现代设计大作业.docx

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现代设计大作业

现代设计大作业

指导教师：

姓名：

学号：

班级：

多功能护理床的设计

要求：

设计多功能护理床，具下述功能：

a）可辅助病人由仰卧位改为坐位；

b）可辅助病人侧向翻身；

c）方便病人排便；

所有动作可手动或电动完成，不宜采用液动

总功能描述：

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，因此为老年患者服务的护理病床的需求不断增加。

针对这一现象，本文详细论述了针对缺乏自理能力的老年人及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、排便、曲腿及吃饭，解决了护理病人过程中的诸多不便。

本文首先基于人机工程学，进行了护理床总体方案的设计，根据相关标准及调研结果，制定了护理床的设计原则，功能要求及设计指标；完成了护理床本体的总体方案设计。

然后，采用自上而下的方法完成了护理床结构详细设计并给出了全套的设计图。

主要包括总体框架、抬背部件、翻身部件、排便部件、曲腿部件等功能模块。

其中，排便部件极大地体现了对老年人的关怀。

功能分解：

多功能护理床系统框图

床框架除了固定的机械机构以外，还包括各个电机安装模块。

平面连杆机构包括：

左右侧翻机构、抬背机构、排便机构、曲腿机构。

床板由床板框架和床板面板组成，整台多功能医用护理床中共有四台直流电机，分别完成头部升降、左右侧翻、曲腿等动作。

本课题工作重点在平面连杆机构部分，包括机构结构的设计，运动方案的设计。

功能元求解：

床板：

参考《医用电气设备第一部分：

安全通用要求》、《医用电气设备第二部分：

医用电动床安全专用要求》、《中华人民共和国行业标准—病床》、《中华人民共和国国家标准—中国成年人人体尺寸》等相关标准，作为设计指标。

1、外形尺寸

多功能护理床主要用于病房或家庭中，因此在各个姿态时，其所占的空间范围必须与病房和家庭房间的相关尺寸向适应，同时采取适当的尺寸，可以使被护理人员感到舒适。

按照《中华人民共和国行业—标准病床》标准，多功能护理床的外形尺寸最终取为：

长×宽×高=2000mm×1000mm×500mm

2、承载指标

按照《医用电气设备第二部分：

医用电动床安全专用要求》规定，床的安全工作载荷必须至少承受1700N的载荷，这1700N包括1350N患者重量、200N床垫和150N附件。

标准中提供了人体在床的各个板块上的重量分布（如图1所示），护理床的各个模块的设计均可以此值为准。

图中，1代表背板，2代表臀部板，3代表大腿板，4代表小腿板。

图1床面各板块人体重量分布

3、体位调整类指标

体位调整类指标包括：

左/右翻身角度、抬背角度、大腿板翻转角度、小腿板翻转角度。

《医用电气设备第二部分：

医用电动床安全专用要求》给出了背板、大腿板、小腿板的调节范围建议值：

1）背板与水平面间夹角（图2中A）应能从0～80o（或更大）可调。

2）大腿板与水平面间夹角（图2中B）应能从0～12o（或更大）可调。

3）小腿板与水平面间夹角（图2中C）应能从0～20o（或更大）可调。

4）大腿板与小腿板间夹角（图2中D）应能调至180o（平面）。

图2床面各板的推荐调节范围

多功能护理床床面板图

图3床面各板的尺寸结构图

抬背机构

抬背机构是多功能医用护理床上的一个关键机构，其主要的功能实现患者在护理床上的抬背及端坐功能。

抬背机构的结构和工作原理

多功能医用护理床的抬背机构类似于侧翻机构，由线性推杆、抬背连杆、抬背滚子、背板以及部分床架组成。

线性推杆一端铰接于床架上，另一端铰接于抬背构件上，抬背构件的一端铰接于床架上，另一端通过滚子与背板连接，中部床板焊接固定于床架上，使之充当机架作用，线性推杆的推动使得抬背构件绕着床架发生转动，通过滚子的作用，使得背板绕着它与中部床板的铰接点为转轴发生转动。

简图如图4所示。

图4抬背机构

抬背机构的设计（图解法）

多功能医用护理床的抬背机构采用一个四杆机构，用单个线性推杆驱动。

查阅手册得人体的坐高大约为800mm左右，所以本机构中背板的长度为900mm，滚子的直径为20mm，与侧翻机构相似，图解法设计，设臀部床板的长度为500mm，线性推杆的行程范围得出水平距离为650mm，由此得出线性推杆的初始安装长度，这样得到了初始状态下的抬背机构的尺寸，但由于机构需要满足运动要求，根据设计要求，将背板向上翻转75°之后，利用偏移命令，找到转动摆杆的所在位置，得出线性推杆的终了安装位置，这样就可以得到线性推杆的行程，其行程为190mm，此行程正好满足了线性推杆的选用范围，可以直接采用厂家提供的线性推杆。

