PAGE8助老功能床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u3484助老功能床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1226221.1設(shè)計(jì)要求 136261.2主要功能及設(shè)計(jì)參數(shù) 1259841.1.1主要功能 111511.1.2床體設(shè)計(jì)參數(shù) 2191801.3各個模塊的設(shè)計(jì)方案 456541.3.1床板設(shè)計(jì)方案 4325671.3.2抬背機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 4128421.3.3曲腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 691481.3.4側(cè)翻機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 7285301.3.5按摩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 8112611.4助老功能床的總體方案設(shè)計(jì) 91.1設(shè)計(jì)要求助老功能床的主要受眾面在老年人和身體有殘疾的人群間，由于他們的身體情況和使用環(huán)境，這對護(hù)理床的要求較高。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和醫(yī)療設(shè)備規(guī)定，助老功能床的設(shè)計(jì)要求主要有以下幾點(diǎn)。安全性要求：老年人和普通健康人相比，其身體更加容易受損，所以對所使用的護(hù)理設(shè)備要求更高。所以助老功能床首先要考慮的問題就是其安全性，包括剛度、硬度和承載能力。并且還要考慮各種可能發(fā)生的極限情況[3]。舒適性要求：護(hù)理床應(yīng)基于人體工程學(xué)，根據(jù)人體各個部分的尺寸來設(shè)計(jì)床板床架尺寸，并在各個尺寸中留有空余部分，充分考慮老年人的每一種身體條件。而由于助老床大多在家庭和醫(yī)院使用，所以在使用過程中，噪音不宜過大，提高使用舒適性。標(biāo)準(zhǔn)化要求：基于護(hù)理床的受眾人群的特殊情況，其各個傳動模塊、控制系統(tǒng)和零件之間的配合精度都要符合行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，在最大程度上滿足使用者的使用要求。便捷化要求：在保證助老功能床的安全性和合理性的前提下，適當(dāng)減輕床體的材料用量，這樣不但可以減輕床的質(zhì)量和制造成本節(jié)省用料，還可以更加方便運(yùn)輸和根據(jù)使用者要求移動護(hù)理床。1.2主要功能及設(shè)計(jì)參數(shù)1.1.1主要功能本文所設(shè)計(jì)的助老功能床主要為行動不便的老年人提供護(hù)理幫助，行動不便老年人可以自己使用遙控器操控來改變自己不同狀態(tài)下的體位，部分常年臥床的老年人也可以由護(hù)工借助護(hù)理床照顧，大大縮減了護(hù)工的工作難度。從老年人和照顧者的角度出發(fā)，并且考慮當(dāng)下的國內(nèi)護(hù)理床發(fā)展現(xiàn)狀，我設(shè)計(jì)的護(hù)理床包含了以下兩個功能。調(diào)整體位功能為老年人提供助老功能床，是為了協(xié)助他們的日常生活，改善他們的日常生活質(zhì)量，使老年人的生活更輕松，并協(xié)助家庭及照顧者的工作。對于常年臥床者，姿勢變換可以加快血液循環(huán)，防止肌肉萎縮和其他疾病產(chǎn)生。所以助老功能床將具備平躺，抬背，左右側(cè)翻和彎腿等體位變換[4]。后背按摩功能當(dāng)一個人長期處于坐姿和躺姿時，后背負(fù)荷增加，會造成肌肉僵硬和骨骼酸痛。所以助老功能床在背板中嵌入按摩機(jī)構(gòu)，在人體與背板接觸時，按摩機(jī)構(gòu)可以上下移動疏通后背的筋絡(luò)。1.1.2床體設(shè)計(jì)參數(shù)在助老功能床的設(shè)計(jì)過程中，參考《醫(yī)liao電氣設(shè)備第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》、《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-病床》、《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)-中國成年人人體尺寸》等標(biāo)準(zhǔn)[5]，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)護(hù)理床標(biāo)準(zhǔn)，制定護(hù)理床相關(guān)尺寸。床面尺寸根據(jù)中國成年人人體尺寸中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，床板的平放和抬起尺寸應(yīng)滿足成年人躺姿和坐姿的要求，如表2-1和表2-2所示。分組比重測量選項(xiàng)男(18～61歲)女（18～56歲)151050909599151050909599

