多功能电动护理床设计-辅助解便系统设计【三维SW建模】【含10张CAD图纸】
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三维SW建模
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大学毕业论文（设计）任务书学 院： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化学 号： 姓 名： 指导教师： 职 称： 讲 师 2016年 12月 24 日毕业设计（论文）题目：多功能电动护理床设计辅助解便系统设计一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1 提供条件：多功能电动护理床和微型厕所相关资料。2 设计内容与要求:（1） 调研收集分析有关资料，掌握电动护理床的相关知识；（2）分析电动护理床的运作原理，完成护理床辅助解便系统设计，主要内容与要求如下：1) 辅助解便系统。合理布局，使床身与微型厕所合理结合，在使用者不离开床的情况下就可完成解便的过程。实现系统的接便模块、臀部清洗模块、烘干模块、除臭模块功能。2) 完成辅助解便系统机构的材料选择、各驱动部件选型。3) 完成机构全套零件图纸以及三维装配图。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 毕业设计论文一份（不少于1.5万字）；2. 外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3. 机构设计图纸方案一套，图面要求正确、完整、整洁；三、完成日期及进度自2017年2 月20日 起至 2017年6月4日，共15周进度安排：1) 2.20-3.02，查阅资料、调研，完成开题报告；2) 3.03-3.10， 掌握相关技术，完成英文翻译；3) 3.11-3.12， 开题答辩4) 3.13-4.20 辅助解便系统机构设计，实现系统的接便模块、臀部清洗模块设计与材料选择、驱动部件选型；5) 4.21-5.15辅助解便系统机构设计，实现系统的烘干模块、除臭模块设计与材料选择、驱动部件选型；6) 5.16-6.02 撰写毕业设计论文，准备答辩7) 6.03-6.04， 毕业答辩四、同组设计者（若无则留空）： 五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1. 闻邦椿主编,机械设计手册:单行本.机构、机架与箱体.5版. 机械工业出版社 2015.02 2. 闻邦椿主编, 机械设计手册:单行本.创新设计与绿色设计.5版. 机械工业出版社 2015.013. 孙志礼著，机构运动可靠性设计与分析技术. 国防工业出版社 2015.084. 华大年，华志宏编著 ,连杆机构设计与应用创新. 机械工业出版社 2008.15. 曲继方,安子军,曲志刚著，机构创新原理. 科学出版社 2001.106. (美) Neil Sclater, (美) Nicholas P. Chironis编,机械设计实用机构与装置图册. 机械工业出版社 2007.47. 明振业主编, SolidWorks 2015快速入门及应用技巧.机械工业出版社 2015.7 8. 蔡明京, 谢龙汉等编著, 经典实例学设计:SolidWorks 2014 从入门到精通. 机械工业出版社 2014 9. (美) DS SolidWorks公司著, SolidWorks Simulation基础教程:2014版.第3版. 机械工业出版社 2014 10. (美) DS SolidWorks公司著, SolidWorks Motion运动仿真教程:2014版.第2版. 机械工业出版社 2014 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日注：1、如页面不够可加附页 2、以上一四项由指导教师填写应用力学和材料卷488-489（2014）PP 1177-1180 （2014）技术刊物，瑞士关键词：10.4028/amm.488-489.1177多功能医用床的设计关键词：医用床。螺旋机构。运动分析。设计摘要：多功能医用床的设计，使患者不能为自己提供生命，危重病人和瘫痪病人的特殊需要。本文通过市场调研，根据现有的医疗床的结构，设计了一个手动医疗床，对床板背部和腿，解除机制，排便装置医疗床装置进行了讨论；对运动机制的可行性进行了分析和产品基本设计参数均已确定；在此基础上，对医疗床的主要结构进行了设计和计算。结果表明，医用床的功能可靠，结构合理，符合人体工程学的要求。特别是对这些机构进行了一些优化和更换，使用起来更加方便快捷。介绍：医用床又称护理床，包括电动护理床和手动护理床。主要用于医疗床行动不方便的患者。随着人均寿命的不断延长，城市人口逐渐进入老龄化，人口老龄化已成为世界各国的一个社会问题，我国已进入老龄化国家行列的。据悉，中国不仅是人口老龄化在世界上的绝对人口最多的国家，也是世界上老龄化速度最快的国家。60岁以上的老年人口已达1亿3200万，且继续以年均3.32%的速度增长。更为突出的是，80岁以上的老年人口已达1100万，还在以年均约5.4%的速度惊人增长。据统计，约79.1%的老人至少有一种或多种慢性疾病，其中一个突出的现象是老人的照顾能力减弱，他们更依赖家庭、社区和政府。“空巢家庭”也已成为社会发展的趋势，家庭养老对老年人的不便，客观上增加了老年人照料的难度。 1 因此，本文根据护理床的总体结构、部分的结构进行了改进和优化，不仅使它能来回弯曲你的膝盖，腿升降机，排便及餐饮等功能更加完善，并使其操作更加方便和易于控制。同时采用螺杆连杆机构，使成本低，能得到公众的认可和青睐。医用床设计方案1.1床板设计方案系统的组成如图1所示。在论文中，基于设计的床板如图1所示。床板分为四块，铰链铰链。当携带回来，床板1可以提高在shafty1；弯曲你的膝盖，床板可以提高沿轴Y2。当腿部的床板需要被解除时，床板4可以提高在shafty3，铺床板挂在床尾梁。病人的位置在床板上方，节省材料，操作简便。医用床不操作时，床板与普通床相同。