初步设计完成之后的尺寸图如图5所示，各点安装位置也如图所示。

图5抬背机构初始设计尺寸图

侧翻机构

多功能医用护理床的侧翻机构采用两个对称的四杆机构，由两个直线驱动器驱动。

通过电气控制，实现护理床的左右侧翻功能。

排便机构结构和工作原理

多功能医用护理床的侧翻机构由线性推杆、侧翻连杆、侧翻滚子、两侧床板以及部分床架组成。

线性推杆一端铰接于床架上，另一端铰接于侧翻构件上，侧翻构件的一端铰接于床架上，另一端通过滚子与床侧板连接，床侧板通过螺栓与中部床板铰接，中部床板通过固定器将中部床板固定于床架上，使之充当机架作用，线性推杆的推动使得侧翻构件绕着床架发生转动，通过滚子的作用，使得背部侧板绕着它与中部床板的铰接点为转轴发生转动。

简图如图。

左侧翻示意图右侧翻示意图

图6侧翻机构

侧翻机构的设计（图解法）

侧翻机构由左右两个四杆机构组成，两个机构承对称，因此设计其中之一即可。

通过查阅手册人体的肩宽大约为330~415mm，因此床的中间段板要尽可能的窄，使患者能实现翻身这一动作。

在此设计中背板中部设为180mm；两侧板设为350mm；床板的厚度设为35mm；支承滚子的直径设为20mm，床的高度根据普通床的高度做调整，过高不方便患者上下床，过低影响安装空间。

线性推杆的底部安装点到床板转轴距离根据机构的始末位置把电机的行程范围定为115mm。

利用AUTOCAD的旋转功能，将一侧床板翻转75°，利用偏移指令，找到侧翻构件翻转后的位置，再次旋转得到电机前端的安装点，这样就可以得到了侧翻机构在水平状态时的机构的各点的参数，根据设计要求侧翻的翻转最大角度为75°，所以将背板旋转75°之后，又得到了一个新的机构的位置，通过观察发现，机构在终了位置时，杆件并没有发生碰撞干涉，符合机构的运动要求，测量线性推杆在终了位置时的伸长长度，推杆在许用选用范围之内，满足了推杆的选用行程，至此侧翻机构的图解法设计结束，各点的安装位置及初步设计尺寸如图所示。

图7侧翻机构初始设计尺寸图

排便机构

排便机构是多功能医用护理床上的一个关键机构，其主要的功能实现患者在护理床上的排便功能，由手动来控制。

排便机构结构和工作原理

此设计排便机构由手动控制，通过调查，在床板中间臀部位置，开设长轴300mm，短轴200mm，的椭圆孔，以供排便使用，本机构由五杆机构构成，排便桶安置在其中从动杆上，通过两个连杆，连接于排便盖子，排便盖另一端与床板铰接固定。

此时通过手动，将排便桶旋转至椭圆孔，同时，排便盖子打开，排便结束后将排便桶旋转至床侧，同时排便盖子关闭，将排便桶安装在床侧，以便于随时清理，随时安放。

简图如图。

图8排便机构

排便机构的设计（图解法）

排便机构由五杆机构构成，通过手动，当要排便时，是排便桶旋转至椭圆孔，通过设计，旋转90度之后正好到达椭圆孔，此时设计的杆长分别为，床边固定点距离床边100mm，此时该点距离床中心距为400mm,由于椭圆短轴长200mm,因此需要300mm的杆与排便桶固连，方能达到椭圆孔下方，手动驱动杆也需旋转90度，通过计算，需要杆长约为144mm，其余两个连杆，只需满足运动要求即可，均选取250mm。

至此排便机构的图解法设计结束，各点的安装位置及初步设计尺寸如图所示。

图9排便机构初始设计尺寸图

总功能求解：

通过以上几项功能的分析，以及功能原理图和系统结构设计图的设计，将以上机构，分别按适当的位置进行安装，以至使操作者能够方便的使用，通过软件制作出相应尺寸的零件并进行设计时安排的位置进行组装，进行运动分析，从中逐步发现缺陷以及不足，并进行相应的改进，得到最后的模型，再进行静力学，运动学，动力学的分析，使所设计的多功能护理床能够安全，方便，实用。

使使用者用的舒心，用的放心。

以上各部分的尺寸设计，经过多次模拟分析，得到的最终方案，经最后确定，以上各功能能够很好的相互配合完成所设计的动作，方便于病人的使用。

多功能功能护理床的三维模型如下图所示。

图10多功能护理床三维模型

总功能评价：

多功能医用护理床是针对生活不能自理的病人、危重病人和瘫痪病人的特殊需要而设计的，能随意调节床的背部和脚部的角度。

即使不能自理者，护理人员也可通过床边的控制器进行操作，减少照顾病、残患者的劳动强度。

通过以上分析，对多功能医用护理床的各个机构经过论证讨论，初步确定了各个机构的方案，所设计的多功能护理床能够完美的实现，抬背，排便，侧翻，曲腿等功能，并通过图解法，针对每一功能分别设计并画图，设计出相对舒适的尺寸，得到了各个机构的初始设计参数，为下一步进行运动学、动力学优化打下了基础。

在设计中考虑到，让病人能够更舒适的操作，更方便的完成每一个功能的操作，同时也考虑到照顾病人的护理人员的方便，总之，我在设计当中，充分考虑每一个因素，让照顾的人和被照顾的人能够很安全方便的使用此护理床。