多功能护理病床设计文档格式.doc
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申请学位工学学士指导教师檀中强
学科专业机械培养单位中国计量学院
答辩委员会主席王晓林评阅人赵明岩
2013年06月
致谢
短暂的四年大学学习生活即将面临结束,这个夏天也迎来了我们开花结果的季节,毕业来临之际,在各位分院老师及同学的帮助下,我顺利完成了本次的学位论文。
在此,我想表达我对母校、导师以及所有帮助过我的人的感激与感谢之情。
本次的学位论文从选题开始至多次整改完善直到最后顺利完成,从始至终都离不开我的导师檀中强老师对我的耐心指导和帮助。
在早起设计期间,他都会定期对设计情况进行检查,并对设计过程中遇到的疑难问题进行详细的解答,还提出了许多可行性建议和指导性意见。
在设计过程中,深深感受到了檀老师在机械设计方面的丰富经验、对待科学研究的严谨态度以及孜孜不倦的教学精神,我为大学能结识这样的良师益友而深感庆幸。
在此,我向檀老师表示我最衷心的感谢和崇高的敬意。
同时也感谢各任课老师在这四年来对我的细心指导和耐心教育,感谢学校及分院给我们提供了学习、设计的专业场地,还要感谢分院领导在大学期间对我的关心和教导,他们为我完成此次的毕业设计提供了非常大的帮助。
在这里我还要感谢我们09机械2班的全体同学们,在毕业设计期间,大家在生活上互帮互助,在学习上互相鼓励,一起解决遇到的疑难问题,使我们共同进步,同学之间的情谊将是我大学中永远不可磨灭的美好回忆。
最后,我要感谢我的父母,谢谢他们这么多年给我的细致体贴的关心、无微不至的照顾,完成此次毕业设计顺利毕业是我大学期间对他们最好的回报。
摘要:
“多功能护理病床”是集支身机构、翻身机构、曲腿及辅助翻身机构为一体的机电一体化作品。
整机分为电动控制和手动控制两个部分,支身机构和曲腿机构运用电机控制,操作简单,可以轻松实现病人饮食、娱乐及康复治疗所需的各种体位。
翻身机构进行手动控制,提高了翻身时安全性能。
当整机工作时,可以为卧床病人提供全面的护理和辅助康复治疗,减小病人家属及医护人员的护理困难。
支身机构通过丝杆和连杆组合实现其功能,可以实现病人各种角度的坐卧姿势。
翻身机构通过丝杆和轨道滚轮组合实现其功能,实现曲腿的同时,还可以对病人进行辅助康复治疗。
丝杆传动稳定可以减轻对病人的意外伤害,整体机构简单,造价低廉,可以减轻病患家属的经济负担。
病床整体采用创新型A字型机架支撑,可以辅助病人家属活医护人员对病人进行翻身护理,结构简单有效。
多功能护理病床相对其他普通病床进行了整体的优化设计,可伸缩输液架、可拆卸护栏以及排便系统等都为护理人员提供了方便。
让病人得到更人性化的照顾,减少护理期间对病人造成的二次伤害,提高病人康复的效果。
关键词:
多功能护理病床;
支身机构;
曲腿机构;
翻身机构;
A字形机架
Abstract:
"
Multi-functionalcarebedsisthesupportbodyinstitutions,stoodup
institutions,bentkneesandauxiliarystandupinstitutionsasoneofthemechanicalandelectricalintegrationworks.Themachineisdividedintoelectricandmanualcontroloftwoparts,thebranchbodyinstitutionsandcurvedlegsinstitutionsoftheuseofmotorcontrol,simpleoperation,youcaneasilyachievethevariouspositionsofthepatientdining,entertainmentandrehabilitationrequired.Standupinstitutionsformanualcontrol,toimprovethesafetyperformancewhenturning.Whenthemachineisworking,itispossibletoprovidecomprehensivecareandsupportrehabilitationforbedriddenpatients,reducingthepatient'
sfamilyandhealthcareworkerscaredifficulties.
