多能护理床的设计

1、毕业设计（论文）多功能护理床的设计院 别自动化工程系专业名称机械工程及自动化班级学号学生姓名指导教师2012年6月10日多能护理床的设计摘 要随着人口老龄化速度的加快，护理业服务受到了严峻的挑战，医疗和社会保险系统面临前所未有的压力，因此为老年患者服务的护理型病床的需求正不断增加。针对这一现象，本文详细论述了针对缺乏自理能力的老年人及行动不便的病人设计的多功能护理床的基本结构和功能原理。该病床能够帮助病人实现翻身、坐起、屈膝、排便及吃饭，解决了护理病人过程中的诸多不便，进而提高了我国护理业服务，有力地促进了我国的医疗保健事业的发展。本文首先基于人机工程学，进行了护理床总体方案的设计，根据相关标

2、准及调研结果，制定了护理床的设计原则，功能要求及设计指标；完成了护理床本体的总体方案设计。然后，采用自上而下的方法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、翻身部件等功能模块。其中，排便部件极大地体现了对老年人的关怀。关键词：医疗设备，护理床，机构设计The design of multi-functional care bed Author：Li Zhiyao Tutor：Zhao YuqianAbstractWith the speed of population ageing,care services industry has been in

3、the face of challenges.Medical and social insurance system is facing unprecedented pressure. Care-beds which serve the old patients are in increasing demand.In reaction to the phenomenon,the basic structure and functional principles of multifunctional care-beds which are designed for those old patie

4、nts who lack of governance of themselves and those patients who lack of the ability to control their mobility are elaborated in the essay. Much inconvenience in the course of nursing patient can be resolved by the care-beds which can help patients turn over themselves,sit up,bend knees and also spot

5、. This in turn augments nursing service in our country and effectively promotes the development of the cause of our health care .First of all,based on ergonomics,the nursing bed was overall designed in this paper.According to the relevant standards and design specifications;completed the overall des

6、ign of the overall framework, carried a leg,carry back parts,turn over parts function module.Among them, defecate parts greatly expression of the elderly care.Finally,the bed of all parts of the design respectively.Using the method of science, rigorous thinking and effective data obtained from all a

7、gencies of the nursing bed parts design standards and safety coefficient.Key Words: Medical equipment, Nursing bed, Mechanism design目 录1绪论11.1 研究背景11.2 本文的研究意义51.3 本文的研究内容62护理床结构的整体方案72.1 设计原则72.2 功能要求及设计指标7 功能要求7 设计指标82.3护理床本体总体方案102.3.1 总体布局10 床面设计102.4护理床各功能模块构型设计12 抬背构型设计12 翻身机构构型设计13 抬腿机构的设计142

8、.4.4 床上吃饭机构的设计152.5 本章小结163机构设计173.1 基本参数的设定173.2 电动机的选择173.2.1 坐起电动机173.2.2 曲腿电动机的选择183.3 零件设计193.3.1 纵轴的设计与校核193.3.2 横轴的设计与校核203.3.3 螺杆的设计与校核21 坐起机构中零件的设计与校核243.3.5 曲腿机构中零件设计与校核243.4 本章小结254 三维仿真设计264.1 设计仿真应用软件概况264.2 三维仿真视图27结 论30致 谢31参考文献32附 录34附录A34附录B391绪论1.1研究背景随着经济的快速发展、人民生活水平的不断提高和医疗保健行业的蓬

9、勃发展，人口老龄化已成为世界范围内的重大社会问题，据调查，目前全球60岁以上的老年人口已经达到了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。由于计划生育的原因，我国人口老龄化的速度比世晃上大多数国家的更加快速，已经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，而且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岁及以上老年人口己达1.3亿，占全国总人口的10.3(65岁以上老年人口为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

10、可称为人口老龄化的高峰期。更为突出的是，我国80岁以上老年人口已达1100万，并以年均5.4的惊人速度递增。人口老龄化的趋势在很大程度上增加了老年人群患慢性病的风险，根据资料，约791的老人至少有一种慢性病，而这类人群往往也有较差的功能状态、较高的残疾风险和较高的死亡率，因而将成为健康情况最差的一个群体。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。据调查，在80岁以上男性老人中，能自我照料的只占35.7。然而，人口的老龄化程度与我国当前的经济社会发展情况明显不相匹配。世界上人口老龄化程度高的国家往往都是发达国家，这些国家有更好的医疗和社

