撑点厚度：10mm。（2）便体尺寸设计厚度：20mm，深度：150mm。（3）三角形底盘尺寸设计内切圆半径：300mm，厚度：15mm。（4）储便盒尺寸设计储便盒壁厚度：10mm，储便盒长度：354mm，储便盒高度：200mm，宽度：376mm。（5）下支撑体尺寸设计上下壁厚：16mm，左右壁厚：32mm，长度：630mm，高度：268mm，宽度：440mm。2.2 座便盖启闭机构设计该座便器主要应用于轮椅床、护理床等医疗护理设备，要求其使用安全、方便、舒适、卫生(在此指便体的冲洗、不容易散发异味)，结构的精密，需要一起拥有很强劲的结构安定平稳性，这样一来就可以实现抵抗轮椅床、护理床等的移动时发生的颠簸和短时间内的停车等各种情况下而引起的一切阻力和波动等。正因如此我这次采用的是水平式抽拉的超高级智能型座便盖的开启和关闭的机构，如图2-1所示。单三棱柱的上下升降的机构、储便和及其需要密封的装置和给病人、老人、以及行动不便这的水、气调节供给清洗等超高级智能型系统。为了让用户使用起来更方便；设计了座便盖启闭机构，平时这款超高级智能型座便器的座便盖总是处于护理床用智能座便器 6关合的状态下的，这样一来使用者就可以拥有一张平坦的的床，然后再在需要方便时，打开座便盖的门，这样一来病人，行动不便者完完全全根本就不要移动就可以，使用起来有着非常的舒适。图2-1 水平抽拉式座便盖启闭机构该方案保证了座便盖的完整性且只需一个平移动作就可以完成启闭，因座便盖在滑动时，划过的空间与护理床呈现平行状态，所以大大的减少了机构的干涉问题。这样不但增加了机构的复杂性，座便器基础部分和床架之间存在相对运动关系，也保证了一部分的稳定性。在平移过程中占用的空间也不是很大。因此该方案在较大程度上符合了在移动，护理床等特殊条件下的设计要求，故选用该方案如图2-2所示。图2-2 CAD成形座便盖结构2.3 座便器升降机构设计这次设计的超高级智能型座便器呢是采用了直接上下运动的式结构，这样一来可以对座便器的各个极限的位置以及各个在加热的过程中，全部是安装了两重保护的，而且在结构的参考设计上优势运用很多了比较大的安全系数，这样一来完完全全的我们就可以保护之勇者的的个人安全。本次设计的超高级智能型座便器是只需三键就能完成所有的步骤，而且这次设计的超高级智能型座便器很大一部的一切数值我们可以随意按照自己的喜欢来做调整。这次设计的超高级智能型座便器采用的是三单棱柱结构来完完全全的去展现这次设计的超高级智能型座便盖座便体的赏析移动如图2-3所示。这样一来能都完完全全的保证到了他可以到固定的为止上去，同时这样一来就能牢固的来稳定这个结构了。此外还设计了用温水来冲洗屁股和温暖的风来烘干屁股的方式代替了传统的草纸，并且护理床用智能座便器 7这样一来在整个用户在使用的过程中比传统的马桶要卫生多的多，并且同时的同时设计了消毒、防臭的装置，来确保这次设计的超高级智能型座便盖的周围可以没有异味。在本次设计的超高级智能型座便器中结构相对的比较简洁干练，由此来大幅度的节省了安装所占的空间。本次设计的超高级智能型座便器上下机构的主要使命是可以吧座便体精准无误的去提到使用者的臀部位置，在这个的同时当然它一定是要满足以下的要求：（1）结构灵巧，可以再安装的时候简单方便的被安装到狭小的床低下去；（2）其次还需要有一定的稳定的安装结构，可以来防止在轮椅床、护理床等移动时引起的波动和短时间的停车时间中等在使用发生的各种意想不到的一些问题；（3）最后是要有有相当承载能力，在当座便盖关闭和打开时，座便体会承担一部分人的体重量的，最后的最后这些力还是会施加到上下升降的机构上去的。图2-3 座便体升降结构初步设想从上述的要求而来，在一般的市场上都是会采用了双三棱柱结构如图2-4所示。六角铝和精密光学轴，三棱形六角铝，底部支架，在棱镜洗手间身体，组成三个滑动螺杆和三列。三棱柱下，三棱柱与自己的电视机一起加入两，三螺杆泵副洗手间身体上的床架可以是相对的三棱镜上下运动。由于三角接触球轴承，角接触球轴承的内圈和外圈之间滑动螺杆和底部支架之间的接触可以是一个相对小的偏转，未能采取进一步措施，解除机制将是。为此，在未来的三棱形的外层添加了三列，列和基地之间的干扰适合，螺纹紧固作为一个整体，以提高该机构的稳定。