眼高14361474149515681643166417051337137113881454152215411579

肩高12441281129913671435145514941166119512111271133313501385

肘高9259549681024107910961128873899913960100910231050手功能高656680693741787801828630650662704746757778

會陰高701728741790840856887648673686732779792819

脛骨點(diǎn)高394409417444472481498363377384410437444459表2-1站姿人體尺寸圖2-1坐姿人體示意圖分組比重測量選項(xiàng)男(18～61歲)女（18～56歲）151050909599151050909599

坐高836858870908947958979789809819855891901920坐姿頸椎點(diǎn)高599615624657691701719563579587617648657675

坐姿眼高729749761798836847868678695704739773783803

坐姿肩高539557566598631641659504518526556585594609

坐姿肘高214228235263291298321201215223251277284299

坐姿大腿厚103112116130146151160107113117130146151160

坐姿膝高441456464493523532549410424431458485493507小腿加足高372383389413439448463331342350382399405417

坐深407421429457486494510388401408433461469485

臀膝距499515524554585595613481495502529561570587

坐姿下肢長8929219379921046106310968268518659129609751005表2-2坐姿人體尺寸根據(jù)上表的人體尺寸，并結(jié)合市面常見的護(hù)理床尺寸，最后確定床面的設(shè)計(jì)尺寸為：總長2040mm，總寬900mm。床板的分布按圖2-2所示。各體位角度設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的助老功能床具有抬背、輔助翻身和曲腿功能，根據(jù)《醫(yī)用電氣設(shè)備第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》中的標(biāo)準(zhǔn)，以及人體舒適度的要求，確定各床板擺動角度如下[6]：抬背機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)角度：0°～70°左右側(cè)翻機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)角度：0°～45°曲腿機(jī)構(gòu)相對水平向下翻轉(zhuǎn)角度：0°～45°1.3各個模塊的設(shè)計(jì)方案1.3.1床板設(shè)計(jì)方案圖2-3床板平面示意圖如圖2-3所示，助老功能床的床板分為8塊。其中（1）、（2）、（3）為背板，（4）、（5）、（6）為座板與人體臀部和大腿貼合，（7）為小腿板，（8）為腳板。抬背時三塊背板同時繞Y1軸向上翻轉(zhuǎn)；側(cè)翻時左右的背板座板聯(lián)動，繞X1軸和X2軸向上翻轉(zhuǎn)；曲腿時座板固定小腿板繞Y2向下轉(zhuǎn)動，帶動腳板繞Y3軸同時向下轉(zhuǎn)動，最后腳板可放置在床架上。該設(shè)計(jì)方案中，制造連接方式無較大難度，各構(gòu)件并不相互干擾，可以相互協(xié)調(diào)工作，通過聯(lián)動或單動的方式實(shí)現(xiàn)人體姿勢轉(zhuǎn)變[7]。1.3.2抬背機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案抬背機(jī)構(gòu)是助老功能床中最主要的一個機(jī)構(gòu)，它可以幫助實(shí)現(xiàn)由躺姿向靠姿和坐姿的轉(zhuǎn)變，為老年人的治療或日常生活提供便捷。根據(jù)市面上的護(hù)理床分析，本文提出以下三種抬背機(jī)構(gòu)。圖2-4抬背機(jī)構(gòu)方案一方案一：該方案是一種螺旋連桿機(jī)構(gòu)，其中1為抬背板，固定側(cè)與床板鉸接，2是中部承接的連桿，3和4組成螺旋連桿，4與床架鉸接。這種機(jī)構(gòu)中原動件為1，自由度為1，驅(qū)動件為電動推桿，以略偏于水平面的角度布置在床下。