采用的床板结构使得制作简单，制造成本低，人性化设计非常好，容易克服各功能之间的干扰，满足各坐标系各自动作的功能要求。1.2解除和弯曲膝盖的机制。图1床板设计方案 图2状态解除后 图3弯曲膝盖状态在该方案中，主要采用螺杆传动。优点是结构简单，加工容易，成本低，传动准确，缺点是轴向推力大，摩擦力大。1.3排便机制为了方便患者和护士，医疗床不仅要满足上述功能，还要帮助患者解决排便问题，使患者和护理人员能够得到更方便。本文设计的医用床便器机构是抽屉原理。该方案具有结构简单、易于加工、成本低、效率高、操作简单等特点。1.4进食装置本文设计的医用床上装置是将餐盘移动。当病人需要吃饭或看书时，我们可以在栅栏上用餐板扣。特点是实用，方便，非常美观。医用床运动分析及基本参数的确定2.1可行性分析 2 （1）床板运动的可行性分析如图4所示，医用床的床板可分为四块，分别标有1、2、3、4。分别是床板1，2，3，4，处于一级状态。1 是完全背起状态拥有1位置。根据医院床位和标准，上涨角度为75。3， 4 的状态膝盖弯曲的位置就是3，4床板。弯曲腿时，4“是主要的状态4。通过对轨迹图来表示，我们知道每个函数之间的床板托架运动不干涉，板块运动是可行的。图4床板运动图（2）膝关节后屈和屈膝的可行性分析1）对回流机制和弯曲膝盖螺母升降机构回到床上1030mm头近距离的支撑梁升降连杆的可行性分析（L = 1030mm）；从机构弯曲膝盖床头支撑梁的距离为950mm（L1 = 950mm）。对于L L1。因此，我们将带螺母的机构提升到能避免干涉的弯曲膝盖支撑梁的右侧，但为了避免干涉，螺母连杆机构的最远高度必须高于横梁的高度。2）机构起重连杆机构与支撑梁连接杆的可行性分析从螺母机构弯曲膝盖床头最近的距离为540mm（L1 = 540mm）。从升降机构回床头支撑梁的距离为700 mm（L = 700mm）；对于L L1，这样，就可以避免机械式起重机构支撑梁左端的机构弯曲螺母螺母的干扰。螺母机构弯曲螺母连杆的最近高度必须高于横梁，避免干涉（3）排便机制的可行性分析由于排便门力小，摩擦力小，该机构设计出了抽油式。由于排便抽屉高度为64 mm，起重和弯曲膝关节之间的间隙分别为56 mm和mm。因此，他们没有互相干涉。因此，机构运动是可行的。2.2基本参数的确定根据医疗床标准 3 和人机工程学 4 ，在设计中，医疗床尺寸如下：长度和宽度的床板分别为1900 mm和900 mm；床的高度是758毫米；提升回来，床板的运动范围是0 75；弯曲膝盖，床板的运动范围是0 50；的方便门尺寸为200390mm。医用床结构设计3.支架的设计与计算（1）支架的力学模型现在，我们假定病人坐在床的末端的悬垂端，它需要计算是否坐在床的末端的地方导致床体倾斜。力学模型建立如下：假设床60公斤重；床体应力： q =600N 0.32N / mm ;(1)1900mm假设荷载：F = 2000N ;根据力矩平衡关系 5 ，前腿应力: Mr 1= 0 ，to: F (L a b) q(L a b) / 22 (L b / 2) = 0(2)r2= 2518N ；2Fr= F + qL Fr = 2000 + 0.32 1900 2518 = 72N(3)（2）结果分析计算由以上可知，FR1、FR2阳性，和方向支撑起来。它与假设的方向一致。因此，床体不能倾斜，满足稳定性条件的要求。3.2螺杆的设计计算由于螺杆顶升应力最大，应先设计螺杆。根据螺杆传动设计计算公式 6，7 ：T =Q tan( + v ) d2+Q f dm(4)22式中，q为轴向载荷，N；是线程哈德，；V当量摩擦角，；螺纹节径，毫米；DM是轴承表面的平均直径，毫米；f是摩擦系数根据床体的实际情况，假设螺杆轴向载荷：Q = 1000n。根据多功能床及相关设计参数，螺纹角= 5；当量摩擦角V = 5螺纹节径D2 = 20mm；轴承表面平均直径DM = 20mm；摩擦系数f0.1以上数据生成公式：T =Q tan( + v ) d2+Q f dm= 28N m22当线程的最小转矩28n M 1000 N负荷可设置。由于螺杆扭矩：T = 38n m28n M因此，符合要求。结论本文通过市场调研，根据现有的医疗床的结构，设计了一个手动医疗床；和床板背部和腿，解除机制，排便装置，进食系统医疗床装置进行了讨论；对运动机制的可行性进行了分析和产品基本设计参数均已确定；在此基础上，对医疗床的主要结构进行了设计和计算。结果表明，医用床的功能可靠，结构合理，符合人体工程学的要求。特别是，这些机制进行了优化和更换。简化了医用床的排便机构，方便操作，节省空间和材料；摇杆机构的设计采用螺旋连杆机构。与目前的市场产品相比，结构更为合适和方便。 毕业设计（论文）开题报告概述表学生姓名 班级学号 指导教师 毕业设计(论文)题目多功能电动护理床设计辅助解便系统设计选题的目的和意义 随着社会经济的迅速发展，人民生活水平的提高，人口寿命不断延长，人口老龄化问题已成为世界范围内的社会问题。我国60岁极其以上的老年人口已达1.32亿，占全国人口的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%，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。同时全世界有约700万因各种原因导致的瘫痪病人，而病人长期卧床，如何让病人在不离开床就能干净方便地完成解便的过程就是课题所研究的方向。 而国内目前解决这一问题的办法大多是需要有家人或看护人员的帮助陪同照料，对于护理人员来说，每天为病人翻身、上药、更换床上用品等工作相当繁重，而手动翻身费力费时，要求护理人员有充足的体力,相当困难，而且在解便过程中会让病人感觉到尴尬，一些身体不便的病人在挪动身体时还会感受到痛苦。一些简陋的多功能床上配有的解便系统也是很不方便，而且解便完成后的脏污处理、除臭等一系列过程无法得到解决。针对这一现状，本着“以人为本”的设计理念，设计一套操作方便、功能齐全、成本低的辅助解便系统具有十分重要的意义。 参考文献： 【1】许万里 微机控制病理床的研制与开发哈尔滨理工大学学报，2001(6) 【2】喻恒锋 介绍一种新型“医用升降翻身车”解放军医学情报，2004(6)【3】明子成 家庭护理机器人的设计J. 