多功能護(hù)理病床設(shè)計(jì)

.前言據(jù)報(bào)道中國已于1999年10月提前進(jìn)入人口老齡化國家的行列，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。人口老齡化的趨勢使老人有更多患慢性病的機(jī)會，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、較差的功能狀態(tài)和較高的死亡率．因而將出現(xiàn)一個健康狀態(tài)最弱的群體。最近調(diào)查的一些現(xiàn)象也印證了這個結(jié)論，高齡老年人自2003年第6期我照料能力減弱，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％。而且目前“空巢家庭”也已成為社會發(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。據(jù)日本2000年lO月進(jìn)行的(日本)全國醫(yī)療設(shè)施狀況報(bào)道，面向老年患者，以需要看護(hù)為對象的護(hù)理型病床正在逐步增加。而我國作為老齡化人口絕對數(shù)最多的國家，更應(yīng)該增強(qiáng)老年護(hù)理業(yè)服務(wù)．提高護(hù)理醫(yī)療設(shè)施。為了更好的滿足社會的需求，服務(wù)老齡化群體，我們設(shè)計(jì)了這一款集支身功能、翻身功能、曲腿以及輔助翻身功能為一體的多功能適用性護(hù)理病床。1.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r目前國內(nèi)醫(yī)療護(hù)理床主要有三大類。第一類為半臥起坐立床(支背曲腿型),主要目的是實(shí)現(xiàn)病人上半身的直立坐起,同時曲腿,達(dá)到身體舒適位置，以方便進(jìn)食服藥。這種護(hù)理床還算普遍,但是此類病床一般有搖桿手動控制，操作不便，也不能對病人做輔助康復(fù)治療，基本上沒有減輕醫(yī)護(hù)人員的護(hù)理負(fù)擔(dān)。也未能解決褥瘡這一醫(yī)護(hù)難題。第二類為單純的側(cè)翻翻身床,主要目的是解決褥瘡問題。但是翻身是一個比較細(xì)致的動作，單純的非智能電機(jī)控制翻身容易對病人造成擠傷、摔傷等二次傷害，而且缺乏支身和曲腿這兩個重要功能，幾乎沒有任何實(shí)用價(jià)值。第三類為多功能護(hù)理翻身床,能夠?qū)崿F(xiàn)多種變形,完成支背、曲腿、側(cè)翻等動作要求。這類翻身床多為國外進(jìn)口,價(jià)格昂貴,而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機(jī)構(gòu)運(yùn)動空間受到限制,大部分產(chǎn)品側(cè)翻角度最多只能達(dá)到左右40度,翻身效果不是非常理想，沒有多大的市場。綜上所述，集支身功能、曲腿功能、翻身功能為一體的多功能護(hù)理病床還有極大的設(shè)計(jì)空間。圖1.1先進(jìn)的護(hù)理病床（結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴）圖1.2簡單的手搖式病床（功能少、不實(shí)用）針對當(dāng)前多功能護(hù)理病床的各種缺陷，結(jié)合國內(nèi)醫(yī)療機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，我設(shè)計(jì)開發(fā)了這款多功能護(hù)理病床。產(chǎn)品可以將支身功能、曲腿功能、翻身及輔助康復(fù)功能結(jié)為一體。并且結(jié)構(gòu)簡單可靠，造價(jià)低廉，有很大的市場應(yīng)用前景。1.2多功能護(hù)理病床設(shè)計(jì)思路多功能護(hù)理病床在市場上種類繁多，但是在醫(yī)院及家庭里卻沒有得到普及推廣。所以設(shè)計(jì)一款適應(yīng)性多功能護(hù)理病床要從病人需求出發(fā)。一是功能方面，通過對病患及專業(yè)護(hù)理醫(yī)生的走訪調(diào)查，主要有以下幾個功能比較必需，支身功能、曲腿功能、翻身功能以及排泄等。二是價(jià)格方面，為了減輕病患經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，使病床有較好的應(yīng)用前景，一定要提高性價(jià)比。所以要在實(shí)現(xiàn)上述諸多功能的同時，要盡可能的減少電機(jī)及復(fù)雜機(jī)構(gòu)的使用。