【《吊床式翻身病床的关键零部件的选型及校核计算案例》4500字】

吊床式翻身病床的关键零部件的选型及校核计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u830吊床式翻身病床的关键零部件的选型及校核计算案例 137551.1电动滚轴的选型 2180991.1.1计算床单的拉力 216321.1.2选择内置电动机类型 2276391.1.3计算电动机的功率 2311161.1.4电动滚轴的选择 2207871.2病床床单的选型 3222001.3电动推杆的选型 6142521.4连杆的选型 7152171.5轴承的选型 827371.6电动滚轴的计算校核 9250811.6.1扭转强度计算 9202171.6.2电动机计算校核 9106561.7床单（带）的计算校核 1015781.7.1带速的计算 10303971.7.2带拉力的计算 10285091.7.3压轴力的计算 10203871.7.4带的安装、张紧及维护 1053271.8电动推杆计算校核 1015401.8.1伸缩杆稳定性计算 11225691.8.2伸缩杆强度计算 11308781.9连杆的计算校核 12312381.9.1连杆强度校核 1259291.9.2连杆稳定性校核 12160281.10轴承的计算校核 13253111.10.1初步计算当量动载荷P 1383701.10.2计算轴承应有的基本额定载荷值C 13143571.10.3校核轴承寿命 13根据吊床式翻身病床的三维设计，对于关键零部件选型及校核，采用从主体到局部的方式：首先对病床表面的部件进行选型及校核，其中先对病床床单选型并进行强度校核，其次再确定滚轴和电机的具体型号，最后对电机的选型进行校核。完成了结构主体的零部件选型及校核后，再依次进行高度调节结构等局部零部件的选型及校核。其中零部件选型的顺序采取与主体结构选型一样的顺序。确定吊床式翻身病床的基本设计参数：根据一般常识确定床的基本尺寸为：长1.9m、宽1.0m、高0.62m。辅助翻身时床单移动速度0.2m/s。1.1电动滚轴的选型1.1.1计算床单的拉力通过查表：带单位长度的质量为A型带q=0.105kg/m。计算得床单总质量：m1=q×L=0.105kg/m×1600mm=0.168kg确定人标准体重m2=75kg。得负载总重量m3=75.168kg。由总负载质量m33=75.168kg，则压轴力Fp=751.68N。选择床单数量z=1；电动滚轴上包角=180°；由公式：Fp=2zF0计算得床单拉力：F0=375.84N。1.1.2选择内置电动机类型同步电动机的交流转换效率和利用率远高于传统交应电机。在相同的负载条件下，可以比普通的交流电动机节省32%的电能；在空载条件下节约的电能更有47%。综合已知的工作要求和条件，选用同步电动机。1.1.3计算电动机的功率计算电动机功率：P0=F0×V0=375.84N×0.2m/s=75.168W1.1.4电动滚轴的选择由于电动滚轴结构紧凑、占地面积小，因此更符合应用于病床上。不会出现电机等配套设备占据空间大，影响病人起居的问题。同时电动滚轴操作安全、性能可靠，不用经常维修，寿命较普通电机也更长，因此广泛应用于传动领域。选择标准型HLBL76电动滚轴，具体参数如下图：表3-1DC24VΦ76电动滚轴性能表综上：电动滚轴选择标准HLBL76型，确定功率P=90W，转矩T=16.1N•m，牵引力687N，直径76mm。1.2病床床单的选型病床床单由于具有传动的功能，普通棉布床单不能满足设计要求。因为辅助病人翻身和带传动类似，通过查阅资料可知：平带传动结构简单、传动效率高。常用的平带有帆布芯平带，编织平带、锦纶片复合平带等数种。