Thesupportitselfagenciesscrewandrodcombination,youcanachievethesittingpositionofthepatientswithavarietyofangles.theemancipatedinstitutionsscrewandrailwheelassembly,curvedlegsatthesametime,patientscouldbeassistedrehabilitation.Thescrewdrivestabilitycanreduceaccidentalinjurytothepatient,andtheorganizationasawholeissimple,lowcost,canreducetheeconomicburdenonpatients'
families.
ThebedsintheoveralluseofthetheinnovativeAfontracksupport,canhelpthepatient'
sfamilylivemedicalstaffturnovercareofthepatient,thestructureissimpleandeffective
Multifunctioncarebedscomparedtootherordinarybedsoveralloptimizationdesign,scalableinfusionstand,removableguardrailanddefecationarenursesconvenience.Allowpatientstobemorehumanecare,toreducethesecondarydamagecausedbythecarethepatientduringandimprovetheeffectivenessofrehabilitationforpatients.
Keywords:
Multifunctioncarebeds;
Supportbodyinstitutions;
Curvedlegsinstitutions;
Standupinstitutions;
A-shapedbracke
目录
I
1.前言 1
1.1国内发展状况 1
1.2多功能护理病床设计思路 3
1.3多功能护理病床设计准则 4
1.3.1设计基本要求 4
1.3.2整机性能要求 4
1.4多功能护理病床设计意义 4
2.机械机构及工作原理设计 5
2.1机械结构及工作原理设计 5
2.1.1多功能护理病床机械结构空间布置设计 6
2.1.2多功能护理病床支身装置的结构设计及工作原理 6
2.1.3多功能护理病床翻身装置的结构及工作原理 8
2.1.4多功能护理病床曲腿装置的结构及工作原理 10
2.1.5病床的附件优化设计 12
3.控制电机的选择和设计原理 13
3.1支身装置控制时序 13
3.2曲腿装置控制时序 13
4.机械设计计算 14
4.1机械传动设计计算 14
4.1.1直齿轮设计及计算 14
4.1.2丝杆设计校核计算 16
4.1.3丝杆耐磨性验算与使用寿命的计算 18
4.1.4轴承使用寿命的计算 19
4.2作用杆的应力分析 19
5.多功能护理病床的系统设计总结与展望 21
5.1整机创新性分析 21
5.2整机采用机构和传动对比分析 21
5.3多功能护理病床发展前景 22
5.4多功能护理病床设计中问题分析与总结 22
5.5展望 23
6.作品三维模型图 24
主要参考文献 25
学位论文数据集 26
III
中国计量学院本科毕业设计(论文)
1.前言
据报道中国已于1999年10月提前进入人口老龄化国家的行列,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。