所以本病床采用常見的絲桿傳動機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等常用的簡單機(jī)構(gòu)。并且所有功能的實(shí)現(xiàn)只依托兩個較簡單的電機(jī)，不需要復(fù)雜的電路與昂貴的芯片。圖1.3醫(yī)護(hù)人員對病人進(jìn)行常規(guī)護(hù)理多功能護(hù)理病床可在簡單的電路控制下實(shí)現(xiàn)支撐身體，曲腿及輔助康復(fù)等動作，在一些機(jī)械機(jī)構(gòu)的組合下，還可以輔助醫(yī)護(hù)人員對病人進(jìn)行翻身，作品分為機(jī)械裝置、簡單的功能電路裝置兩個部分。1.3多功能護(hù)理病床設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.3.1設(shè)計(jì)基本要求多功能護(hù)理病床及其所有零部件應(yīng)設(shè)計(jì)正確、結(jié)構(gòu)合理、遵守機(jī)械方面的通用技術(shù)要求；制造多功能護(hù)理病床和零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和合適的性能；多功能護(hù)理病床和零部件應(yīng)具有良好的維修和保養(yǎng)，處于正常的工作狀態(tài)；需要潤滑的零部件應(yīng)裝有符合要求的潤滑裝置；輸入電源為家用220v交流電源；1.3.2整機(jī)性能要求當(dāng)電源為額定頻率和額定電壓、整機(jī)正常工作時，無工作噪音。當(dāng)整機(jī)在進(jìn)行輔助護(hù)理時，要保持平穩(wěn)性、安全性。當(dāng)輔助翻身時，結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定可靠，翻轉(zhuǎn)角度要有較好的可調(diào)行。多功能護(hù)理病床為常用工作機(jī)械，工作壽命不的少于5年。1.4多功能護(hù)理病床設(shè)計(jì)意義此次設(shè)計(jì)的多功能護(hù)理病床集支身機(jī)構(gòu)、曲腿機(jī)構(gòu)、翻身機(jī)構(gòu)為一體的機(jī)電一體化作品，在無醫(yī)護(hù)人員的幫助時，支身機(jī)構(gòu)可以簡單有效的支撐起病人的臀部以上的身體，支身機(jī)構(gòu)利用絲桿傳動，可以在任意角度停留，形成最舒服的或坐或臥的姿勢，滿足病人學(xué)習(xí)、娛樂、就餐等功能。曲腿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)病人自動曲腿，曲腿機(jī)構(gòu)也利用絲桿進(jìn)行傳動，傳動比一定，當(dāng)設(shè)置一定的速度進(jìn)行運(yùn)動，還可以對病人進(jìn)行簡單的康復(fù)治療，提高了對病人的護(hù)理質(zhì)量。在醫(yī)護(hù)人員為病人護(hù)理時，翻身機(jī)構(gòu)可以輔助醫(yī)護(hù)人員對病人進(jìn)行翻身，大大減輕醫(yī)護(hù)人員或者家屬的護(hù)理負(fù)擔(dān)，輕松給病人翻身擦洗，防止褥瘡等疾病的產(chǎn)生。多功能護(hù)理病床相對其他普通病床進(jìn)行了整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可伸縮輸液架、可拆卸護(hù)欄以及排便系統(tǒng)等都為護(hù)理人員提供了方便。讓病人得到更人性化的照顧，減少護(hù)理期間對病人造成的二次傷害，提高病人康復(fù)的效果。2.機(jī)械機(jī)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì)2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì)多功能護(hù)理病床可以在電機(jī)的控制下驅(qū)使機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)支身、曲腿功能，特殊機(jī)構(gòu)組合的幫助下實(shí)現(xiàn)輔助翻身功能。所以作品有機(jī)械和電控兩部分組成，機(jī)械部分包括絲桿傳動機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、軌道軸輪結(jié)構(gòu)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，A字形支架機(jī)構(gòu)等。