创新机械设计-多功能可调角度床的设计【含CAD图纸、三维模型、说明书】

本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师： 职称： 教授 所在院（系）： 机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 题 目 多功能可调角度床的设计学生姓名一、选题质量：（主要从以下四个方面填写：1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求；2、题目难易程度；3、题目工作量；4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度）该毕业设计题目是多功能可调角度床的设计，课题设计的是一种普通家庭用的自动调节床的不同位置角度的变化，用于实现人不同体位的需要，如抬背、曲腿等。内容涉及到多功能床的机构设计和总体布置，还有一些机械零件和机械结构的设计计算与校核，与专业课程紧密联系，符合专业培养目标。在设计工作中，需要对所学的知识综合的加以运用，使之能够熟练应用有关参考资料、计算公式、手册；熟练有关的国家标准，以及相关的机械软件，如 AutoCAD、Pro/E，该设计体现了综合训练的能力。该设计需要通过对相关的参考资料进行整理归纳，查阅大量相关文献，同时要结合实际情况考虑问题，工作量比较大，题目难度中等。课题与机械专业紧密相关，与实际生产生活结合紧密。选题贴近生活，贴近实际。二、开题报告完成情况：从适合实际工作要求出发，确定了明确的课程设计方向；并对多功能可调角度床在设计和使用中常出现的问题有一定的研究，且应用在设计计算中；已经开始对课题进行设计计算，并有了突破性的进展，设计过程已经快速的展开，确定了工作的内容和方法；同时，已经完成了对相关资料的查阅，对课题有了总体的分析。开题报告顺利完成。2三、阶段性成果：总体布置方案和主要结构参数已经确定，并完成一些标准件的选型和多数零部件的设计和计算工作。结构设计和校核工作正在进行中，部分零件图的绘制已经基本完成，已开始制作设计说明书的工作。四、存在主要问题：1、由于多功能可调角度床的功能要求和床体本身的空间限制，使得执行机构和动力元件空间位置安排受限。2、由于床体本身空间结构较小，只要在能够实现床的多个角度变化的功能要求范围内，使多功能床的整体质量和成本大大减少，应该从机构的类型、样式，传动方式和力学角度去改进。3、局部结构设计思路不清晰；设计内容不够连贯，系统性不强；在局部结构及零件结构上存在一定的问题；在选用零件和确定结构工艺参数时缺乏经验。4、获得的资料不够充分，资料陈旧。3五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名）年 月 日I摘 要随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。多功能可调角度床是一种针对普通人群的自动化舒适性生活需要而设计的，能随意调节床的背部和腿部的角度。它既可以通过控制器来实现家庭生活的自动化，又可以使人民的生活更加舒适更加方便，从而提高家居生活的质量。课题设计一种用于普通家庭使用的多功能床，解决人身体和生理方面的需要（抬背、曲退等）。该设计对多功能床的各项功能进行了方案的选择、原理分析、零件尺寸计算及强度校核，使其能够实现预设功能的正常运动。并采用三维数字化设计软件 Pro ENGINEER 对其进行建模和装配，最后对其整体方案进行运动仿真。关键词：多功能床 原理分析 零件尺寸计算 强度校核 Pro ENGINEER运动仿真IIAbstractWith the rapid development of social economy, people living standard rises ceaselessly, people on the quality of life of the increasingly high demand, the bed comfort and function requirements are also getting higher and higher.The multi-function adjustable angle bed is a need for automation comfortable life of the general population and design, is able to adjust the angle of the back and legs of the bed. It can be achieved through the controller automation of family life can make peoples lives more comfortable