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79.1%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状态最弱的群体。
最近调查的一些现象也印证了这个结论,高龄老年人自2003年第6期我照料能力减弱,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35.7%。
而且目前“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。
据日本2000年lO月进行的(日本)全国医疗设施状况报道,面向老年患者,以需要看护为对象的护理型病床正在逐步增加。
而我国作为老龄化人口绝对数最多的国家,更应该增强老年护理业服务.提高护理医疗设施。
为了更好的满足社会的需求,服务老龄化群体,我们设计了这一款集支身功能、翻身功能、曲腿以及辅助翻身功能为一体的多功能适用性护理病床。
1.1国内发展状况
目前国内医疗护理床主要有三大类。
第一类为半卧起坐立床(支背曲腿型),主要目的是实现病人上半身的直立坐起,同时曲腿,达到身体舒适位置,以方便进食服药。
这种护理床还算普遍,但是此类病床一般有摇杆手动控制,操作不便,也不能对病人做辅助康复治疗,基本上没有减轻医护人员的护理负担。
也未能解决褥疮这一医护难题。
第二类为单纯的侧翻翻身床,主要目的是解决褥疮问题。
但是翻身是一个比较细致的动作,单纯的非智能电机控制翻身容易对病人造成挤伤、摔伤等二次伤害,而且缺乏支身和曲腿这两个重要功能,几乎没有任何实用价值。
第三类为多功能护理翻身床,能够实现多种变形,完成支背、曲腿、侧翻等动作要求。
这类翻身床多为国外进口,价格昂贵,而且结构复杂,机构运动空间受到限制,大部分产品侧翻角度最多只能达到左右40度,翻身效果不是非常理想,没有多大的市场。
综上所述,集支身功能、曲腿功能、翻身功能为一体的多功能护理病床还有极大的设计空间。
图1.1先进的护理病床(结构复杂、造价昂贵)
图1.2简单的手摇式病床(功能少、不实用)
针对当前多功能护理病床的各种缺陷,结合国内医疗机械的发展现状,我设计开发了这款多功能护理病床。
产品可以将支身功能、曲腿功能、翻身及辅助康复功能结为一体。
并且结构简单可靠,造价低廉,有很大的市场应用前景。
1.2多功能护理病床设计思路
多功能护理病床在市场上种类繁多,但是在医院及家庭里却没有得到普及推广。
所以设计一款适应性多功能护理病床要从病人需求出发。
一是功能方面,通过对病患及专业护理医生的走访调查,主要有以下几个功能比较必需,支身功能、曲腿功能、翻身功能以及排泄等。
二是价格方面,为了减轻病患经济负担,使病床有较好的应用前景,一定要提高性价比。
所以要在实现上述诸多功能的同时,要尽可能的减少电机及复杂机构的使用。
所以本病床采用常见的丝杆传动机构、连杆机构、曲柄滑块机构等常用的简单机构。
并且所有功能的实现只依托两个较简单的电机,不需要复杂的电路与昂贵的芯片。
图1.3医护人员对病人进行常规护理
多功能护理病床可在简单的电路控制下实现支撑身体,曲腿及辅助康复等动作,在一些机械机构的组合下,还可以辅助医护人员对病人进行翻身,作品分为机械装置、简单的功能电路装置两个部分。
1.3多功能护理病床设计准则
1.3.1设计基本要求
1.多功能护理病床及其所有零部件应设计正确、结构合理、遵守机械方面的通用技术要求;
2.制造多功能护理病床和零部件应具有足够的强度和合适的性能;
3.多功能护理病床和零部件应具有良好的维修和保养,处于正常的工作状态;
4.需要润滑的零部件应装有符合要求的润滑装置;
5.输入电源为家用220v交流电源;
1.3.2整机性能要求
1.当电源为额定频率和额定电压、整机正常工作时,无工作噪音。
2.当整机在进行辅助护理时,要保持平稳性、安全性。
3.当辅助翻身时,结构要稳定可靠,翻转角度要有较好的可调行。
4.多功能护理病床为常用工作机械,工作寿命不的少于5年。