机器人技术与应用，2010国内外研究现状及存在的问题 通过查阅文献和专利发现国内外护理床的解便系统主要有三类：第一类是最简单的外接夜壶式，它只是简单的在病人需要解便时在看护人员的帮助下完成，这种简陋的方式不仅不方便，还容易造成病人解便时的尴尬情绪，也会给给看护人员带来诸多麻烦；二类是带孔式护理床，它只是在原有的护理床基础上多加一个便孔，在床下放置一个收集装置，这类设计可以较为方便的让病人进行解便，但是解便过后的清理过程较为简陋；第三类也是一种外接的装置，但是它有专门的收集处理装置，也可以附带有烘干除臭等功能，但造价较为昂贵，使用起来也较为麻烦这一切使得医用护理床解便系统的研究更加深入，而各国的研究也有了一定的成果。日本的发展：EVERCARE公司研发出一款全自动排泄处理系统，智能大小便护理器，全自动大小便护理床，卧床病人通过专用包裤包裹后，集便器中的传感器就可以自动感知尿液或者粪便，并立刻启动负压装置，将小便直接吸净，大便通过水流水压粉碎并吸净，排泄物通过连接软管输送并储存在机箱中的污物箱内。然后清洁水通过集便器壁上的喷水孔自动喷水，冲洗患者隐私部位以及集便器内部，冲洗结束后，通过喷水孔开始送暖风干燥，整个处理过程安全、可靠、易操作。国内的发展：江苏怡龙医疗科技有限公司曾有过一项专利，它是一种能自动收集并处理大小便的护理床，所述护理床包括：床板、控制器、大小便收集容器、大小便处理机构；所述床板设有一缺口，床板还包括与该缺口对应的缺口填补板；所述缺口填补板连接一填补板连接机构，填补板连接机构连接第二驱动机构，第二驱动机构用以驱动缺口填补板在垂直方向上移动、水平方向上移动，留出缺口供病人方便；同时第二驱动机构还用以驱动缺口填补板归位；所述第二驱动机构与所述控制器连接；所述大小便收集容器设置于柔性床板缺口的下方，大小便处理机构用以在缺口填补板归位后通过气化处理大小便。本发明提出的能自动收集并处理大小便的护理床，可方便地收集病人的大小便，并能自动气化处理。总体来说国内的护理床解便系统还处于起步阶段，一些功能还有待开放与实现参考文献：【1】 廖翼 智能护理床的发展现状与趋势【2】 方进博，陈红人口老龄化对护理工作的挑战中华国际护理志2004-003(2)：147149主要研究内容（1） 完成对多功能电动护理床设计辅助解便系统的设计（2） 合理布局，使床身与微型厕所合理结合，在使用者不离开床的情况下就可完成解便的过程。这一过程要求尽量方便可行，切实的见到病人在解便过程中可能会出现的病痛等情况，避免解便时会造成的尴尬情绪。（3） 实现系统的接便模块、臀部清洗模块、烘干模块、除臭模块功能。（4） 在整个设计过程中，都要本这“以人为本”的设计理念，设计出方便实惠，操作简单的解便系统研究方法、步骤和措施等一、方法与措施：（1） 调研收集分析有关资料，掌握电动护理床的相关知识；（2）分析电动护理床的运作原理，完成护理床辅助解便系统设计，主要内容与要求如下：辅助解便系统。合理布局，使床身与微型厕所合理结合，在使用者不离开床的情况下就可完成解便的过程。a. 床身大小、材料、结构的确定，收集装置的形状、大小、材料的确定，通过查阅资料来确定。b. 床身遮盖收集装置的盖板的移动方式，收集装置的升降驱动的确定，收集装置内部设计的确定c. 完成解便后进行臀部清洗的水流量的确定，烘干时温度的确定，除臭方式的确定d. 完成解便后的收集过程以及清理的方式的确定（3）实现系统的接便模块、臀部清洗模块、烘干模块、除臭模块功能。（4）完成辅助解便系统机构的材料选择、各驱动部件选型。（5）完成机构全套零件图纸以及三维装配图。二、步骤：自2017年2 月20日 起至 2017年6月4日，共15周进度安排：1) 2.20-3.02，查阅资料、调研，完成开题报告；2) 3.03-3.10， 掌握相关技术，完成英文翻译；3) 3.11-3.12， 开题答辩4) 3.13-4.20 辅助解便系统机构设计，实现系统的接便模块、臀部清洗模块设计与材料选择、驱动部件选型；5) 4.21-5.15辅助解便系统机构设计，实现系统的烘干模块、除臭模块设计与材料选择、驱动部件选型；6) 5.16-6.02 撰写毕业设计论文，准备答辩7) 6.03-6.04， 毕业答辩指导教师意见指导教师签字： 年 月 日11目录目录摘要 -11 绪论-31.1 研究背景及意义 -31.2 国内外研究现状 -52 总体设计-82.1 设计任务分析 -82.2 拟定总体设计方案 -93 多功能护理床的详细设计-133.1 抬背构型设计 -133.2 升降机构的设计 -143.3 抬腿机构的设计 -153.4 电机的选择 -163.5 增加泵的选择 -203.6 横轴的设计与校核 -253.7 螺杆的设计与校核 -263.8 连杆的设计与校核 -28总结 -31参考文献 -3322摘要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需求，不仅需求护理床的质量可靠，还需求具有多功能化。电动护理床就是一款为此需求而设计的医疗器械。多功能护理床是基于常用家庭护理床进一步发展的结果。社会的发展导致人们的生活水平不断提高，因此在平时的生活中，健康、舒适以及智能化的生活方式成为越来越多人的追求。多功能护理床相对于常用家用护理床增加了更多的功能，手动调节座圈温度，洗净、烘干功能，除臭功能，除了这些常用功能，还增加了多功能护理床红外传感器、压力传感器启动护理床开始执行各项功能以及夜灯工作模式，除此之外多功能护理床能有效杀死各种传染性疾病的病毒、细菌、真菌或寄生虫，预防细菌感染、痔疮、便秘等问题上有很大的优势。其在常用家庭护理床的基础之上，添加了便捷、舒适、健康、环保、智能化的元素。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、调高整体的高度。解决了在护理过程中的诸多不便，并解决了国内护理行业的困难，提高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，功能需求及设计指标；完成了护理床本体的总体方案设计。