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1、工业大学毕业论文（设计毕业论文（设计）（文）（文）课题名称全自动多功能医用床设计全自动多功能医用床设计学生学号学号系部机电工程系机电工程系专业年级指导教师年年月月0/51全自动多功能医用床设计全自动多功能医用床设计目目 录录摘要3关键词 3Abstrac 3Key words3第 1 章 绪论41.1 设计的目的和意义41.2 设计的目标和任务4第 2 章 方案的比较和选择52.1 方案一52.1.1 床板结构示意图 52.1.2 坐起与曲膝的方案52.1.3 左右翻身的方案62.1.4 床上排便的方案72.1.5 吃饭装置的方案72.2 方案二82.2.1 床板结构示意图82.2.2 坐起与
2、曲膝的方案92.2.3 左右翻身的方案发102.2.4 床上排便的方案102.2.5 吃饭装置的方案112.3 方案的对比和选择11第 3 章 机构设计113.1 基本参数的设计111/513.2 电动机的选择123.3 坐起与曲膝机构的设计153.4 翻转机构的设计153.5 排便活门机构设计153.6 餐桌机构的设计16第 4 章 零件设计174.1 纵轴的设计与校核174.2 横轴一、横轴二的设计与校核174.3 螺杆的设计与校核184.4 翻身机构中零件的设计与校核204.5 坐起机构中零件的设计与校核214.6 曲腿机构中零件设计与校核21第 5 章 设计总结225.1 方案的评价与
3、成本估算225.2 与相近产品的比较与主要创新点225.3 应用前景235.4 存在的问题和改进建议23参考文献232/51多功能病床的设计多功能病床的设计摘要随着人口老龄化速度的加快，护理业服务受到了严峻的挑战，医疗和社会保险系统面临前所未有的压力。为老年患者服务的护理型病床的需求正不断增加。本文详细论述了针对缺乏自理能力的老年人与行动不便的病人设计的多功能护理床的基本结构和功能原理。该病床能够帮助病人实现翻身、坐起、屈膝、排便与吃饭，解决了护理病人过程中的诸多不便，进而增强了我国护理业服务，有力地促进了我国的医疗保健事业的发展。该设计对病床的各项功能进行了方案选择、原理分析、零件尺寸计算与
4、强度较核，基本上实现了各个装置的正常运行。关键词医疗设备；护理床；医院病床；设计TheThe designdesign ofMulti-functionalofMulti-functional hospitalhospital bedbedAbstractAbstractWith the speed of population ageing，care services industry has been in the faceof challenges.Medical and social insurance system is facing unprecedented pressure.Ca
5、re-beds which serve the old patients are in increasing demand。The basic structure and functional principles of multifunctional care-bedswhich are designed for those old patients who lack of governance of themselves andthose patients who lack of the ability to control their mobility are elaborated in
6、the essay.Much inconvenience in the course of nursing patient can be resolved bythe care-beds which can help patients turn over themselves,sit up,bend knees and3/51also spot.This in turn augments nursing service in our country andeffectivelypromotes the development of the cause of our health care.Th
