多功能病床的設(shè)計(jì)

1、多功能病床的設(shè)計(jì)多功能病床的設(shè)計(jì) 多功能病床的設(shè)計(jì) 51目錄摘 要 3關(guān)鍵 詞 3Abstrac 3Key words 3 第 1 章緒 論 41.1 設(shè)計(jì)的目的和意 義 41.2 設(shè) 計(jì) 的 目 標(biāo) 和 任 務(wù) 4 第 2 章 方案的比較和選 擇 52.1方案52.1.1 床 板 結(jié) 構(gòu) 示 意圖 52.1.2 坐 起 及 曲 膝 的 方案 52.1.3 左 右 翻 身 的 方案 62.1.4床上排便的方案 72.1.5吃飯裝置的方案 72.2方案82.2.1 床 板 結(jié) 構(gòu) 示 意圖 82.2.2 坐 起 及 曲 膝 的 方案 91 .2.3 左 右 翻 身 的 方 案發(fā) 102 .2.4

2、 床 上 排 便 的 方案 10 2.2.5 吃 飯 裝 置 的 方案 11 2.3 方 案 的 對 比 和 選擇 11 第 3 章機(jī) 構(gòu) 設(shè)計(jì) 113.1 基 本 參 數(shù) 的 設(shè) 計(jì) 113.2 電 動(dòng) 機(jī) 的 選擇 123.3 坐起及曲膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 153.4 翻 轉(zhuǎn) 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè)計(jì) 153.5 排 便 活 門 機(jī) 構(gòu) 設(shè)計(jì) 153.6 餐 桌 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè)計(jì) 16 第 4 章零 件 設(shè)計(jì) 174.1 縱 軸 的 設(shè) 計(jì) 與 校核 17 4.2 橫軸一、橫軸二的設(shè)計(jì)與校核174.3螺 桿 的 設(shè) 計(jì) 與 校核 18 4.4 翻身機(jī)構(gòu)中零件的設(shè)計(jì)與校核204.5坐起機(jī)構(gòu)中零件 的設(shè)計(jì)與校

3、核214.6曲 腿 機(jī) 構(gòu) 中 零 件 設(shè) 計(jì) 與 校核21第5章設(shè)計(jì)總結(jié) 22 5.1 方案的評價(jià)與成本估5.2 與相近產(chǎn)品的比較及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)225.3應(yīng)用、乙 刖景 235.4 存在的問題和改進(jìn)建議 23參考文獻(xiàn) 23商要 隨著人口老齡化速度的加快, 護(hù)理業(yè)服務(wù)受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，醫(yī)療和社會(huì)保險(xiǎn)系統(tǒng)面臨前 所未有的壓力。為老年患者服務(wù)的護(hù)理型病床的需求正不斷增加。本文詳細(xì)論述了針對缺乏自理能力的老年人及行動(dòng)不便的病人設(shè)計(jì)的多功能護(hù)理床的基本結(jié)構(gòu)和功能原理該病床能夠幫助病人實(shí)現(xiàn)翻身、坐起、屈膝、排便及吃飯，解決了護(hù)理病人過程中的諸多不便，進(jìn)而增強(qiáng)了我國護(hù)理業(yè) 服務(wù)，有力地促進(jìn)了我國的醫(yī)療保健事

4、業(yè)的發(fā)展。該設(shè)計(jì)對病床的各項(xiàng)功能進(jìn)行了方案選擇、原理分析、 零件尺寸計(jì)算及強(qiáng)度較核，基本上實(shí)現(xiàn)了各個(gè)裝置的正常運(yùn) 行。關(guān)鍵詞 醫(yī)療設(shè)備；護(hù)理床；醫(yī)院病床；設(shè)計(jì)The design of Multi-functional hospital bed Abstract With the speed of population ageing , care services industry has been in the face of challenges. Medical and social insurance system is facing unprecedented pressure. C

5、are-beds which serve the old patients are in increasing demand。The basic structure and functional principles of multifunctional care-beds which are designed for those old patients who lack of governance of themselves and those patients who lack of the ability to control their mobility are elaborated

6、 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. This in turn augments nursing service in our country and effectively promotes the development of the cause of our health

7、 care . The design has finished the options of programme, analysis of the principle, calculation of parts size and check of the strength security, as a result achieves the realization of normal operation to each device in the care-beds. Key words Medical equipment ; Nurse bed; Hospital beds; design;

