多功能移动式残病人洗浴器设计说明书

1、编号鄂创新-06-20066年湖北北省高校校大学生生机械创创新设计计大赛暨暨第二届全全国大学学生机械械创新设设计大赛赛湖北分分区预赛赛多功能移移动式残残病人洗洗浴器设计说明明书参赛者： 徐蒙 周长华华 杨溢溢 申阳阳指导教师师： 郭 柏柏 林 武 汉 理 工工 大 学二0 00六年五五月作品名称称：多功功能移动动式残病病人洗浴浴器 学校名称称：武 汉 理理 工 大 学学参赛者：1徐蒙男机自02202机电学院院2周长华男机自03301机电学院院3杨溢男机自03301机电学院院4申阳男机自04404机电学院院指导教师师：郭柏柏林 机电学学院 副教授授联系方式式：详细通讯讯地址：武汉理理工大学学机电

2、学学院电话： 8788622280电子邮箱箱： HYPERLINK mailto:guuobaailiink1633.coom mPizzza2001663.ccom目录1. 创创新设计计作品的主主要功能能指标及及工作原原理-42 创创新构思思，方案案设计-43. 创创新设计计作品运运动分析析和动力力分析及及必要的的设计计计算-5 4. 方方案分析析与比较较-2235. 创创新设计计作品与与已有相相近产品品的异同同与创新新之处-236. 对对作品进进行评价价、对比比、决策策分析-247. 实实用化的的可能性性、成本本分析及及应用前前景-248. 参考考文献- 2449. 洗洗浴器初初装实物物照

3、片-25一 创创新设计计作品的主主要功能能指标及及工作原原理1.主要要功能瘫瘫痪残病病人人数数众多，他们承承受着驱驱体残病病痛苦的的同时,也遭受受着多种种生话不不便之处处，他们们渴望享享受到正正常人的的生活乐乐趣，当当然也包包括洗浴浴洁身的的基本生生活需求求。多功功能移动动式残病病人洗浴浴器是专专为卧床床不起的的瘫痪残残病人服服务的洗洗浴(淋淋浴)产产品,适适用于家家庭与医医院，同同时又兼兼有室内内轮椅和和临时睡睡床的功功能。2. 工工作原理理图（1）多功能移移动式残残病人洗洗浴器由由组合浴浴缸、翻翻转机构构和机架架三部分分组成，浴缸结结构为组组合式，按人体体形态分分为上身身部缸体体、腰部部缸

4、体和腿腿部缸体体结构，浴缸主主体为柏柏木或杉杉木,表表面涂刷刷铜油,造型别别致，质质地温和和。上身身部缸体体和腿部部缸体结结构可手手动翻转转；上身身部缸体体翻转机机构由丝丝杆机构构和摆动动导杆机机构组合合而成，使得所所需翻转转力矩最最大时(此时上上身部缸缸体处于于水平位位置)，传动角角等于990 度度,传力力性能最最佳；由人机机工程学学原理，翻转角角度700度时，人靠在在椅子上上较舒服服；腿部部缸体翻翻转机构构巧妙的的运用了双双摇杆机机构,凸凸轮机构构和弹簧簧构成组组合机构构，当向向上翻转转至水平平位置时时，借助助弹簧拉拉力与重重力的平平衡作用用，使翻翻转操作作轻便，同时利利用死点点使腿部部缸

5、体可可靠地定定位在水水平位置置；向下翻翻转时，采用凸凸轮机构构破坏死死点位置置，使腿腿部缸体体在重力力作用下下向下翻翻转复位位，而此时时弹簧起起缓冲作作用。机机架材料料为不锈锈钢，防防水防锈锈，外表表亮丽美美观；机机架可移移动，且且能升降降以适应应不同家家庭床面面高度，同时采采用了集集水系统统，保证证洗浴时时水不任任意泄漏漏，集中中排水，使得可可在家庭庭不同地地点洗浴浴。产品品结构紧紧凑，可可收缩成成轮椅状状，便于于在场所所狭小的的家庭内内推送。二 创创新构思思，方案案设计（注意多多方案设设计） 为了更更好地完完成这一一设计，我们构构思了多多种方案案，现列列举两种种如下：方案一一：图（2）方案