7、e design has finished the options of programme,analysis of the principle,calculation of parts size and check of the strength security,as a result achievesthe realization of normal operation to each device in the care-beds.KeyKey wordswordsMedical equipment；Nurse bed；Hospital beds；design；绪绪 论论1.11.1
8、设计的目的和意义设计的目的和意义在今日的医院面临护理水平和技术迅速提高的总要求下，配置符合世界性护理系统标准的病床是每个医疗单位都关心的问题。不仅如此，随着经济水平的提高，在很多发达国家，病床的使用甚至超出医疗单位(福利院、康复中心)，延续到患者(老年病、慢性病)的家庭。中国己于1999年10月提前进入人口老龄化国家的行列。据报道，中国不仅是世界上老龄化人口绝对数最多的国家，而且也是世界上老龄化速度最快的国家之一。60岁与其以上老年人口已达132亿，占全国总人口的1096(65岁以上老年人口为8687万，占7)，并以年均3 32的速度持续增长。更为突出的是，我国80岁_以上老年人口已达1100
9、万，并以年均5 4的速度惊人递增。人口老龄化的趋势使老人有更多患慢性病的机会，根据统计资料约791的老人至少有一种或一种以上的慢性病，而慢性病的患者有较高的残疾机会、较差的功能状态和较高的死亡率，因而将出现一个健康最弱的群体。其中突出的现象就是高龄老年人自我照料能力减弱，对家庭、社区、政府依赖程度加大。据调查，在80岁以上男性老人中，能自我照料的只占357。目前“空巢家庭”也已成为社会发展趋势，家庭式护理对老年人的关照也日趋减弱，客观上增加了老年人、残疾人护理的困难。由此可见我国增强老年护理业服务、提高护理医疗设施的重要性和迫切性。在国外，医疗护理器械高新技术含量越来越多，对新工艺、新材料的要
10、求越来越高。医疗器械的发展趋势可从材料和产品形式两个方面来分析。从材料方面看目前手术器械产品材质丰富，除广泛采用含钼不锈钢外，还采用铜、铝、特殊台金和塑料等材料；从产品形式来看，手木器械采用了现代新技术后正突破传统结构，向高效能、设备性发展，但国外这种复杂的多功能的护理器械造价高昂，功能操作相对复杂，在我国现在的经济水平下很难得到大众化的推广应用；在国，相关的医疗护理器械发展不太成熟，特别是护理病床的发展远远不能满足实际的需要，功能比较单一、自动化程度不高等原因是现有一些多功能护理病床得不到大众化推广的原因之一。为了增强我国护理业服务，解决护理病人过程中的诸多不便，我们设计制造了这款新型的多功
11、能病床，该病床共可以实现帮助病人翻身、坐起、屈膝、排便与吃饭五大功能，能够很好地解决病人护理过程中的大部分问题，并且病床由病人自己点动控制，按自己的感觉和意愿调整卧姿，舒适自知。同时螺旋连杆机构以简单易于加工的特点决定了其低成本性，适合大批生产和大众化的推广，对增强我国护理业服务，有力地促进了我国的医疗保健事业的发展有着重要的现实意义。1.21.2 设计的目标和任务设计的目标和任务常见的一些新型护理病床有手动可升降病床、遥控气动可升降病床、电动遥控病床等。本设计结合护理业的实际情况和病人的实际需要，我们这款多功能病床主要可以实现以下五大功能：4/51 帮助病人坐起功能，使病人在任何坐卧姿势下感
12、觉舒适(自主控制)。帮助病人屈膝功能，使病人腿部置于所需的舒适的位置(自主控制)。帮助病人左右翻身功能，实现病人的左右翻身(自主控制)。帮助病人排便功能，使病人在床上能很方便的排便(自主控制)。辅助病人用餐和看书的功能，使病人在床上用餐，看书时有一个比较舒适的位置和放置饭菜书本的地方。以上五个功能中，前四项功能都采用电动机控制实现，并且可以自主根据病人的实际需要点动控制，按自己的感觉和意愿调整卧姿，唯辅助病人用餐和看书的功能采用手动操作，可以说自动化程度较高，操作也比较人性化。通过以上五项功能可以很好地解决病人护理和自理过程中的大部分问题。由此，我的服务对象比较广泛：外伤病人、骨科病人、手术后