11、会保障系统，因此老龄化带来的社会问题并不是特别明显；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110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。伴随老龄化社会到来的，“空巢家庭”已经逐渐成为一个普遍的社会现象。所谓“空巢家庭”，是指没有儿女或者虽有儿女，但不在身边的纯老人家庭。它的出现，是人们社会价值观、就业方式、城市

12、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264，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。在可预见的10年内，“空巢家庭"将成为老人家庭的主要存在形式，比例有可能达到90甚至更高。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平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。老龄化社会的提早到来、空巢家庭的日趋增多，与我国较为落后的医疗和社会保障体系构成了一对较为尖锐的矛盾。因

13、此，用何种社会保健方式来解决因身体虚弱卧床不起和因疾患导致生活不能自理的老人家庭护理问题，提高他们的生活质量，已经成了我国亟待解决的一个社会问题。正是由于上述问题的存在，近几年来普通的病床得已经无法满足当今病人与医院的需要。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

14、活不能自理患者带来了又一福音。现在普通家庭对于价格适中的护理床的需求正日益提高，以前是简易的记理床，后来加上餐桌和护栏；再后来是加上了排便孔和滑行轮；现在是及多功能于一体的电动翻身护理床。在国外，医疗护理器械高新技术含量越来越多，对新工艺、新材料的要求越来越高。医疗器械的发展趋势可从材料和产品形式两个方面来分析。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；

15、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，护理床的发展方向又可从动力形式和功能两个方面来分析(如表1.1，图1.1所示）。表1.1 多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，用户可简单地操作控制2. 能完成基本的护理功能3. 增添了辅助功能接口4. 整体造型得到改进1. 市场

16、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3. 结构设计合理安全4. 造型新颖，符合人体学5. 文子、标识容易识别1. 市场售价极其昂贵，造成功能浪费严重2. 整体可拆性差，运输、安装繁琐图1.1 多功能护理床的功能分类 多功能护理床所能完成的体位调整以及多功能护理床的动力类型（如图1.2 、图1.3、图1.4所示）。图1.2 多功能护理床可帮助病人实现的形态图1.3 手动多功能护理床外观图1.4 电动多功能护理床的外观随着护理行业的发展以及人民的

17、需求，也必将导致多功能护理床向着功能全面发展，手动必将被自动所代替。目前市场上生产多功能护理床的商家主要有北京的佳康时代医疗器械公司，江苏永新医用设备公司，江苏欣盛医疗器械有限公司等。各个公司所开发的不同型号的护理床的价格也有所不同，手动的比较便宜大约千元左右，电动的贵一些的则需要两三千左右。同时，市场上又出现各种山寨医疗器械厂生产的护理床，一场护理大业就要到来。1.2本文的研究意义为了解决我国正在面临的护理压力，和人民对医疗保健日益需求，我们设计了这款多功能护理床，力求成本与质量共存，实用与高效并重。多功能护理床是针对医院和生活不能自理的病人、残疾人、危重病人、瘫痪病人的特殊需要而设计的，可

18、实现病人翻身、坐起、屈膝及吃饭四大功能，并可实现病人自由调控卧姿，解决了长期以来普遍存在的病人大小便、吃饭、移动、看书、写字、娱乐难等多方面的问题。并满足患者生理和心理上的要求，提高康复力，大大减轻护理负担。轮椅式的设计，病人躺在床上可以调节平卧、半卧、直坐三种姿势。还可以对腿部的角度进行调节；病人还可以在床上看书、写字、就餐。其人性化的设计，解决了一系列护理难的问题。为我国医疗事业的蓬勃发展，为广大人民群众奔向小康致富之路带来了又一曙光。为了更好地支持国家发展和谐社会，为了广大患者能有一个更好的治疗环境，正是本文的研究初衷。1.3本文的研究内容常见的一些新型护理床有可手动升降的病床、遥控气动

