多功能病床的設(shè)計(jì)

1818多功能病床的設(shè)計(jì)TOC\o"1-5"\h\z摘要 3丿關(guān)^鍵!詞,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3Abstrac,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3Keywords,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3第1章緒論 4\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的目的和意義 4設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù) ”,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 4第2章方案的比較和選擇 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 521 方案—- 5■?x~4丿|J 5555555555555555555555555555555床板結(jié)構(gòu)示意圖，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 5坐起及曲膝的方案,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5左右翻身的方案，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 6床上排便的方案，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 7吃飯裝置的方案，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 7方案二,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 8床板結(jié)構(gòu)示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 8坐起及曲膝的方案,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 9左右翻身的方案發(fā),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 10床上排便的方案 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 10吃飯裝置的方案 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11方案的對比和選擇，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 11第3章機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 11基本參數(shù)的設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11電動(dòng)機(jī)的選擇，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 123.3坐起及曲膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 15翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 15排便活門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 15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,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 174.2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)與校核 ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 214.6曲腿機(jī)構(gòu)中零件設(shè)計(jì)與校核 ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，21j第5-章^設(shè)計(jì)總纟結(jié) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,225.1方案的評價(jià)與成本估算 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,225.2與相近產(chǎn)品的比較及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2253應(yīng)用前景235.4存在的冋題和改進(jìn)建議 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,23^參考乂^獻(xiàn) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,23多功能病床的設(shè)計(jì)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)ThedesignofMulti-functionalhospitalbedAbstractWiththespeedofpopulationageing，careservicesindustryhasbeeninthefaceofchallenges.Medicalandsocialinsuraneesystemisfacingunprecedentedpressure.Care-bedswhichservetheoldpatientsareinincreasingdemand。Thebasicstructureandfunctionalprinciplesofmultifunctionalcare-bedswhicharedesignedforthoseoldpatientswholackofgovernanceofthemselvesandthosepatientswholackoftheabilitytocontroltheirmobilityareelaboratedintheessay.Muchinconvenienceinthecourseofnursingpatientcanberesolvedbythecare-bedswhichcanhelppatientsturnoverthemselves,situp,bendkneesandalsospot.Thisinturnaugmentsnursingserviceinourcountryandeffectivelypromotesthedevelopmentofthecauseofourhealthcare.Thedesignhasfinishedtheoptionsofprogramme,analysisoftheprinciple,calculationofpartssizeandcheckofthestrengthsecurity,asaresultachievestherealizationofnormaloperationtoeachdeviceinthecare-beds.KeywordsMedicalequipment；Nursebed；Hospitalbeds；design；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，病床的使用甚至超出醫(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。更為突出的是，我國80歲_以上老年人口已達(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，因而將出現(xiàn)一個(gè)健康最弱的群體。 其中突出的現(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，除廣泛采用含鉬不銹鋼外，還采用銅、鋁、特殊臺(tái)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，相互間用合葉鉸接（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Y1軸翻轉(zhuǎn)；曲膝時(shí)5、6一起繞丫?軸向上翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)的同時(shí)7、8板同時(shí)被拖起，7、8板一起繞丫3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)AB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11F11F圖2-2方案一：坐起及曲膝原理（平躺狀態(tài)）圖2-2方案一：坐起及曲膝原理（平躺狀態(tài)）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(tái)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，去卩很好的滿足了排便的要求。2.1.5吃飯裝置的方案圖2-6 吃飯裝置方案一11如圖，1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DE鉸接一塊板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。2.2方案二：2.2.1床板結(jié)構(gòu)示意圖圖2-7圖2-7床板結(jié)構(gòu)方案二床板分為6塊，相互間用合葉鉸接（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Y1軸向上翻轉(zhuǎn)，同時(shí)5、6一起繞Y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。2.2.2坐起及曲膝的方案圖2-8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)，其優(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。2.2.3左右翻身的方案圖2-10左右翻身方案二1轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從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， 其優(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。224床上排便的方案3PDIT

+rn圖2-11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為用球鉸連接的螺桿，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GF固定，其中GF為用滑道固定床板上的滑板，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GF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。2.2.5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，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)疋加工難，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(shí)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0—80°、坐起時(shí)床板的運(yùn)動(dòng)范圍為0—85°、曲腿時(shí)床板的運(yùn)動(dòng)范圍為0—50°、方便門兩邊各打開100mm.3.2電動(dòng)機(jī)的選擇①、坐起電動(dòng)機(jī)1）功率兀/2取t=40s.極限角度B取85°,轉(zhuǎn)臂角速度匕 0.0393rad/s.40轉(zhuǎn)臂速度v2=“：討2=0.03930.62二0.0244ns/.負(fù)載T2=1000N.則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率P—T2V2=24.4m/s.（忽略轉(zhuǎn)臂自重）。電動(dòng)機(jī)的許用功率