and more convenient, thereby improving the quality of home life.The task to design a multi-functional bed for ordinary house use, to solve the human body and physiological needs (lift back, bend knees and etc). The design on the various functions of the multi-functional bed with a choice of programs, principles of analysis, spare parts size calculation and strength check , and enable it to achieve the normal movement of the default function. And using of digital three-dimensional design software Pro ENGINEER for modeling and its assembly ，finally the overall program for motion simulation.Key words: the multi-functional bed principles of analysis spare parts size calculation strength check motion simulation by Pro ENGINEER IIIIVVi目 录摘 要 .IABSTRACT.II前 言 1第 1 章 绪论 31.1 课题的目的和意义 .31.2 国内外研究状况及发展趋势 .31.2.1 多功能床的分类 41.2.2 多功能床结构的发展 61.3 本文的主要研究内容 .71.4 本章小结 .8第 2 章 多功能床结构的整体方案 92.1 多功能床的工作要求 .92.1.1 多功能床的工作环境 92.1.2 多功能床的位姿和控制要求 92.2 多功能床总体方案构思 .92.2.1 构思的提出 92.2.2 相关要求与标准 102.2.3 多功能床的组成 112.3 本章小结 .12第 3 章 多功能床的方案选择和比较 133.1 多功能床方案一 .133.1.1 床板结构示意图 133.1.2 坐起及曲腿方案 143.2 多功能床方案二 .153.2.1 床板结构示意图 153.2.2 坐起及曲腿的方案 .163.3 方案的对比和选择 .173.4 本章小结 .18第 4 章 多功能床机构设计 194.1 基本参数的设计 .194.2 抬背机构 .19ii4.2.1 抬背机构的结构和工作原理 194.2.2 抬背机构的设计（图解法） 204.2.3 抬背机构电动机的选择 224.3 曲腿机构 .234.3.1 曲腿机构的结构和工作原理 234.3.2 曲腿机构的设计（图解法） 254.3.3 曲腿机构电动机的选择 284.4 本章小结 .29第 5 章 零件的设计和校核 305.1 丝杠的设计与校核 .305.1.1 抬背丝杠尺寸的设计 305.1.2 抬背丝杠的强度校核 305.1.3 曲腿丝杠的尺寸设计 315.2 插杆轴的设计和校核 .325.3 抬背机构中的零件的设计和校核 .335.4 曲腿机构中零件设计与校核 .355.5 本章小结 .37第 6 章 多功能床的 PRO ENGINEER 建模与仿真 .386.1 PRO/ENGINEER 建模 .386.2 PRO/ENGINEER 仿真 .426.3 本章小结 .43第 7 章 设计总结 447.1 方案的评价与成本的估算 .447.2 多功能床的主要优点 .447.3 设计中存在的问题和改进建议 .45致谢 46参考文献 47附录： 48外文资料与中文翻译 .481前 言随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求也越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。所以对于多功能床的研究设计越来越多得到人们的关注和支持。多功能床的使用现阶段多用于医疗护理方面，并且在医疗护理方面有了一定的发展。多功能护理床一般根据其完成动作的多少和完成的效果可分为以下几类：功能基本型护理床、功能普通型护理床和功能高级型护理床。多功能护理床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。但因其价格昂贵（一般售价在 20 万人民币以上） ，很难为一般的消费者所接受。