電控部分主要有電機(jī)和簡單的開關(guān)及調(diào)速功能電路組成。其總體機(jī)構(gòu)及功能如下圖所示。圖2.1總體機(jī)構(gòu)及功能框圖根據(jù)一般醫(yī)護(hù)人員對病人的護(hù)理流程設(shè)計(jì)多功能病床完成工作的流程：啟動曲腿功能，設(shè)置電機(jī)恒定速度，完成一定時間段的康復(fù)動作。關(guān)閉電機(jī)，使床板復(fù)位，達(dá)到平躺狀態(tài)。拔掉固定銷，轉(zhuǎn)動手把達(dá)到適合的角度，固定床身。醫(yī)護(hù)人員對病人輕松翻身，給病人進(jìn)行擦洗。然后復(fù)位。啟動支身功能，使前床板撐起達(dá)到舒適的坐姿狀態(tài)，完成常規(guī)就餐和娛樂。護(hù)理完畢，復(fù)位。2.1.1多功能護(hù)理病床機(jī)械結(jié)構(gòu)空間布置設(shè)計(jì)整體布局情況：1.曲腿裝置2.翻身裝置3.支身裝置4.床體支撐裝置5.驅(qū)動機(jī)構(gòu)支撐裝置6.床體圖2.2病床結(jié)構(gòu)空間布局圖如上圖所示，整個床體包括支身裝置、曲腿裝置、翻身裝置以及護(hù)欄等結(jié)構(gòu)。床身整體有A字性支撐架支撐，支身裝置和曲腿裝置分置兩側(cè)，位于床身中間的固定床板以及下面的延伸體用來固定電機(jī)以及承載機(jī)構(gòu)。保證了整個床身的平衡和穩(wěn)定性能。前后左右的護(hù)欄都具有可拆卸、可伸縮性能，方便醫(yī)護(hù)人員對病人進(jìn)行洗發(fā)、擦身等常規(guī)護(hù)理。支身裝置的床板通過鉸接與中間的固定板連接在一起，曲腿裝置的床板有兩塊鉸接板組成，一端與中間固定板鉸接，在電機(jī)和傳動件的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)支身、曲腿功能。兩端的A字形支架對床板進(jìn)行支撐，其中床頭一端的A字形支架通過齒輪與床身連接，當(dāng)靜止時，有固定銷將床身固定在水平位置，翻身時，解除固定銷的約束，轉(zhuǎn)動手柄即可對床身進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)翻身功能。整體空間布局形式簡潔、安全可靠，能夠出色的完成預(yù)定功能。2.1.2多功能護(hù)理病床支身裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理如下圖所示為支身裝置的機(jī)構(gòu)簡化圖，全局采用曲柄滑塊的工作原理，電機(jī)帶動絲桿控制水平移動，與絲桿連接的桿件相當(dāng)于曲柄進(jìn)行擺動，從而推動床板的抬起和落下。圖2.3支背機(jī)構(gòu)簡化圖—靜止圖2.4支背機(jī)構(gòu)簡化圖—運(yùn)動機(jī)構(gòu)特點(diǎn)分析：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)多為低副，運(yùn)動副為面接觸，可以承受較大的載荷，運(yùn)動副元素幾何形狀簡單，便于加工。絲桿傳動具有行程范圍大和反行自鎖的特點(diǎn)，所以利用絲桿傳動可以使床板在任意角度停留，使病人達(dá)到最舒適的角度，運(yùn)動簡單，傳動穩(wěn)定。床身機(jī)架聯(lián)軸器電機(jī)絲桿作用桿前床板床身機(jī)架聯(lián)軸器電機(jī)絲桿作用桿前床板圖2.5支身裝置的三維模型圖如上圖所示為多功能病床支身裝置的三維結(jié)構(gòu)模型圖。下端為驅(qū)動電機(jī)，通過聯(lián)軸器與絲桿相連提供動力。作用桿中端固定在與床身連接的光軸上，約束左右移動，作用桿下端通過鉸接連接在絲桿上，作用桿上端配合在支身床板的導(dǎo)軌里。前床板和中間的固定床板以鉸接的形式進(jìn)行連接。啟動電機(jī)，電機(jī)帶動絲桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生對作用桿水平方向上的推拉應(yīng)力，作用桿繞光軸旋轉(zhuǎn)，趨勢上端面在支身床板導(dǎo)軌里滑動，驅(qū)使床板抬起落下。2.1.3多功能護(hù)理病床翻身裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖所示，翻身裝置主要通過A字形支撐架與床身的組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，床體有A字形框架進(jìn)行支撐，床板中心被約束在A字形框架的頂端可以進(jìn)行左右旋轉(zhuǎn)，在靜止時，有安全銷將床身固定在水平位置。