多功能监护床的抬腿机构设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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附件3： 华 南 理 工 大 学 广 州 汽 车 学 院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给 09机械3班 班学生 冯锡建 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 多功能监护床的抬腿机构设计 2.应完成的项目： (1) 检索与阅读参考文献，收集多功能监护床的相关资料； (2) 完成所规定的英文翻译任务； (3) 多功能监护床的抬腿机构总体设计； (4) 多功能监护床的抬腿机构运动学仿真； (5) 多功能监护床的抬腿机构零部件绘制； (6) 编写毕业论文。（7）要求是运用减速箱，推杆，使电机的旋转运动变成推杆的反复直线上下运动。只设计腿部，不用设计床。3.参考资料以及说明： 1 John J. Craig 著.机器人学导论（第三版）贠超等译.北京：机械工业出版社, 2006.6 2 机器人控制工程 徐斌昌3 李琳，李杞仪.机械原理.北京：中国轻工业出版社，2009.14 王为，汪建晓.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，2006.85 何庭蕙，黄小清，陆丽芳.工程力学.广州：华南理工大学出版社，2006.66 陈锦昌. 计算机工程制图.广州：华南理工大学出版社，2004.34.本毕业设计（论文）任务书于 年 月 日发出，应于 年 月 日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 年 月 日 指导教师（导师组负责人） 邹焱飚 签发 2013 年 1 月 20 日多功能监护床抬腿机构设计目录摘要1Abstract1第一章 绪论31.1概述31.2监护床发展现状及趋势51.3 监护床抬腿机构的方案分析8第二章 机械结构的设计122.1减速比分配及电机和减速器的选型122.2 同步带传动设计132.3传动轴设计14第三章 直线导轨滑块的设计163.1导轨的设计和作用要求163.2导轨结构设计22第四章 结构设计的三维建模234.1零部件的建模234.2装配体的建模24结论25致谢26参考文献：27摘 要本文介绍新型一种多功能监护床的抬腿机构，技术结构上在于使用了曲柄滑块机构。由电机带动曲柄转动，这样滑块便可以上下反复运动。此种多功能监护床的抬腿机构，其特征在于：装有导轨和滑块，导轨上装一可在导轨上滑动的移动腿部，这样整体支腿可以随着导轨上下反复运动，实现运动平稳可靠，满足需求。关键词：监护床；导轨滑块；曲柄滑块机构。AbstractThis paper introduces the leg mechanism of a new multifunctional nursing bed, the technological structure is using slider-crank mechanism. The motor drives the crank to rotate, so that the slider can be up and down movement.The multifunctional nursing bed leg mechanism, which is characterized in that: a guide and a slider, move the leg guide is provided with a sliding on the guide rail, so that the whole leg with the lower guide rail movement, to achieve stable and reliable motion, to meet the needs of.Key word: Monitoring bed; guide; crank slider mechanism第1章 绪 论1.1 概述 医用病床也可称为医用床、医疗床、护理床等，是病人在医院住院时使用的病床，主要使用场合有各大医院、乡镇卫生院、社区卫生服务中心等。医用病床的分类有很多种，具体有以下分类方式：按材质分，可分为ABS医用病床、全不锈钢医用病床、半不锈钢医用病床、全钢制喷塑医用病床等。 按功能分，可分为电动医用病床和手动医用病床，其中电动医用病床又可分为五功能电动医用病床和三功能电动医用病床等，手动医用病床又可分为双摇医用病床、单摇医用病床、平板医用病床。 