基于SolidWorks的护理床的设计与仿真

1、摘要随着我国老龄人口的快速增长，护理服务业以及医疗保健行业受到了严峻的挑战，医疗和康复保健系统承受着空前的压力，因此适用于老年人的多功能护理床的需求量正不断增加。针对这一现象，本文详细论述了针对不能自理的老年人及四肢失能人群而设计的多功能护理床的基础框架和功能模块。该款护理床可以帮助病人实现翻身、坐起、屈膝、抬背的问题，为患者和护理人员提供了诸多方便，进而提高了我国护理业的服务能力，有力推动了我国医疗保健事业的发展。本文首先基于人体结构学以及相关行业标准，对护理床的整体方案进行了设计，并根据调查结果制定了护理床的设计原理、功能要求和设计指标。；完成了护理床本体的总体方案设计。然后，采用从上至下

2、的顺序依次完成了对护理床结构的详细设计并给出了相应的整套设计图。主要包括总体框架、屈腿部件、抬背部件、翻身部件等功能模块。关键词：医疗设备，护理床，机构设计，SolidWorks绪论1.1研究背景近年来，随着国民经济的快速发展、人民生活水平的日益提高，人口寿命也在不断延长，加之年轻家庭思想的进步，据第七次全国人口普查数据显示，目前我国60岁及以上人口为26402万人，占18.70%（其中，65岁及以上人口为19064万人，占13.50%），与2010年相比，60岁及以上人口的比重上升5.44个百分点，全球范围内60岁及以上人口已达6亿的规模，而且在很长一段时间之内还有不断扩大的趋势。由于我国早

3、年提出的计划生育政策，近年来中国老年人口的增速快于世界上大多数国家，这让我国提前进入了人口老龄化国家的行列。据报道，中国不仅是世界上老龄化人口最多的国家，同时也是老龄化速度最快的国家之一。2000年的全国第五次人口普查资料显示，60岁及以上老年人口已达1.3亿，占全国总人口的10.3%(65岁以上老年人为8687万，占7%)，预计到2015年，老年人121将超2亿，占全国人口的14%,2025年，将增加到2.84亿，比例将进一步攀升为19.3%，这段时期可称为人口老龄化的高峰期。尤为重要的是，中国80岁以上的老年人口数量已经达到了1100万，而且以每年5.4%的惊人速度增长。这一趋势大大增加了

4、老年人患慢性病的风险。根据数据显示，约79.1%的老年人至少患有一种慢性病，而这类人群往往功能状态差、残疾风险高、死亡率高，因此将成为健康状况最差的群体。他们中的大部分自我照料能力差甚至无法完成自我照料，需要长期的照顾服务，对家庭、社区、政府依赖程度较大。据社区调查数据显示，年龄超过70岁的老人中，能自我照料的只占35.7%。世界上贫困程度高的国家往往是发达国家。这些国家有更好的医疗和社会保障体系，因此老龄化造成的社会问题并不特别明显；而我国是在社会主义发展的初级阶段、经济社会发展相对落后的情况下就迎来了老龄化社会，这给医疗和社会保障系统带来了空前的压力，所面临的社会问题也尤为突出。现阶段我国

5、高龄老年人主要由家庭照料，护理强度大，费用高昂，情况亟待改善。目前全国共有家庭34亿，其中约1/10的家庭有需要看护的人员，各类和长期卧床的老年人和病人大量存在，使得这类人群的护理已成为一个重大的社会问题日益凸显。随着老龄化社会的到来，空巢家庭逐渐成为一种普遍的社会现象。所谓空巢家庭，是指没有子女或有子女但不在身边的纯老年家庭。它的出现，是人们社会价值观、就业方式、城市化等多种现代化因素综合作用的结果。有资料称，目前我国有老人家庭的空巢”率已达26.4%，比1987年整整高出了10个百分点，并且这一比例还在逐年加大。这不难看出，在未来十年当中“空巢家庭将成为主要的家庭存在形式，其比例甚至可能达

6、到90%以上。目前我国的社会保障体系还不是很完善，社区等正式组织给予本常家庭老人的照顾还不够，子女本应是老人日常的主要照顾者，然而目前的“空巢现象却造成了越来越多的老年人“照顾缺位”，而且这种现象在农村的同类家庭中体现的更加明显。老龄化社会的早日到来和空巢家庭数量的增加，与中国相对落后的医疗和社会保障体系形成了一对尖锐的矛盾。因此，用什么样的社会保健方式来解决因虚弱和疾病而卧床不起的老年人的家庭护理问题，提高他们的生活质量，已成为我国亟待解决的社会问题。近年来，我国的普通床位越来越不能适应当前患者和医疗机构的需求。您是否曾经也有过如此感受，家中有了老人或者不能自理人士，为他们的饮食感到烦恼，为