當(dāng)進(jìn)行翻身時，伸長護(hù)欄，去除安全銷約束，轉(zhuǎn)動控制把手即可使病人達(dá)到適合的翻身角度，輔助醫(yī)護(hù)人員對其翻身，完成常規(guī)的護(hù)理。翻轉(zhuǎn)角度可以達(dá)到60度，效果非常理想。一般翻身病床最大的障礙就是容易產(chǎn)生擠傷、壓傷甚至摔下床的問題，但是此次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不會產(chǎn)生此類問題。控制把手利用齒輪進(jìn)行傳動，傳動穩(wěn)定，能夠安全的使病人漸漸翻轉(zhuǎn)。底端設(shè)有安全支撐桿，一方面約束病床適合的翻轉(zhuǎn)角度范圍，一方面當(dāng)病床翻轉(zhuǎn)到最大角度時，可以起到對床身的安全支撐。床身兩端有可伸縮護(hù)欄保護(hù)，不會因?yàn)椴∪说牟徽；瑒佣は麓病４舜卧O(shè)計(jì)的翻身裝置非電機(jī)控制，不會由于電機(jī)的非智能對病人產(chǎn)生不必要的二次傷害，安全系數(shù)高。支身裝置結(jié)構(gòu)圖：1.護(hù)欄2.安全桿3.A字形支撐4.床身5.控制系統(tǒng)6.安全銷圖2.6翻身裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖機(jī)構(gòu)特點(diǎn)分析：翻身是較為復(fù)雜的動作，利用智能的機(jī)械手等操作可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，但是成本很高?，F(xiàn)在市面上的的多功能病床多為電機(jī)簡單控制，但是由于不智能，常常將病人夾傷、擠傷等造成不必要的二次傷害。所以本產(chǎn)品采用純機(jī)械方式，手動操作。依靠床板和支撐桿件巧妙結(jié)合對床板進(jìn)行適度翻轉(zhuǎn)，操作簡單，使用安全可靠。圖2.7翻身裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖翻身裝置控制系統(tǒng)利用齒輪傳動進(jìn)行控制。小齒輪軸兩端分別配合在床架和A字形支架頂端的孔里。輪軸的一端設(shè)有把手，用于調(diào)節(jié)。大齒輪利用螺栓連接在床架上與小齒輪嚙合。當(dāng)靜止時，大齒輪嚙合在小齒輪的正下方，保證了床身的穩(wěn)定性，并用安全銷固定。當(dāng)轉(zhuǎn)動時，去除安全銷，轉(zhuǎn)動搖把，小齒輪驅(qū)動大齒輪繞小齒輪軸旋轉(zhuǎn)帶動床身旋轉(zhuǎn)。2.1.4多功能護(hù)理病床曲腿裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖所示，后端為電機(jī)驅(qū)動，中間為絲桿傳動，后邊為帶輪的主軸。后床板由兩塊鉸接的板連接在一起，一端通過鉸接的方式連接到中間的固定床板上，另一端連接軸輪裝置。曲腿裝置主要通過電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，帶動絲桿轉(zhuǎn)動對軸產(chǎn)生推拉應(yīng)力，從而帶動滾輪在床身的軌道上前進(jìn)和后退，實(shí)現(xiàn)床板的曲折往復(fù)動作，完成曲腿及輔助康復(fù)功能。圖2.7曲腿機(jī)構(gòu)簡化圖機(jī)構(gòu)特點(diǎn)分析：首次設(shè)計(jì)曲腿動作為絲桿和四連桿的配合，機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜，而且四連桿具有急性回轉(zhuǎn)特性，穩(wěn)定性不高，不能對病人起到輔助康復(fù)的作用，而且可能會對病人造成二次傷害。所以棄之不用。本次設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)為絲桿和滾動輪的組合，機(jī)構(gòu)簡單可靠，絲桿傳動傳動比一定，而滾輪機(jī)構(gòu)傳遞準(zhǔn)確，傳遞效率較高，在恒定的電動機(jī)驅(qū)動下可以對病人進(jìn)行輔助康復(fù)治療。軸和滾輪后床板連接件絲桿聯(lián)軸器電機(jī)床身軸和滾輪后床板連接件絲桿聯(lián)軸器電機(jī)床身圖2.8曲腿裝置三維圖如上圖所示，為曲腿床板裝置的三維圖。床板1和床板2通過鉸接連接在一起，床板1的另一端與中間固定的床板鉸接在一起，床板2的另一端有突出的機(jī)架，上面配合有軸、軸承以及滾輪。軸與絲桿連接，傳遞推拉應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)曲腿動作。