8、 緒 論 1.1設(shè)計(jì)的目的和意義 在今日的醫(yī)院面臨護(hù)理水平和技術(shù)迅 速提高的總要求下，配置符合世界性護(hù)理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的病床是 每個(gè)醫(yī)療單位都關(guān)心的問題。不僅如此，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，在很多發(fā)達(dá)國家，病床的使用甚至超生醫(yī)療單位（福利院、康復(fù)中心），延續(xù)到患者（老年病、慢性?。┑募彝?。中國己于1999年10月提前進(jìn)入人口老齡化國家的行列。據(jù)報(bào)道，中國不僅是世界上老齡化人口絕對數(shù)最多的國 家，而且也是世界上老齡化速度最快的國家之一。60歲及其以上老年人口已達(dá)1. 32億，占全國總?cè)丝诘?096（65歲以上老年人口為 8687萬，占7%）,并以年均3.32% 的速度持續(xù)增長。更為突生的是，我國 80歲以上

9、老年人口已達(dá) 1100萬， 并以年均5. 4%的速度驚人遞增。人口老齡化的趨勢使老人有更多患慢性病的機(jī)會(huì)，根據(jù)統(tǒng) 計(jì)資料約79. 1 %的老人至少有一種或一種以上的慢性病, 而慢性病的患者有較高的殘疾機(jī)會(huì)、較差的功能狀態(tài)和較高 的死亡率，因而將由現(xiàn)一個(gè)健康最弱的群體。其中突生的現(xiàn)象就是高齡老年人自我照料能力減弱，對家 庭、社區(qū)、政府依賴程度加大。據(jù)調(diào)查，在 80歲以上男性老人中，能自我照料的只占35. 7%。目前 空巢家庭”也已成為社會(huì)發(fā)展趨勢，家庭式護(hù)理對老 年人的關(guān)照也日趨減弱，客觀上增加了老年人、殘疾人護(hù)理 的困難。由此可見我國增強(qiáng)老年護(hù)理業(yè)服務(wù)、提高護(hù)理醫(yī)療設(shè)施 的重要性和迫切性。在國

10、外，醫(yī)療護(hù)理器械高新技術(shù)含量越來越多，對新工藝、新材料的要求越來越高。醫(yī)療器械的發(fā)展趨勢可從材料和產(chǎn)品形式兩個(gè)方面來分析。從材料方面看.目前手術(shù)器械產(chǎn)品材質(zhì)豐富，除廣泛采用 含鋁不銹鋼外，還采用銅、鋁、特殊臺金和塑料等材料；從 產(chǎn)品形式來看，手木器械采用了現(xiàn)代新技術(shù)后正突破傳統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，向高效能、設(shè)備性發(fā)展，但國外這種復(fù)雜的多功能的護(hù) 理器械造價(jià)高昂，功能操作相對復(fù)雜，在我國現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)水 平下很難得到大眾化的推廣應(yīng)用；在國內(nèi)，相關(guān)的醫(yī)療護(hù)理 器械發(fā)展不太成熟，特別是護(hù)理病床的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí) 際的需要，功能比較單一、自動(dòng)化程度不高等原因是現(xiàn)有一些多功能護(hù)理病床得不到大眾化推廣的原因之一。為了增

11、強(qiáng)我國護(hù)理業(yè)服務(wù)，解決護(hù)理病人過程中的諸多 不便，我們設(shè)計(jì)制造了這款新型的多功能病床，該病床共可 以實(shí)現(xiàn)幫助病人翻身、坐起、屈膝、排便及吃飯五大功能， 能夠很好地解決病人護(hù)理過程中的大部分問題，并且病床由 病人自己點(diǎn)動(dòng)控制，按自己的感覺和意愿調(diào)整臥姿，舒適自 知。同時(shí)螺旋連桿機(jī)構(gòu)以簡單易于加工的特點(diǎn)決定了其低成 本性，適合大批生產(chǎn)和大眾化的推廣，對增強(qiáng)我國護(hù)理業(yè)服 務(wù)，有力地促進(jìn)了我國的醫(yī)療保健事業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn) 實(shí)意義。1.2設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù) 常見的一些新型護(hù)理病床有手動(dòng) 可升降病床、遙控氣動(dòng)可升降病床、電動(dòng)遙控病床等。本設(shè)計(jì) 結(jié)合護(hù)理業(yè)的實(shí)際情況和病人的實(shí)際需要，我們 這款多功能病床主

