自动升降轮椅

PAGE16PAGE1多功能轮椅设计说明书多功能轮椅【摘要】联合国发表报告指出：当二十一世纪上半叶到来时，全球人口将增加0．6倍，而老年人口将增加2.3倍，老年人口占总人口的比例将上升到20％。也就是说全世界人口老龄化进程正在加快，今后50年内，60岁以上的人口比例预计将会翻一番。而我国是人口最多的国家，老龄化和残疾是我们不得不面对的重大问题，据老龄委统计结果显示，目前我国60岁以上的老年人已达到1.43亿，超过总人口的10％。而我国有残疾人6000多万，平均每5个家庭就有一个残疾人。另一项调查显示，2000年，我国60岁以上老年人中有腿脚不便情况的人已接近2800万。此外，根据中残联统计数据，目前我国肢体残疾人接近900万，其下肢残疾人为200万左右。随着老年人和残疾人的日益增多，服务需求将会日益增加。作品以“关爱残疾人”为设计主题、以“创新、简约、实用”为设计理念，通过深入广泛的市场调研及多方论证，最终确定在现有普通型轮椅上增设座垫升降装置与简易工作装置。利用座垫升降装置，双腿残疾人士可以根据需要独立调节轮椅座垫高度；简易工作装置结构新颖，方便了双腿残疾人士的学习、生活。通过以上改进，提升残疾人士的生活质量，增强生活自信心。一、设计主题在我国，双腿残疾人士人数众多，是一个不容忽视的弱势群体。由于他们生活学习极不方便，从而导致生活自信不足。虽然市面上为他们提供的轮椅品种繁多，能满足部分生活需要，但他们普遍希望能有一种轮椅可以根据需要独立调节轮椅坐垫高度，满足某些生活需要，如独立上床休息、吃饭、娱乐、高处取物等，从而提高生活自理能力，改善生活质量，增强生活自信心。二、设计理念1、创新经过市场调研，目前市面上还没有座垫可以升降的轮椅，但是广大残疾人士非常需要具有这项功能的轮椅。因此我们决定在普通型轮椅上增设座垫升降装置，同时为了方便他们的生活、学习又加装了简易工作装置。2、简约座垫升降装置与简易工作装置设计巧妙，结构简单，成本低廉，充分考虑了广大残疾人士经济承受能力。3、实用改装后的轮椅座垫升降方便、操作省力；根据生活与学习需要，简易工作装置可以很方便地安装、拆卸。经残疾人士试用，得到了一致好评。三、方案论证1、方案的提出简易工作装置即在扶手前加装一个可折叠的小平板，通过铰链机构可以方便地实现安装与拆卸；对轮椅座垫升降装置提出了以下的三种方案：方案一：利用液压传动来实现轮椅的升降。方案二：加装一套千斤顶装置来实现轮椅的升降。方案三：利用丝杆驱动螺母运动而带动双滑杆上升（或下降）来实现轮椅的升降。2、方案的比较优点缺点方案一：液压传动省力结构复杂，液压元件的要求高，成本高，安装比较困难方案二：加装千斤顶省力结构不紧凑，价格昂贵方案三：丝杆螺母副驱动的双滑杆机构结构简单、安装方便，价格低廉摇力稍大3、方案的确定通过比较，我们采用方案三来实现本作品的功能。螺纹传动螺纹传动螺母轴向水平运动双滑杆在竖直方向的升降运动转化为转化为此传动采用丝杆两端分别采用左旋和右旋标准梯形螺纹达到快速、平稳升降的目的4、工作原理：轮椅升降运动就是利用丝杆和螺母的相对运动关系来实现的运动，利用丝杆和螺母组成螺纹副来实现传动要求的螺纹传动，丝杆的旋转运动驱动螺母水平直线运动，驱时双滑杆在竖直方向上的运动。人给手柄一个旋转的力，使手柄带动螺杆做旋旋运动，在丝杆上做正反两个螺纹，以正反两个螺纹相配合，丝杆正转时两螺母相互靠近，丝杆反转时两螺母相互远离，这样来拉动或推动双滑杆的上下运动，从而使轮椅完成上升或下降运动的功能。5、座垫升降装置结构简图：四、设计计算1、起始角α和终止角β的确定已知AE=420mm,CE=200mmA则可以根据已知条件和简图来得出下面的结论EBCD