机构与锥齿轮三个驱动器，直流电动机驱动器和运动传递到主护理床用智能座便器 8幻灯片螺丝，运动被分成两个三棱镜，所有的方式，直接通过滑动螺杆中尉议案传输同步带运动的其他道路被传递到其他的两个螺丝，然后通过棱镜收敛运动推动向上和向下运动的三棱镜。功率流分析显示，三螺杆泵棱镜承担厕所的身体传递给体重在机构的三大支柱主要是负责为干扰的力。 5图2-4 双三棱柱结构但是在本次设计中，考虑到成本的计算，并且要满足以上承担由座便体传递来的人的体重，以及其传递的稳定性。所以经过计算，大可免去使用六根滚珠丝杠的复杂繁琐结构，将其改成三根滚珠丝杠，并通过校核计算，承载负荷受力等分析，该单三棱柱结构也能稳定传递和承载认的体重。计算如下。2.3.1滚珠丝杠副的计算和选型计算（1）工作载荷Fm的计算 为工作最大载荷是指滚珠丝杠副在驱动工作台时所承受的最大轴向力。已知移Fm动部件总重 ；因此 NgG14708.95 NFm1470（2） 最大动载荷的计算Q设Z方向下最快的进给速度 ，初选丝杠基本导程 ,则此时丝sv/5 mph20护理床用智能座便器 9杠转速代入 。srPvnh/250/10取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入公式：（2-1）60/1LnT得丝杠寿命系数 =180 （单位 106 r） 。oL查表得，取载荷系数 =1.1，再取硬度系数 =1.0，代入公式：wf Hf（2-2）30QWmFL得最大动载荷 =9130NQF（3）初选型号 根据计算出的最大动载荷，查表2-1滚珠丝杠选型表，选用FFZD3206-3型其公称直径为32mm，基本导程为6mm，双螺母滚珠总圈数为3 2=6圈，精度等级取5级，额定动载荷为10400N，满足要求。表2-1 滚珠丝杠选型表基本额定负荷规格代号 公称直径 公称导程 丝杠外径 钢球直径 丝杠低径 循环圈数 动载荷（KN）静载荷（KN）刚度N/um5304-3 32 4 31.1 4 28.9 3 9.6 27.9 8233204-5 32 4 31.1 3 28.9 5 15 45.6 13403205-3 32 5 31.5 3 28.9 3 11.7 31.4 8263205-5 32 5 31.5 3.5 28.9 5 18.1 52.4 13463206-3 32 6 30.9 4 27.9 3 13 32.1 839护理床用智能座便器 10图2-5 FFZD3206-3型滚珠丝杠副（4）传动效率 的计算 将公称直径 =32mm，基本导程 =6mm，代入公式：odhP（2-3）0arctn/()hd得丝杠螺旋升角 =3.42。然后将摩擦角 =10分，代入公式：（2-4）tan/()得传动效率 =97.1% 。（ 一般在0.80.9之间， 摩擦角一般取10分）（5）刚度的验算1）采取双推自由结构。其特点是轴向刚度高，预拉伸安装时，预紧力较大。上、下支承中心距离约为600mm；刚的弹性模量 ；查表得滚珠直径MPaE5102=3.969mm， =28.031mm，则计算丝杠截面积带入公式：wD2d（2-5）2/4Sd得面积为 。28.61mS丝杠的拉伸或压缩变形量 1（2-6） 21mFaMESII为丝杠底径的截面惯性矩（2-7）42/6Id（其中“+”号用于拉伸，“-”用于压缩。由于转矩M一般较小，式中第二项在计算是可酌情忽略。）（2-8） 1mFaES综上求得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量 =0.09996mm 。 12）根据公式2-9和公式2-10护理床用智能座便器 11无预紧时 （2-9）23110.80mwFDZ有预紧时 （2-10）223./YJ（当滚珠丝杠副有预紧力，且预紧力达到轴向工作载荷的1/3时， 值减小一半左2右。）单圈滚珠数目Z=29；该型号丝杠为双螺母，滚珠总圈数为3 2=6圈，总滚珠总数量=29 6=174 。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力 。则 Z NFmYJ4903/1=0.0016023mm , =0.0025872mm。2因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的三分之一，所以实际变形量可减小一半，取 =0.0012936mm。