然后，使用自上而下的方式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、整体升降等功能模块。本章将着重介绍辅助解便系统的研究背景及对人们生活水平提高意义，并对辅助解便系统技术的发展现状以及国内外的发展趋势做出介绍。最后给出作者所完成的工作，以及对本文各个章节的主要内容做出概括性的介绍。关键词：关键词：医疗器械，电动护理床，机构设计331 1 绪论绪论1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义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，城市人口正逐渐进入老龄体，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。国内 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渐完善，成熟，但因其价格昂贵(一般价格在 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、功能型。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需求。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，使用者可简单操作控制。2、能完成基44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、市场价格偏高。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、市场的价格昂贵。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。辅助解便系统的出现给人们的生活带来了巨大的方便，特别是在经济高度发达，生活节奏日益加快的今天。 “辅助解便系统在国外非常普及，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。 ”中国陶瓷工业协会佛山办事处主任蓝卫兵表示。据了解，佛山如今主要生产和销售辅助解便系统的有益高、法恩莎、箭牌、英皇、浪鲸、鹰卫浴、恒洁、安华、金牌、澳斯曼、瑝玛、东鹏、冠珠、新泰和、尚高、卫欧等 20 家左右的卫浴企业。记者从以上品牌企业的营销中心以及官方网站了解到，辅助解便系统占所有产品的比例是比较低的，大部分企业只是推出一个系列，或者是几个型号的产品。而我们在专卖店上也可以留意到，辅助解便系统也许摆放在最显眼的位置，但款式不多。 “法恩莎从 2001 年开始生产和销售辅助解便系统产品，如今销售情况还算比较满意，但辅助解便系统的销售额占所有产品销量的 3%左右。 ”法恩莎产品部经理袁水波表示。而新明珠陶瓷市场部有关负责人告诉记者，新明珠旗下的冠珠卫浴在 2008 年便推出了辅助解便系统，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，如今佛山辅助解便系统中的辅助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。“韩国、日本、德国、美国等国家的辅助解便系统普及率是非常高的，而他们辅助解便系统的研发和生产系统比较完善，国内很多企业的辅助芯片和控制技术是直接运用国外的。 ”据业内资深人士透露。此外，很多佛山企业的辅助解便系统是在潮州或台州的某些企业贴牌生产的，当然也有部分企业是自主生产。总的来说，佛山企业辅助解55便系统虽然有一定的生产规模，但销售情况却没有预期中理想。1.21.2 国内外研究现状国内外研究现状国内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，国内 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。国内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。电动护理床根据使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。如今市面上常见的电动护理床有如下优点：1、电动，方便使用者操作和控制。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、市场价格偏高。2、功能启动柔性差，衔接不连贯。663、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。辅助解便系统可以说是卫浴职业对比热的论题。水洗代替了清洁纸，引发了一场卫浴革新，科技、便利、清洁，这是往后卫浴开展的趋势。而对广阔的消费者来说通常的新商品都有一个从认知到承受再到追捧的进程。2011 年卫浴职业的电子商务风十分强烈。51 陈述在线研讨员在卫浴产区查询时发现，职业上约有 90%的卫浴公司已不一样程度地试水电子商务，而剩余 5%左右的公司都在为施行电子商务而预备着。2011年中国修建清洁陶瓷工业总产值 3861 亿美元。但市场占有率超越 10%的巨型陶瓷卫浴公司身在何处，仍是一个极大的悬念。那些注意品牌建造，注意商品自创与特征化的公司，注意进步出产技能、技能配备、办理技能的公司，注意结构调整、减少成本的陶瓷卫浴公司，或许会变成职业的领军者，更会变成出口转型的领头羊。辅助解便系统外型时尚、环保健康，遭到消费者的热心追捧。2011 年因为职业竞赛加重，辅助解便系统价格比前几年下降了许多。在市场上，辅助解便系统归于新商品，相对于传统的陶瓷洁具来说，辅助解便系统是归于一项与民众休戚相关的环保技能领域的创造，是一项完全打破传统冲水式坐便器及简便式便槽不清洁、不环保的旧形式环保型技能。特别是在国内市场的认可度和占有率都还有十分大的进步空间。中国辅助解便系统工业最为会集的主要是浙江区域，已具有必定的工业集群优势。