12、要可以實(shí)現(xiàn)以下五大功能：幫助病人坐起功能，使病人在任何坐臥姿勢下感覺舒適 （自主控制）。幫助病人屈膝功能，使病人腿部置于所需的舒適的位 置（自主控制）。 幫助病人左右翻身功能，實(shí)現(xiàn)病人的左右翻身（自主控 制）。幫助病人排便功能，使病人在床上能很方便的排便（自 主控制）。 輔助病人用餐和看書的功能，使病人在床上用餐，看 書時(shí)有一個(gè)比較舒適的位置和放置飯菜書本的地方。以上五個(gè)功能中，前四項(xiàng)功能都采用電動(dòng)機(jī)控制實(shí)現(xiàn)， 并且可以自主根據(jù)病人的實(shí)際需要點(diǎn)動(dòng)控制，按自己的感覺 和意愿調(diào)整臥姿，唯輔助病人用餐和看書的功能采用手動(dòng)操 作，可以說自動(dòng)化程度較高，操作也比較人性化。通過以上五項(xiàng)功能可以很好地解決病

13、人護(hù)理和自理過程 中的大部分問題。由此，我的服務(wù)對象比較廣泛：外傷病人、骨科病人、手術(shù)后康復(fù)病人及其它重癥病人、臥 床不起行動(dòng)不便的病人或老人等。方案的比較和選擇 2.1方案一 2.1.1床板結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2-1方案一：床板結(jié)構(gòu)示意圖 床板分為8塊，相互間用合葉較接（如圖）， 左右翻時(shí)1、3、5、7或2、4、6、8一起繞X軸翻轉(zhuǎn)；坐起 時(shí)1、2 一起繞軸翻轉(zhuǎn)；曲膝時(shí) 5、6起繞軸向上翻轉(zhuǎn)，翻 轉(zhuǎn)的同時(shí)7、8板同時(shí)被拖起，7、8板一起繞Y3相對于5、 6板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到了曲膝的目的。圖中A、B為排便的滑板，排便時(shí) A、B分別沿Y軸正負(fù) 方向往外滑動(dòng)，打開一活門，從而滿足排便需要。未工作時(shí)床板平

14、置于床架上，和普通的病床一樣采用此種結(jié)構(gòu)的床板，制造簡易，且很輕松的克服了各功 能間的相互干擾，滿足了各個(gè)功能協(xié)調(diào)動(dòng)作的要求。2.1.2 坐起及曲膝的方案 圖2-2方案一：坐起及曲膝原理（平躺狀態(tài)）圖2-3坐起及曲膝原理（坐起狀態(tài)） 這部分的設(shè)計(jì)，采取坐起和曲膝的功能分別驅(qū)動(dòng) 的思路。如圖分別是床板平置和坐起及曲膝動(dòng)作完成之后的狀態(tài)。床板平置時(shí)，人躺在床上和普通病床一樣，當(dāng)需要坐起時(shí)由圖中左邊的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿 9轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺套7向右運(yùn)動(dòng)， 再由連桿6帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂5旋轉(zhuǎn)，最后由轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)床板 1繞J點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。需要曲膝時(shí)，同樣右邊的電動(dòng)機(jī)工作，通過螺旋傳動(dòng)使得 轉(zhuǎn)臂12旋轉(zhuǎn)，將床板3頂起，

15、達(dá)到曲膝的目的。坐起和曲膝動(dòng)作如圖 坐起狀態(tài)”。此方案主要為螺旋傳動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易， 成本低廉，傳動(dòng)精確；缺點(diǎn)是承受的軸向推力大，效率低， 摩擦嚴(yán)重。2.1.3 左右翻身的方案 圖2-4左右翻身方案一 左右翻身 的實(shí)現(xiàn)同上面的原理，由另外一臺電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過螺旋傳 動(dòng)完成翻轉(zhuǎn)。如圖，電動(dòng)機(jī)工作，螺桿 2轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺套1向右運(yùn)動(dòng)， 由連桿3帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂4旋轉(zhuǎn)，使得床板5繞G點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，同理使得床板6繞G旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到左 右翻的目的。此方案主體也采用了螺旋傳動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，加工 容易，成本低廉，傳動(dòng)精確；缺點(diǎn)是承受的軸向推力大，效 率低，摩擦嚴(yán)重。2.1.4 床上排便的方案

16、 圖2-5床上排便方案一 如圖，7、 8為用滑道連接在床板上的滑板，可在床板上滑動(dòng)；6為一根彈簧，兩端固定在 7、8兩板上，并保持一定的張力，將 板拉緊。2、3為兩個(gè)定滑輪，分別固定在床板的兩端；4、5為兩根鋼絲繩，一端固定在滑板的一邊，另一端固定在有凹槽的 輪子1上；1為由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪子；排便時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作， 帶動(dòng)輪子1轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩被拉緊繞在輪子上，并將 7、8板 往外拉開；排便完后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)輪 1反轉(zhuǎn)，鋼絲繩 慢慢松開，7、8板在彈簧的拉力下合攏。此方案采用了鋼絲繩、定滑輪拖動(dòng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，卻 很好的滿足了排便的要求。2.1.5 吃飯裝置的方案 圖2-6吃飯裝置方案一 如圖，1

