按摩輪椅的三維建模力學(xué)及經(jīng)濟(jì)性分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u14345按摩輪椅的三維建模力學(xué)及經(jīng)濟(jì)性分析綜述 113938第1章按摩輪椅的三維建模與力學(xué)分析 1221031.1按摩輪椅的三維建模 1302661.1.1按摩輪椅行走建模 1258681.1.2按摩輪椅按摩結(jié)構(gòu)建模 314291.2總裝配體 350391.3運(yùn)動(dòng)仿真 5138721.3.1幾何模型處理 5216201.3.2添加馬達(dá) 5255351.4按摩輪椅機(jī)架的力學(xué)分析 8177361.4.1按摩輪椅背部機(jī)架 8187841.4.2按摩輪椅背部機(jī)架的網(wǎng)格劃分 8322971.4.3約束載荷定義 9110201.4.4ANSYS分析結(jié)果 922364第2章技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 11152202.1安全性 1136492.2經(jīng)濟(jì)性 11107612.3環(huán)保性 12第1章按摩輪椅的三維建模與力學(xué)分析1.1按摩輪椅的三維建模1.1.1按摩輪椅行走建模本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以通過三維建模軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的三維模型。主要是通過輸入相關(guān)的參數(shù)，生成必要的尺寸，然后選取相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件完成的輔助康復(fù)輪椅的零部件。通過SolidWorks中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、拔模等操作，完成了按摩輪椅的三維建模。圖1.1按摩輪椅后輪圖1.2按摩輪椅前輪圖1.3前輪減震桿圖1.4前輪搖桿按摩輪椅行走的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，前輪需要控制輪椅的前進(jìn)方向，搖桿帶自鎖裝置以防止輪椅左右搖晃不定，后輪軸要有良好的承重能力，所以選擇45號(hào)鋼作為材料，所以后輪軸相對(duì)較重。按摩輪椅的行走結(jié)構(gòu)主要包括，前輪后輪、搖桿、減震桿、減速機(jī)、無刷直流電機(jī)，當(dāng)然還有支撐機(jī)架、底部電池箱?？偟捏w積較大，但是布置合理實(shí)用。圖1.5按摩輪椅底部支撐架圖1.6按摩輪椅電池箱1.1.2按摩輪椅按摩結(jié)構(gòu)建模按摩輪椅最主要的除了電動(dòng)行駛以外還有按摩結(jié)構(gòu)。按摩結(jié)構(gòu)主要是無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿，傳動(dòng)給減速齒輪，經(jīng)過減速后傳遞給按摩輪。圖1.7內(nèi)部按摩機(jī)構(gòu)1.2總裝配體手動(dòng)操作桿、控制平臺(tái)、電機(jī)、電池箱的布置，如圖1.6所示。電池箱手動(dòng)操作桿控制平臺(tái)電機(jī)電池箱手動(dòng)操作桿控制平臺(tái)電機(jī)圖1.6按摩輪椅總裝配按摩機(jī)芯的裝配：按摩頭、蝸輪、蝸桿的布置，如圖1.7所示。頸部按摩頭背部按摩頭蝸輪蝸桿頸部按摩頭背部按摩頭蝸輪蝸桿1.7按摩機(jī)芯裝配圖1.3運(yùn)動(dòng)仿真1.3.1幾何模型處理建立合適的裝配關(guān)系，使康復(fù)輪椅處于浮動(dòng)狀態(tài)，可以前后平移，4個(gè)輪子相對(duì)輪椅可以自由旋轉(zhuǎn)。1.3.2添加馬達(dá)給整個(gè)康復(fù)輪椅添加線性馬達(dá)，“運(yùn)動(dòng)”中使用“數(shù)據(jù)點(diǎn)”的方式來定義運(yùn)動(dòng)曲線，運(yùn)動(dòng)速度大小定為300mm/s，總時(shí)長(zhǎng)20s，設(shè)置速度曲線如下圖所示，具體的時(shí)間分段為：0-10s：向前平移，10-20s：向后平移圖1.7添加馬達(dá)圖1.8添加曲線一計(jì)算得到后面大輪子對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)角速度為ω計(jì)算得到前面小輪子對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)角速度為ω對(duì)4個(gè)輪子添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，時(shí)它們相對(duì)車架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，總時(shí)長(zhǎng)20s，設(shè)置速度曲線如下圖所示，具體的時(shí)間分段為：0-10s：向前旋轉(zhuǎn)，10-20s：向后旋轉(zhuǎn)。