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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Pro ENGINEER对其进行建模和装配，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 Pro ENGINEER运动仿真
Abstract
With the rapid development of social economy, people living standard rises ceaselessly, people on the quality of life of the increasingly high demand, the bed comfort and function requirements are also getting higher and higher.
The multi-function adjustable angle bed is a need for automation comfortable life of the general population and design, is able to adjust the angle of the back and legs of the bed. It can be achieved through the controller automation of family life can make people's lives more comfortable and more convenient, thereby improving the quality of home life.
The task to design a multi-functional bed for ordinary house use, to solve the human body and physiological needs (lift back, bend knees and etc). The design on the various functions of the multi-functional bed with a choice of programs, principles of analysis, spare parts size calculation and strength check , and enable it to achieve the normal movement of the default function. And using of digital three-dimensional design software Pro ENGINEER for modeling and its assembly ，finally the overall program for motion simulation.
Key words: the multi-functional bed principles of analysis spare parts size calculation strength check motion simulation by Pro ENGINEER
目 录
摘 要 I
Abstract II
前 言 1
第1章 绪论 3
1.1 课题的目的和意义 3
1.2 国内外研究状况及发展趋势 3
1.2.1 多功能床的分类 4
1.2.2 多功能床结构的发展 6
1.3 本文的主要研究内容 7
1.4 本章小结 8
第2章 多功能床结构的整体方案 9
2.1 多功能床的工作要求 9
2.1.1 多功能床的工作环境 9
2.1.2 多功能床的位姿和控制要求 9
2.2 多功能床总体方案构思 9
2.2.1 构思的提出 9
2.2.2 相关要求与标准 10
2.2.3 多功能床的组成 11
2.3 本章小结 12
第3章 多功能床的方案选择和比较 13
3.1 多功能床方案一 13
3.1.1 床板结构示意图 13
3.1.2 坐起及曲腿方案 14
3.2 多功能床方案二 15
3.2.1 床板结构示意图 15
3.2.2坐起及曲腿的方案 16
3.3 方案的对比和选择 17
3.4 本章小结 18
第4章 多功能床机构设计 19
4.1 基本参数的设计 19
4.2 抬背机构 19
4.2.1 抬背机构的结构和工作原理 19
4.2.2 抬背机构的设计（图解法） 20
4.2.3 抬背机构电动机的选择 22
4.3 曲腿机构 23
4.3.1 曲腿机构的结构和工作原理 23
4.3.2 曲腿机构的设计（图解法） 25
4.3.3 曲腿机构电动机的选择 28
4.4 本章小结 29
第5章 零件的设计和校核 30
5.1 丝杠的设计与校核 30
5.1.1 抬背丝杠尺寸的设计 30
5.1.2 抬背丝杠的强度校核 30
5.1.3 曲腿丝杠的尺寸设计 31
5.2 插杆轴的设计和校核 32
5.3 抬背机构中的零件的设计和校核 33
5.4 曲腿机构中零件设计与校核 35
5.5 本章小结 37
第6章 多功能床的Pro ENGINEER建模与仿真 38
6.1 Pro/ENGINEER建模 38
6.2 Pro/ENGINEER仿真 42
6.3 本章小结 43
第7章 设计总结 44
7.1 方案的评价与成本的估算 44
7.2 多功能床的主要优点 44
7.3 设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
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Pro ENGINEER对其进行零件的建模和整体装配，并完成对整体多功能床方案进行运动仿真。
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第1章 绪论
1.1 课题的目的和意义
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。
1.2 国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。
1.2.1 多功能床的分类
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：
图1-1 护理床分类状况
表1-1护理床分类概括
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。
1.2.2 多功能床结构的发展
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。
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