7、他们的排便感到苦恼，为他们日久不能活动而落下后遗症感到心酸，这一切就在有了多功能护理床之后烟消云散了，从此你我不再彷徨与不安，世界又多了一张张微笑的脸庞。为此我国加大了对医疗护理器械的研发扶持力度，为方便偏瘫病人和长期卧床的病人使用的及护理、吃饭、等功能于一体的多功能护理床就此应运而生，为广大生活不能自理患者带来了又一福音。现在，普通家庭对平价护理床位的需求正在增加。从一开始的简单的护理床，到后来发展成为带有餐桌和护栏的功能型床；再后来又增加了排便孔和滑行轮；直至今日，集多功能于一体的电动翻身护理床已经遍地开花。在国外，高科技医疗护理设备越来越多，对新艺和新材料的要求也越来越高。医疗器械的发展

8、趋势可以从材料和产品形态两个方面进行分析。从材料方面看，目前手术器械产品材质丰富，除广泛采用含钼不锈钢外，还采用铜、铝、特殊台金和塑料等材料；从产品形式来看，手木器械采用了现代新技术后正突破传统结构，向高效能、设备性发展，但国外这种复杂的多功能的护理器械造价高昂，功能操作相对复杂，在我国现在的经济水平下很难得到大众化的推广应用；在国内，相关的医疗护理器械发展不太成熟，特别是护理病床的发展远远不能满足实际的需要，功能比较单一、自动化程度不高等原因是现有一些多功能护理病床得不到大众化推广的原因之一。同时，可以从两个方面分析护理床的发展方向：动力的形式和功能。（如表1.1，图1.1所示）。表1.1多

9、功能护理床的功能分类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2）手动为主，操作麻烦3）造型传统，舒适性差4）应用范围局限功能普通型护理床1）一般为电动，用户可简单2）能完成基本的护理功能3）增添了辅助功能接口1）市场价格偏高地操作控制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图1.1多功能护理床的分类多功能护理床可实现的体位姿态调整及其动力类型（如图1.2、1.3、1.4所示）图1.2多功能护理床可实现的体位姿态图1.3手动多功能护理床图1.4电动多功能护理床随着护理行业的发展以及人民的需求，也必将导致多功

10、能护理床向着功能全面发展，手动将自然而然的被自动所代替。目前国内市场上生产多功能护理床的商家有南京孝德智能科技有限公司，衡水牧美医疗器械有限公司，江苏欣盛医疗器械有限公司等。然而各个公司所研究开发的型号不同的护理床的价格也各不相同，手动的相对来说比较便宜，大约一千元左右，电动的稍贵一些，则需要两三千左右。1.2本文的研究意义为了解决我国人口老龄化带来的普遍护理压力，和康复护理对保健的日益需求，为此设计了这款多功能护理床，力求稳定可靠，实用高效。多功能护理床专为瘫痪卧床不起的患者，有四肢残疾的人以及无法照料自己的人的特殊需求而设计。可实现患者背部抬起、弯曲双腿、坐起来、翻身等功能，让护理人员帮助

11、患者轻松自由地改变躺卧姿势，解决患者长期存在的运动、换衣服、换床上用品等问题，解决排便、进食等方面的问题。同时满足了使用者自身心里上和生理上的需求，大大提高康复能力，极大的减轻了护理人员的负担。可折叠式的设计，使用者可实现平躺、半躺、翻身、坐起四种姿势，同时可单独进行腿部角度调节，可以让患者进行阅读以及就餐。其结构人性化的设计，使大部分的护理难题得以迎刃而解，为我国的康复和医疗保健事业的繁荣提供了新的希望。为了更好的支持国家持续发展和谐社会，为了给广大患者提供更好的医疗康复环境为本文的研究初衷。1.3本文研究内容结合使用者的实际情况和实际需求，这款多功能护理床主要实现以下三大功能：1.帮助患者