2.1.5病床的附件優(yōu)化設(shè)計(jì)輸液架設(shè)計(jì)：不同的病人血管對輸液瓶離手的距離要求不同，常規(guī)的輸液架一般只設(shè)置了一個高度的懸掛，不能滿足醫(yī)患的需求。比較好的有一根上面從上到下多個掛鉤，雖然解決了問題，但是不夠安全，也不方便。所以本次設(shè)計(jì)的輸液架將優(yōu)化為可伸縮，可拆卸形式。這樣可以方便調(diào)節(jié)高度，滿足不同人的需求。當(dāng)不需要時，拆卸掉也不占用空間。圖2.9輸液架的三維圖柵欄設(shè)計(jì)：為了使病床翻身有更大的角度范圍，柵欄做成可抽插式，需要時進(jìn)行伸長，當(dāng)擦洗等不方便的時候可以進(jìn)行縮短或者拆卸。排便孔設(shè)計(jì)：中床板設(shè)置一排便孔，平時有擋板從下塞起，保證床板的平整性，當(dāng)使用時，打開擋板塞，下置便盂即可輕松排便，減少病人的挪動，從而減小對病人二次傷害。3.控制電機(jī)的選擇和設(shè)計(jì)原理整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)病床的工作條件選擇使用電機(jī)為籠型三相異步電動機(jī)。表3.1電機(jī)的參數(shù)參數(shù) 電機(jī)支身裝置電機(jī)曲腿裝置電機(jī)轉(zhuǎn)速n(r/min)960960功率P（kw）4.924.943.1支身裝置控制時序支起床板連桿隨動絲桿轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)動啟動支起床板連桿隨動絲桿轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)動啟動圖3.1支身裝置控制時序圖啟動電機(jī)后，電機(jī)帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，通過相連接的連桿作用支起床板。當(dāng)需要放下床板時，撥動開關(guān)，使電機(jī)的輸入電源正負(fù)極互換，使電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動絲桿，使床板反向轉(zhuǎn)動。3.2曲腿裝置控制時序曲腿動作滾輪隨動絲桿轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)動啟動曲腿動作滾輪隨動絲桿轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)動啟動圖3.2曲腿裝置控制時序圖啟動電機(jī)后，電動機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，從而帶動滾輪在槽內(nèi)滾動，完成床板的曲腿動作。但需要復(fù)位時，撥動開關(guān)，使電機(jī)的輸入電源正負(fù)極互換，使電動機(jī)反轉(zhuǎn)帶動絲桿，使床板復(fù)位。當(dāng)需要做輔助康復(fù)時，可以使電動機(jī)保持恒定的速度，完成曲腿的往復(fù)動作，對病人進(jìn)行康復(fù)治療。4.機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算4.1機(jī)械傳動設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和承載的載荷主要對一下幾個方面進(jìn)行計(jì)算校核。在翻身裝置中，需要對齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在曲腿裝置中，由于需要做康復(fù)動作，運(yùn)動周期較長，所以對絲桿進(jìn)行校核，對軸承和絲桿進(jìn)行使用壽命計(jì)算。在支身裝置中，作用桿容易變形折斷，所以需要對其進(jìn)行應(yīng)力模擬分析，其次連接電機(jī)的絲桿傳動件所承受的力在不斷的變化，需要對其校核和壽命計(jì)算。4.1.1直齒輪設(shè)計(jì)及計(jì)算表4.1控制把手齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算說明設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果1.傳動比設(shè)計(jì)傳動比i=4i=42.選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)根據(jù)傳動方案的設(shè)計(jì)，選用直齒圓柱齒輪傳動；多功能護(hù)理病床為一般工作機(jī)器，速度低，故選用8級精度（GB10095-18）；材料選擇。