13、康复病人与其它重症病人、卧床不起行动不便的病人或老人等。方案的比较和选择方案的比较和选择2.12.1 方案一方案一2.1.12.1.1 床板结构示意图床板结构示意图图 2-1方案一：床板结构示意图床板分为 8 块，相互间用合叶铰接（如图），左右翻时 1、3、5、7 或 2、4、6、8 一起绕 X 轴翻转；坐起时 1、2 一起绕1Y轴翻转；曲膝时 5、6 一起绕2Y轴向上翻转，翻转的同时 7、8 板同时被拖起，7、8 板一起绕 Y3相对于 5、6 板转动，从而达到了曲膝的目的。图中 A、B 为排便的滑板，排便时 A、B 分别沿 Y 轴正负方向往外滑动，打开一活门，从而满足排便需要。未工作时床板平
14、置于床架上，和普通的病床一样。采用此种结构的床板，制造简易，且很轻松的克服了各功能间的相互干扰，满足了各个功能协调动作的要求。5/512.1.22.1.2 坐起与曲膝的方案坐起与曲膝的方案图 2-2 方案一：坐起与曲膝原理（平躺状态）图 2-3 坐起与曲膝原理（坐起状态）这部分的设计，采取坐起和曲膝的功能分别驱动的思路。如图分别是床板平置和坐起与曲膝动作完成之后的状态。床板平置时，人躺在床上和普通病床一样，当需要坐起时由图中左边的电动机驱动螺杆 9 转动，使得螺套 7 向右运动，再由连杆 6 带动转臂 5 旋转，最后由转臂驱动床板 1 绕 J 点旋转，从而使人坐起。需要曲膝时，同样右边的电动机
15、工作，通过螺旋传动使得转臂 12 旋转，将床板 3 顶起，达到曲膝的目的。坐起和曲膝动作如图“坐起状态”。此方案主要为螺旋传动，优点是结构简单，加工容易，成本低廉，传动精确；缺点是承受的轴向推力大，效率低，摩擦严重。6/512.1.32.1.3 左右翻身的方案左右翻身的方案图 2-4 左右翻身方案一左右翻身的实现同上面的原理，由另外一台电动机驱动，通过螺旋传动完成翻转。如图，电动机工作，螺杆 2 转动，带动螺套 1 向右运动，由连杆 3 带动转臂 4 旋转，使得床板 5绕 G 点旋转。当电动机反转时，同理使得床板 6 绕 G 旋转，从而达到左右翻的目的。此方案主体也采用了螺旋传动，优点是结构简
16、单，加工容易，成本低廉，传动精确；缺点是承受的轴向推力大，效率低，摩擦严重。2.1.42.1.4 床上排便的方案床上排便的方案图 2-5床上排便方案一如图，7、8 为用滑道连接在床板上的滑板，可在床板上滑动；6 为一根弹簧，两端固定在 7、8 两板上，并保持一定的力，将板拉紧。2、3 为两个定滑轮，分别固定在床板的两端；4、5 为两根钢丝绳，一端固定在滑板的一边，另一端固定在有凹槽的轮子 1 上；1 为由电动机驱动的轮子；排便时，电动机工作，带动轮子 1 转动，钢丝绳被拉紧绕在轮子上，并将 7、8 板往外拉开；排便完后，电动机反转，带动轮 1 反转，钢丝绳慢慢松开，7、8 板在弹簧的拉力下合拢
17、。此方案采用了钢丝绳、定滑轮拖动结构，结构简单，却很好的满足了排便的要求。7/512.1.52.1.5 吃饭装置的方案吃饭装置的方案图 2-6吃饭装置方案一如图，1 为一根弯折成 90 度的杆，A 端处可绕 4 转动，4 为床架；2 也为一根弯折成 90度的杆，2 杆的一端可绕 1 杆的 B 处转动，2 杆的另一端用合叶 D、E 铰接一块板 3，吃饭时将 3 板翻转过去，由焊接在另一边的板 F 支撑。图中 C 处为一销子，在床板上开一个凹槽，当 2 转动到吃饭的位置时，销子刚好卡在凹槽里，将板固定好。不用时可将板折叠置于床下。此装置，结构简单，制造容易，作为病床上的餐桌很实用。8/512.22
18、.2 方案二方案二:2.2.12.2.1 床板结构示意图床板结构示意图图 2-7 床板结构方案二床板分为 6 块，相互间用合叶铰接（如图），左右翻时 1、3、5、或 2、4、6、一起绕 X轴翻转；坐起时 1、2 一起绕1Y轴向上翻转，同时 5、6 一起绕2Y轴向下翻转，达到曲膝的目的。图中 A、B 为排便的滑板，排便时 A、B 分别沿 Y 轴方向往外拖动，从而满足排便需要。未工作时床板平置于床架上，和普通的病床一样。2.2.22.2.2 坐起与曲膝的方案坐起与曲膝的方案图 2-8 坐起与曲膝方案二（平躺状态）9/51图 2-9 坐起与曲膝方案二（坐起状态）这部分的设计，采取坐起和曲膝的功能同时
19、驱动的思路。如图分别是床板平置和坐起与曲膝动作完成之后的状态。床板平置时，人躺在床上和普通病床一样，杆 4、5、6 组成的连杆机构处于死点状态，达到足够的刚度和稳定性。当需要坐起时由图中的电动机驱动蜗杆1 转动，蜗杆 1 再驱动蜗轮 2 转动，从而带动转臂运动，将床板 9 绕 C 点顶起，与此同时和蜗轮同步的带轮 2带动小带轮 4 转动，4 带轮的旋转使得曲柄连杆机构中的曲柄 4转动，摆脱死点状态，摇杆 6 转动，使得床板 7 在重力的作用下绕 D 点转动，最后同时满足坐起和曲膝的功能。坐起和曲膝动作如图“坐起状态”。该方案采用蜗轮蜗杆带轮组合传动，其优点是传动平稳，冲击载荷小传动比大；缺点是