17、 為一根彎折成90度的桿，A端處可繞4轉(zhuǎn)動(dòng)，4為床架；2 也為一根彎折成90度的桿，2桿的一端可繞1桿的B處轉(zhuǎn)動(dòng)， 2桿的另一端用合葉 D、E較接一塊板3,吃飯時(shí)將3板翻轉(zhuǎn) 過去，由焊接在另一邊的板 F支撐。圖中C處為一銷子，在床板上開一個(gè)凹槽，當(dāng) 2轉(zhuǎn)動(dòng)到吃飯的位置時(shí)，銷子剛好卡在凹槽里，將板固定好。不用時(shí)可將板折疊置于床下。此裝置，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，作為病床上的餐桌很實(shí) 用。1.1.1 二：2.2.1床板結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-7床板結(jié)構(gòu)方案 二 床板分為6塊，相互間用合葉較接（如圖），左右翻時(shí)1、 3、5、或2、4、6、一起繞 X軸翻轉(zhuǎn)；坐起時(shí) 1、2 一起繞 軸向上翻轉(zhuǎn)，同時(shí) 5、6 一起

18、繞軸向下翻轉(zhuǎn)，達(dá)到曲膝的目 的。圖中A、B為排便的滑板，排便時(shí) A、B分別沿Y軸方向 往外拖動(dòng)，從而滿足排便需要。未工作時(shí)床板平置于床架上，和普通的病床一樣。1.1.2 坐起及曲膝的方案 圖2-8坐起及曲膝方案二（平躺 狀態(tài)） 圖2-9坐起及曲膝方案二（坐起狀態(tài)） 這部分的設(shè) 計(jì)，采取坐起和曲膝的功能同時(shí)驅(qū)動(dòng)的思路。如圖分別是床板平置和坐起及曲膝動(dòng)作完成之后的狀態(tài)。床板平置時(shí)，人躺在床上和普通病床一樣，桿 4: 5、6 組成的連桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)狀態(tài)，達(dá)到足夠的剛度和穩(wěn)定性。當(dāng)需要坐起時(shí)由圖中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿 1轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿1再 驅(qū)動(dòng)蝸輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)，將床板9繞C點(diǎn)頂起， 與此同時(shí)和蝸輪

19、同步的帶輪 2帶動(dòng)小帶輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，4帶輪的 旋轉(zhuǎn)使得曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄 4轉(zhuǎn)動(dòng)，擺脫死點(diǎn)狀態(tài)，搖 桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，使得床板7在重力的作用下繞 D點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后同 時(shí)滿足坐起和曲膝的功能。坐起和曲膝動(dòng)作如圖 坐起狀態(tài)”。該方案采用蝸輪蝸桿 一帶輪組合傳動(dòng)，具優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平 穩(wěn)，沖擊載荷小傳動(dòng)比大；缺點(diǎn)是效率低磨損較嚴(yán)重，且蝸 輪蝸桿加工難度大，制作成本高。帶輪負(fù)載大時(shí)可能造成皮帶打滑，并且其曲腿功能和坐起 只能同時(shí)滿足，無法獨(dú)立動(dòng)作。1.1.3 左右翻身的方案 圖2-10左右翻身方案二 左右翻 身同樣由蝸輪蝸桿來實(shí)現(xiàn)。如圖，電動(dòng)機(jī)工作，蝸桿 1轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使 得轉(zhuǎn)臂2轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，同理

20、使得床板的另一塊翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到左右翻的目的。此方案也采取了蝸輪蝸桿傳動(dòng)的原理，具優(yōu)點(diǎn)是可獲得 較大的傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)；缺點(diǎn)是效率低，磨損 較嚴(yán)重，制造蝸輪成本大且工藝要求高。1.1.4 床上排便的方案 圖2-11床上排便方案二（關(guān)閉狀 態(tài)）圖2-12床上排便方案二（打開狀態(tài)） 要實(shí)現(xiàn)排便功能， 必須滿足兩點(diǎn)，其一，床板能拉開，其二，床板能翻轉(zhuǎn)。為了解決這兩點(diǎn)，我們可以采取如上螺旋傳動(dòng)的空間連桿機(jī)構(gòu)如圖，1、4為用球較連接的螺桿，分別為左旋螺桿和右旋 螺桿，1螺桿左端A處為一圓柱副連接，4螺桿右端D處與 電動(dòng)機(jī)相連；2、3為螺套，分別和滑板 G、F固定，其中G、 F為用滑道固定床板上的