圖1.9后方大輪運(yùn)動(dòng)速度曲線圖1.10前方小輪運(yùn)動(dòng)速度曲線圖1.11自定義視圖用于運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫1.4按摩輪椅機(jī)架的力學(xué)分析1.4.1按摩輪椅背部機(jī)架首先將SolidWorks的背部機(jī)架導(dǎo)入ANSYS，在workbench中選擇根據(jù)機(jī)架符合的材料、模量等，材質(zhì)為45號(hào)鋼圖6.1按摩輪椅背部機(jī)架模型1.4.2按摩輪椅背部機(jī)架的網(wǎng)格劃分本文中對(duì)按摩輪椅背部機(jī)架的網(wǎng)格劃分使用四面體二階單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，建立綁定接觸關(guān)系。得到的網(wǎng)格如以圖所示：圖6.2按摩輪椅機(jī)架網(wǎng)格劃分1.4.3約束載荷定義約束：左前輪中心點(diǎn)約束XYZ的平移自由度；右前輪中心點(diǎn)約束XY的平移自由度并施加載荷；在座椅底部施加約500N的力，在背部靠處施加約1000N的力。圖6.3輔助康復(fù)輪椅機(jī)架約束示意圖1.4.4ANSYS分析結(jié)果根據(jù)按摩輪椅機(jī)架圖中顯示的結(jié)果可知，在彎曲處受到的載荷最大，但是沒有超過極限，處于應(yīng)力范圍之內(nèi)，所以滿足強(qiáng)度和剛度校核。圖6.4按摩輪椅機(jī)架總的位移云圖圖6.5按摩輪椅機(jī)架應(yīng)力云圖

第2章技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析2.1安全性本設(shè)計(jì)的安全性能是較高的，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面里：（1）本次設(shè)計(jì)是根據(jù)《中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18029（輪椅車）》的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，之中的輪椅外形尺寸、質(zhì)量和角度的確定以及最大速度、加速度等都是嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的，確保滿足設(shè)計(jì)要求并且對(duì)使用者安全的保障；（2）通過力學(xué)的計(jì)算與校核，保障了各個(gè)零部件設(shè)計(jì)的合理性，這也是對(duì)使用者的一個(gè)安全保障；（3）通過三維軟件對(duì)關(guān)鍵零部件靠背機(jī)架的靜應(yīng)力分析，得出其應(yīng)力、應(yīng)變、位移參數(shù)等強(qiáng)度剛度滿足設(shè)計(jì)要求，安全系數(shù)合格；（4）輪椅設(shè)計(jì)了電控緊急剎車裝置，應(yīng)對(duì)各種道路的變化。2.2經(jīng)濟(jì)性按摩輪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型主要有三個(gè)方面。首先第一點(diǎn)是整體輪椅的框架部分，需要輪椅機(jī)架、電動(dòng)推桿、PU皮革等，輪椅機(jī)架、框架一般采用合金鋼的材質(zhì),外層包裹采用PU皮革材質(zhì)，這種材質(zhì)表面光滑，質(zhì)地豐滿，細(xì)膩，對(duì)皮膚的接觸是很舒服的。這些材料在工業(yè)工程中都經(jīng)常用的到，所以很容易獲取，性價(jià)比也很高。第二點(diǎn)是我選擇的電動(dòng)推桿，它是由中創(chuàng)祥瑞公司生產(chǎn)的，型號(hào)是BML-DJ801，總共需要兩個(gè)，此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)小巧，堅(jiān)固耐用，安裝方便，主要作用就是推動(dòng)按摩機(jī)芯確定位置。第三點(diǎn)就是在本文中，選用的機(jī)構(gòu)材料用量少，但是制作工藝需要精細(xì)，畢竟是功能性的設(shè)備，工藝需要精密。本按摩輪椅的采購，BML-DJ801的電動(dòng)推桿價(jià)格大約800元，兩個(gè)是1600元，前輪是50元，2個(gè)是100元，后面大輪一共是120元，設(shè)計(jì)的桿架支架等大約是500元，蝸輪6個(gè)定制大約1800元，一個(gè)雙頭蝸桿和一個(gè)單頭蝸桿定制大約800元，兩個(gè)減速機(jī)600元，兩個(gè)無刷直流電機(jī)400元，PU皮革大約100元，其余布線電路板總計(jì)200元，加工費(fèi)大約600元，再加上軸承、電線、PVC等材料估算最終價(jià)格為7225元。

序號(hào)名稱單價(jià)（元）數(shù)量（個(gè)）總價(jià)1電動(dòng)推桿800216002萬向輪5021003后輪6021204桿架20012005減速機(jī)30026006無刷直流電機(jī)20024007蝸輪300618008蝸桿80018009PU皮革100110010帶座軸承101010011聯(lián)軸器2537512鋰電池600160013電路板3026014PVC