1.4多功能护理病床设计意义
此次设计的多功能护理病床集支身机构、曲腿机构、翻身机构为一体的机电一体化作品,在无医护人员的帮助时,支身机构可以简单有效的支撑起病人的臀部以上的身体,支身机构利用丝杆传动,可以在任意角度停留,形成最舒服的或坐或卧的姿势,满足病人学习、娱乐、就餐等功能。
曲腿机构可以实现病人自动曲腿,曲腿机构也利用丝杆进行传动,传动比一定,当设置一定的速度进行运动,还可以对病人进行简单的康复治疗,提高了对病人的护理质量。
在医护人员为病人护理时,翻身机构可以辅助医护人员对病人进行翻身,大大减轻医护人员或者家属的护理负担,轻松给病人翻身擦洗,防止褥疮等疾病的产生。
2.机械机构及工作原理设计
2.1机械结构及工作原理设计
多功能护理病床可以在电机的控制下驱使机械装置实现支身、曲腿功能,特殊机构组合的帮助下实现辅助翻身功能。
所以作品有机械和电控两部分组成,机械部分包括丝杆传动机构、连杆机构、轨道轴轮结构、齿轮传动机构、曲柄滑块机构,A字形支架机构等。
电控部分主要有电机和简单的开关及调速功能电路组成。
其总体机构及功能如下图所示。
图2.1总体机构及功能框图
根据一般医护人员对病人的护理流程设计多功能病床完成工作的流程:
1.启动曲腿功能,设置电机恒定速度,完成一定时间段的康复动作。
2.关闭电机,使床板复位,达到平躺状态。
3.拔掉固定销,转动手把达到适合的角度,固定床身。
4.医护人员对病人轻松翻身,给病人进行擦洗。
然后复位。
5.启动支身功能,使前床板撑起达到舒适的坐姿状态,完成常规就餐和娱乐。
6.护理完毕,复位。
2.1.1多功能护理病床机械结构空间布置设计
整体布局情况:
1.曲腿装置2.翻身装置3.支身装置4.床体支撑装置5.驱动机构支撑装置6.床体
图2.2病床结构空间布局图
如上图所示,整个床体包括支身装置、曲腿装置、翻身装置以及护栏等结构。
床身整体有A字性支撑架支撑,支身装置和曲腿装置分置两侧,位于床身中间的固定床板以及下面的延伸体用来固定电机以及承载机构。
保证了整个床身的平衡和稳定性能。
前后左右的护栏都具有可拆卸、可伸缩性能,方便医护人员对病人进行洗发、擦身等常规护理。
支身装置的床板通过铰接与中间的固定板连接在一起,曲腿装置的床板有两块铰接板组成,一端与中间固定板铰接,在电机和传动件的驱动下实现支身、曲腿功能。
两端的A字形支架对床板进行支撑,其中床头一端的A字形支架通过齿轮与床身连接,当静止时,有固定销将床身固定在水平位置,翻身时,解除固定销的约束,转动手柄即可对床身进行翻转,实现翻身功能。
整体空间布局形式简洁、安全可靠,能够出色的完成预定功能。
2.1.2多功能护理病床支身装置的结构设计及工作原理
如下图所示为支身装置的机构简化图,全局采用曲柄滑块的工作原理,电机带动丝杆控制水平移动,与丝杆连接的杆件相当于曲柄进行摆动,从而推动床板的抬起和落下。
图2.3支背机构简化图—静止
图2.4支背机构简化图—运动
机构特点分析:
曲柄滑块机构的运动机构多为低副,运动副为面接触,可以承受较大的载荷,运动副元素几何形状简单,便于加工。
丝杆传动具有行程范围大和反行自锁的特点,所以利用丝杆传动可以使床板在任意角度停留,使病人达到最舒适的角度,运动简单,传动稳定。
床身
机架
联轴器
电机
丝杆
作用杆
前床板
图2.5支身装置的三维模型图
如上图所示为多功能病床支身装置的三维结构模型图。
下端为驱动电机,通过联轴器与丝杆相连提供动力。
作用杆中端固定在与床身连接的光轴上,约束左右移动,作用杆下端通过铰接连接在丝杆上,作用杆上端配合在支身床板的导轨里。
前床板和中间的固定床板以铰接的形式进行连接。
启动电机,电机带动丝杆旋转产生对作用杆水平方向上的推拉应力,作用杆绕光轴旋转,趋势上端面在支身床板导轨里滑动,驱使床板抬起落下。
2.1.3多功能护理病床翻身装置的结构及工作原理