查表得：主動小齒輪：45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度280HBS從動大齒輪：45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度240HBS取主動齒輪齒數(shù)。根據(jù)公式：則可計(jì)算出從動大齒輪的齒數(shù)3.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)直齒圓柱齒輪參考齒輪齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下：確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）選載荷系數(shù)K=1.3；2）齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距，=2800N.mm；3）查表齒寬系數(shù)=1；4）按齒面硬度查得大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；5接觸疲勞壽命系數(shù)=0.95,；6）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取安全系數(shù)S=1查表，得材料的彈性硬性系數(shù)計(jì)算1）試計(jì)算主動小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值；mm=16.05mm2）取模數(shù)m=4，實(shí)際主動小齒輪分度圓直徑＞16.05mm.；3）按照齒根彎曲強(qiáng)度校核，齒輪滿足設(shè)計(jì)要求（詳細(xì)過程從略）。幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑（2）計(jì)算中心距K=1.3=2800N.mm=0.95S=1d≥16.05mma=150mm4.1.2絲桿設(shè)計(jì)校核計(jì)算病床中曲腿裝置主要利用絲桿進(jìn)行傳動。而且此絲桿屬于拉壓桿件，因其受力特點(diǎn)是沿桿件的軸線作用的，且作用線與軸線重合受力如下圖所示圖4.1絲桿受力分析圖曲腿裝置中的絲桿校核：根據(jù)公式代入數(shù)值FN=1200N和A=3.14*10*10=314mm2得到=3.8=235Mpa.符合標(biāo)準(zhǔn)。病床中支身裝置中的絲桿受力較為復(fù)雜，首先對支背機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。圖4.2支背機(jī)構(gòu)簡畫圖床板所加作用力為G，方向垂直向下。則桿件S所受到的作用力為:絲桿中傳遞的軸向力F為：其中：用MATLAB對上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，得到絲桿軸向力隨時間的變化如下圖，圖4.3支背絲桿軸向力隨時間的變化支身裝置中的絲桿校核：根據(jù)公式代入絲桿所受最大的軸向力FN=1300N,A=3.14*10*10=314mm2得到=4.2=235Mpa.符合標(biāo)準(zhǔn)4.1.3絲桿耐磨性驗(yàn)算與使用壽命的計(jì)算支身裝置：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，螺旋傳動中，滑動螺旋傳動計(jì)算部分的工作壓強(qiáng)p＝式中=0.5，p=2.5mm，n=H／P=72，代入上式中得:P=6.89N／，絲桿往復(fù)移動速度較低，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取=8N／，即p＜絲桿耐磨性符合要求，選用合理。翻身裝置：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，螺旋傳動中，滑動螺旋傳動計(jì)算部分的工作壓強(qiáng)p＝式中=0.5，P=2.5mm，n=H／P=72，代入上式中得:P=6.89N／，絲桿往復(fù)移動速度較低，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取=8N／，即p＜絲桿耐磨性符合要求，選用合理。4.1.4軸承使用壽命的計(jì)算軸承疲勞壽命計(jì)算公式如下：式中——基本額定動負(fù)荷。