19、可升降病床、电动遥控升降病床等。结合病人的实际情况和病人的实际需要，我们这款多功能病床主要实现以下四大功能：1. 帮助病人坐起功能，使病人可以在任何自己感觉舒适的位置坐下。2. 帮助病人屈膝功能，使病人腿部处于所需的舒适位置。3. 帮助病人左右翻身功能，实现病人是左右翻身。4. 帮助病人用餐和看书功能，使病人在床上用餐和看书处于一个舒服的位 置，并提供放置饭菜的地方。 为实现上述功能，设计护理床的主要任务：1、多功能护理床运动结构的设计2、多功能护理床的机构的设计3、多功能护理床的零件的设计4、多功能护理床的三维建模2护理床结构的整体方案2.1设计原则多功能翻身护理床的设计应该遵循一下的几个原

20、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要求很高。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、舒适性原则人性化、舒适性设计是可用性设计的延伸，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、功能多样化原则护理过程中，不同使用者往往对护理床有着

21、各种各样不同功能的要求，除了基本的体位要求之外，还有诸如吃饭、洗漱、排便等更多的要求。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要求，而且有利于增强互换性，降低陈本。5、轻量化原则从降低能量消耗和减小运动惯性的角度考虑，护理床应该在保证功能和安全的情况下遵循轻量化原则。这样不仅节约了材料、降低了成本而且减小运动惯性则非常有利于某个部件的停启，使护理床的运输使用成本都有很大的降低。2.2功能要求及设计指标2.2.1功能要求根据我在各个医院观察的结果，类比市场上的护理床种类功用，再加上一

22、定创新，确定了多功能护理床的功能范围，主要包括体位调整类功能、吃饭看书功能。1、体位调整功能护理床首先必须满足日常护理中的多种必要的体位位姿，实现各体位的自动变换，对于提高使用者的自理能力，减少因长期卧床引发的并发症，改善其健康状态，有着积极的意义，同时可以大大减轻护理医务人员的劳动强度。具体包括：平躺、左/右翻身、抬背、曲/伸腿.。2、吃饭看书功能长期卧床患者的饮食也是困扰护理人员的又一难题，本设计通过简单可行的方法使患者能够在床上坐起饮食以及看书。2.2.2设计指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

23、华人民共和国国家标准中国成年人人体尺寸等相关标准，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病房或家庭中，因此在各个姿态时，其所占的空间范围必须与病房和家庭房间的相关尺寸向适应，同时采取适当的尺寸，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。标准

24、中提供了人体在床的各个板块上的重量分布（如图2.1所示），护理床的各个模块的设计均可以此值为准。图中，1代表背板，2代表臀部板，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调整类指标包括：左/右翻身角度、抬背角度、大腿板翻转角度、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080o（或更大）可调。2) 大腿板与水平面间夹角（图2.2中B）应能从012o（或更大）可调。3) 小腿板与水平面间夹角（图2.2中C）应能从020o（或更大）可调。4) 大腿板

25、与小腿板间夹角（图2.2中D）应能调至180o（平面）。图2.2 床面各板的推荐调节范围根据上述数据，参照调研所得结果，同时考虑文献中同类研究的相关参数，确定了体位调整类具体指标（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045o右翻身角度045o抬背角度080o大腿板翻转角度050o 注：以上各项动作均可以在设定范围内的任意角度随时停止。2.3护理床本体总体方案总体布局从整体结构上讲，多功能翻身护理床可以分为总体框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件和智能座便系统五大功能模块。在总体布局时，有以下几方面要求：1、 综合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

26、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。从以上设计角度除法，根据前文确定的设计原则，确定护理床采用床面大尺寸，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，以保证机构传动角和框架强度要求；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，以增强整体稳定性和使用者的心理安全感。床面设计多功能护理床床面设计的特点在于要实现的运动较多，

27、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要求，结合所需实现的功能，本文提出采用分体式双层床面结构（如图2.3所示)。图2.3 床面结构示意图其中，床板18为下层板，1114为上层板：1、2、11为背板，3、4、12为臀部板，5、6、13为大腿板，7、8、14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740臀部板260大腿板400小腿板600各床板的尺寸基于GB10000-88常用人体测量数据确定【9

28、】。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的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045o 1、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080o 1、2、11床板组合联动，绕Y1轴翻转曲/伸腿 大腿板与水平面夹角035o小腿板与水平面夹角为-20o0 5、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"以护理床处于水平地面上为参考状态。2.4护理床各功能模块构型设计抬背构型设计抬背机构运动的实