20、效率低磨损较严重，且蜗轮蜗杆加工难度大，制作成本高。带轮负载大时可能造成皮带打滑，并且其曲腿功能和坐起只能同时满足，无法独立动作。2.2.32.2.3 左右翻身的方案左右翻身的方案图 2-10 左右翻身方案二左右翻身同样由蜗轮蜗杆来实现。如图，电动机工作，蜗杆 1 转动，驱动蜗轮转动，从而使得转臂 2转动。当电动机反转时，同理使得床板的另一块翻转，从而达到左右翻的目的。10/51此方案也采取了蜗轮蜗杆传动的原理，其优点是可获得较大的传动比，结构紧凑，传动平稳；缺点是效率低，磨损较严重，制造蜗轮成本大且工艺要求高。2.2.42.2.4 床上排便的方案床上排便的方案图 2-11 床上排便方案二（关
21、闭状态）图 2-12 床上排便方案二（打开状态）要实现排便功能，必须满足两点，其一，床板能拉开，其二，床板能翻转。为了解决这两点，我们可以采取如上螺旋传动的空间连杆机构。如图，1、4 为用球铰连接的螺杆，分别为左旋螺杆和右旋螺杆，1 螺杆左端 A 处为一圆柱副连接，4 螺杆右端 D 处与电动机相连；2、3 为螺套，分别和滑板 G、F 固定，其中 G、F 为用滑道固定床板上的滑板，可在床板上滑动。电动机工作时螺杆 4 转动，并带动螺杆 1 转动，由于分别为左右螺旋，故可分别驱动2、3 螺套相对运动，将滑板 G、F 往两边拉开。电动机反转时同理可使得滑板关闭。左右翻时由于 1、4 间为球面副连接，
22、故可实现翻转。本方案采用螺旋传动，中间用球面副联接以实现翻转运动。优点是使用了空间机构，创新性强，结构巧妙，但对加工和安装的精度要求高。2.2.52.2.5 吃饭装置的方案吃饭装置的方案同方案一吃饭装置。2.32.3 方案的对比和选择方案的对比和选择表 2-1实现的功能采用的结构实现情况加工工艺与成本方案一坐起螺旋连杆组合机构结构简单，传动平稳，效率低加工易，成本低曲膝螺旋连杆组合机构结构简单，传动平稳，效率低加工易，成本低左右翻螺旋连杆组合机构结构简单，传动平稳，效率低加工易，成本低11/51排便钢丝绳、定滑轮拖动结构结构简单，传动较稳定加工易，成本低吃饭可翻折连杆结构简单，实用加工易，成本
23、低方案二坐起蜗轮蜗杆带轮组合传动传动平稳，传动比大，效率低加工难，成本高曲膝蜗轮蜗杆带轮组合传动坐起和曲膝只能同时动作加工难，成本高左右翻蜗轮蜗杆传动传动平稳，传动比大，效率低加工难，成本高排便螺旋传动的空间连杆结构结构巧妙，传动稳定加工难，成本高且安装精度高吃饭可翻折连杆结构简单，实用加工易，成本低综合考虑各个功能的实现情况，制造的工艺性以与加工成本，最终决定采用方案一。机构设计机构设计3.13.1 基本参数的设计基本参数的设计根据一般常识确定床的基本尺寸为：长 1900mm、宽 100mm、高 610mm.左右翻身时床板运动围为 080、坐起时床板的运动围为 085、曲腿时床板的运动围为
24、050、方便门两边各打开 100mm.3.23.2 电动机的选择电动机的选择、坐起电动机1)功率取 t=40s.极限角度取 85，转臂角速度2/20.0393/40rad s.转臂速度22 20.0393 0.620.0244/vtm s.负载21000TN.则转臂传递的功率22224.4/PT vm s.（忽 略 转 臂 自 重）。电 动 机 的 许 用 功 率22242224.4750.4 0.98 0.990.99PPW许螺杆联轴器轴承滚子.（忽略了轴的转动惯量与12/51连杆自重）。电动机实际功率22 1.290PPW许.选用额定功率为 120W 的单相电容式减速电动机。2）转速由图
25、3-1 可知坐起螺杆导程 l 最短约为 300mm.图 3-1 坐起时螺杆导程示意图那么由上身坐起的时间 t=40s.螺杆螺纹间距 d=5mm，可以得出电动机的最低转速约为300540 6090/minnr、曲腿电动机的选择1)功率t=30s.极限角度取 50,转臂角速度35/180.035/30rad s.转臂速度33 30.035 0.370.013/vtm s.负 载31000TN.则 转 臂 所 传 递 的 功 率33222213420.4 0.98 0.990.99PPW许螺杆联轴器轴承滚子.(忽略了轴的转动惯量与连杆质量)。电动机实际功率33 1.250PPW许.选用额定功率为 6