6、二二：方案案一与方方案二的的不同之之处在于于上身部部翻转机机构，方方案一采采用摆动动导杆机机构和丝丝杆机构构组合，方案二二则采用用双摇杆杆机构和和丝杆机机构组合合，脚部部缸体翻翻转机构构均采用用双摇杆杆机构、凸轮机机构和弹弹簧组成成，两方方案的对对比评价价将在下下节进行行。三 创新设设计作品品运动分分析和动动力分析析及必要要的设计计计算（几何尺尺寸确定定与关键键零部件件强度校校核）方案一运运动分析析图（4）（1）上身部部缸体连连杆机构构类型该该机构为为摆动导导杆机构构。其中中AD杆杆为导杆杆，EBB杆为主主动杆, BAA杆机架，D为滑块块。（2）上身部部缸体摆摆动导杆杆机构自自由度分分析 该机

7、构构有3个个活动构构件，其其中转动动副3个个，移动动副个个，共44个低副副,无高高副.以以F表示示自由度度，PLL表示低低副个数数，PHH表示高高副个数数，n表表示活动动件数。根据： F=3n-22PL-PH 得：F=333-224-00=1该该机构主主动件自自由度数数为，故其具具有确定定运动。（3）摆摆动导杆杆主动杆杆点与与丝杆机机构螺母母铰接，上身部部缸体可可以根据据预期要要求运动动，在00700间任意意位置翻翻转并锁锁紧,其其运动轨轨迹如图图（4）所示。2 方方案一受受力分析析（1）上身部部缸体分分析上半半身缸体体总重量量计算(设杉木木的密度度为)上身部部两边杉杉木板质质量：MM1=00

8、.70.3320.001538002+00.6220.3390.00153800=3.8kgg底板质质量M22=0.84550.5560.0023800=3.4kgg支架分分为三个个部分，质量分分别为mm1，mm2，mm3，且且m1=2.33（0.03880.0025-0.00350.0022）78000=33.1kkgm22=1.80.0000110.44578000=00.6kkgm33=0.45（0.02550.0025-0.00230.0023）780002=0.6kgg MM3=mm1+mm2+mm3=33.2+0.66+0.7=44.3kkg人按按一般重重量计算算，设其其上半身身质

9、量为为M4=40kkg，则则上半身身缸体总总重量为为P=（M1+M2+M3+M4）10=（3.88+3.4+44.3+40）10=5515NN（2）当整个个洗浴器器处于洗洗浴状态态时 受力力分析 图图（5）如图（5）上身身部刚体体简图，有：AAM=9920mmm，AAD=6600mmm，DDE=550mmm，BEE=4005mmm。如图（6-a）,设上上半身缸缸体和人人的重心心C与AA点距离离为ACC=4550mmm则由MA=0有有： PPAC-FnAD=0 即55154500-Fnn6000=0 Fn=3855N 如如图（66-b）,B点点到力FFg的力力臂为LL1=73mmm,由由MB=0

10、有有： FFnBE-FgL1=0 即38854055-Fgg73=0 Fg=21335N 丝杆杆直径校校核（选选丝杆TTr2004） 如如图（66-b）,力FFg与水水平方向向夹角为为24，其沿沿丝杆方方向上的的分力为为 FFQ=Fggcoss24=19950NN，则由由 其中中 取 k=00.8， n=1.22， p=111188由题中丝杆杆大径为为20mmm，小小径为115mmm可知丝丝杆直径径满足。 （a） (b) (cc) 图图（6）校核AA，B，E各处处销的强强度（各各销直径径均为dd=100mm）销联接接，销的的材料常常用355#钢，可可取许用用切应力力=80MMPa，受横向向力F