12、左右翻身的功能，实现患者左右翻身，帮助护理人员轻松更换患者衣物以及床单等。2.帮助患者背部抬起的功能，实现患者平躺，半躺或者坐起，方便患者调整舒服的姿态，进行就餐或者阅读。3.帮助患者腿部角度调节的功能，实现患者在半躺或者坐起时腿部角度能够自由调节。为实现上述功能，设计护理床的主要任务：1.多功能护理床运动单元的设计。2.多功能护理床基本结构的设计。3.多功能护理床零部件的设计。4.多功能护理床的三维建模。2.护理床的整体方案2.1设计原则1.安全性原则由于护理床的适用人群大多是老年人或不能自理的患者，患者的身体与护理床同时直接接触和操作，且这类人比健康人更容易受到伤害，因此护理床对安全性的要

13、求更高。安全是其结构和控制系统设计的首要原则，例如，就床结构而言，其强度和刚度应具有足够的余量，并应考虑各种极限情况。2.人性化、舒适性原则该项原则为为可用性设计的延伸，护理床应该根据人体结构学原理、人体生理学原理，更多的从人体自身的身体结构、生理结构，、使用习惯等方面考虑，例如各部分应该符合国内人群平均身体尺寸。3.标准化原则护理床设计中使用的部件、控制系统的设计，以及零件之间的相对位置关系和尺寸匹配，应参照相关行业标准，按标准设计，在提高零部件的互换性、降低制造成本、满足大多数中低收入群体的同时，在很大程度上满足使用要求。4.轻量化原则从低消耗和低成本角度考虑，在护理床设计中应该在保证使用

14、功能和安全可靠的前提下符合轻量化要求，这样不仅能大幅度节约材料，还能减小运动惯性从而增加部分部件的使用寿命，同时可降低运输成本。2.2功能要求及设计指标2.2.1功能要求根据对市场现有的多功能护理床调研的结果，类比各种护理床的功用，再加上一定的创新确定了本文设计的护理床的功能体位调整功能。护理床的功能结构必须满足患者日常卧床时的多种必要的姿态，实现各种姿势的轻松转换，对于提高用户的自理能力、减少长期卧床休息引起的各种并发症、改善患者的护理状况，改善他们的健康状况具有一定的积极意义，并且可以大大降低护理人员的劳动强度。该护理床具体的体位调整包括：平躺、半躺、坐起、左右翻身、屈腿。2.2.2设计指

15、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、外形尺寸多功能护理床主要用于疗养院、康复中心、病房或家庭中，因此在使用者实现各种体位姿态转换时，其活动所占的空间范围必须与使用场所的相关尺寸相适应，同时选取适当的尺寸，可以使被护理人员感到舒适。按照中华人民共和国行业标准病床标准，多功能护理床的外形尺寸最终取为长宽高2000mm*1000mm*500mm2、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

16、载荷必须至少承受1700N的载荷，这1700N包括1350N患者重量、200N床垫和150N附件。本标准提供了人体在床的每个板上的重量分布（如图2.1所示），护理床的每个模块的设计都可以遵循该值。在图中，1代表背板，2代表臀板，3代表大腿板，4代表小腿板。图2.1床面各板块人体重量分布3、体位调整类指标体位姿态的调整指标包括：左/右翻身角度、抬背角度、大/小腿板翻转角度。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080（或更大）可调。2）大腿板与水平面间夹角（图2.2中B）应能从012（或更大）可调。3）

17、小腿板与水平面间夹角（图2.2中C）应能从020（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180（平面）。图2.2床面各板的推荐调节范围在以上资料的基础上，参考调研的结果，并结合文献中类似研究的有关参数，确定了体位姿态调整类的具体指标（见表2.1)。表2.1体位调整类指标指标项具体数值左翻身角度045右翻身角度045抬背角度080大腿板翻转角度050注：上述每个动作都可以随时在设定范围内的任何角度停止。2.3护理床本体总体方案2.3.1总体布局从整体结构上看，多功能护理床可分为四个功能模块：整体框架、腿部提升部分、背部提升部分和转弯部分。在整体布局上，有以下要求：1、综合

18、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。根据上述的设计要求以及设计原则，确定护理床采用床面大、支撑架略小的结构，有利于节省空间。移动方式是在前方布置两个万向轮，以减小转弯半径。每个功能模块机构最初选择连杆结构，以利于每个床板的运动规律，其驱动元件均匀地布置在支撑架的下层，以确保机构的传动角度和框架的强度要求；各零部件近似对称布置于床面之下，使机器人重心始终处于机构中间位置，以増强整体稳定性和使用者的心理安全感。2.3.2床面设