工作時，電動推桿3伸長，帶動中部連桿2繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，帶動滾輪向上滑動，從而推起背板。而本文設(shè)計(jì)背板抬起角度最大為70°，所以連桿2旋轉(zhuǎn)角度較大，使得電動推桿3向前推動的行程較大，導(dǎo)致空間的位置不夠。而且該方案會阻礙側(cè)翻機(jī)構(gòu)，形成干涉，所以不采用此方案。圖2-5抬背機(jī)構(gòu)方案二方案二：該方案為一種連桿機(jī)構(gòu)，1為抬背板，尾端固定端和床架鉸接，2和3為電動推桿，二者在抬背板下方直接連接。該機(jī)構(gòu)的原動件為1，自由度和原動件數(shù)相等。工作時，電動推桿前半部分2伸長，推起抬背板1，使得背板繞與機(jī)架鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動。該方案零件較少，傳動結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，安裝便捷無難度，但當(dāng)背板逐漸抬起70°時，需要電動推桿不斷伸長的尺寸較大，故安裝時電動推桿伸縮桿較長，而床下的安裝空間較小，無法實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。且電動推桿和床板連接處受力面積較小，所有力集中在一點(diǎn)會導(dǎo)致受力不平衡，容易使床向側(cè)面翻轉(zhuǎn)。所以不采用此方案[8]。圖2-6抬背機(jī)構(gòu)方案三方案三：該方案為螺旋傳動加上連桿轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的原動件為1，自由度和原動件數(shù)相等，有確定相對運(yùn)動。工作時，步進(jìn)電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)動軸通過聯(lián)軸器2連接絲桿3，絲桿穿過兩個軸承座固定在床架底部，電機(jī)軸轉(zhuǎn)動帶動絲桿3轉(zhuǎn)動從而帶動螺母套4沿絲桿方向運(yùn)動，螺母套4連接連桿5帶動轉(zhuǎn)臂6繞立式固定座7轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臂上端通過連接件8與直線軸承9連接，直線軸承9在光桿10上滑動，光軸10兩端用光軸固定座11固定在背板下方，從而抬起背板。此方案連桿結(jié)構(gòu)簡單，采用鋁合金加工擁有高強(qiáng)度和耐腐蝕性，而且加工后抗擠壓且性能好，成本低，傳動精確，相比較方案一和方案二在空間性和安全性方面更好，故采用此方案。1.3.3曲腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案曲腿機(jī)構(gòu)作為助老功能床中的一個關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，可以輔助腿部自然向下彎曲，幫助人體完成由躺姿向坐姿的轉(zhuǎn)變。且在小腿板向下轉(zhuǎn)到固定位置時，腳板應(yīng)該水平放置。根據(jù)市面上常見的護(hù)理床分析，本文提出以下兩種曲腿機(jī)構(gòu)。圖2-7曲腿機(jī)構(gòu)方案一方案一：該方案采用螺旋連桿結(jié)構(gòu)，1為座板，與床架鉸接，2為小腿板與大腿版鉸接，3為小腿板支桿，上端與小腿板鉸接，下端與床架鉸接，4與5為電動推桿，兩端分別與座板和床架鉸接。該機(jī)構(gòu)原動件為1，自由度與原動件數(shù)相等，有確定相對的運(yùn)動。運(yùn)動開始時，電動推桿伸縮桿4延長，推動座板繞鉸接點(diǎn)O轉(zhuǎn)動，與此同時座板與腿板聯(lián)動形成夾角達(dá)到曲腿目的。該機(jī)構(gòu)提供動力的原件為電動推桿，可以同時推動座板和小腿板，這種機(jī)構(gòu)零件少，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單且安裝難度低。但曲腿角度最大可達(dá)45°，對電動推桿行程要求較大，而床面較低，安裝空間不足，無法實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動行程。故不采用此方案。圖2-7曲腿機(jī)構(gòu)方案二方案二：該機(jī)構(gòu)采用螺旋連桿機(jī)構(gòu)，5為小腿板，左端與床架鉸接，1為曲腿連桿，和小腿板直接連接，2為曲腿支架，左端鉸接在床架上，右端和曲腿連桿連接，3為電動推桿，底部固定在床架上，伸縮桿3和曲腿支架2鉸接。該方案機(jī)構(gòu)的原動件為1，自由度與原動件數(shù)相同，有確定相對的運(yùn)動。躺姿時，伸縮桿3伸長支撐小腿板保持水平。