卩2，[^午許卩2，[^午許2] 2 4~螺桿聯(lián)軸器軸承滾子 24^4^ =75W.（忽略了軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及0.40.980.99 0.99連桿自重）。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率F2=[P午2]x1.2=90W?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坐起時(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=5mm3-1坐起時(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可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為n=300"5亠4060=90r/min圖3-1t=30s.極限角度B取50t=30s.極限角度B取50°,轉(zhuǎn)臂角速度匕5二/1830 ~035rad/s.轉(zhuǎn)臂速度v3=匸為=0.0350.37=0.013m/s.負(fù)載T3=1000N.則轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率P 13[P午3] 匕一2 2 2=42W.（忽略了軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及螺桿聯(lián)軸器軸承滾子0.40.980.99 0.99

連桿質(zhì)量）。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率F3二[P午3]1.2=50W.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I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可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為n=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可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為n=213-〉5一〉3060：85r/min◎、翻身電動(dòng)機(jī)1）功率設(shè)定翻身時(shí)間為■:/20.0393rad/s.40t=40s .極限角度B取80轉(zhuǎn)臂速度v^「4=0.0393,則轉(zhuǎn)臂角速度0.34 0m0S3M載/Ti=1000N.則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率R二TiW=13.4W（忽略轉(zhuǎn)臂自重）。電動(dòng)機(jī)許用功率[P午1] 生一7 42W.（忽略連桿自重及軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ）。電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率螺桿聯(lián)軸器軸承輥?zhàn)覴=[P許1^1.2（安全系數(shù)）俺50W.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 I最短為297.2mm,約為300mm.那么翻身一側(cè)的螺桿行程約為此可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為⑨方便活門的電機(jī)選擇因排便活門采用滾珠滾動(dòng)裝置，所需功率也很小，根據(jù)實(shí)際情況選用功率圖3-3那么翻身一側(cè)的螺桿行程約為此可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約為⑨方便活門的電機(jī)選擇因排便活門采用滾珠滾動(dòng)裝置，所需功率也很小，根據(jù)實(shí)際情況選用功率圖3-3翻身時(shí)螺桿導(dǎo)程示意圖150mm且翻身的時(shí)間t=40s.螺桿螺紋間距d=5mn，由n=150一：-5一：一4060=45r/min.磨擦較小且所使用恢復(fù)小彈簧的彈徑系數(shù)較小,10W轉(zhuǎn)速n=120r/min的較小電動(dòng)機(jī)。因此3.3坐起及曲膝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)G匸-■710G匸-■710圖3-4坐起曲膝運(yùn)動(dòng)簡圖故應(yīng)保證盡量大的傳機(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600mn;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450mm②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 450mm3.4翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3o-CA圖3-5左右翻身機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖777777777773o-CA圖3-5左右翻身機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖777777777771?1I2d|1同理選取參考傳動(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)FCFC2、3的外徑30mm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：定滑輪輪1外徑2、3的外徑30mm3.6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600mm1桿長為150mm高100mm2桿高500mm長500mm3板尺寸500mnX180mm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.P=R電機(jī)口螺桿□軸承=60".45.99=24W（忽略連桿自重）。60、nj -二0.375r/min2兀R 24h=9.55」=9.55 Nm=612Nmnj 0.375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

d_,EA/IP =1OO3］^Z0.024］=40mm.（機(jī)械設(shè)計(jì)15-3）1 °：n（1-：4） 10.375（1-0.54）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370,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。T軸的計(jì)算應(yīng)力.ca^Mpa=71Mpa.（材料力學(xué)3.12）^Wti住4 兀漢423 4（1-：） （1-0.76）.（材料力學(xué)3.15）32由前面軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查得［.」］=155Mpa.因此ca［」］，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.P2二F2電機(jī)螺桿軸承=1200.40.992=47W.（忽略連桿重量）P3=P3電機(jī)螺桿軸承=600.40.99=24W.60匕n2 一二0.375r/min.2兀603n3 -二0.334r/min.2二TOC\o"1-5"\h\zP2 47T2=9.55^=9.55 Nm=1197Nm\o"CurrentDocument"n2 0.375\o"CurrentDocument"=9.55-P3=9.5^^^Nm=686Nm.n3 0.334將軸設(shè)計(jì)為空心光軸。b、初步確定軸的直徑P25人3P25人3口2（1」）0.0474 1003 350mm.' 0.375(1-0.5)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。d^Ao^p-；=1OO^°.°2^；=42mm.3 [n3(1-：4) 0.334(1-0.53)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 40o.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(hào)）e、 軸的強(qiáng)度校核因這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ca?-2-Mpa11970003 4~軸的計(jì)算應(yīng)力ca?-2-Mpa11970003 4~0.242 (1-0.76)Mpa=121Mpa-ca3-MpaW6860003 4~0.242 (1-0.76)Mpa=69Mpa.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［』=155Mpa.因此?ca3—ca2：：：［」.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T=QtgCv皿/2?Qfdm/2. （李國君，王成金.多功能病床）其中Q—軸向載荷1000N.螺紋伸角:=5o，當(dāng)量摩擦角V=5o.d2—螺紋中徑，查找相關(guān)資料取 d2=20mm.dm—支撐面平均直徑， dm=d2=20mm.f—摩擦系數(shù)，取f=0.1.因此計(jì)算得T=28Nm.由此得出螺紋最小扭矩為28Nm時(shí)即可將1000N負(fù)載支起。120而電動(dòng)機(jī)提供給螺桿的轉(zhuǎn)矩為^=95^^=38Nm>28Nm.30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)算出的數(shù)據(jù)：