辅助解便系统归于更新换代的革新性商品，迎合了将来人性化的卫浴开展趋势，辅助解便系统是以微电脑数字处理系统、纳米资料、激光或热合等老练的高科技含量为技能手段，到达和完成传统的冲水式坐使器、简便式便槽底子无法处理的污染与环保相对立的疑问。然后不只从技能上和方式上甚至村料上都是新打破与变革。2012-2016 年时间，跟着卫浴节能减排国家标准深化履行，中国辅助解便系统商品将遭到越来越多消费者认可，尤其是 80 后一代，他们寻求质量日子，进一步影响辅助解便系统市场需求。陈述在线研讨猜测，2012-2016 年辅助解便系统市场规模将到达1500 亿元，而因为出产成本上升，出口受阻，将进一步紧缩解便系统出产厂家赢利空77间，其价格会坚持平稳态势。因而，辅助解便系统公司在 2012-2016 年时间，应活跃进步公司职业诺言，逐渐进步公司经营功率，开辟推广途径新形式，立异驱动效劳形式开展。1.31.3 本文研究内容本文研究内容鉴于人口老龄化的发展、医疗和护理费用的不断增加以及国内外市场需求的不断扩大，本文提出了一种新型的多功能护理床及辅助解便系统，提出几种新型的护理床侧翻机构、抬背机构、曲腿机构以及解便系统，以单片机为主控制芯片，控制多台直流电机驱动整台护理床工作。实现床面的多种姿态的切换，达到满足护理要求的多功能护理床及辅助解便系统。主要研究内容如下：1) 设计各种护理床的运动机构，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，根据初始设计数据对其建模，进行结构设计，并对其进行干涉检查，然后导出CAD图。3) 根据初始设计数据在SOLIDWORKS中建模，利用优化功能对其结构进行分析和仿真。4) 根据优化数据修改三维模型，并同时检查模型中是否存在干涉，得到满足设计要求的护理床。5) 对多功能护理床及辅助解便系统的主要零件进行受力校核，检验整台多功能护理床及辅助解便系统使用的安全性及稳定性。882 2 总体设计总体设计2.12.1 设计任务分析设计任务分析电动护理床的设计应该满足以下几个原则：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需求很高。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需求，因此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需求，比如能够坐起，整体能够升降，能够曲腿等功能需求。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需求，而且有利于增强互换性，减少成本。5、轻量化原则由于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，在确保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，而且还以减少成本。根据本次毕业设计的要求，本次对多功能电动护理床辅助解便系统的设计需要完99成以下几个功能：1、需要节水，环保。2、需要具有除臭和垫圈加热功能。3、需要具有自动冲洗屁股及烘干屁股的功能。分析本次课题任务要求，初步拟定多功能电动护理床辅助解便系统的操作面板应具有 6 个按键：即启动、停止、除臭、垫圈加热、臀部冲洗、臀部烘干，各按键的具体功能分析如下：1、按下臀部冲洗按键，臀部冲洗喷嘴将喷射一分钟后自动停止喷射。再按一次臀部冲洗按键，将再次重复此功能。2、按下操作面板上垫圈加热按键可调节座圈温度。座圈温度可设定为适宜的温度，加热管运行加热到设定温度值如 40 摄氏度时自动停止。3、按下操作面板上臂部烘干按键，内置吹风机启动，将暖风送出，并持续烘干约1 分钟后自动停止。暖风温度通过 PLC 程序预先设定为约 65 摄氏度。4、当人体入座 3 秒后，传感器将检测信号送入 PLC，PLC 立即启动除臭功能，开始除臭工作人体离座后 30 秒除臭停止。5、当按下停止按键即停止多功能电动护理床辅助解便系统的所有功能。同时，根据课题要求，多功能电动护理床辅助解便系统还应具有智能节电功能，并能有一定记忆能力，可根据使用者的日常生活习惯，自动预先对水温和便座加热，且用后自动停止加热，达到节能效果。在没有感应到人坐上之前，冲洗开关都不会启动，不必担心错按开关造成的尴尬，非常人性化。此外，对于直接接触肌肤的便座部分采用抗菌材料。2.22.2 拟定总体设计方案拟定总体设计方案根据床的整体布置，电动护理床可以分为总体框架、抬腿部件、抬背部件、整体升降，部件辅助座便系统五大功能模块。在总体布局时，有以下几方面需求：1、综合考虑两种状态下的尺寸、稳定性和强度需求；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，确定护理床使用床面大尺寸，1010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，以确保机构传动角和框架强度需求；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。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需求，结合所需实现的功能，本文提出使用分体式双层床面结构（如图 3.3 所示)。图 3.3 床面结构示意图其中，床板 14 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 向尺寸尺寸项具体数值背板760mm臀部板230mm大腿板400mm小腿板610mm1111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。表 2.3 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 070o5、6 床板组合联动，绕 Y1 轴翻转大腿板与水平面夹角 035o小腿板与水平面夹角为-20o07、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。