11、作作用时，应 (d 为销危危险截面面的直径径，mmm)则 A处处：FAA=P-Fn=5155-3885=1130NNB处，Fn和和Fg的的夹角为为，E处：FE=Fnn=3885N 由由以上可可知，AA，B，E三处处销强度度均满足足。（2）当当上身部部缸体翻翻转处于于中间状状态（即即35）时 受力力分析 如图（7）有：AM=9200mm，AD=4800mm，DE=50mmm，BBE=4405mmm. 图图（7） 如图图(8-a,b),A点到到力P的的力臂LL1为3370mmm BB点到力力Fg的的力臂LL2为665mmm。设上上半身缸缸体和人人的重心心C与AA点距离离为ACC=4550mmm，则

12、由由MA=0有有： PPL1-FnAD=0 即55153700-Fnn4800=0 Fn=3955N由MB=0有有： FnBE-FgL2=0 即即39554055-Fgg65=0 Fg=24660N 丝杆杆直径校校核（丝丝杆Trr204） 力力Fg与与丝杆方方向夹角角为544，其沿沿丝杆方方向上的的分力为为FQ=Fggcoss54=14445NN，则由由 其中 取 kk=0.8， n=11.2， pp=111188.由题中丝杆杆大径为为20mmm，小小径为115mmm可知丝丝杆直径径满足。 校核核A，BB，E各各处销的的强度（直径均均为d=10mmm） (d 为为销危险险截面的的直径，mm)

13、（aa） (bb) （cc） （d） 图（88）如图（8-cc，d） A处处：FAA为P与Fnn的合力力，其夹夹角为1145，计算算得FAA=2996NBB处：FFB为FFn与Fgg的合力力，其夹夹角为662E处：FE=Fnn=3995N 由以上上可知，A，BB，E三三处销强强度均满满足。（3）当当上身部部缸体翻翻转处于于终点状状态（即即70）时 受力力分析如如图（99）有：AM=9200mm，AD=3600mm，DE=50mmm，BBE=4405mmm。 图(9) 如图图(10-aa,b)A点到到力P的的力臂LL1为1155mmm， B点到到力Fgg的力臂臂L2为为75mmm。设设上半身身缸

14、体和和人的重重心C与与A点距距离为AAC=4450mmm，则则由MA=0有有： PPL1-FnAD=0 即55151555-Fnn3600=0 Fn=2200N由MB=0有有： FnBE-FgL2=0 即即22004055-Fgg75=0 Fg=11990N 丝杆杆直径校校核 力力Fg与与丝杆方方向夹角角为777，其沿沿丝杆方方向上的的分力为为FQ=Fggcoss77=2887N，则由 其其中 取取 k=0.88， nn=1.2， p=111188由题中丝杆杆大径为为20mmm，小小径为115mmm可知丝丝杆直径径满足。 校核核A，BB，E各各处销的的强度（直径均均为d=10mmm） (d 为

15、为销危险险截面的的直径，mm) （aa） （bb）（c） （d） 图（10）如图（10-c，dd） AA处：FFA为P与Fnn的合力力，其夹夹角为1110，计算算得FAA=4887NBB处：FFB为Fnn与Fgg的合力力，其夹夹角为1123E处：FE=Fnn=2220N 由由以上可可知，AA，B，E三处处销强度度均满足足。(44) 计算手手摇所需需的力 图（111）如如图（111），其中ss为升程程，取ss=4 taan =s/dd1 ttan =s/d1=4/33.14418=0.007077 =4.04当量摩摩擦系数数 当整整个洗浴浴器处于于洗浴状状态时 =11950018ttan(4.0