26、0W 的单相电容式减速电动机。13/512）转速由 3-2 图可知屈膝螺杆导程 l 最短约为 213mm.图 3-2 曲膝时螺杆导程示意图那么由上身坐起的时间 t=40s.螺杆螺纹间距 d=5mm，可以得出电动机的最低转速约为213530 6085/minnr 3、翻身电动机1)功率设 定 翻 身 时 间 为 t=40s.极 限 角 度 取 80 ，则 转 臂 角 速 度1/20.0393/40rad s.转 臂 速 度11 10.0393 0.340.0134/vlm s.负 载11000TN.则转臂传递的功率11 113.4PTvW（忽略转臂自重）。电动机许用功率112742PPW许螺杆辊
27、子联轴器轴承.(忽略连杆自重与轴转动惯量)。电动机实际功率11 1.250PPW许（安全系数）.选用额定功率为 60W 的单相电容式减速电动机。14/512）转速由图 3-3 可知左右翻身螺杆导程 l 最短为 297.2mm,约为 300mm.图 3-3 翻身时螺杆导程示意图那么翻身一侧的螺杆行程约为 150mm，且翻身的时间 t=40s.螺杆螺纹间距 d=5mm，由此可以得出电动机的最低转速约为150540 6045n r/min.4方便活门的电机选择因排便活门采用滚珠滚动装置，磨擦较小且所使用恢复小弹簧的弹径系数较小，因此所需功率也很小，根据实际情况选用功率 10W，转速 n=120r/m
28、in 的较小电动机。3.33.3 坐起与曲膝机构的设计坐起与曲膝机构的设计图 3-4 坐起曲膝运动简图机构运动简图如图 3-4 所示，传动的效率与传动角有很大的关系，故应保证尽量大的传动角，参考传动角围 6090），考虑各构件间的相互位置，可初步确定各构件的尺寸：坐起机构：转臂 5 长度为 600mm；连杆 6 长 330mm，连杆 5长 150mm，螺杆导程 l=300mm，故螺杆螺纹长度取 350mm，据床的整体结构确定螺杆长度为 450mm。曲膝机构：转臂 12长为 370mm，连杆 11 长 300mm，连杆 12长 150mm，螺杆导程 l=213mm，故螺杆螺纹长度左右翻螺杆行15
29、/51取 250mm，据床的整体结构确定螺杆长度为 450mm。3.43.4 翻转机构的设计翻转机构的设计图 3-5 左右翻身机构运动简图同理选取参考传动角围 8090），初步确定各构件的尺寸：转臂 4 的长为 310mm，连杆3 长 300mm，连杆 4长 150mm.翻身时螺套需沿螺杆两边运动，螺杆导程 l=300mm，螺杆螺纹长度取 350mm，根据床的整体结构确定螺杆长度为 500mm.3.53.5 排便活门机构的设计排便活门机构的设计图 3-6结合实际条件，根据床的整体结构，确定部分零件的尺寸：定滑轮 2、3 的外径 30mm，轮 1 外径 50mm，钢丝绳各长 1 米。16/513
30、.63.6 餐桌机构的设计餐桌机构的设计图 3-7 餐桌方案示意图如图，根据床体可大致确定餐桌机构的尺寸，总高大约为600mm，1杆长为150mm，高100mm，2 杆高 500mm，长 500mm，3 板尺寸 500mm180mm。零件设计零件设计4.14.1 纵轴的设计与校核纵轴的设计与校核a、求轴上的功率 P1，转速 n1，和转矩 T1.21160 0.4 0.9924PPW螺杆电机轴承(忽略连杆自重)。11600.375/min2nr111249.559.556120.375PTN mN mn经整体规划将轴设计为空心光轴。b、初步确定轴的直径17/5113310440.024d1004
31、0(1)0.375(1 0.5)PAmmn.(机械设计 15-3)选用径为 27mm，外径为 45mm 的 45 钢经调质处理。c、轴的结构设计根据轴向和周向定位要求，将轴与转臂套筒用螺栓联在一起，具体位置由床整体结构来确定。固定孔偏离转臂套筒固定孔 37，见附录纵轴零件图。d、初步选定滚动轴承因轴承所承受的轴向力可忽略，认为只受径向力，选用深沟球轴承。e、轴的强度校核只校核轴的危险截面，因该轴所受弯矩可忽略，下面只按扭转强度校核。轴的计算应力11171caTMpaMpaW.（材料力学 3.12）其中13344142(1)(1 0.76)1632TdW.（材料力学 3.15）由前面轴的材料为