如下图所示,翻身装置主要通过A字形支撑架与床身的组合机构实现,床体有A字形框架进行支撑,床板中心被约束在A字形框架的顶端可以进行左右旋转,在静止时,有安全销将床身固定在水平位置。
当进行翻身时,伸长护栏,去除安全销约束,转动控制把手即可使病人达到适合的翻身角度,辅助医护人员对其翻身,完成常规的护理。
翻转角度可以达到60度,效果非常理想。
一般翻身病床最大的障碍就是容易产生挤伤、压伤甚至摔下床的问题,但是此次设计的产品不会产生此类问题。
1.控制把手利用齿轮进行传动,传动稳定,能够安全的使病人渐渐翻转。
2.底端设有安全支撑杆,一方面约束病床适合的翻转角度范围,一方面当病床翻转到最大角度时,可以起到对床身的安全支撑。
3.床身两端有可伸缩护栏保护,不会因为病人的不正常滑动而摔下床。
4.此次设计的翻身装置非电机控制,不会由于电机的非智能对病人产生不必要的二次伤害,安全系数高。
支身装置结构图:
1.护栏2.安全杆3.A字形支撑4.床身5.控制系统6.安全销
图2.6翻身装置结构设计图
翻身是较为复杂的动作,利用智能的机械手等操作可以实现预定功能,但是成本很高。
现在市面上的的多功能病床多为电机简单控制,但是由于不智能,常常将病人夹伤、挤伤等造成不必要的二次伤害。
所以本产品采用纯机械方式,手动操作。
依靠床板和支撑杆件巧妙结合对床板进行适度翻转,操作简单,使用安全可靠。
图2.7翻身装置控制系统结构图
翻身装置控制系统利用齿轮传动进行控制。
小齿轮轴两端分别配合在床架和A字形支架顶端的孔里。
轮轴的一端设有把手,用于调节。
大齿轮利用螺栓连接在床架上与小齿轮啮合。
当静止时,大齿轮啮合在小齿轮的正下方,保证了床身的稳定性,并用安全销固定。
当转动时,去除安全销,转动摇把,小齿轮驱动大齿轮绕小齿轮轴旋转带动床身旋转。
2.1.4多功能护理病床曲腿装置的结构及工作原理
如下图所示,后端为电机驱动,中间为丝杆传动,后边为带轮的主轴。
后床板由两块铰接的板连接在一起,一端通过铰接的方式连接到中间的固定床板上,另一端连接轴轮装置。
曲腿装置主要通过电机进行驱动,带动丝杆转动对轴产生推拉应力,从而带动滚轮在床身的轨道上前进和后退,实现床板的曲折往复动作,完成曲腿及辅助康复功能。
图2.7曲腿机构简化图
首次设计曲腿动作为丝杆和四连杆的配合,机构相对复杂,而且四连杆具有急性回转特性,稳定性不高,不能对病人起到辅助康复的作用,而且可能会对病人造成二次伤害。
所以弃之不用。
本次设计的机构为丝杆和滚动轮的组合,机构简单可靠,丝杆传动传动比一定,而滚轮机构传递准确,传递效率较高,在恒定的电动机驱动下可以对病人进行辅助康复治疗。
轴和滚轮
后床板
连接件
图2.8曲腿装置三维图
如上图所示,为曲腿床板装置的三维图。
床板1和床板2通过铰接连接在一起,床板1的另一端与中间固定的床板铰接在一起,床板2的另一端有突出的机架,上面配合有轴、轴承以及滚轮。
轴与丝杆连接,传递推拉应力,实现曲腿动作。
2.1.5病床的附件优化设计
输液架设计:
不同的病人血管对输液瓶离手的距离要求不同,常规的输液架一般只设置了一个高度的悬挂,不能满足医患的需求。
比较好的有一根上面从上到下多个挂钩,虽然解决了问题,但是不够安全,也不方便。
所以本次设计的输液架将优化为可伸缩,可拆卸形式。
这样可以方便调节高度,满足不同人的需求。
当不需要时,拆卸掉也不占用空间。
图2.9输液架的三维图
栅栏设计:
为了使病床翻身有更大的角度范围,栅栏做成可抽插式,需要时进行伸长,当擦洗等不方便的时候可以进行缩短或者拆卸。
排便孔设计:
中床板设置一排便孔,平时有挡板从下塞起,保证床板的平整性,当使用时,打开挡板塞,下置便盂即可轻松排便,减少病人的挪动,从而减小对病人二次伤害。
3.控制电机的选择和设计原理
整体设计结构简单,根据病床的工作条件选择使用电机为笼型三相异步电动机。
表3.1电机的参数
参数 电机
支身装置电机
曲腿装
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