其中以帆布带应用最为广泛且价格低廉。综上所述病床床单材料选择帆布。1.2.1确定工作情况系数K因为病人卧床时间普遍大于16小时，且病人翻身属于轻载启动，根据图3-2工作情况系数表，选取KA表3-2工作情况系数表1.2.2计算功率p带的计算功率由传动的实际功率P和带的工作条件共同确定。在带传动机构设计计算中，带的计算功率一般大于传动的实际功率。又因为电动滚轴的工作功率为额定功率，所以电动滚轴的额定功率就是带传动机构传动的功率，取P=90W。则有：pc=KA其中：pcKA——工作情况系数；P——电动滚轴额定功率，单位W；1.2.3确定V带型号图3-1普通V带选型图根据计算功率pc吊床式辅助翻身病床通过滚轴套套在电动滚轴上，所以d1=表3-3带轮直径选型表确定床单的宽，即径向的长度。床单距离大，辅助病人翻身时床单的循环次数减少，有利于提高床单的寿命。但是床单距离过大，则会加剧床单的抖动，降低辅助病人翻身的稳定性。由中心距计算公式，0.7（即：106.4mm≤a≤304mm。计算带的径向长度：L=2×300+再根据人实际宽度和翻身范围进行元整，确定床单径向长度为960mm。1.2.3计算带的根数由公式：根数z应满足方程：z≥其中：PCP0∆PkαkL由计算PC计算单根带的额定功率为：P确定功率增量∆P0，查表3-4得：表3-4∆P确定包角系数kα，查表3-5得：k表3-5包角系数表确定带长修正系数kL，查表3-6得：k表3-6带长修正系数表综上计算得：带数z≥所以带数（床单数）取2。1.3电动推杆的选型根据吊床式辅助翻身病床三维建模软件中的质量估算功能得出，电动滚轴质量7.5kg，滚轴安装支架质量1.412kg，滚轴前支撑架质量0.059kg，滚轴后支撑架质量0.059kg。加上病人负载75kg，得总质量m3=84.03kg，重量G3=840.3N。电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置。电动推杆压力的选择要综合参考载荷大小、速度、行程和安装距离等。对于本设计吊床式辅助翻身病床，还要考虑电动推杆的安装空间。在病人重量大差不差的条件下，从病床安装在床左右两侧的要求下，我们选择电动推杆。根据所设电动滚轴的升降速度0.2m/s、最大行程255mm，安装尺寸300mm，综合以上参数，我们选择FD5型电动推杆，具体参数如下：图3-2FD5型电动推杆参数图1.4连杆的选型连杆是连接驱动装置和执行装置的中间结构。它支撑着辅助翻身病床的高度调节机构。所以在设计连杆时，既需要考虑连杆本身的结构力学性能，还应考虑和电动推杆和高度调节机构有的联系。取电动滚轴上升时间为t1=5s，连杆极限旋转角度90°。则连杆旋转角速度、转速：ω1==0.314rad/s；n1=60ω2根据病人翻身使用要求，取电动滚轴最大上升高度为l1=300mm。则连杆速度：v1=ω1l1根据吊床式辅助翻身病床三维建模软件中的质量估算功能得出，连杆的质量为m1=0.274kg。因此连杆传递功率：Pd=m1gv1=79.16W设计成实心轴，根据：d=A03P（KW）n求得轴直径d=31.64mm。元整后取连杆直径d=40mm。综上，选用直径为40mm的实心轴，经调质处理。1.5轴承的选型滚动轴承依靠其主要元件间的滚动接触来支承转动或摆动零件，其相对运动表面间的摩擦是滚动摩擦。在吊床式辅助翻身病床的高度调节机构底部，由安装支架固定一对轴承座，轴承在挡圈的限位下，承载连杆的支撑力。如下图结构所示：图3-3轴承座、挡圈、轴承结构图因为吊床式辅助翻身病床要求灵活的高度调节以达到便捷式辅助翻身的目的，所以要求摩擦力矩要小。同时要便于维护，病床维护不能妨碍病人日常休息。最后要求轴承承载能力要大，能支撑病人翻身等起居活动，综合以上要求，选择滚动轴承。