32、45 钢，调质处理。查得1155Mpa.因此1ca，故安全。4.24.2 横轴一、横轴二的设计与校核横轴一、横轴二的设计与校核a、求轴上的功率 P2、P3 转速 n1、n2 与转矩 T2、T3.2222120 0.4 0.9947PPW螺杆电机轴承.（忽略连杆重量）22360 0.4 0.9924PPW螺杆3电机轴承.22600.375/min2nr.33600.334/min2nr.222479.559.5511970.375PTN mN mn333249.559.556860.334PTN mN mn.将轴设计为空心光轴。b、初步确定轴的直径233204320.04710050(1)0.3
33、75(1 0.5)PdAmmn.18/51因计算比较保守，先选用外径 42mm,径 32mm 的 45 钢管，待后面校核。333304330.02410042(1)0.334(1 0.5)PdAmmn.同以上选择一样。c、轴的结构设计根据轴向和周向定位要求将轴与转臂套筒用螺栓固定，同时考虑到传动角的围将连杆在轴上的固定孔偏离转臂套筒固定孔 40.见图示。d、初步选定滚动轴承因轴承所受轴向力可忽略，认为只受径向力，选用角接触球轴承。（型号）e、轴的强度校核因这两根轴所受弯矩很小，可忽略，认为只受扭矩作用，故按扭转强度校核。轴的计算应力2223411970001210.2 42(1 0.76)ca
34、TMpaMpaMpaW.33334686000690.2 42(1 0.76)caTMpaMpaMpaW.由以上计算确定轴的材料为 45 钢，经调质处理。查得1155Mpa.因此321caca.故两轴均安全。4.34.3 螺杆的设计与校核螺杆的设计与校核a、螺杆的确定因三根螺杆中使病人坐起机构中螺杆受力最大，故先设计该机构中的螺杆。负载 T2=1000N，螺杆轴向力最大为 1000N.根据螺旋传动的设计计算公式2()/2/2VmTQtgdQfd.（国君,王成金.多功能病床）其中 Q轴向载荷 1000N.螺纹伸角=5，当量摩擦角V=5.2d螺纹中径，查找相关资料取2d=20mm.md支撑面平均直
35、径，md=2d=20mm.f摩擦系数，取f=0.1.因此计算得28TN m.由此得出螺纹最小扭矩为 28N m时即可将 1000N 负载支起。而电动机提供给螺杆的转矩为1209.55382830TN mN m.故符合要求。b、螺纹长度的确定由前面电动机选择过程中求电动机转速时算出的数据：19/51翻身螺杆导程为 300mm,螺纹选 350mm,据床的整体结构确定螺杆总长度 500mm.坐起螺杆导程为 300mm,螺纹选 350mm,据床的整体结构确定螺杆总长度 450mm.屈膝螺杆导程为 213mm,螺纹选 250mm,据床的整体结构确定螺杆总长度 450mm.材料选用 45 钢。c、螺杆强度
36、校核223caTFTAW（机械设计 5.49）其中 F 为轴向压力2/21602VdFTtgN.A 为螺纹段的危险截面面积，214Ad（1d为螺纹小径）。TW为螺杆螺纹抗扭截面系数，3116TWd.T 为螺杆所受扭矩，38TN m.经计算得29caMpa.前面已选定 45 钢，查表得155Mpa.因此1ca，故安全。d、螺杆稳定性校核因坐起螺杆和曲腿螺杆柔度40s故不必进行稳定性校核，只校核翻身机构中的螺杆。56sti.425222182.06 1064162500.5 500crEIFNt.2/()/21195VFTtgdN.1625013.63.55.01195CCrSSFSSF故认为螺杆
37、稳定。4.44.4 翻身机构中零件的设计与校核翻身机构中零件的设计与校核1翻身运动中连杆的设计a、连杆选材根据传动角围与整个机构的要求，初步确定两根连杆长度分别为连杆一 300mm，连杆二 150mm.根据实际经验与查找相关资料初步确定连杆一直径为 25mm.b、连杆强度校核20/51因连杆一所受弯矩较连杆二小，故只校核连杆二122cossin1195 cos60sin8015088263MFlN mm.图 4-1连杆受拉力12coscos104NFFN.（较小可忽略）。38826356.50.1 25caMMpaW.所选材料为 45 钢，调质处理170Mpa.因此1ca.故安全。2翻身机构中
38、转臂的设计a、转臂选材将纵轴一的位置与床整体结构的限制，初步确定转臂的长为 310mm.材料为结构用冷弯矩形空心型钢，标准 GB/T67281986.Amm=50，Bmm=25，壁 tmm=1.2.b、转臂强度校核2 6ZbhW.转臂所受弯矩最大为maxcosMT l60=155000N/mmmaxcaZMW15MPa材料的许用应力 75MPa因为1ca，故安全4.54.5 坐起机构中零件的设计与校核坐起机构中零件的设计与校核连杆的设计a、初步确定连杆材料连杆一：330mm，连杆二：150mm，直径：28mm，45 钢调质处理。b、连杆强度校核同上，只校核连杆二122cossin2160 co