19、计多功能护理床面设计的特点在于安全可靠的实现多种运动，并且每个可独立运动的床板必须能够在相互垂直的方向上旋转，这就对床板之间的连接有了更高的要求。结合需要实现的功能，本文提出采用分体式双层床地面结构（如图2.3所示）。图2.3床面结构示意图其中，床板18为下层床板，1114为上层床板：1、2、11为背部板，3、4、12为臀部板，5、6、13为大腿板，7、8、14为小腿板。床板通过铰链相互连接，整个床表面通过下臀板固定在支撑架上。护理床所需的每个动作都可以通过传动部件驱动相应的床板组联动来实现。（参见表2.2)。表2.2各床板X向尺寸尺寸项具体数值背板740臀部板260大腿板400小腿板600各

20、床板的尺寸基于B1000088常用人体测量数据确定。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多功能护理床实现功能所需要的各部分床板联动功能项相关参数备注平躺各床板均水平左右翻身半边床板与水平面夹角为0451、3、5、7床板组合或2、4、6、8床板组合联动，绕X轴翻转抬背背板与水平面夹角为0801、2、11床板组合联动，绕Y1轴翻转屈/伸腿大腿板与水平面夹角035，小腿板与水平面夹角-2005、6、13床板组合联动。绕Y2轴翻转；7、8、14床板组合联动。绕Y3轴翻转注：上述表述中“水平”是以护理床处在水平地面上为参考状态。2.4护理床各功能模块构型设计

21、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）(a) (b) （c）图2.4抬背机构的3种备选构型构型a：该抬背机构为螺旋一连杆组合机构，该机构自由度为1，包含1个原动件，具有确定的运动，可用电动推杆作为驱动部件，结构简单，制造容易，而且初始状态的传动角大于40。力有很高的有效利用程度，如果没有其他的限制条件，应该选择该构型。然而，在多功能护理床的结构中，支撑架的Z方向尺寸很小，背板的转角为80，这就产生了一个矛盾：要求电动推杆的行程要大，初始状态的大小要小。很明显，上述要求无不能达到设计要求的预期效果，所以不选用配置。构型b：该机构为螺旋一连杆组

22、合机构，包括1种原动件运动，结构简单，背部抬起角度大，滚轮与背板之间具有高副联接耦合。它的主要特点在于在凸轮升程和摆杆转角间采用了螺旋线形式来实现；同时还能通过调整蜗轮蜗杆传动副的啮合间隙来达到改变传动比的目的。螺旋传动结构具有结构简单、加工方便、成本低廉、传动准确等优点，但具有轴向推力大、效率高、摩擦大的缺点。构型c：该构型为螺旋一连杆组合机构，实际上可以等效为一五杆机构，等效后的机构具有4个可活动的构件，3个转动副，2个移动副，因此其自由度F=43.52=2，该机构需要2个原动件才能有确定运动。采用电动推杆作为连杆和动力源之一，可以获得很大的翻转角度，但是该机构成本较高。综上，构型B为三种

23、之中的最优构型，故抬背机构最终采用该构型。2.4.2翻身机构构型设计多功能护理床要实现左右翻身，各需要一套传动机构，考虑到二者运动相同，故采用同一种构型，翻身动作中联动床板较多，因此构型设计也较复杂。图2.5中列出了几种原理和功能上符合的构型，下文将对各构型进行详细分析。(a) (b) （c）图2.5翻身机构的3种备选构型构型a：文献提出了一种变机架的四杆机构。所谓变机架，就是在DI和D2处的磁铁，通过该电磁铁的交替吸合来实现机构形态的变换。该机构构型新颖，用同一套机构实现了左右翻身两个相似运动，但是其主要适用于横向3折床面。另外，采用电磁铁吸合方式来固定床面的一端，其可靠程度仍需要特别考虑。

24、鉴于以上原因，该构型不是翻身机构的最佳方案。构型b：构型b是一种由“正切机构”和“双滑块机构”串联而成的单自由度六杆机构。该机构在初始状态下的传动角为90，力的有效利用率非常高，恰好此时也是机构受力最大的时候。机构可拆分为由构件4、5组成的RPRII级杆组、构件2、3构成的RRPI1级杆组、原动件1和机架O，因此一个I1级机构。在部件的详细设计中，部件1和部件2可绕机架0旋转90，使整个机构成为空间机构，从而满足整体布局要求；而在具体设计中，部件4需要演变滚轮滚筒，以防止滚动机构与抬腿机构之间的运动干扰，通过高副接触驱动部件5的运动(由于人体的重力直接作用于部件5，尽管运动，运动效果保持不变)