按可否移动分，可分为带轮医用病床和指直角医用病床，其中电动医用病床一般都是可移动带轮的。 另外，还有其他一些特殊功能的病床，比如：超低三功能电动床、家居护理床、带便盆医用床、烫伤翻身床、抢救床、母子床、婴儿床、儿童床、ICU监护床、诊查床等。 长沙华健医疗设备有限公司生产的监护床采用的都是上好的材质，用一流的工艺加工制作而成。1.2 监护床发展的现状及趋势监护床作为一种现代医院新型的医疗辅助设备正被越来越多人关注，监护床其自身的操作简单、全电动智能化操作方式体现了现今医院医疗技术的更新换代和高新技术的前沿化，监护床可以实现智能化精确转换体位，可以实现不同体位伤患者的体位转换，而且操作简单，可远程遥控，实现了完全自动化和智能化的医疗技术改进，成为现代医院病床的代表性产品。1、监护床的取代早期手摇脚踏手术床，让操作变得简单易行监护床的操作功能一般包括床面升降、前后左右倾等。早期的医疗床操为简单的人工驱动式，纯粹依靠医务人员手摇进行，操作繁琐，缺乏方便性与灵活性。目前有的地方使用的是脚踏液压驱动方式。随着电子技术的发展目前电动机驱动油泵操纵体位变化的医疗床，及电动机全机械传动的病床，也在逐渐被无电磁干扰的直流电动机驱动油泵操纵体位变化、计算机辅助无操纵线妨碍的远红外遥控所取代。总而言之，监护床的操作越来越趋向于自动化和智能化，以减轻操作者的工作量和操作复杂度，方便远程遥控，并满足手术及其他各方面需求。监护床严格符合国家要求标准。2、监护床实现了多功能和专业化的技术突破，伤患舒适，医生方便多功能化是手术床发展的一个重要方向。该监护床采用医疗床标配胸桥和分离式腿板，具有平移功能，能够进行全身拍片和导管手术。各板块都能进行大角度运动，达到各种医学上所需的体位，且有大量可选配件，可满足各种专科 临床手术体位的需要。其一般内置大容量电池，充满电后可满足l周手术所需电量。这种综合监护床可供医院手术室施行头、颈、胸腹腔、会阴、四肢等外科及妇产科、五官科和骨科等手术。电动平移床运用先进的科技技术制造出适合各种伤患者的多功能智能化，电动平移床，真正体现出了展示医院形象以及全心全意为伤患的服务理念，不仅节省大量多余的劳动力，而且能有效针对伤患者的不同发病部位或受伤部位进行多角度观察和实施手术，进一步提高手术精准度及缩短有效治疗时间，可以说成为了现今医院发展的首要发展要素。1.3 监护床抬腿机构的方案分析1.3.1机械结构分析 本课题是设计一种多功能监护床的抬腿机构设计，要求抬腿自动抬腿上下反复运动。 现提供以下设计方案：直线导轨+滑块曲柄连杆机构同步带传动电机+减速器 图1 多功能监护床抬腿机构此种方案为基本旋转运动转换为直线运动的一种典型方式。由电机+减速器带动同步带传动机构，同步带连同大转盘转动，转盘上连接一连杆，连杆的一端连接在直线导轨+滑块上，这样随着电机转动带动转盘转动，连杆相应就在直线滑轨上可以上下反复运动。转盘连同连杆即为曲柄连杆机构的一种形式，即为曲柄滑块机构。 1.3.2 机械结构总体方案和布局 确定好设计方案后我们对整体方案进行大体设计布局，整个传动装置由电动机带动，电动机连同减速器，本次设计的电动机我们采用普通电动机，普通电动机连同减速器，需要分配传动减速比，需要加减速器进行减速，经过减速器出来后再与同步带连接，再进行一次减速。我们再加上同步带传动，使得传动更加平稳快速，经过传动轴后，转盘和传动轴连接，连杆连接在转盘上。连杆的另一端固定在导轨滑块上，这样整体布局就设计出来。传动轴曲柄滑块机构同步带传动直线导轨+滑块 图3 多功能监护床抬腿机构大体布局图第2章 机械结构的设计2.1减速比分配及电机和减速器选型整个装置我们假设承受总重量为100Kg（由于考虑到人的重量），整个腿部机构升降速度大致为12r/min。即：根据本次设计由于为了监护床的方便使用，不需要考虑外接电源，所以要需要蓄电池带动电机，这里我们选择直流无刷电机，直流无刷电机的型号是92BL-A类型的。具体的电机设计计算如下2.1.1直流电机设计计算 1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，2.电机转速 3.负载转矩式中：4.负载惯量上下垂直运动丝杆螺母惯量式中总惯量5.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此无刷直流电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.4KW，额定转矩为1.3N.m，最大转矩为2.6N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸92x92x86，电机输出轴径为14mm。2.1.2减速器选择电机转速3000r/min，抬腿运动速度2m/min，由公式总传动比已知需要减速比为1:60左右的减速器，在这里我们选用连同电机的减速器，此种减速器为一端输出的，一头为减速器输入与电机输出连接，另一头为减速器输出端与同步带轮连接。