39、s70sin80150108486MFlN mm.(一个特定位置)。连杆所受轴向力可忽略。21/513108486490.1 28caMMpaW.因170caMpa.故安全。转臂的设计a、转臂选材据横轴一的位置与床整体结构，确定转臂长度为 570mm，.材料为结构用冷弯矩形空心型钢，标准 GB/T67281986.Amm=50，Bmm=25，壁 tmm=1.2.b、转臂强度校核杆所受最大弯矩maxcosMT l60=300000N/mmmaxcaZMW28.8MPa材料的许用应力 75MPa因为1ca，故安全4.64.6 曲腿机构中零件设计与校核曲腿机构中零件设计与校核1连杆的设计a、初步确定
40、连杆尺寸与材料连杆一：300mm，连杆二：150mm，直径：25mm，45 钢经调质处理。b、连杆强度校核因本机构中连杆材料与尺寸与翻身机构中一样，但所受力较前者小，故无需强度校核。2转臂的设计a、转臂选材据横轴二位置与床的整体结构，确定转臂长为 370mm,材料与前面一样。b、转臂强度校核因本机构中转臂所受弯矩较坐起机构中小得多，故也无需进行强度校核。设计总结设计总结5.15.1 方案的评价与成本估算方案的评价与成本估算这款病床主体传动装置采用了螺旋连杆组合机构，简单实用的传动方式与灵活的连接形式使其轻松的克服了各项功能相互干扰的弊端。从而摈弃了以往设计时为克服上述弊端而采用床板与传动装置固
41、定连接或采用气囊等复杂的结构，以简单的传动原理实现了各项功能。从经济性和实用性上考虑，螺旋连杆机构以简单易于加工的特点决定了其低成本性，从而为大批生产时的成本压缩奠定了基础。另外，该病床适用于所有因病或其它原因引起的身体不便移动的人（包括瘫痪病人，重症病人等），而不仅仅为家庭老人而设计，因而有巨大的市场需求。成本估算成本估算：电动机（四个）：1500 元22/51标准件（轴承、螺栓等）：80 元材料：角钢4040mm10 米方钢2020mm6 米扁钢40mm2 米钢管直径 40mm3 米合计约 50kg504.5 元/千克=225 元加工费：零件加工较简单故可算约等于材料费即 225 元表面处
42、理：20 元合计：2050 元利润估算利润估算：若投放市场，该病床定价为 5000 元是各大医院可接受的价格。毛利：5000-2050=2950 元营销费用：600 元税收：500 元纯利润：2950-600-500=1850 元5.25.2 与相近产品的比较与主要创新点与相近产品的比较与主要创新点与以往的设计相比较，该病床结构简单，制造容易，且实现了所有功能的自动控制，很好的解决了护理工作中的诸多不便，其主要创新点如下：将病床床板分割成 8 块，用铰链联接，搁置在床架上，病人平躺时安全可靠，坐起、曲膝和翻身时，运动灵活。床板和传动装置的转臂之间没有联接，可接触可分离，从而克服了坐起、曲膝与翻
43、身的传动干涉。排便活门的开闭采用了钢丝绳、定滑轮组合机构，传动稳定可靠。转臂轴由螺旋连杆组合机构驱动，传动角接近 90，传动效率高。全部采用低副机构，加工简单、力量大，磨损小。各功能采用独立的电机驱动，在电路设计上根据动作的需要，设置了相应的自锁和互锁，并有行程开关限位，由病人自己点动控制，舒适自知。5.35.3 应用前景应用前景该病床适用于各种原因引起的卧床不起，身体不能自主移动的病人，且目前市场上还没有如此功能完善且操作简单的产品，因而有巨大的市场需求。该病床由病人自己点动控制，按自己的感觉和意愿调整卧姿，舒适自知，可有效促进血液循环和防止褥疮的发生，且减轻了护理人员的劳动强度。该病床技术
44、含量较高，成本低，加工简单，工作可靠。5.45.4 存在的问题和改进建议存在的问题和改进建议其一，由于目前处于样机生产阶段，只能利用工厂已有的材料种类和规格，以便节约制造成本，致使该病床重量较大。如果该病床能进入批量生产，在达到强度和刚度要求的前提下，应尽量减轻重量，降低成本。其二，控制装置可以进一步完善，改为无线遥控，则其使用会更加方便。23/51参考文献参考文献1东，存禧，禧吴剑。机器人化多功能护理床的研究与开发。机器人技术与应用，2003 年第 6 期2桓，作模.机械原理（第六版）.高等教育.2001.53洪钟德.简明机械设计手册.同济大学.2002.54国君,王成金.多功能病床.现代日