工作時，電動推桿伸縮桿從伸長狀態(tài)回拉，帶動曲腿支架繞O’轉(zhuǎn)動，曲腿連桿與曲腿支架聯(lián)動同時向下轉(zhuǎn)動，帶動小腿板繞O”轉(zhuǎn)動，完成曲腿動作。該機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動簡單，安裝空間較小，在床架中可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動。故此方案合理，采用此方案。由于腳板在曲腿后需要水平放置，所以可以在床架尾部桿架上增加一個放置支架，當(dāng)曲腿運(yùn)動完成后起到支撐腳板的作用。當(dāng)曲腿運(yùn)動未開始時，在小腿板和腳板的連接處設(shè)置一個小支撐架，支撐腳板保持水平。1.3.4側(cè)翻機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案側(cè)翻機(jī)構(gòu)也是助老功能床的一項(xiàng)基本功能，側(cè)翻機(jī)構(gòu)可以輔助翻身調(diào)整老年人的睡姿，促進(jìn)身體內(nèi)血液循環(huán)，設(shè)計(jì)的側(cè)翻機(jī)構(gòu)需要翻轉(zhuǎn)至45°，本文提出了以下三種方案并加以分析。圖2-8側(cè)翻機(jī)構(gòu)方案一方案一：該方案中的機(jī)構(gòu)采用螺旋連桿，1為側(cè)翻板，和床架鉸接于點(diǎn)O，2為滾輪，和滾輪連接的問螺旋連桿，下端鉸接在床架上。該機(jī)構(gòu)原動件為1，自由度和原動件數(shù)相等，有相對確定的運(yùn)動。運(yùn)動開始時，電動推桿伸縮桿伸長帶動滾子在側(cè)翻板上滑動，從而推起側(cè)翻板完成運(yùn)動。該運(yùn)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，零件少，成本低。但隨著側(cè)翻板轉(zhuǎn)動，角度增大，電動推桿伸長尺寸過長，則需要較大的安裝尺寸，而床架內(nèi)空間較小無法完成運(yùn)動。故不采用此方案。圖2-9側(cè)翻機(jī)構(gòu)方案二方案二：該方案中的機(jī)構(gòu)采用螺旋連桿，1為固定在側(cè)翻板下的光桿，側(cè)翻板在O點(diǎn)與床架連接，2為連桿，通過連接件與光桿上的滑塊連接，3和4為電動推桿，固定在床架上并與連桿2連接。該機(jī)構(gòu)的原動件為1.自由度為1，滿足確定的運(yùn)動。工作時，伸縮桿伸長帶動連桿向上運(yùn)動，同時滑塊可以沿著光桿向0點(diǎn)運(yùn)動從而推起側(cè)翻板。在床背板下設(shè)置側(cè)翻板，可以使抬背機(jī)構(gòu)和側(cè)翻機(jī)構(gòu)互不干涉，該機(jī)構(gòu)的傳動簡單且電動推桿相比方案一不需要較大行程。故采用此方案。1.3.5按摩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案市面上的護(hù)理床中不常見按摩機(jī)構(gòu)，本文設(shè)計(jì)新增的按摩機(jī)構(gòu)可以安裝在背板內(nèi)部，從人體的腰部到頸部直線運(yùn)動進(jìn)行按摩。圖2-11按摩機(jī)構(gòu)方案該方案的整體結(jié)構(gòu)如圖所示，按摩部分中4為按摩架，抬背板中的軸穿過其底部兩孔將其固定，1為轉(zhuǎn)動柄，中部與直線電機(jī)5的轉(zhuǎn)動軸連接，前端與搖桿2連接，3為按摩塊，下方的凸起部分與搖桿連接。按摩架移動部分中，步進(jìn)電機(jī)6放置在按摩架上，轉(zhuǎn)動軸與齒輪7連接，齒輪7和齒條8相互嚙合。在按摩機(jī)構(gòu)工作時，直線電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)動柄轉(zhuǎn)動，而搖桿尾端與按摩架鉸接，搖柄轉(zhuǎn)動時搖桿繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動某一角度，使得按模塊可以上下移動。直線行進(jìn)機(jī)構(gòu)工作時，步進(jìn)電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪在齒條上可以往復(fù)運(yùn)動從而帶動按摩架向前向后移動。該機(jī)構(gòu)總體傳動較為簡單，且所占空間較小，故采用該方案。1.4助老功能床的總體方案設(shè)計(jì)通過上述對助老功能床的抬背機(jī)構(gòu)、左右側(cè)翻機(jī)構(gòu)、曲腿機(jī)構(gòu)和按摩機(jī)構(gòu)的分布方案設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的助老功能床的整體方案便已成型。本次助老功能床的