23）将以上算出的 、 代入12（2-11）12得变形总量 =2.8959 。m查表知形成偏差和变动量知，4级精度滚珠丝杠任意1000mm1250mm轴向行程内行程的变动量允许34 ，而对于阔度为1400mm 的滚珠丝杠，总的变形量 只有2.8959，可见丝杠刚度足够。m（6）压杆稳定性校核滚珠丝杠如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象。失稳时的临界载荷 应满足：kF（2-12）2kmfEIFKa查表得由于其为垂直安装故选双推自由，则丝杠支承系数 =0.25有丝杠底径kf=28.031mm ，求界面惯性矩代入公式：2d（2-13）42/6Id护理床用智能座便器 12得 ，压杆稳定安全系数 K取2.5；滚动螺母至轴向固定处的距离47.305mI1100mm取最大值 。代入上式，得临界载荷 ，大于工作载荷 ，故丝杠不会失NFk14.32NFm1470稳。综上所述，初选的FFZD3206-3型滚珠丝杠螺母副满足使用要求。如图2-5CAD单三棱柱支撑结构图所示。图2-6 单三棱柱支撑结构2.4 座便器传动设计根据上节要求，最终采用单三棱柱结构。由三根滚珠丝杠组成三棱柱座便体、三角形铝板、带轮、大小锥形齿轮各一个和三根精密光轴组成。这样座便体就可以相对于这三棱柱的升降的运动了。根据这三根滚珠丝杠与底支架的配合是由角接触球轴承连接在一起的，所以角接触球轴承有内外圈的间隙会发生比较小的偏移和转动，然而护理床用智能座便器 13这样不加以改善的话，上下移动的机构会非常的不稳定。所以，我又在在三棱柱的旁边添加了三根光轴来支撑底座和上盘的支撑并且采用过盈的配合来固定，然后的然后用螺来将其牢牢的紧固在一起，这样一来完完全全的就增加了整个机构的稳定和安全问题了。2.4.1带轮设计根据要求带轮初选SPZ75型带轮，槽型为 ， ，根据表2-2可知带轮JN9/42d参数数据。表2-2 SPZ75型带轮参数有效直径 0d带轮宽 B外径 ad轮槽角 槽数 Z孔径 d带轮长 L上槽 minah下槽 inf75 26 54 340.5 3 20 75 2 7（1）皮带的转矩（2-14） 095019758.62/4PMNN（2-15）12512-3D= (F-) 9758.6(-) =.10 N0式中M为电动机的转矩(N/m)，P为电动机的额定功率，N为额定转速(r/min)，D为齿轮直径(mm)， 为紧边张力， 为松边张力。1F2F（2）皮带的有效力（2-16）5e12=-3.60N（3）皮带的转速v（2-17）.419.4/60160DNv ms（4）张紧侧皮带的张力 F（2-18）20.83145 251ewgv27F=() + =3.16().93.410N 护理床用智能座便器 14式中 为皮带与皮带轮的摩擦系数， 为皮带与皮带轮接触部分的中心角， 为 w皮带的重量(kg/m)，v为皮带速度(m/s)。 （5）松弛侧皮带的张力 2F（2-19）5 242e 0.83141wgvF=() + =3.16().94.7107N （6）皮带的传递功率p（2-20）5eF.P29.()102vkw（7）皮带的极限速度（2-21）5103.40618.24/Fvmsw综上所述，初选SPZ75型带轮满足使用要求。本次设计的超高级智能型坐便器是采用了三级传动的机构，首先是通过步进电机的转动带动了一对的锥齿，把运动先传递到主要的滚珠丝杠上去。然后再将其动作分为两条路径，一是直接通过主要的滚动丝杠吧动力传递到三棱柱上去，那另第二就是经过同步带轮把动力传递到其它两根滚珠丝杠上去，这样一来运动就汇合在一起，然后再一起带动上三棱柱的一个升降运动。从本次的高级智能型坐便器机构中的力来分析的话，我们可以得到，三棱柱中三根丝杠主要承担由座便体传递来的人体重量，而三根立柱主要承担扰动力。2.4.3电机设计先初选电动机型号110BYG350B，三相混合式，最大静转矩为16Nm，六拍驱动时步距角为0.6。（1）传动比i的确定已知电动机的步距角 , Y（前后）脉冲当量为取 =0.02mm/脉冲，脉冲当6.0V量通常要小于定位精度。则根据公式（2-22）360hPi求得i=0.5。所以不需要减速机构。