45、用科学.2001(1)5鸿文.材料力学.高等教育.1992.96钦珊，殷雅俊.材料力学.，清华大学.20047康晓东，甑向明，军。新型自动病床的研制。Medica1 Equipment Vo1 12 No 8濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育.2001.4 第7版9任钧国等.材料力学.国防科技大学.2004.610杞仪，主编.机械原理.：理工大学，2001.811吴宗泽.机械零件设计手册.机械工业.2004.112王昆等.机械设计课程设计.高等教育.1995.1213王文斌等.机械设计手册.第3版.，机械工业.2004.814陆润编.计算机辅助绘图基础（2002 版）.：清华大学，200215
46、卜玉坤主编.Subject-Based English机械英语1.：外语教学与研究，200116朱冬梅，胥北澜.画法几何与机械制图.第5版.高等教育.2000.1217东煜,树森,唐铉峰,史超.遥控气动可升降病床的设计.林业机械与木工设备.2004,32(8)18喻恒锋，周金娥，黎清香，喻。介绍一种新型“医用升降翻身车”。医药2004年第39卷第3期19Kerstin Petzall,Jan Petz.all.Transportation with hospital beds.AppliedErgonomics 34(2003)383392.20Margaret Wan Nar Wong,Da
47、niel Hung Kei Chow,Chi Kei Li.Rotational stabilityof Seidel nail distallocking mechanism.Injury,Int.J.Care Injured(2005)36,1201120521 M.M.Brzoska,K.Majewska,J.Moniuszko-Jakoniuk.Mineral status and mechanicalproperties of lumbar spine of female ratschronically exposed to various levelsof cadmium.Bone
48、 34(2004)517 52624/51附件 8交通职业学院毕业论文（设计毕业论文（设计）（文）（文）课题名称经济型数控车床主运动传动系统设计经济型数控车床主运动传动系统设计学生三三学号 05xx05xx系部机电工程系机电工程系专业年级 0505 数控一班数控一班指导教师桂花桂花年年月月25/51经济型立式数控车床主运动传动系统设计经济型立式数控车床主运动传动系统设计目录摘要1关键词1Abstract1Key Words11.设计要求22.总体方案的拟定与说明22.1拟定总体传动方案 22.2方案的选择 33.无级变速传动链的设计33.1求计算转速 nj33.2无级变速传动链的设计 34.切
49、削功率的估算与电动机的选择54.1估算切削功率 54.2选择电动机 54.2.1初步估算电机所需功率 54.2.2选择电动机 64.3反算各轴传递的功率和恒功率下的最大转矩 65.齿轮的设计与校核65.1确定设计公用模数的齿轮副 65.2设计齿轮副 z3/z475.2.1选择齿轮类型，材料75.2.2按齿根弯曲疲劳强度进行设计 75.2.3按齿面接触强度设计 85.2.4计算几何尺寸 95.3校核齿轮副 z1/z2（31/78）95.3.1选定齿轮类型、材料95.3.2校核齿根弯曲疲劳强度105.3.3校核齿面接触疲劳强度105.3.4确定几何尺寸115.4校核其余两对齿轮副115.5设计锥齿
50、轮副 z9/z10（79/79)125.5.1确定齿轮材料125.5.2按齿根弯曲强度进行设计125.5.3按齿面接触强度设计135.5.4计算几何尺寸135.5.5齿轮的结构146.轴的设计与校核 146.1主轴的设计146.1.1主轴上的功率 P主、转速 n主 min和转矩 T主 max与其他受力1426/516.1.2求恒功率、计算转速下，工件所受的切削力146.1.3求作用在锥齿轮上的力146.1.4初步确定轴的最小直径146.1.5主轴的结构设计156.2主轴的校核166.2.1求轴上的载荷166.2.2校核主轴的强度167.轴承的计算 197.1主轴轴承的受力197.1.1单向推力