29、现较为简单，有以下几种构型可供选择。（如图2.4所示）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，其自由度为1，有1个原动件，具有确定的运动，可采用电动推杆作为驱动部件，构型简单，制造容易，而且初始状态的传动角远远大于40。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80。，这也就引起一个矛盾：既要求电动推杆的行程要很大，又要求其初始状态尺寸较小，显然这样的要求是达不到的，因而放弃该构型。构型b：该机构也是螺旋一连杆组合机构，自由度为1，有1个原动件，具有确定运动，结构较为简单，抬背角度大，

30、滚轮与背板之间为高副联接。该构型为螺旋传动，优点是结构简单，加工容易，成本低廉，传动精确；缺点是承受的轴向推力大，效率低，摩擦严重。构型c：该机构为螺旋一连杆组合机构，实际上可以等效为一五杆机构，等效后的机构具有4个活动构件，3个转动副，2个移动副，因此自由度F=4×3.5×2=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为三种之中的最优构型，故抬被机构最终采用该构型。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

31、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。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D1和D2处分别安置一电磁铁，通过电磁铁的交替吸合来实现机架转换。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。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。该机构在初始状态时的传动角为90。，力的有效利用程

32、度非常高，而此时也正好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RRPII级杆组、原动件1和机架O，因此一个II级机构。部件详细设计时，可将构件1、2绕机架0旋转90。布置，使整个机构成为一个空间机构，这样就可以满足整体布局要求，同时，为防止翻身机构与抬背、抬腿机构运动干涉，具体设计时需将构件4演化为滚轮，通过高副接触带动构件5的运动(由于人体的重力直接作用于构件5，因此，虽然运动副做了改变，但是运动效果仍然相同)。主动件1的驱动可以采用螺旋传动方式，此时该机构又演化为螺旋一连杆组合机构。构型c：文献提出了一种螺旋一连杆组合机构。该机构实际上是一种对

33、称结构，单边可等效为经过演化的四连杆机构，其中C、D点与滑台可分离，因此可以分别实现左右翻身动作。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。抬背、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2.6，图2.7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

34、，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2.4.4 床上吃饭机构的设计吃饭装置的设计采用了平行四边形机构，固定在床的两侧，不需要使用时可放至与床面平行，当吃饭或者看书时即可把机构A拉起至90o固定好即可使用，简单方便。（如图2.8所示）图2.8 吃饭装置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、 制定了该护理床设计应该遵循个几个原则，提出了所要达到的各项功能，明确了应该达到的各项技术指标。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

35、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。床的基本尺寸为 长×宽×高=2000mm×1000mm×600mm左右翻身角度为 050o抬背角度为 080o大腿翻转角度为 050o3.2 电动机的选择3.2.1 坐起电动机1）功率取t=40s，极限角度，转臂角速度：转臂速度：负载，则转臂传递的功率： （忽略转臂自重）电 动 机 的 许 用 功 率：P许2 =（忽略轴的转动惯量及连杆自重）电动机实际功率：P许2 ×1.2=78W由

36、以上结果知，选用额定功率为90W的单相电容式减速电动机。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=300÷5÷40×60=90r/min3.2.2 曲腿电动机的选择1）功率：，极限角度，转臂角速度：转臂速度：负载T3=1000N，则转臂所传递的功率：P许3=(忽略轴的转动惯量及连杆质量）电动机实际功率：P3=P许3×1.2=42由以上结果知，选定额定功率为60W的单向电容式减速电动机。1）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

37、腿时间，螺杆导程间距，可以得出电动机的最低转速约：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，和转矩T1。P1=P1电机螺杆2轴承=60×0.4×0.992=24W(忽略连杆自重）=经整体规划将轴设计为空心光轴。2、初步确定轴的直径选用内径为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定位要求，将轴与转臂套筒用螺栓联在一起，具体位置由床整体结构来确定。4、初步选定滚动轴承因轴承所承受的轴向力可忽略，认为只受径向力，选用深沟球轴承。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

38、面只按扭转强度校核。轴的计算应力：其中：由前面轴的材料为45钢，调质处理。查得，因此<，故安全。3.3.2 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。P2 = P2电机ç螺杆ç2轴承 = = 47W （忽略连杆重量） P3 = P3电机ç螺杆ç2轴承 = = 24W将轴设计为空心光轴。初步确定轴的直径因计算比较保守，先选用外径42mm，内径32mm的45钢管，待后面校核。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