21、滑板，可在床板上滑動(dòng)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)螺桿4轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)螺桿1轉(zhuǎn)動(dòng)，由于分別 為左右螺旋，故可分別驅(qū)動(dòng) 2、3螺套相對運(yùn)動(dòng)，將滑板 G、 F往兩邊拉開。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)同理可使得滑板關(guān)閉。左右翻時(shí)由于1、4間為球面副連接，故可實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。本方案采用螺旋傳動(dòng)，中間用球面副聯(lián)接以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是使用了空間機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)巧妙，但對加工 和安裝的精度要求高。1.1.5 吃飯裝置的方案同方案一吃飯裝置。2.3方案的對比和選擇表2-1實(shí)現(xiàn)的功能采用的結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)情況加工工藝及成本 方案一坐起螺旋連桿組合機(jī) 構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，效率低加工易，成本低 曲膝螺旋連桿組合機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，效率低加工易，

22、成本低 左右翻 螺旋連桿組合機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，效 率低加工易，成本低 排便鋼絲繩、定滑輪拖動(dòng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)較穩(wěn)定 加工易，成本低 吃飯可翻折連桿 結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用 加工易，成本低 方案二 坐起 蝸輪蝸桿一帶輪 組合傳動(dòng) 傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng) 比大，效率低 加工難，成本高 曲 膝 蝸輪蝸桿一帶輪組合傳動(dòng) 坐起和曲膝只能同時(shí)動(dòng)作加工難，成本高 左右翻 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng) 比大， 效率低 加工難，成本高 排便 螺旋傳動(dòng)的空間連桿結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)巧妙，傳動(dòng)穩(wěn)定 加工難，成本高且安裝精度高吃飯 可翻折連桿 結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用 加工易，成本低 綜合考慮各個(gè) 功能的實(shí)現(xiàn)情況，制造的工藝性以及加工成本，最終

23、決定采 用方案一。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1基本參數(shù)的設(shè)計(jì) 根據(jù)一般常識確定床的基 本尺寸為：長1900mm、寬100mm、高610mm.左右翻身時(shí)床板運(yùn)動(dòng)范 圍為080、坐起時(shí)床板的運(yùn)動(dòng)范圍為 085、曲腿時(shí)床板 的運(yùn)動(dòng)范圍為050、方便門兩邊各打開 100mm. 3.2電動(dòng)機(jī) 的選擇 、坐起電動(dòng)機(jī)1）功率 取t=40s極限角度9取85, 轉(zhuǎn)臂角速度.轉(zhuǎn)臂速度.負(fù)載.則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率.（忽略轉(zhuǎn)臂 自重）。電動(dòng)機(jī)的許用功率.（忽略了軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿自重）。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率.選用額定功率為120W的單相電容式減速 電動(dòng)機(jī)。2）轉(zhuǎn)速由圖3-1可知坐起螺桿導(dǎo)程l最短約為300mm.圖3-1坐起時(shí)螺桿導(dǎo)程示意圖那

24、么由上身坐起的時(shí)間t=40s.螺桿螺紋間距d=5mm ,可以得由電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為、曲腿電動(dòng)機(jī)的選擇1）功率t=30s,極限角度9取50,轉(zhuǎn)臂角速度.轉(zhuǎn)臂速度.負(fù)載.則轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率.（忽略了軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量及連桿質(zhì)量）。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率.選用額定功率為60W的單相電容式減速 電動(dòng)機(jī)。2）轉(zhuǎn)速 由3-2圖可知屈膝螺桿導(dǎo)程 l最短約為213mm. 圖3-2曲膝時(shí)螺桿導(dǎo)程示意圖那么由上身坐起的時(shí)間 t=40s.螺桿螺紋間距d=5mm,可以得由電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為、翻身電動(dòng)機(jī)1）功率 設(shè)定翻身時(shí)間為 t=40s .極限角度 9取 80,則轉(zhuǎn)臂角速度.轉(zhuǎn)臂速度.負(fù)載.則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率W（忽略轉(zhuǎn)臂自重）