辅助解便系统的设计包括人体红外线信号采集电路，这种人体红外线感应电路由SM9576 搭接成，SM9576 是一个红外线传感控制器,内部包含红外线发射驱动和红外线接收、检测电路,当发射出去的红外线信号被物体反射回来,由接收管接收、放大、检测,再由输出电路去控制执行机构。它可以广泛应用于宾馆和现代居室洗手间里的水龙头阀门、皂液供给机、手干燥器、香水喷雾器等方面的自动化装置上,还可开发应用在博物馆防近语音报警、防盗报警及红外检测器中。具有非常广泛的应用。座圈压力传感器由 P3000-401G 压力传感器组成与数模转换芯片 5G14433 以及译码芯片 5G4511，5G1413，数码显示管共同组成了人体秤部分，这就是说，辅助解便系统不仅可以实现马桶的作用还可以用来称体重，同时压力传感器的内部信号也可以被提取，供外围电路使用。也可以作为冲水的信号使用。直流电机，主要用来调节洗净喷头的位置，当需要洗净的时候，直流电机正转，平躺抬背曲/伸腿1212使喷头瞄准在固定的位置，然后输入信号将电磁阀打开，水从喷头喷出，当一段时间后，电磁阀关闭，喷头不再喷出水，然后输入信号使喷头回归原位，使用直流电机的原因是直流电机通常转速较快，只给一个短时间的电平就可达到目标位置，而步进电机虽然精确，但是逻辑变成却很复杂。烘干电路主要由 300w 电热丝和直流电机组成，当洗净完毕，电热丝迅速加热电机转动，将热风吹出，达到烘干的目的这一过程可通过 FPGA 编程控制吹风机工作的时间。但是需要电磁继电器的配合。烘干电路有两种模式。冷风烘干和热风烘干。水箱加热电路是由 FPGA 控制的可编程加热电路作用是将水箱里的水加热，用作洗净功能。臭氧和负离子发生的量、作用时间可根据需要进行控制。有遥控和定时功能。可广泛用于医疗卫生、公共娱乐、家庭、办公室等场所的空气杀菌消毒和净化。同时，它能够克服常用的过氧乙酸、过氧化氢、次氯酸纳等消毒剂对环境、物体、人体等具有一定的污染、腐蚀和损害等负面作用，且存在着杀毒时间短、消毒时人必须离去、留有消毒剂残留物等弊端。特别是克服了其中含氯消毒剂还存在产生三氯甲烷、四氯化碳等“三致” （致畸变、致突变和致癌）的潜在危害，是一种现代、科学、理想的消毒方式。臭氧发生器的电路由三极管 VT1、VT2 与电感线圈 L1 一 13、脉冲变压器 T、限流电阻器 R1、充电电容器 C3,双向触发二极管叨 5 等组成推挽振荡电路；滤波电感线圈L0,整流二极管 VD1 与滤波电容器 C1、C2 等组成半波整流滤波电路。接通电源，交流220V 电压经 LO 滤波，VD1 整流后，在 C1 两端产生十 280V 左右的电压，供给推挽振荡电路。在开机瞬间，VT1 导通。由于 C3 的充电作用，双向触发二极管 VD5 截止。当 C3两端的充电电压升至 32V 时，VD5 被触发而导通，使 VT2 导通。在 VT2 导通期间，C3逐渐放电，又使 VT2 截止。VTl 导通后，在脉冲变压器 T 的作用下，L1、L2 上产生正反馈电压，此电压分别加至 VTl 和 VT2 的基极，使 VTl 和 VT2 交替导通与截止（即 VTl导通时，VT2 截止；VT2 导通时，VTl 截止） ，推挽振荡电路振荡工作。推挽振荡电路工作后，在脉冲变压器 T 的二次侧绕组 L6 上产生脉冲高压，使臭氧发生片 VG 工作，产生臭氧。1313座圈加热电路是由电热丝和 220V 交流电源构成，有三个档位，按遥控器上“座温调节”按键可调节座圈温度。座圈温度可设置为座圈不加热、约 34 摄氏度、约 38 摄氏度、约 42 摄氏度。当座温指示信号条为一格时对应座圈温度为不加热，当座温指示信号条为两格时对应座圈温度约为 34 摄氏度，当座温指示信号条为三格时对应座圈温度约为 38 摄氏度，当座温指示信号条为四格时对应座圈温度约为 42 摄氏度。电磁阀驱动电路的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。14143 3 多功能护理床的详细设计多功能护理床的详细设计3.13.1 抬背构型设计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 3.4 所示）图 3.4 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使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：既需求电动推杆的行程要很大，又需求其初始状态尺寸较小，显然这样的需求是达不到的，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1515需要 1 个原动件来确定运动。使用电机作为动力源，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，故抬被机构最终使用该构型。曲腿机构的设计与抬背机构的相同。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 070o大腿翻转角度为 035o3.23.2 升降机构的设计升降机构的设计整体机构的设计有以下两种方案选择第一种方案是使用联动的两个平面四杆机构，简图如下：第二种方案使用四个相同的电动推杆分别支撑床的四边，简图如下：1616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，使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。3.33.3 抬腿机构的设计抬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 3.6，图 3.7 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” 。1717图 3.6 运动之前机构简图图 3.7 运动之后机构简图3.43.4 电机的选择电机的选择3.2.1 整体升降电机的选择1）功率：时间 t=35s，上升高度 h=220mm，极限夹角，转臂角速度为 90srads0449. 03521转臂速度：smsmh0099. 022. 00449. 