2、螺杆、螺母及手轮主要参数的确定F支26GF支26GF2F已知丝杆使用的是标准梯形螺纹，牙型角为单(人的体重)（摩擦系数）=至由图分析得.=1\*GB3①②===3\*GB3③由=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③得当量摩擦角,其中当量摩擦系数为且得取所以故因为,从而得到丝杆能够自锁施加在摇柄上的力矩为,用于克服螺纹副的摩擦阻力矩为和被连接件。支撑面的摩擦力矩而得时3、插销直径的确定:选用45钢,其屈服强度而该插销在此为剪切螺栓连接即取插销的直径座垫升降装置主要参数表名称材料参数螺母45钢外径为36mm长度为35mm螺纹大径为25mm螺距p=6mm螺纹牙型角为30双滑杆A3钢管长度l=465mm起始角,终止角外径D=21mm,内径d=16.5mm插销45钢直径为5mm4、丝杆螺母副传动的校核丝杆螺母副工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压力）的作用，同时在丝杆与螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。其失效形式主要是螺纹磨损。因此滑动螺纹副通常是根据耐磨性条件算出丝杆直径和螺母的高度，并参照标准确定螺纹副各主要参数，然后进行强度、自锁、稳定性等校核.（1）螺母的强度校核其强度的条件为式中—轴向力，由前面分析计算的结果可知则—螺纹中径，21.1；—螺纹工作高度，—螺纹工作圈数，即6圈；—许用压强，45钢低速运行可查表得22。为了方便起见，令，H为螺母高度即；代入上式中便可得的公式，即对于梯形螺纹，，为，取1.2至1.5之间（整体螺母）。所以<22<21.1mm则经校核符合要求。（2）丝杆的强度校核丝杆受轴向压力（或拉力）F和扭矩T的作用，丝杆危险截面上既有压缩（或拉伸）应力，又有扭切应力。根据第四强度理论，螺纹危险截面的强度条件为式中—危险截面的当量应力，；—螺纹小径，18.85；—摩擦力矩，可由上式确定；—丝杆材料的许用应力，。所以（为屈服强度，查表可得）则<,最后得知丝杆强度符合要求。（3）纹牙的剪切强度校核通常螺母的材料强度低于丝杆，所以只需校核螺母的强度，纹牙根部受到弯曲应力和剪力，其强度条件为：弯曲强度剪切强度式中—螺母大径处的弯曲应力，；—牙根厚度，对梯形牙； —螺母材料的许用弯曲应力，可查表得1.1=—螺母材料的许用切应力，，可查表得根据上面查表计算的数据和条件，，可得<<其剪切强度符合要求。（4）丝杆稳定性校核丝杆稳定性条件为式中S—稳定性较核安全系数，S常取2.5—4；—临界载荷，N。临界载荷与丝杆柔度有关，可根据的大小选择公式， <40时不必进行稳定性计算，而>40则选择不同的公式计算，在此式中—长度系数，丝杆两端固定可查表得； —丝杆工作长度，即； —丝杆危险截面的惯性半径，由于丝杆危险截面积为，（为丝杆的小径，即）则。所以即40<<100，可选择公式，即则即>S(S常取2.5—4)由此得知丝杆的稳定性符合要求。（5）双滑杆的稳定性校核在此校核中，可以只对一根双滑杆进行校核，为了保证双滑杆有足够的稳定性，要求工作应力小于其极限值，并且符合双滑杆的稳定条件或（材料的稳定安全系数的植在1.8到3.0之间）双滑杆采用钢管，查表得：弹性模量，比例极限，其临界应力则临界柔度：所以同时（F为杆的轴向压力，A为杆的横截面积）因此即经校核符合要求。五、技术经济性分析本作品的座垫升降装置与简易工作装置结构紧凑、简单，加工容易，安装方便，成本低，经济实用。总结围绕“关爱残疾人”的设计主题，经过设计小组成员两个多月的共同努力，完成了本次设计的任务。本作品简单可靠、操作方便，经济实用。通过本次设计，使我们更深刻地体会到创新在机械设计中的重要性，同时也掌握了机械设计的基本方法，锻炼了实际加工能力。由于时间紧、经验欠缺，本作品可能不太完善，某些设计细节考虑不周，我们的设计仍有很多值得改进的地方，如结构可以做得更合理些。参考文献：1、陈立德主编《