16、04+177.222)/22 =68330Nmm又手手摇柄长长 ll=1445mmm，且TT=Fll 手摇摇所需的的力 FF=T/l=668300/1445=447N当当上身部部缸体翻翻转处于于中间状状态（即即35）时 =1444518ttan(4.004+177.222)/22 =50060NNmm 手摇摇所需的的力 FF=T/l=550600/1445=335N当当上身部部缸体翻翻转处于于终点状状态（即即70）时 =288718ttan(4.004+177.222)/22 =110055Nmm 手摇摇所需的的力 FF=T/l=110055/1445=77N3 腿部缸缸体分析析 图图（122

17、）（11）腿部部缸体连连杆机构构类型 如图（12），OR杆杆杆长为LL1=1175mmm RXX杆杆长长为L22=955mmXXK杆杆杆长为LL3=1133mmm KKO杆杆杆长为LL4=1130mmmL1+LL2LL3+LL4 又KO杆杆作为机机架，它它为最短短杆RXX杆对边边 ，故故该机构构为以OOZR杆杆和XKK杆为摇摇杆的双双摇杆机机构。（2）腿腿部缸体体双摇杆杆机构自自由度计计算与分分析 如图图（12），OZZR杆，RX杆杆，XKK杆，KKO杆组组成4连连杆机构构F表示自自由度，PL表表示低副副个数，PH表表示高副副个数，N表示示杆数。 根据据： FF=3（N-1）-2PL-PH 得

18、得： F=33（4-1）-24-00 即： F=11 原原动件数数为，故该机机构具有有确定运运动。（3）腿腿部缸体体运动轨轨迹腿部部部缸体体可以根根据预期期要求运运动，在在水平状状态锁紧紧牢靠，它可在在较小外外力作用用下直接接翻转990至竖直直状态，翻转过过程平稳稳舒适。（4）计计算弹簧簧受力 腿部部上边柏柏木板质质量M11=0.40550.22850.00238002+00.5660.22850.0023800 =33.1kkg底板板质量 M2=0.390.5560.0023800=1.7kgg2.00kg支支架分为为而两个个部分，质量分分别为mm1，mm2，且且 m11=1.2（00.03

19、380.0025-0.00350.0022）78000=11.7kkg mm2=00.455（0.03880.0025-0.00350.0022）78000=00.7kkg MM3=m11+m22=1.7+00.7=2.44kg人人按一般般重量计计算，设设其下肢肢质量为为M4=15kkg，则则前面支支架所要要支承的的重量为为 P=（M11+M22+M33+M44）10 =（33.1+2+22.4+15）10 =2225N 由由题意可可知，当当腿部缸缸体处于于竖直状状态时，弹簧所所受里FF1最大大，此时时如图（12）有有：OTT=4005mmm，ORR=1775mmm，RXX=955mm，XK=

20、1300mm，KN=47mmm，NNW段为为弹簧 设腿腿部缸体体和人的的重心ZZ与O点点距离为为OZ=2000mm，由K=00得， F1L1=PL2 其中中L1=39mmm，L2=35mmm 弹弹簧所受受力为 FF1=222535/39=2000N4 方方案二运运动分析析图（133）为头头部缸体体运动轨轨迹图（1）上上身部缸缸体连杆杆机构类类型 ACC杆杆长长为L11=4000mmm， DDE杆杆杆长为LL2=1160mmm，EB杆杆杆长为LL3=3300mmm， BA杆杆杆长为为L4=2000mm.L1+LL2LL3+LL4 ， 又BA作作为机架架，它为为最短杆杆DE杆杆对边 ，故该该机构为

21、为以BEE杆和AACD杆杆为摇杆杆的双摇摇杆机构构。（2）上上身部缸缸体双摇摇杆机构构自由度度计算与与分析 如图图（133），AACD杆杆，DEE杆，EEB杆，BA杆杆组成44连杆机机构F表示自自由度，PL表表示低副副个数，PH表表示高副副个数，N表示示杆数。 根据据： FF=3（N-1）-2PL-PH 得得： F=33（4-1）-24-00 即： F=11 故故满足运运动要求求。（3）上上身部缸缸体运动动轨迹图图（133）如下下，上身身部缸体体可以根根据预期期要求运运动，在在0700间任意意位置翻翻转并锁锁紧，图图示为上上身部缸缸体在00，355，70三个位位置的机机构运动动状态。图（133