2.2同步带传动设计1.设定功率 2.计算小同步带轮转速 3.选定同步带带型和节距 由同步带选型图可以看出，由于在本次设计中功率转速都不大，所以带轮的型号可以任意选取，我们选择H型带，此带为轻型，节距Pb=12.7mm 5.选取主动轮齿数，即小齿轮齿数Z1 查表知道小同步带轮最小齿数为14，本次我们选取小同步带轮齿数为15. 6.小同步带轮节圆直径确定 7.大同步带轮数据确定 本次设计我们选用的同步带的传动比大致为2.1，由于小同步带轮齿数为15，则我们选用传动比为2.1则大同步带轮齿数为32，实际传动比为大同步带轮节圆直径=129.36mm8.同步带速确定 9.确定轴间间距根据公式10.同步带带长及其齿数确定11.带轮啮合齿数计算在本次传动设计中，啮合齿数为带轮齿数的一半，即小同步带齿数的一半，为712.基本额定功率P0计算 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量可以知道Ta=2100.85N，m=0.448kg/m所以同步带的基准额定功率为13.计算作用在轴上力Fr根据我们这里选用的梯形同步带，型号为H，节距12.7mm，齿形角为40度，齿根厚为6.12mm，齿高4.3mm，齿根圆角半径为1.02mm，齿顶圆角半径1.02mm。2.3传动轴的设计传动轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T 最小直径计算（查机械设计基础教材表153 取 c=110）考虑键槽 与齿轮啮合的传动轴轴径我们取20mm。 根据与大同步带轮相配合，本次设计中，取=30mm； 由于本次传动轴设计较为简单，轴的大致形式如下：中间轴段轴径为30mm，两端轴径为20mm。传动轴的校核作用在传动轴上的圆周力： 径向力：求垂直面的支反力计算垂直弯矩：求水平面的支承力： 计算、绘制水平面弯矩图：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径： n-n截面: m-m截面: 由于，所以该轴是安全的。弯矩及轴的受力分析图如下 传动轴的弯矩简图第3章 直线导轨滑块的设计3.1导轨的作用和设计要求当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支承和导向的作用，即支承运动件和保证运动件在外力（载荷及运动件本身的重量）的作用下，沿给定的方向进行直线运动。对导轨的要求如下： 1.一定的导向精度。导向精度是指运动件沿导轨移动的直线性，以及它与有关基面间的相互位置的准确性。 2.运动轻便平稳。工作时，应轻便省力，速度均匀，低速时应无爬行现象。 3.良好的耐磨性。导轨的耐磨性是指导轨长期使用后，能保持一定的使用精度。导轨在使用过程中要磨损，但应使磨损量小，且磨损后能自动补偿或便于调整。 4.足够的刚度。运动件所受的外力，是由导轨面承受的，故导轨应有足够的接触刚度。为此，常用加大导轨面宽度，以降低导轨面比压；设置辅助导轨，以承受外载。 5.温度变化影响小。应保证导轨在工作温度变化的条件下，仍能正常工作。 6.结构工艺性好。在保证导轨其它要求的前提下，应使导轨结构简单，便于加工、测量、装配和调整，降低成本。 不同设备的导轨，必须作具体分析，对其提出相应的设计要求。必须指出，上述六点要求是相互影响的。 设计导轨应包括下列几方面内容： 1.根据工作条件，选择合适的导轨类型。 2.选择导轨的截面形状，以保证导向精度? 3.选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给定的载荷及工作温度范围内，有足够的刚度，良好的耐磨性，以及运动轻便和平稳。 4.选择导轨的补偿及调整装置，经长期使用后，通过调整能保持需要的导向精度。 5.选择合理的润滑方法和防护装置，使导轨有良好的工作条件，以减少摩擦和磨损。 6.制订保证导轨所必须的技术条件，如选择适当的材料，以及热处理、精加工和测量方法等。3.2导轨的结构设计直线导轨的结构形式有以下：三角形导轨：该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，一般为90。为增加承载面积，减小比压，在导轨高度不变的条件下，采用较大的顶角（110120）；为提高导向性，采用较小的顶角（60）。如果导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。 矩形导轨：优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。 