對向心軸承為Cr，推力軸承為Ca，N；——當(dāng)量動負(fù)荷，Ｎ；——溫度系數(shù)；——負(fù)荷系數(shù)；——壽命指數(shù)，——軸承的工作轉(zhuǎn)速，r/min。病床工作溫度<120度，查表得溫度系數(shù)為1.根據(jù)病床工作性質(zhì)，取沖擊載荷系數(shù)為1.根據(jù)手冊所選軸承C=30500N。=16670/20*(1*30500/1200)=21184h軸承預(yù)期壽命推薦用值為8000h到12000h.所以此軸承合格。4.2作用桿的應(yīng)力分析整個支身裝置中，作用桿受力最大，故對其可靠性進(jìn)行有限元分析。NSYS軟件上生成模型，并確定各項(xiàng)參數(shù)，確定作用桿所用材料、約束、載荷后，運(yùn)行軟件，進(jìn)行應(yīng)力分析，在結(jié)果欄中得到圖示數(shù)據(jù)。顯示應(yīng)力分布圖以及桿件變形情況如下圖所示，結(jié)合圖形，在制造中可對桿件的彎轉(zhuǎn)部分材料進(jìn)行處理，增加強(qiáng)度。圖4.4施加約束的圖形圖4.5整體變形圖5.多功能護(hù)理病床的系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望5.1整機(jī)創(chuàng)新性分析A字形支架與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新組合，能夠使病人翻身更簡單更有效，不利用電機(jī)，節(jié)約成本，而且穩(wěn)定性能安全性能更高，有效減少了對病人造成的二次傷害。絲桿和連桿的結(jié)構(gòu)組合能夠輕松實(shí)現(xiàn)支身功能，絲桿傳動具有行程范圍大和反行自鎖的特點(diǎn)，所以利用絲桿傳動可以使床板在任意角度停留，使病人達(dá)到最舒適的角度，運(yùn)動簡單，傳動穩(wěn)定。絲桿和軸輪的組合機(jī)構(gòu)能夠輕松的實(shí)現(xiàn)曲腿動作，而且傳動較為穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)輔助康復(fù)的功能。病床附件都有功能性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，各個功能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了性價(jià)比和競爭力5.2整機(jī)采用機(jī)構(gòu)和傳動對比分析為完成設(shè)定的動作，多功能護(hù)理病床采用了絲桿螺旋傳動、軌道滾輪傳動齒輪傳動以及連桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、A字形支撐機(jī)構(gòu)等，有效地完成了預(yù)期的功能。下表為作品采用的傳動方式及所用機(jī)構(gòu)：表5.1機(jī)械傳動性能分析表傳動類型所屬部件性能分析絲桿傳動支身裝置曲腿裝置傳動比一定，具有行程范圍大和反行自鎖的特點(diǎn)，傳動平穩(wěn)，工作壽命長。軌道滾輪傳動曲腿裝置、床身結(jié)構(gòu)傳動平穩(wěn)，傳動效率高，精度較好，傳動力矩大。連桿機(jī)構(gòu)支身裝置具有死點(diǎn)急回特性，在支起床板時，具有更好的穩(wěn)定性。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)支身裝置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，可承載較大載荷。A字形支撐機(jī)構(gòu)支撐裝置三角形具有穩(wěn)定性，靈活性較好。齒輪傳動機(jī)構(gòu)翻身裝置傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，縮小傳動空間。5.3多功能護(hù)理病床發(fā)展前景經(jīng)過多次市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)醫(yī)療多功能護(hù)理病床，成本相對較高，效率比較低，適應(yīng)性較差，較低端的一般為單搖桿、雙搖桿、三搖桿手動控制，沒有從根本上減輕醫(yī)護(hù)人員及家屬的護(hù)理負(fù)擔(dān)。較中端的為簡單的電機(jī)控制，機(jī)構(gòu)都相對復(fù)雜，而且在實(shí)現(xiàn)翻身功能時，容易對病人造成擠傷、壓傷等二次傷害。現(xiàn)在國外，也有了相對高端的多功能護(hù)理病床，但是價(jià)格都非常昂貴，不能得到普遍推廣。