护理床用智能座便器 15（2）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 eqJ已知：滚珠丝杠的公称直径 ，总长（带接杆） ，导程md320ml10，材料密度 (优质碳素钢)；移动部件总重量G=1470N。mPh6/185.7ckg参照表，可以算得各个零部件的转动惯量如下：滚珠丝杠的转动惯量公式：（2-23）42sLRJ得到转动惯量 ；并折算到丝杠上的转动惯量 。初28.cmkgJs 274.0cmkgJw选的纵向步进电动机型号为，从表查可知该型号电动机转子的转动惯量 。15表23 110BYG350B型电机参数型号 D B D1 h6 L1 b D1 h7 H h1 D2 s110BYG350B 110 112 19 39 6 85 4 10 132 9则加在步进电动机转轴上能够的总转动惯量为：= +（ + ） =24.62 （2-24）eqJmwJs/2i2kgcm（3）计算加在步进电动机转轴上能够的等效负载转矩 分快速空载运动和承受eqT最大工作负载两种情况进行计算。1）快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩 eq由公式：= + + （2-25）eqTmaxf0T可知， 包括三部分：快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩 、eqT maxT移动部件折算时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 、滚珠丝杠预警后折算到电动机转f轴上的附加摩擦转矩 。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据公式：0（2-26）200(1)YJhFPTi护理床用智能座便器 16可知， 相对于 和 很小，可以忽略不计。则有 0TmaxfT（2-27）faeqTmx根据公式：（2-28）ameqeqatnJ602mx考虑纵向链的总效率 ，计算快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：（2-29）1602maxameqeqtnJT其中：（2-30）max036vn将以上各式带入式（2-31）max036vn算得 。min/10rn设步进电动机由静止到加速至 转速所需时间 =0.4s，Y向传动链总效率mnat=0.97；又由公式（2-32）1602maxameqeqtnJT求得 NTa64.0mx由式 可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：iPFhf2摩（2-33）()2chfFGPTi得： mNTf032.护理床用智能座便器 17最后由式，求得快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩为：（2-34）mNTeq672.02）步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压减低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据 来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考eq虑到安全系数。这里取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：（2-35）mNTeqj 68.24max对于前面预选的110BYG3502行步进电动机，可知，其最大静转矩 ，mNTj16ax可见完全满足式 的要求。eqjT4max（4）步进电动机的性能校核1）最快工进速度时电机输出的转矩Y向最快移动速度 ，脉冲当量 ，由公式：min/120maxvf脉 冲/02.m（2-36）axa6ffv可求得电机在对应的频率为 。从110BYG350B的Hzf 10)2.0/(1max 运行矩频特性可以看出，电动机的输出转矩 ，远远大于最大工作负载转mNTj5ax矩 ，满足要求。NTeq672.02）最快空载移动时电动机运行频率校核最快移动速度 ，对应的电动机运行频率 。由已知min/120maxv Hzf10max数据可得110BYG350B的极限运行频率为30000Hz，由此可见没有超出允