25、。電動(dòng)機(jī)許用功率.（忽略連桿自重及軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率.選用額定功率為60W的單相電容式減速 電動(dòng)機(jī)。2）轉(zhuǎn)速 由圖3-3可知左右翻身螺桿導(dǎo)程l最短為297.2mm,約為300mm.左右翻螺桿行程 圖3-3翻身時(shí)螺桿 導(dǎo)程示意圖 那么翻身一側(cè)的螺桿行程約為150mm,且翻身的時(shí)間t=40s.螺桿螺紋間距d=5mm,由此可以得由電動(dòng)機(jī)的 最低轉(zhuǎn)速約為r/min.方便活門的電機(jī)選擇因排便活門采用滾珠滾動(dòng)裝置，磨擦較小且所使用恢復(fù)小彈簧的彈徑系數(shù)較 小，因此所需功率也很小，根據(jù)實(shí)際情況選用功率10W,轉(zhuǎn) 速n=120r/min的較小電動(dòng)機(jī)。3.3 坐起及曲膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖3-4坐起曲膝運(yùn)動(dòng)簡圖

26、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖3-4所示，傳動(dòng)的效率與傳動(dòng)角有很大的關(guān) 系，故應(yīng)保證盡量大的傳動(dòng)角，參考傳動(dòng)角范圍60o-90o),考慮各構(gòu)件間的相互位置，可初步確定各構(gòu)件的尺寸： 坐起機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)臂5長度為600mm ;連桿6長330mm ,連桿5長150mm , 螺桿導(dǎo)程l=300mm ,故螺桿螺紋長度取 350mm ,據(jù)床的整體 結(jié)構(gòu)確定螺桿長度為 450mm。曲膝機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)臂12長為370mm，連桿11長300mm，連桿12 長150mm , 螺桿導(dǎo)程l=213mm ,故螺桿螺紋長度取 250mm,據(jù)床的整體 結(jié)構(gòu)確定螺桿長度為 450mm。3.4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖3-5左右翻身機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖同理選取參考

27、傳動(dòng)角范圍 80o-90o),初步確定各構(gòu)件的尺寸： 轉(zhuǎn)臂4的長為310mm ,連桿3長300mm ,連桿4長150mm . 翻身時(shí)螺套需沿螺桿兩邊運(yùn)動(dòng)，螺桿導(dǎo)程l=300mm,螺桿螺紋長度取350mm ,根據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿長度為500mm.3.5 排便活門機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖3-6結(jié)合實(shí)際條件，根據(jù)床的整 體結(jié)構(gòu)，確定部分零件的尺寸：定滑輪2、3的外徑30mm,輪1外徑50mm,鋼絲繩各長1 米。3.6餐桌機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖3-7餐桌方案示意圖如圖，根據(jù)床體可大致確定餐桌機(jī)構(gòu)的尺寸，總高大約為600mm, 1桿長為 150mm,高 100mm, 2 桿高 500mm,長 500mm, 3 板 尺寸

28、 500m由 180mm。零件設(shè)計(jì)4.1縱軸的設(shè)計(jì)與校核 a、求軸上的功率 P1, 轉(zhuǎn)速n1,和轉(zhuǎn)矩T1 .（忽略連桿自重）。經(jīng)整體規(guī)劃將軸設(shè)計(jì)為空心光軸。b、初步確定軸的直徑.（機(jī)械設(shè)計(jì)15-3）選用內(nèi)徑為27mm,外徑為45mm的45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。c、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向和周向定位要求， 將軸與轉(zhuǎn)臂 套筒用螺栓聯(lián)在一起，具體位置由床整體結(jié)構(gòu)來確定。固定孔偏離轉(zhuǎn)臂套筒固定孔 37o,見附錄一一縱軸零件圖。d、初步選定滾動(dòng)軸承因軸承所承受的軸向力可忽略，認(rèn)為只受徑向力，選用深溝球軸承。e、軸的強(qiáng)度校核 只校核軸的危險(xiǎn)截面，因該軸所受彎矩 可忽略，下面只按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。軸的計(jì)算應(yīng)力.（材料力學(xué)

29、3.12）其中.（材料力學(xué)3.15） 由前面軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查得.因此，故安全。4.2 橫軸一、橫軸二的設(shè)計(jì)與校核 a、求軸上的功率 P2、 P3轉(zhuǎn)速n1、n2及轉(zhuǎn)矩T2、T3 .（忽略連桿重量） .將 軸設(shè)計(jì)為空心光軸。b、初步確定軸的直徑.因計(jì)算比較保守，先選用外徑42mm，內(nèi)徑32mm的45鋼管，待后面校核。.同以上選擇一樣。c、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向和周向定位要求將軸與轉(zhuǎn)臂套 筒用螺栓固定，同時(shí)考慮到傳動(dòng)角的范圍將連桿在軸上的固 定孔偏離轉(zhuǎn)臂套筒固定孔 40Q見圖示。d、初步選定滾動(dòng)軸承因軸承所受軸向力可忽略，認(rèn)為只受徑向力，選用角接觸球軸承。（型號）e、軸的強(qiáng)度校核 因這