所以適應(yīng)性的多功能護(hù)理病床的需求還非常迫切。而本次的設(shè)計(jì)作品綜合了支背、曲腿、翻身三大功能，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，整機(jī)只利用了兩個小型電機(jī)，造價(jià)低廉，能夠滿足普通家庭的購買需求，有非常大的市場應(yīng)用前景。5.4多功能護(hù)理病床設(shè)計(jì)中問題分析與總結(jié)病床的整體設(shè)計(jì)已經(jīng)全部完成，各裝置都能完成相應(yīng)的預(yù)定功能，而且在校驗(yàn)中，顯示病床的各個部件都有合適的工作壽命。整個設(shè)計(jì)過程進(jìn)行的相對順利，特別是在指導(dǎo)老師的密切監(jiān)督與熱情關(guān)注下，設(shè)計(jì)進(jìn)度比較合適，整個過程都井然有序。在同學(xué)的幫助下，我攻破了很多學(xué)習(xí)期間沒有涉及到的難關(guān)。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)過程中也難免的遇到了一些問題。多功能護(hù)理病床中翻身是個設(shè)計(jì)難點(diǎn)，在查閱的資料中，電動、手動的都有很大的局限性，而且容易造成夾傷、擠傷等二次傷害。于是我走訪了許多家醫(yī)院和救助機(jī)構(gòu)，積極和他們溝通，從他們的需求出發(fā)，我查閱和設(shè)計(jì)了許多中翻身方法，在同學(xué)的參考下，確定出了最合理的一種，順利完成了任務(wù)。在整個設(shè)計(jì)過程中也學(xué)到了許多東西，特別是在解決問題的時候，對課本中學(xué)到的許多知識有了更深入的了解。比如說工程圖繪制的一些硬性標(biāo)準(zhǔn)，工程材料的選擇等等。對機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和控制有了初步的認(rèn)識，對以后走向工作崗位會有很大的意義。5.5展望近年來，我國醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施已有了長足的發(fā)展，但縱觀國內(nèi)最近十幾年來在醫(yī)療機(jī)械方面的進(jìn)展，尤其在多功能護(hù)理病床方面的發(fā)展相對緩慢。據(jù)2000年lO月進(jìn)行的全國醫(yī)療設(shè)施狀況報(bào)道，面向老年患者，以需要看護(hù)為對象的護(hù)理型病床正在逐步增加。但是我國對醫(yī)療基礎(chǔ)進(jìn)行更新配置的比例相對較小，這對提高醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展有較大的制約性，嚴(yán)重阻礙了人民生活質(zhì)量的提升。其中有廣泛適應(yīng)性的多功能護(hù)理病床的缺乏是其中因素之一?，F(xiàn)在市場上，多功能護(hù)理病床也有產(chǎn)品呈現(xiàn)，但是適應(yīng)性普遍不好，以至于沒有的到普遍的推廣。根據(jù)調(diào)查，大部分醫(yī)院和社區(qū)還單純的使用單搖桿、雙搖桿以及多搖桿類的手動控制病床，這沒有從根本上減輕護(hù)理人員的護(hù)理負(fù)擔(dān)。而個別的使用的簡單的電機(jī)控制病床卻多有擠傷壓傷的情況發(fā)生。針對當(dāng)前多功能護(hù)理病床的各種缺陷，結(jié)合國內(nèi)醫(yī)療機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了這款多功能護(hù)理病床。作品集支身功能、曲腿功能、翻身功能為一體，。相關(guān)的附件都進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)可靠，操作簡單，使用安全。一個人即可完成對病人的常規(guī)護(hù)理，給病人更人性化的護(hù)理體驗(yàn)，減輕醫(yī)護(hù)人員的護(hù)理負(fù)擔(dān)，降低醫(yī)療員工的雇傭量和管理成本。同時該設(shè)備價(jià)格低廉，成本較低，一旦投放市場，可以獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益，緩解病人家屬的經(jīng)濟(jì)困難，對我國護(hù)理行業(yè)的影響非常重大，大大提高了我國醫(yī)療產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭力。6．作品三維模型圖圖6.1多功能護(hù)理病床三維模型圖主要參考