39、。2、 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，选用角接触球轴承即可。3、 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。轴的计算应力由以上计算确定轴的材料为45钢，经调质处理。查得。因此。故，轴安全。横轴图3.2 横轴简图3.3.3 螺杆的设计与校核1、螺杆的确定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。根据螺旋传动的设计计算公式：其中Q为轴向载荷1000N，螺纹伸角为，当量摩擦角。d2为螺纹中径，查找相关资料取d2=20mm。dm为支撑面平均直径，dm=d2=20m

40、m。F为摩擦系数，取f=0.1。因此计算得T=28N·m。由此得出螺纹最小扭矩为28N·m时即可将1000N负载支起。而电动机提供给螺杆的转矩为，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：其中F为轴向压力：。A为螺纹段的

41、危险截面面积：（d1为螺纹小径）WT为螺杆螺纹抗扭截面系数：T为螺杆所受扭矩：T=38N·m。经计算得。查表得，因此，故安全。4、 螺杆稳定性校核因坐起螺杆和曲腿螺杆柔度故不必进行稳定性校核，只校核翻身机构中的螺杆。故认为螺杆稳定。图3.3 坐起螺杆导程示意图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：连杆所受的轴向力可忽略。 因.故安全。2、 转臂的设计A.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/

42、T6728-1986。A/mm=50,B/mm=25,壁t/mm=1.2.B.转臂强度校核杆所受最大弯矩：材料的许用应力，因为，故安全。3.3.5 曲腿机构中零件设计与校核1、连杆的设计A.连杆的设计连杆一：300mm，连杆二：150mm，直径25mm，45钢经调质处理。B.连杆强度校核因本机构中连杆材料及尺寸与翻身机构中一样，但受力却较前者小，故无需强度校核。2、 转臂设计A.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。B.转臂强度校核因本机构中转臂所受弯矩较坐起机构中小得多，故也无需进行强度校核。3.4 本章小结本章承接上文的总体设计方案，以科学的方法和

43、数据，完成了护理床的详细设计。1、完成了基本参数的设计。2、完成了各部件的设计。3、完成了零件的设计。4 三维仿真设计4.1设计仿真应用软件概况上文已经给出了关于多功能护理床造型设计以及零件尺寸。进行三维仿真设计应用的软件是我个人所在实习公司所用造船软件TRIBON。TRIBON软件是由瑞典KCS(Kockums ComputerSystem AB)公司研发的一款辅助船舶设计和建造的计算机软件集成系统，集CAD/CAM/MIS于一体，在造船业中有着广泛的用户。 迄今为止，全球已有200多家厂商采用该系统进行船舶产品的设计和制造，例如在欧洲有挪威、德国、法国、丹麦、芬兰、英国等国家，在亚洲包括中

44、国、日本、韩国、新加坡等国家的多个厂家安装了该系统。 TRIBON一共分为六个设计模块，其中包括，船体设计模块、舾装设计模块、管系设计模块、电缆设计模块、舱室设计模块和铁舾装（Structure）设计模块。船体设计主要包括包括线形光顺、船体平面模、船体曲面模、性能计算、零件分离、数控套料、生成切割指令等模块。它实现了船体CAD/CAM的集成。 舾装基础数据主要包括部件库(component)、符号库(symbol)、设备库(equipment)。该模块用于存储整个炯装系统的部件信息，并负责建立、修改和维护这些数据信息。栖装系统的各子系统如管路模块、电缆模块等均以附件库为设计基础。附件库对胭装各

45、专业所需附件集中统一管理归类。 附件的信息以记录的形式存人部件数据库中，并且用户可以追加记录，以扩充附件数量。TRIBON系统的附件库采用的是单一数据库(single data-bank)，对于不同的项目(project)，相同的附件仅需建立1次，因此初始时的建库工作量很大。随着附件信息的逐步扩充，工作量会越来越小，为后续的设计工作节约了时间。附件库的建立可以边设计边建立。建库准备是船舶设计的基础，TRIBON系统正是因为有了这些基础的数据库，各子系统的信息才能高度的共享和统一。 管系设计包括管系原理设计(General Dia-grams)、管路建模(Pipe Modelling)、生产信息