30、兩根軸所受彎矩很小，可忽略，認(rèn)為只受扭矩作用，故按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。軸的計(jì)算應(yīng)力.由以上計(jì)算確定軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。查得.因此.故兩軸均安全。4.3 螺桿的設(shè)計(jì)與校核 a、螺桿的確定 因三根螺桿中使病 人坐起機(jī)構(gòu)中螺桿受力最大，故先設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)中的螺桿。負(fù)載T2=1000N ,螺桿軸向力最大為 1000N.根據(jù)螺旋傳 動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式 .（李國君，王成金.多功能病床）其中Q一軸向載荷1000N.螺紋伸角=5o ,當(dāng)量摩擦角=5o.一螺紋 中徑，查找相關(guān)資料取=20mm.一支撐面平均直徑，=20mm. 一摩擦系數(shù)，取=0.1.因此計(jì)算得.由此得由螺紋最小扭矩為 28時(shí)即可將1000N負(fù)載支起

31、。而電動(dòng)機(jī)提供給螺桿的轉(zhuǎn)矩為.故符合要求b、螺紋長度的確定由前面電動(dòng)機(jī)選擇過程中求電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速時(shí)算由的數(shù)據(jù)：翻身螺桿導(dǎo)程為300mm,螺紋選350mm,據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確 定螺桿總長度 500mm,坐起螺桿導(dǎo)程為300mm,螺紋選350mm,據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿總長度450mm,屈膝螺桿導(dǎo)程為213mm,螺紋選250mm,據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿總 長度450mm.材料選用45鋼。c、螺桿強(qiáng)度校核 （機(jī)械設(shè)計(jì)5.49）其中F為軸向壓力. A為螺紋段的危險(xiǎn)截面面積，（為螺紋小徑）。為螺桿螺紋抗扭截面系數(shù)，.T為螺桿所受扭矩，.經(jīng)計(jì)算得.前面已選定45鋼，查表得,因此，故安全。d、螺桿穩(wěn)定性校核因坐

32、起螺桿和曲腿螺桿柔度故不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核，只校核翻身機(jī)構(gòu)中的螺桿。.故認(rèn)為螺桿穩(wěn)定。4.4 翻身機(jī)構(gòu)中零件的設(shè)計(jì)與校核翻身運(yùn)動(dòng)中連桿的設(shè)計(jì)a、連桿選材根據(jù)傳動(dòng)角范圍及整個(gè)機(jī)構(gòu)的要求，初步確定兩根連桿長度分別為連桿一 300mm ,連桿二150mm.根 據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及查找相關(guān)資料初步確定連桿一直徑為25mm .b、連桿強(qiáng)度校核 因連桿一所受彎矩較連桿二小，故只校核 連桿二.圖4-1連桿受拉力.（較小可忽略）。.所選材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理.因此,故安全。翻身機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì)a、轉(zhuǎn)臂選材 將縱軸一的位置及床整體結(jié)構(gòu)的限制，初步確定轉(zhuǎn)臂的長為310mm.材料為結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心型鋼，標(biāo)準(zhǔn)GB/T6728

33、 1986. Amm=50 ,Bmm=25 ,壁tmm=1.2 . b、轉(zhuǎn)臂強(qiáng)度校核.轉(zhuǎn)臂所受彎矩 最大為60=155000N/mm 15MPa 材料的許用應(yīng)力 75MPa因 為，故安全 4.5坐起機(jī)構(gòu)中零件的設(shè)計(jì)與校核連桿的設(shè)計(jì)a、初步確定連桿材料 連桿一： 330mm ,連桿二： 150mm ,直徑： 28mm , 45鋼調(diào)質(zhì)處理。b、連桿強(qiáng)度校核 同上，只校核連桿二.（一個(gè)特定位置）。 連桿所受軸向力可忽略。.因.故安全。轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) a、轉(zhuǎn)臂選材據(jù)橫軸一的位置及床整體結(jié) 構(gòu)，確定轉(zhuǎn)臂長度為 570mm，.材料為結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心 型鋼，標(biāo)準(zhǔn) GB/T6728 1986. Amm=50 ,