25、。主动件1的驱动方式可以采用螺旋传动，此时该机构就又演化成为螺旋一连杆组合机构。构型c：本文提出了螺旋线与连杆的组合机构.本文在此基础上给出了这种机构运动分析和综合方法，并对其进行了运动学仿真研究，结果表明：该机构具有良好的性能和应用前景。同时还指出了一些有待进一步探讨的问题。1。这种机构实际上是一种对称的结构，在这种结构中，单边相当于一种进化出的四连杆机构，C点和D点可以从滑台中分离出来，这样就可以分别进行左转弯和右转弯。该机构也是一种新颖构型，结构简单，制造和装配方便，但只能横向布置，需要空间较大，容易产生干涉，因此这种构型也不是最优构型。2.4.3抬背、腿机构的设计抬腿机构的结构与背部抬

26、起机构的结构相对相同，抬背和抬腿机构的一般示意图如图2.6，图2.7所示。床板平置时，人躺在护理床上和普通床一样，当需要坐起时由图中左边的电动机驱动螺杆9转动，使得螺套7向右运动，再由连杆6带动转臂5旋转，最后由转臂驱动床板1绕J点旋转，从而使人坐起。需要曲膝时，同样右边的电动工作，通过螺旋传动使得转臂12旋转，将床板3顶起，达到曲膝的目的。坐起和曲膝动作如图“坐起状态”。图2.6抬背机构简图图2.7抬腿机构简图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、 提出了护理床设计应遵循的几个原则、应实现的功能以及技术指标。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

27、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。3机构设计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。1. 床的基本尺寸为长宽高2000mm1000mm600mm2. 左右翻身角度为0503. 抬背角度为0804. 大腿翻转角度为0503.2电动机的选择3.2.1坐起电动机（1）功率取t=40s，极限角度=80，转臂角速度：转臂速度v2=2t2=0.03930.62=0.0244m/s负载T2=1000N，则转臂传递的功率：P2=T2v2=24.2m/s（忽略转臂自

28、重）电动机的许用功率：P许2=P2123244=24.40.40.980.9920.992=65W （忽略轴的转动惯量及连杆自重）电动机的许用功率：P2=P许21.2=78W从上面的计算结果可以看出，所选的单相电容式减速电动机的额定功率为90w。（2）转速由图3.1可知坐起螺杆导程1最短约为300m。那么由上身坐起的时间t=40s，螺杆螺纹间距d=5mm，可以得出电动机的最低转速：n=30054060=90r/min3.2.2曲腿电动机的选择功率t=30s,极限角度=50，转臂角速度：3=51830=0.035rad/s转臂速度v3=3t3=0.0350.37=0.013m/s负载T3=100

29、0N，则转臂所传递的功率：P许2=P3123242=130.40,.980.9920.992=35W（忽略轴的转动惯量及连杆质量）电动机实际功率：P3=P许31.2=42W由以上结果知，选用的单相电容式减速电动机的额定功率为60w。转速由图3.2可知屈膝螺杆导程1最短约为213mm，那么由屈膝的抬腿时间t=30s,螺杆导程间距d=5mm,可以得出电动机的最低转速约：n=21354060=64r/min图3.1左右翻身机构简图3.3零件设计3.3.1纵轴的设计与校核1、 求轴上的功率P1，转速n1和扭矩T1。P1=P1电机螺杆轴承2=600.40.992=24Wn1=6012=0.375r/mi

30、nT1=9.55P1n1=9.55240.375=612Nm经整体规划将轴设计为空心光轴。2、 初步确定轴的直径d1A0P1n(14)=1000.240.375(10.54)=40mm选用内径为27mm，外径为45mm的45钢经调质处理。3、轴的结构设计根据轴向和周向的定位要求，轴与转臂套筒用螺栓连接，具体位置由床身整体结构确定。4、初步选定滚动轴承由于轴承承受的载荷可以忽略不计，认为其仅承受径向力，因此选择深沟球轴承。5、轴的强度校核只校核轴的危险截面，因该轴所受弯矩可忽略，下面只按扭转强度校核。轴的计算应力：ca1=T1WT1Mpa=71Mpa其中：WT1=d1316(14)=42332(

31、10.764)由前面轴的材料为45钢，调质处理。查得1=155Mpa，因此ca1，故安全。3.3.2攒轴的设计与校核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2=1200.40.992=47W（忽略连杆重量）P3=P3电机/螺杆/轴承2=600.40.992=24Wn2=6032=0.375r/minn3=6032=0.334r/minT2=9.55P2n2=9.55470.375Nm=1197NmT3=9.55P3n3=9.55240.334Nm=686Nm将轴设计为空心光轴。初步确定轴的直径d2A03P2n2(14)=10030.0470.37