46、提取( Outfitting Lists)等模块。由于TRIBON采用单一数据库管理，在管系原理图设计时，管材、规格、法兰、设备、阀门等符号均会与附件信息建立联系，同时又可以与管系3维模型信息建立联系。因此，在管系3维放样设计时，可以利用管系原理图，检验设计是否前后一致，或有无缺漏。电缆设计系统可分为电缆原理图设计和电缆放样2大模块。原理图设计类似于管系原理图设计，系统能自动导出电缆布放原理图和有关清单。电缆放样是在3维图形环境中进行的。通过调入相关的船体分段、管路和其他专业设备、电气设备及支架布置等，构成电缆路径、托架和贯通，具有检查电缆路径的连接情况、电缆敷设、电缆路径、真实贯通的填充率等

47、功能。 舱室布置系统主要是以计算机为工具，辅助专业人员进行舱室布置设计，实现计算机出图和输出清单，其主要功能如下。国可以直接将船体结构作为舱室布置的甲板。回可以输出任意区域的局部视图，如卫生单元的视图等。国可以以房间(room)为单位进行任意拷贝、删除、修改。国提供了门、窗、家具、设备、壁板、天花板、甲板敷料等的布置功能。国能计算出重量、重心等参数。回能提取有关属性数据。回能方便地为其他专业提供背景图形。 该模块主要用来设计铁舾装件(基座)、支架、扶梯等，所建立的模型存在于独立的模型库中，可以被其他专业作为参考模型使用。 4.2 三维仿真视图首先需要根据床面尺寸建立护理床基本床面单元视图。图4

48、.1 护理床床面三维仿真尺寸图护理床的床面的三维建模。图4.2 护理床床面的三维建模图护理床的床面连接单元建模图。图4.3 护理床床面连接单元建模图护理床各单元尺寸图图4.4 护理床各单元尺寸图护理床整体三维建模图。图4.5 护理床整体三维建模图结 论针对社会对高级医护装备的迫切需求，本文设计了多功能护理床。通过对护理床各个单元模块的分析、计算与建模，初步完成了对护理床的全面设计。护理床共可以实现四大功能，由四大功能模块所构成，论文在参考查阅大量的相关专业文献的基础上，对多功能护理床进行了认真和深入的研究，主要完成了如下工作:1. 多功能护理床的整体设计方案：整体方案主要涉及到护理床能实现帮助

49、病人坐起、翻身、吃饭、屈膝四大功能，并根据中华人民共和国医用电器相关条例设计出多功能护理床的各单元模块外形尺寸、承载能力，各模块所能完成的功能特性设计以及护理床的整体布局。2. 多功能护理床各单元模块的相关计算：根据各个单元模块所能实现的功能分别对组成零件进行计算，其中包括了电机的选择，横轴的强度计算与校核，连杆的强度计算与校核。3. 多功能护理床的三维建模设计：通过TRIBON制图软件与大学四年的CAD应用经验，绘制了护理床零件以及整体的三维视图。随着科技的发展，各种新技术的不断涌现，多功能护理床的研究将会有广阔的前景。在如何提高构件造型以及结构设计方面，可以进行护理床构型的进一步研究，探索

50、更好的策略，或者结合控制系统方面考虑，进一步完善护理床对病人的护理能力。另外，还可以考虑对现有机构进行优化改进或者采用新模型设计形式，减少材料的使用，降低成本。参考文献1 孙桓，陈作模.机械原理（第六版）.高等教育出版社.2001.5.2 刘鸿文.材料力学.高等教育出版社. 2002.93 范钦珊，殷雅俊. 材料力学.北京，清华大学出版社.20044 濮良贵，纪名刚.机械设计. 高等教育出版社.2001.4 第7版5 李杞仪，赵韩主编. 机械原理. 武汉：武汉理工大学出版社，2009.86 吴宗泽.机械零件设计手册.机械工业出版社.2004.17 王昆等.机械设计课程设计.高等教育出版社.19

51、95.128 王文斌等.机械设计手册. 第3版.北京，机械工业出版社.2004.89 朱冬梅，胥北澜.画法几何及机械制图.第5版.高等教育出版社.2000.1210 白建军，张华，刘继忠轮椅床智能座便器的设计【J】机械设计与研究， 2010，26(1)：121-12411 吴剑机器人化多功能护理床的研究与开发【D】华南理工大学，2003附 录附录AMachine design theory The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human nee

52、d the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.Carries on each ki

53、nd of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mec

54、hanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge. If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, on

55、ly has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of productMust regard as the machine design is the machine design personnel carries on using crea

56、tive ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportunity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wr