燕尾形导轨：燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。 圆形导轨：制造方便，外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。 为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。 矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。在垂直方向上，一般采用下压板调整它的低面间隙，其方法有：a）刮研或配磨下压板的结合面；b）用螺钉调整镶条位置；c）改变垫片的片数或厚度。 在水平方向上，常用平镶条或斜镶条调整它的侧面间隙。 导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法，以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长的时间内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。提高导轨耐磨性的措施有： 1)选择合理的比压 单位面积上的压力成为比压，即 p=P/S（公斤/厘米2） 本次压力P=0.5公斤/平方式中 P-作用在导轨上的力（公斤） S-导轨的支承面积（厘米2） 由上式可知，要减小导轨的比压，应减轻运动部件的重量和增大导轨支承面的面积。减小两导轨面之间的中心距，可以减小外形尺寸和减轻运动部件的重量。但减小中心距受到结构尺寸的限制，同时中心距太小，将导致运动不稳定。 降低导轨比压的另一办法，是采用卸荷装置，即在导轨载荷的相反方向，增加弹簧或液压作用力，以抵消导轨所承受的部分载荷。 本次设计的导轨选用上银公司的导轨滑块型号为HGR20型，具体型号图如下： 图3-1 直线导轨型号第4章 结构设计及三维建模4.1传动结构设计及建模 我们本次设计完结构图后，在CAD中二维图的绘制好零件图和装配图，要对本次设计进行三维建模。我们使用的是SOLIDWORKS软件。 在传动结构中，主要零件有同步带轮、连杆、转盘、导轨滑块、直流电机和减速器等，通过对SOLIDWROKS软件的建模，将传动部件的三维建模如下： 小同步带轮的建模 大同步带轮的建模连杆的建模直线导轨的建模4.2总装配图的建模整个抬腿机构的总装配图如上所示，建好整体模型后可以对此机构进行仿真效果，具体效果参见SOLIDWORKS中的仿真效果。结 论 通过本次设计多功能监护床的抬腿设计，从中深刻掌握到抬腿机构中的曲柄连杆结构，并对该结构进行设计计算，并绘制出装配图和零件图。然后在通过三维软件SOLIDWORKS软件进行零件的三维建模和装配图的建模。 综上所述得到一下结论：(1)本设计适应了抬腿机构的重要性，可以在上下反复运动。(2)曲柄连杆的应用得到了认可；(3)充分查找资料根据计算结果和设计的需要，选用合适的零部件，并对其进行校核；精度验算；(4)机械系统中各个传动系统的设计，方案合理，能适应实际的情况。参 考 文 献1 Zhang Guoxiong，Liu Shugui，Qiu Zurong，Yu Fusheng，NaYonglin，Leng Changlin.NON-CONTACT MEASUREMENT OF SCULPTURED SURFACE OF ROTATIONJ.CHINESE JOURNAL OF M ECHANICAL ENGIN EERING.Vo1，17，No4，2004.2 GUO Yuan，WANG Yutian，HAO Bing .Nontouch Fiberoptic Reflective Displacement Sensor for RollerJ Wear.Semiconductor Photonics and echnology.Nov，2OO4.3 Tatsuo Inoue，Youichi，Watanabe，Kazuo，Okamura，Michiharu，Narazaki，Hayato Shichino，DongYing，JuHideo，Kanamori，Katsumi IchitaniM. A CooperativeActivityon QuenchingProcessSimulationJapaneseIMS-VHTProjectontheBenchmarkAnalys.TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT PROCEEDINGS OF THE 14TH IFHTSE CONGRESSJ.October,2004.4 MA Xiaojian，GAN Xuehui.Faul
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