22、）5 方案二二受力分分析（1）上上身部缸缸体洗浴浴状态受受力分析析上半身身缸体洗洗浴状态态受力简简图（114）如下下：图（144）图（155）如图（115），Fnn相对于于A的力力臂；LL1=1988mm，重力PP相对于于A的力力臂L22=4500mm.根据 MA=0 有有：FnnL1-PL2=0 得： Fn=11770N图（166）如图（116），Fnn相对于于B的力力臂L33=2000mmm,FQQ相对于于B的力力臂L44=1000mmm.根据MMB=00，有： FnnL3-FQL4=0 得得： FFQ=23340NN图（177）如图（117），根据 ， 有：FFncoss18-YA-P=

23、0 得： YA=5660N根据 ， 有：Fnsinn18-XA=0， 得： XAA=3662NFA=6667NNFE=FFn=111700N图（188）如图（118）， 根据据 ，有有：Fnnsinn18-XB+FQ=0，得：XXB=27701.6N根据 ，有： Fncoss18-YB=0 ，得：YB=11113NNFB=校核AA，B，E各处处销的强强度（各各销直径径均为dd=100mm）销联接接，销的的材料常常用355#钢，可可取许用用切应力力=880MPPa，受受 横向向力F作作用时，应 ： (d 为为销危险险截面的的直径，mm)A处 ， 则则 B处， 则则 E处处： 则 由以上可可知，A

24、A，B，E三处处销强度度均满足足。（2）上上半身缸缸体翻转转中间状状态（335度）受力分分析上半身身缸体翻翻转中间间状态（35度度）受力力简图（19）如如下：图（199）图（200）如图（220），Fn相相对于AA的力臂臂：L1=3900mm，重力PP相对于于A的力力臂L22=3699mm。 根据 有：FnL1-PL2=0 得： Fn=4877N根据 ， 有有：Fnncoss42+YA-P=0 得： YA=1533N根据 ， 有：Fnsinn42-XA=0， 得： XAA=3226NFA=FE=FFn=4487NN图（211）如图（221），Fn相相对于BB的力臂臂L3=2855mm,FQ相相

25、对于BB的力臂臂L4=1244.4mmm.根据，有有： FFnL3-FQL4=0 得： FQ=11116NN根据 ，有：FFnsinn42-XB+FQ=0，得：XXB=14442NN根据 ，有： Fncoss42-YB=0 ，得：YB=3662NFB=校核AA，B，E各处处销的强强度（各各销直径径均为dd=100mm）销联接接，销的的材料常常用#335钢，可取许许用切应应力TT=880MPPa，受受 横向向力F作作用时，应 ： (d 为为销危险险截面的的直径，mm) AA处 ， 则 B处， 则 E处： 则 由以上可可知，AA，B，E三处处销强度度均满足足。（3）上上半身缸缸体翻转转极限（70度

26、度）受力力分析上半身身缸体翻翻转极限限（700度）受受力简图图如下：图（222）图（233）图（244）如图图（233），FFn相对对于A的的力臂；L1=3666mm，重力PP相对于于A的力力臂L22=1544mm. 根据 有：FnL1-PL2=0 得： Fn=2177N根据 ， 有有：Fnncoss37+YA-P=0 得： YA=1773N根据 ， 有：Fnsinn37-XA=0， 得： XAA=1331NFA=FE=FFn=2217NN如图（224），Fn相相对于BB的力臂臂L3=2477mm,FQ相相对于BB的力臂臂L4=1000.4mmm.根据，有有： FFnL3-FQL4=0 得：