34、 Bmm=25 ,壁 tmm=1.2 . b、轉(zhuǎn)臂強(qiáng)度校核桿所受最大彎矩 60=300000N/mm 28.8MPa材料的許用應(yīng)力 75MPa因?yàn)?，?安全4.6曲腿機(jī)構(gòu)中零件設(shè)計(jì)與校核連桿的設(shè)計(jì)a、初步確定連桿尺寸及材料連桿一： 300mm ,連桿二： 150mm ,直徑： 25mm , 45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。b、連桿強(qiáng)度校核因本機(jī)構(gòu)中連桿材料及尺寸與翻身機(jī) 構(gòu)中一樣，但所受力較前者小，故無需強(qiáng)度校核。轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) a、轉(zhuǎn)臂選材 據(jù)橫軸二內(nèi)位置及床的整體結(jié) 構(gòu)，確定轉(zhuǎn)臂長為 370mm，材料與前面一樣。b、轉(zhuǎn)臂強(qiáng)度校核 因本機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)臂所受彎矩較坐起機(jī)構(gòu) 中小得多，故也無需進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)總結(jié)5.

35、1方案的評價(jià)與成本估算這款病床主體傳動(dòng)裝置采用了螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)，簡單實(shí)用的傳動(dòng)方式與靈活 的連接形式使其輕松的克服了各項(xiàng)功能相互干擾的弊端。從而挨棄了以往設(shè)計(jì)時(shí)為克服上述弊端而采用床板與傳 動(dòng)裝置固定連接或采用氣囊等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，以簡單的傳動(dòng)原 理實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)功能。從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上考慮，螺旋連桿機(jī)構(gòu)以簡單易于加工 的特點(diǎn)決定了其低成本性，從而為大批生產(chǎn)時(shí)的成本壓縮奠 定了基礎(chǔ)。另外，該病床適用于所有因病或其它原因引起的身體不便移動(dòng)的人（包括癱瘓病人，重癥病人等），而不僅僅為家庭老人而設(shè)計(jì)，因而有巨大的市場需求。成本估算：電動(dòng)機(jī)（四個(gè)）：1500元 標(biāo)準(zhǔn)件（軸承、螺栓等）：80元材料:角鋼 40

36、 M0mm 10米 方鋼 20X20mm 6米 扁鋼 40mm 2米 鋼管 直徑40mm 3米 合計(jì)約50kg 50 4.5元/千克=225元 加 工費(fèi)：零件加工較簡單故可算約等于材料費(fèi)即225元表面處理：20元合計(jì)：2050元利潤估算：若投放市場，該病床定價(jià)為 5000元是各大醫(yī)院可接受的價(jià) 格。毛利：5000-2050=2950元營銷費(fèi)用：600元稅收：500元純利潤：2950-600-500=1850元5.2與相近產(chǎn)品的比較及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 與以往的設(shè)計(jì)相比較，該病床結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，且實(shí)現(xiàn) 了所有功能的自動(dòng)控制，很好的解決了護(hù)理工作中的諸多不 便，其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：將病床床板分割成8塊，

37、用較鏈聯(lián)接，擱置在床架上，病人平躺時(shí)安全可靠，坐起、曲膝和翻身時(shí)，運(yùn)動(dòng)靈活。床板和傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)臂之間沒有聯(lián)接，可接觸可分離， 從而克服了坐起、曲膝與翻身的傳動(dòng)干涉。排便活門的開閉采用了鋼絲繩、定滑輪組合機(jī)構(gòu)，傳 動(dòng)穩(wěn)定可靠轉(zhuǎn)臂軸由螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)角接近90,傳動(dòng)效率高。全部采用低副機(jī)構(gòu)，加工簡單、力量大，磨損小。各功能采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在電路設(shè)計(jì)上根據(jù)動(dòng)作 的需要，設(shè)置了相應(yīng)的自鎖和互鎖，并有行程開關(guān)限位，由 病人自己點(diǎn)動(dòng)控制，舒適自知。5.3 應(yīng)用前景 該病床適用于各種原因引起的臥床不 起，身體不能自主移動(dòng)的病人，且目前市場上還沒有如此功 能完善且操作簡單的產(chǎn)品，因而有巨大的市場需求。該病床由病人自己點(diǎn)動(dòng)控制，按自己的感覺和意愿調(diào) 整臥姿，舒適自知，可有效促進(jìn)血液循環(huán)和防止褥瘡的發(fā)生， 且減輕了護(hù)理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。該病床技術(shù)含量較高，成本低，加工簡單，工作可靠。5.4 存在的問題和改進(jìn)建議 其一，由于目前處于樣機(jī)生 產(chǎn)階段，只能利用工廠已有的材料種類和規(guī)格，以便節(jié)約制 造成本，致使該病床重量較大。如果該病床能進(jìn)入批量生產(chǎn)，在達(dá)到強(qiáng)度和剛度要求的前 提下，應(yīng)盡量減輕重量，降低成本。其二，控制裝置可以進(jìn)一步完善，改為無線遙控，則