01111818负载,转臂所传递的功率为（忽略转NT30001WWTP300099. 03000111臂自重）电机的许用功率：P许忽略轴的转动惯量及连杆自重）1WP7899. 098. 04 . 030221轴承联轴器螺杆电机实际功率：WWP942 . 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机。其相关参数如下2)电机转速1919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，螺杆导st35程间距，可以得出电机的最低转速约：mmd2min18960352220rn3.2.2 坐起电机1）功率取 t=30s，极限角度 =70o，转臂角速度：srads0407. 030180702转臂速度：sml01140. 028. 00407. 0222负载，则转臂传递的功率：NT10002（忽略转臂自重）wTP4 .11222电机的许用功率：P许 2=（忽略轴的转动惯量及连杆自重）WP3099. 098. 04 . 04 .11222轴承联轴器螺杆电机实际功率：P许 21.2=36W2P由以上结果知，选用额定功率为 40W 的单相电容式减速电机。相关参数如下20202）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，可以得出电机的最低转速：n=36523060r/min=365r/min图 3.1 坐起螺杆的导程示意图3.2.3 曲腿电机的选择1）功率：，极限角度，转臂角速度：st35o35srads0174. 035180353转臂速度：sml0035. 02 . 00174. 0333负载 T3=1000N，则转臂所传递的功率：（忽略转臂自重）WTP5 . 33332121P许 3=(忽略轴的转动惯量及连杆量）WP1 . 999. 098. 04 . 05 . 3223轴承联轴器螺杆电机实际功率：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机。相关参数如下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，螺杆st35导程间距，可以得出电机的最低转速约：mmd2min10460352121rn图 3.2 屈膝时螺杆的行程示意图3.53.5 增加泵的选择增加泵的选择辅助解便系统中选择水泵的时候满足下列原则：2222在辅助解便系统中，在满足扬程和流量需求的条件下，应选择功率较小的泵；在强迫循环系统中，水温50时宜选用热水泵；泵与传热工质应有很好的相容性；水泵选择时，还要注意管径及电源选择（220V 或 380V） 。水泵的流量、扬程应根据给水系统所需的流量、压力确定。由流量、扬程查水泵性能表（工作曲线）即可确定其型号。根据水泵在系统中的作用，可分为集热循环泵，水箱间循环泵、补水泵、给水泵（或增压泵） ，管道循环泵。因此水泵在系统中的作用主要有补水、循环、增压。水泵工作曲线一、集热循环水泵：1、水泵流量的确定单位集热面积流量（小时流量）集热面积；西藏、青海地区 7080l/;其它地区一般为 50l/。内蒙、新疆辐照较好地区可选 60l/。2、水泵扬程的确定HbH1+H2+H3H1-水箱最低点到集热器最高点的高差。 （若为负值，则为 0）H2-管道沿程损失，一般区域若不超过 6 台，可计为经过一台集热器循环一周的管道+集热器管线总长度的 3%。2323H3流出水头，一般为 23 米辅助解便系统流量确定之后针对具体的管路可以计算出该支路的沿程阻力损失和局部阻力损失，即管路压降。在联集管系统中，若串联台数是 6 台单层集热器（辐照量一般的地区，流量为 50l/） ，管道管径根据标准配置，则热水系统的管道流阻可选择 0.03 米水柱/米管。若串联台数变化，可根据下式进行测算：管网的沿程水头损失式中：-系统沿程损失合计，mfh、 -各计算管段单位长度沿程水头损失，1i2inii/kpa m、 -各计算管段的管道长度，1l2lnllm单位长度水头损失1.854.871.85105jgiCdq式中： -各计算管段单位长度沿程水头损失，i/kpa m-海澄-维廉系数C各种塑料管、内衬（涂）塑管=140，C铜管、不锈钢管=130，C衬水泥、树脂的铸铁管=130，C普通钢管、铸铁管=100，C-设计秒流量，gq3/ms-管道计算内径，jdm局部水头损失210.5mHVg式中：-局部水头损失，mHm-局部阻力系数，1 12 23 3fn nhili li li l2424-管道中流速，（辅助解便系统中一般选择为 1 米/秒）v/m s-重力加速度，g2/m s由于在辅助解便系统中，弯头、三通、球阀等配件数量甚多，对局部水头损失不逐个计算，而是根据系统沿程损失的 30%近似计算。30%mfHh水箱和集热器的位置一般有三种情况：集热器和水箱放在同一平面上， ；水箱比集热器高，水泵提供的扬程能克服管道流阻即可，不需要太大的扬程，以免集热器受压太大漏水，联集管集热器所承受的压力最大不得超过 10 米水柱，即水箱最高水位与集热器最低点高差和水泵的扬程之和不得大于 10 米；此时两者间的取值为负。（水箱最高水位低于集热器阵列末端上循1.05 (1.3)fHhH环出口高度）式中：-水泵的扬程，Hm-系统沿程损失合计，fhm-水箱最高水位与集热器阵列末端上循环出口落差，Hm集热器比水箱高，此时取值为正；二、水箱间循环水泵：水箱间循环泵的流量、扬程均不宜过大，防止溢水；若两水箱不在同一平面上，扬程可根据两水箱位置调整；水泵选择为耐热水泵。两个水箱在同一平面上时，一般不能使用比 PH-123E 的水泵。三、室内管道循环水泵：1、循环流量的确定（1）24h 循环流量：式中：qs-循环流量，L/h；rSstQq163. 12525QS-配水管道系统的热损失，W，可按设计小时的耗热量的 3%5%使用；-配水管道的热水温度差，；一般可使用 510；r-热水密度，Kg/L。（2）定时系统，按管网中的热水容量每小时循环 24 次计算。（3）循环水泵的流量，可使用设计小时流量的 25%估算。2、扬程：主要为管道沿程损失；每米管道可计算 3左右。