翻身螺桿導(dǎo)程為坐起螺桿導(dǎo)程為屈膝螺桿導(dǎo)程為300mm螺紋選300mm螺紋選213mm螺紋選350mm,翻身螺桿導(dǎo)程為坐起螺桿導(dǎo)程為屈膝螺桿導(dǎo)程為300mm螺紋選300mm螺紋選213mm螺紋選350mm,據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿總長度350mm,據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿總長度250mm,據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿總長度500mm.450mm.450mm..材料選用45鋼。c、螺桿強(qiáng)度校核3Wt（機(jī)械設(shè)計(jì)5.49）其中F為軸向壓力F=T/tg d2=2160N.2JIo為螺紋段的危險(xiǎn)截面面積， A d；（d!為螺紋小徑）。4兀3WT為螺桿螺紋抗扭截面系數(shù)， Wt d；.16為螺桿所受扭矩，T=38Nm.經(jīng)計(jì)算得二ca=29Mpa.前面已選定45鋼，查表得L.- 1=55Mpa.因此二ca：：： 」丨，故安全。d、螺桿穩(wěn)定性校核因坐起螺桿和曲腿螺桿柔度 's:::40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。42 5 ■■ 18Fcr二2EIJt2Fcr二2EIJt2264 =16250N.0.5500F=T/[tg（I府V）d2/2]=1195NFCrSs,F=16250=13.6-Ss"5-5.01195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0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（（一個(gè)特定位置）。 連桿所受軸向力可忽略。因連桿一所受彎矩較連桿二小，故只校核連桿二M=Fcos羽sinrl2=1195cos60'sin80'150=88263Nmm.圖4-1圖4-1連桿受拉力FN=Fcos^cos?=104N.（較小可忽略）M88263M88263W-0.1253=56.5Mpa所選材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理J-70Mpa因此所選材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理J-70Mpa因此6a：：：「1L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)臂的長為冷彎矩形空心型鋼，標(biāo)準(zhǔn) GB/T6728—1986.A\mm=50,B\mm=25，壁t\mm=1.2.b、 轉(zhuǎn)臂強(qiáng)度校核310mm.材料為結(jié)構(gòu)用bh轉(zhuǎn)臂所受彎矩最大為 Mmax=Tlcos60=155000N/mmbh轉(zhuǎn)臂所受彎矩最大為 Mmax=Tlcos60=155000N/mmcaMmax15MPaWZ材料的許用應(yīng)力 -1-75MPa因?yàn)槎a”： 11,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□a 0 0M=Fcos弓sinll2=2160cos70sin8015^108486Nmm.ca10848630.128ca10848630.1283=49Mpa因二ca：：：—J-70Mpa.故安全。轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì)a、轉(zhuǎn)臂選材570mm，.材料為結(jié)構(gòu)用冷彎矩形據(jù)橫軸一的位置及床整體結(jié)構(gòu)，確定轉(zhuǎn)臂長度為空心型鋼，標(biāo)準(zhǔn)570mm，.材料為結(jié)構(gòu)用冷彎矩形A\mm=50，B\mm=25，壁t\mm=1.2.b、轉(zhuǎn)臂強(qiáng)度校核桿所受最大彎矩Mmax=T」COS60=300000N/mm二ca二業(yè)巴=28.8MPa材料的許用應(yīng)力 J-75MPaWZ因?yàn)槎a”：卜J1,故安全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)5.1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。 從而擯棄了以往設(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40X40mm10米方鋼20X20mm6米扁鋼40mm2米鋼管直徑40mm3米合計(jì)約50kg50X4.5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，用鉸鏈聯(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