32、5(10.54)=50mm因计算比较保守，先选用外径规格为42mm，内径规格为32mm的45钢管，待后面校核。d2A03P3n3(14)=10030.0240.334(10.54)=42mm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，将轴和吊臂套筒用螺栓固定，并考虑传动角度范围，将轴上连杆的固定孔偏离旋转套筒固定孔40。2、初步选定滚动轴承由于轴承的轴向力可以忽略不计，认为其只受径向力作用，所以选用角接触球轴承。3、轴的强度校核由于轴所受的弯矩可以忽略不计，认为其只受扭转作用力，所以只考虑扭转强度的校核。轴的计算应力2=T2W3Mpa=1197000.2423(10.764)Mpa

33、=121Mpa3=T3W3Mpa=686000.2423(10.764)Mpa=69Mpa由以上计算确定轴的材料为45钢，经调质处理。查得1=155Mpa。因此ca3ca228Nm，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：翻身螺杆导程为3000mm，螺纹选350mm，据床的整体机构确定螺杆总长度500mm,材料选用45钢。坐起螺杆导程为300mm，螺纹选350mm，据床的整体机构确定螺杆总长度450mm,材料选用45钢。屈膝螺杆导程为213mm，螺纹选250mm，据床的整体机构确定螺杆总长度450mm,材料选用45钢。3、螺杆强度校核：ca=(FA)2+3

34、(TWr)2其中F为轴向压力；F=Ttg(+v)d22=2160NA为螺纹段的危险截面面积：A=4d12(d1为螺纹小径)Wr为螺杆螺纹抗扭截面系数：Wr=16d13T为螺杆所受扭矩；T=38Nm经计算得ca=29Mpa。查表得1=55Mpa，因此ca1，故安全。4、螺杆稳定性校核因坐起螺杆和曲腿螺杆柔度s40故不必进行稳定性校核，只校核翻身机构中的螺杆。s=uti=56Fcr=2EIut2=22.06105184640.55002=16250NF=Ttg+vd2/2=1195NSsc=FcrF=16250/1195=13.6Ss=3.55.0故认为螺杆稳定。图3.3坐起螺杆导程示意图3.3.

35、4坐起机构中零件的设计与校核1、连杆的设计A初步确定连杆材料连杆一：330mm，连杆二:150mm，直径：28mm，45钢调质处理。B连杆强度校核同上，只校核连杆二:M=Fcos1sin2l2=2160cos70sin80150=108486Nmm连杆所受的轴向力可忽略。ca=MW=1084860.1283=49Mpa，因ca1故安全。2、转臂的设计（1）.转臂选材据横轴一的位置及床整体结构，确定转臂长度为570mm，材料为结构用冷弯矩形空心型钢，标准GB/T67281986。A/mm=50，B/mm=25，壁t/mm=1.2.（2）.转臂强度校核杆所受最大弯矩：Mmax=Tlcos60=30

36、0000N/mmcaMmaxWz=28.8Mpa材料的许用应力=75Mpa，因为ca1，故安全3.3.5屈腿机构中雾件设计与校核1、连杆的设计（1）连杆的设计连杆一：300mm，连杆二：150mm，直径25mm，45钢经调质处理。（2）连杆强度校核由于本机构中的连杆材料和尺寸与翻身机构相同，但所受力小于翻身机构，因此不需要进行强度校核2、转臂设计（1）转臂选材根据横轴二内位置及床的整体结构，确定转臂长为370mm，材料与前面一样。（2）转臂强度校核由于屈腿机构中转臂的弯矩比坐起机构小得多，因此不需要进行强度校核。3.4本章小结本章按照上述总体设计方案，运用科学的方法和资料，对护理床进行了详细的

37、设计。1、完成了基本参数的设计。2、完成了各部件的设计。3、完成了雾件的设计。4三维仿真设计4.1设计仿真应用软件概况上文已经介绍了关于该款护理床的造型设计以及各部分尺寸数据。在学习专业课所涉及的软件SolidWorks是本文进行3D仿真设计应用的软件。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，其功能强大、易学易用以及技术创新的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的3D CAD解决方案。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。自1995年推出第一套SolidWorks 3D机械设计软件以

38、来，它在世界各地都设有办事处，并通过300家经销商在全球范围内140个国家当中进行销售和分销产品。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。1995年至1999年，该系统在全球微机平台CAD系统排名中获得第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资