或根据集热管道沿程损失的计算方式进行计算。四、供水增压泵辅助解便系统中用到的增压泵按控制方式分为：定时控制、水流开关式、压力开关式（气压给水）和变频控制等 4 种控制方式。定时控制的增压水泵适用于短时间定时集中供水；水箱与用水点的相对高度位置不受限制。使用满足增压需求的热水泵，使用时控开关或手动定时启动、关闭，以达到增压的需求。水流开关增压水泵水箱必须高于用水点，水流开关控制。一般水箱的水位要高于水流开关 1 米以上。压力开关控制增压水泵（气压给水）使用压力开关和压力罐，水泵最好为 220V，水泵扬程至少 10 米以上；压力罐的容积一般为小时用水量的 510。压力罐应为隔膜式压力罐。气压给水的水箱与用水点的相对高度位置不受限制；但在水泵启停时会由于压力的波动而出现忽冷忽热的现象，特别是压力罐选择容积偏小时，易出现忽冷忽热的现象。气压给水设备气压水罐的总容积和气压水罐水的调节容积，应按下列公式计算：V2Vx/(1-b)VxCqb/4nmax式中 V2-气压水管的总容积（m3） ；Vx-罐内水的调节容积；b-气压水罐最小工作压力与最大工作压力比（以绝对压力计） ，宜使用0.650.85；在有特殊需求时，也可在 0.50.90 范围内选用；2626-容积附加系数，补气式卧式水罐宜使用 1.25；补气式立式水罐宜使用1.10；隔膜式气压水罐宜使用 1.05；qb-水泵出水量（m3/h） ，当罐内为平均压力时，水泵出水量不应小于管网最大小时流量的 1.2 倍；nmax-水泵一小时内最多启动次数，宜使用 68 次；C-安全系数，宜使用 1.01.5。压力罐的容积一般可为小时供水量的 105，即若小时供水量 10 吨，压力罐的容积应为 5001000 升。（2）设计小时用水量A、全日制供应热水的可按下式计算：TmqKQrhhQh-最大小时热水用水量（L/h） ；qr-热水用水量定额（L/h） ；m-用水计算单位数（人或床） ；T-热水供应时间（h） ；Kh-小时变化系数，全日制供应热水时（L/h） ；3.63.6 横轴的设计与校核横轴的设计与校核1、求轴上的功率 P2、P3 转速 n1、n2 及转矩 T2、T3。P2P2 电机螺杆轴承（忽略连杆重量）W2399. 04 . 072002P3P3 电机螺杆轴承W1099. 04 . 0252min389. 026022rnmin166. 026033rnmNmNnPT565389. 02355. 955. 9222mNmNnPT575166. 01055. 955. 9333将轴设计为实心光轴。2727初步确定轴的直径mmnPAd38389. 0023. 097332202因计算比较保守，先选用直径为 25mm 的 40Cr 待后面校核。mmnPAd38166. 0010. 097333303同以上选择一样。轴的结构设计根据轴向和周向定位需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。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。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MpaMpaMpaWT181252 . 05650003322MpaMpaMpaWT184252 . 05750003333其中是抗扭截面系数，=W3W3316d由以上计算确定轴的材料为 40Cr，经调质处理。查机械设计手册得。因此。故，轴安全 Mpa2751 132caca3.73.7 螺杆的设计与校核螺杆的设计与校核螺杆的确定自锁性；由于在升降过程中需求能在任意一个角度停止，故对其自锁性能有很高的需求，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需求，故对其进行校核：其中,梯形螺纹92. 1)tan(2dpacr9 . 5costanfacr1 . 0f2828，螺距 p=2mm，d2 为螺纹中径，查找相关资料取 d2=19mm。由于，152故其自锁性很好。（2）螺杆的转矩；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。其中螺杆所受转矩：。mNdFT34. 110219)62tan(10002)tan(32由此得出螺纹最小转矩为 1.2Nm 时即可将 1000N 负载支起。而电机提供给螺杆的转矩为，故符合需求。mNmNT34. 157. 13656055. 9螺纹长度的确定由前面电机选择过程中求电机转速时算出的数据：整体升降螺杆行程为 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。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： 2312211634dTdFca式中为螺杆材料的许用应力（MPa） ，。 53s电机提供给螺杆的转矩：。mNT57. 13656055. 9,其中 F 为轴向压力：。NdtgTFv117622,d1 为螺纹小径。经计算得。查机械手册得，因此，故安全。Mpaca7 . 6Mpa6911ca2929抗弯曲强度校核：每圈螺纹承受的平均作用力 F/z 作用在中径的圆周上，则螺2d纹牙根部危险剖面的变曲强度为： 2 . 1189. 0321zbdFlb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） 。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，为此应根据螺杆的稳定性条件来验算螺杆的稳定性。坐起螺杆查教材，u 取 0.5（两端固定）螺杆的柔度：iuls得：41di )(4050需要校核s根据欧拉公式计算：NutEIFcr8 .180574555 . 0645 .171006. 2)(245222NF117636.161176/8 .18057FFSCrsc稳定性安全系数取（传力螺旋） ，
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