由因为吊床式辅助翻身病床主要承载径向载荷，综合结构简单、价格便宜等因素选择深沟球轴承。通过查《机械设计手册》，选择NSK轴承6008ZZ，其基本参数如下图：表3-7NSK轴承6008ZZ参数表1.6电动滚轴的计算校核1.6.1扭转强度计算只校核电动滚轴的危险截面，因该轴所受弯矩可忽略，下面只按扭转强度进行校核。根据电动滚轴的初步选型，计算轴的扭转强度条件为：τ电动滚轴计算应力：τT=31.09MPaτTWT——轴的抗扭截面系数，单位为mmn——轴的转速，单位r/min；P——轴传递的功率，单位KW；d——计算截面处轴的直径，单位为mm；[τ由电动滚轴材料45钢，调质处理。查《机械设计》表15—3得：许用扭转切应力为25MPa<[τ因此电动滚轴扭转强度符合条件，该轴安全。1.6.2电动机计算校核电动机计算一般校核两方面的内容，一是电动机转速ω，必须大于负载要求的最大速度；二是电动机的转矩Tm必须大于负载所需要满足的出力力矩。由病人翻身时床单移动速度V0=0.2m/s计算负载最大转速：ωmax=V0r=根据Φ76滚筒A200控制卡可制造的线速度表得：选用低速型V额=0.8m/s。计算得电动机最大转速ω=V根据转矩公式：M=计算负载最大转矩：M=500×76mm×0.09kW由资料卡电动机转矩Tm=25.7N·m。因为Tm>M，所以电动机转矩符合要求。综上所述，选用标准HLBL76型电动滚轴符合设计要求。1.7床单（带）的计算校核带的主要失效形式为打滑和疲劳损坏。打滑即带因过载而丧失传动能力，即丧失辅助病人翻身的功能。疲劳损坏则会损坏床单，危及病人生命。1.7.1带速的计算由图3-1DC24VΦ76电动滚轴性能表，计算电动滚轴转速：n=所以计算带的速度得：v=因为带速v大于设定辅助翻身时床单的移动速度，所以带速满足要求。1.7.2带拉力的计算由计算公式：F因为带拉力F01.7.3压轴力的计算F因为带压轴力FQ1.7.4带的安装、张紧及维护根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；且辅助病人翻身运转一定时间后，带会松弛，影响病人的翻身过程。因而张紧的目的是为了保证有足够的张紧力，进而保证带传动的能力，使吊床式结构不塌陷。由于电动滚轴左右放置，所以带的中心距是确定的，因而可以通过增加张紧轮使带张紧。1.8电动推杆计算校核1.8.1伸缩杆稳定性计算由伸缩杆稳定性计算公式：FE其中：FcrEII——伸缩杆横截面惯性矩，单位m4；a——材料组织缺陷系数，一般取a≈1/12；b——伸缩杆截面不均匀系数，一般取b≈1/13；E——材料弹性模数，钢材取2.01×105MPa；则：EI=E圆截面：I=πd4伸缩杆最大伸出量l=255mm则：Fcr=取安全系数nkF因为液压缸的压力为1KN，F缸<F1.8.2伸缩杆强度计算伸缩杆在稳定工作情况下：σ查机械设计手册表得：σsσ因为：σ<σp1.9连杆的计算校核1.9.1连杆强度校核因为电动滚轴下的两根连杆所受弯矩很小，可忽略，认为只受扭矩作用，故按扭转强度校核。连杆传递转矩：T计算得：T计算连杆的应力：τ由以上计算确定轴的材料为45钢，经调质处理。通过查《机械设计》手册得：[τ−1]=155MPa。因为τca2<[1.9.2连杆稳定性校核在连杆达到上极限位置时，需要保证在病人翻身过程中，连杆稳定不晃动。λ若连杆危险截面得横截面积：A=π4i=其中：μ——连杆的长度系数，查《材料力学》课本，表12—1；l——连杆的工作长度；i——连杆危险截面的惯性面积；计算临界载荷为：F连杆的工作载荷F=100KN，则：n=故连杆在上极限位置稳定。1.10轴承的计算校核根据吊床式辅助翻身病床的使用条件：使用