27、FQ=5992N根据 ，有：FFnsinn37-XB+FQ=0，得：XXB=7723NN根据 ，有： Fncoss37-YB=0 ，得：YB=1311NFB=校核AA，B，E各处处销的强强度（各各销直径径均为dd=100mm）销联接接，销的的材料常常用#335钢，可取许许用切应应力TT=880MPPa，受受 横向向力F作作用时，应 ： (d 为为销危险险截面的的直径，mm) A处处 ， 则 B处， 则则 E处处： 则 由以上可可知，AA，B，E三处处销强度度均满足足。（4）计计算手摇摇所需的的力 tann =ss/d11 ( 中径 d1=18mmm，ss=4 ) tann =ss/d11=4/

28、3.11418=0.007077 =4.04 当当量摩擦擦系数 上身部部缸体洗洗浴状态态时 =2334018ttan(4.004+177.222)/22 =81196NNmm又手手摇柄长长 LL=1445mmm，且TT=Fll 手摇摇所需的的力 FF=T/l=881966/1445=555.66N上半半身缸体体翻转中中间状态态时 =1111618ttan(4.004+177.222)/22 =39909NNmm 手摇摇所需的的力 FF=T/l=339099/1445=227N上半身缸缸体翻转转极限 =592218ttan(4.004+177.222)/22 =20074NNmm 手摇摇所需的的

29、力 FF=T/l=220744/1445=114N四四 方方案分析析与比较较方案一：上身部部缸体为为摆动导导杆机构构和丝杆杆机构组组合,可可以在00-700任意位位置翻转转和牢固固的锁紧紧，丝杆杆始终受受到拉力力，保证证良好的的刚度要要求，且且传动平平稳，当当所需翻翻转力矩矩最大时时（此时时上身部部缸体为为水平状状态），传动角角为度，传传力效果果最好。手摇驱驱动力也也较小，比较省省力，结结构紧凑凑；腿部部缸体为为双摇杆杆机构，水平状状态时机机构处于于死点位位置，固固定牢靠靠稳定，由于装装了一个个弹簧，只需一一个较小小的力便便可使其其向上翻翻转900，向下下翻转时时,弹簧簧拉力逐逐渐增大大,起到

30、到缓冲作作用，避避免腿部部缸体下下降过快快而产生生冲击，构思巧巧妙，结结构紧凑凑，使用用方便。方案二：头部缸缸体为双双摇杆机机构和丝丝杆机构构共同施施行运动动,可以以产生00-700任意位位置的翻翻转和牢牢固的锁锁紧，运运动较平平稳，但但是丝杆杆运动时时受到径径向压力力，使其其产生弯弯曲，受受力状态态不佳；丝杆机机构需要要设置导导向装置置，结构构较复杂杂；手摇摇力在水水平状态态时比较较大，有有点费力力，使用用不太方方便;腿腿部缸体结构构分析同同上。综合以上上分析，方案结构紧紧凑，受受力合理理.故方方案一为为较优方方案。五 创创新设计计作品与与已有相相近产品品的异同同与创新新之处（重点阐阐明创新

31、新 点点）1 异异同点 从检索索资料和和市场调调查来看看，现有有国内外外市场上上的洗浴浴产品均均为固定定式、整整体式浴浴缸或淋淋浴房。从制造造的材质质上，浴浴缸一般般分为亚亚克力缸缸、钢板板缸、铸铸铁缸和和木桶，尽管市市面上现现有浴缸缸各有特特点，但但它们均均有一个个共同点点：为正正常人或或生活能能自理的的人提供供的洗浴浴产品。多功能能移动式式洗浴器器在市场场定位上上是为瘫瘫痪残病病人服务务，在结结构上与与它们差差异显著著。2 创创新点（1）摆摆脱了现现有洗浴浴产品的的固定式式安装模模式，采采用移动动机架，并设置置了集水水系统，使水集集中排放放，使该该洗浴产产品能随随处移动动，便于于搬运残残病人或或在不同同地点进进行洗浴浴。（22）突被被了现有有产品整整体式浴浴缸的设设计思路路，采用用组合式式浴缸，利用摆动动导杆机机构、丝丝杆机构构、双摇摇杆机