然而专门针对于普通家庭用户设计使用的多功能床并不是很多，本文所设计的多功能床则是面对普通家庭，普通人群，所以在设计时应该注重多功能床的实用性，舒适性，方便性和可靠性，同时应该注意控制成本。本文所设计的多功能床通过简单的连杆机构来完成对人体的坐起，曲腿等动作。它既可以通过控制装置来实现家庭生活的自动化，又可以使人民的生活更加舒适更加方便，从而提高了家居生活的质量。本课题所设计的是一种适用于普通家庭使用的多功能可调角度床，用于解决人身体和生理方面的需要（抬背、曲退等）。该设计对多功能床的各项功能进行了方案的选择、原理分析、零件尺寸计算及强度校核，2使其能够实现预设功能的正常运动。并使用三维数字化设计软件 Pro ENGINEER 对其进行零件的建模和整体装配，并完成对整体多功能床方案进行运动仿真。3第 1 章 绪论1.1 课题的目的和意义多功能床是针对普通家庭成员满足其对生活质量和舒适度需要而设计的，能通过控制电机的运转来随意调节床的背部和腿部的角度。即使是生活不能自理的人，护理人员也可以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。课题根据实际情况和现有的研究要求，设计一种用于普通家庭使用的多功能床，解决人民的身体和生理方面的需要（抬背、曲腿等），也提高了人民的生活质量。针对市场需求开发一种结构简单、工作可靠、使用方便的多功能床并进行动态仿真，对于产品的产业化具有重要的意义。1.2 国内外研究状况及发展趋势随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求也越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。所以对于多功能床的研究设计越来越多得到人们的关注和支持。多功能床的使用现阶段多用于医疗护理方面，并且在医疗护理方面有了一定的发展。随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，思想的进步，城市人口正逐步进入老龄化,人口老龄化已成为世界范围内的社会问题。据统计，欧洲发达国家和日本的老年4人独居率已高达40%，如此之高的比例迫使社会采取措施解决老年人的护理服务问题。如果完全依靠家庭人工照料，与西方国家子女与老年人分居、家庭规模小型化的观念有抵触之处。我国60 岁及其以上老年人口已达1.32 亿, 占全国总人口的10%, 并以年均3.32%的速度持续增长。其中“空巢家庭”占所有老龄家庭总数的25.8%,在一些大城市中该比例更大，解决因身体虚弱卧床不起或因疾患导致生活不能自理的老年人的家庭照料与看护问题是人口老龄化国家所面临的共同问题。为此, 国家也大力加强了对护理机器人的研发扶持力度。为偏瘫病人或长期使用病床的病人提供一个集护理和排泄等各功能于一体的多功能护理床。现在家庭需求护理床的潜力日益增加,以前是简易的护理床,后来加上护栏,餐桌;再后来加上大便孔,轮子;现在产生了很多集多功能为一体的多功能,电动护理床,极大的提高了患者的康复护理水平,也为护理人员提供了极大的方便,所以操作简单,功能强大的护理产品越来越受到追捧。1.2.1 多功能床的分类多功能床床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。但因其价格昂贵（一般售价在20 万人民币以上） ，很难为一般的消费者所接受。护理床的基本分类情况如下：5图1-1 护理床分类状况表1-1护理床分类概括名称 优点 存在问题功能基础型护理床 1、结构、生产工艺简单，易于制造。2、价格便宜。1、功能比较简单，不能实现使用者的护理要求。2、手动为主，操作繁琐。3、造型传统，舒适性差。4、应用范围窄。功能普通型护理床 1、一般为电动，用户可简单操作控制。2、能完成基本的护理功能。3、增添了辅助功能接口。4、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。1、市场售价偏高。2、功能启动柔性差，衔接不连贯。3、功能一体化造成功能浪费。4、生产技术含量低，容易被仿制。5、文字，图像识别功能差功能高级型护理床 1、护理功能完善。2、功能调整定位准确，连贯性好，基本无噪音。3、结构设计合理，安全。4、造型新颖，有较强的亲和力。5、文字，标志容易识别。1、市场售价昂贵。造成功能浪费严重，造成额外的经济成本。2、整体可拆性差，运输、组装繁琐。3、对患者康复功能的考虑较少。6从近年来的发展来看，国内的发展迅速，各种结构、功能等等各异的护理床层出不穷。发展方向主要向机器人模块化的自动控制方向发展。1.2.2 多功能床结构的发展结构功能单一的护理床已经逐渐隐退。如今护理床床体本身的构件要实现多种功能, 包括平躺、仰起、曲腿、左侧翻、右侧翻、 、洁便门开关装置及冲洗马桶和冲洗身体的装置,另外还有烘干和抽风的设备。各个部分可以独立的运行来完成相应的动作,同时将单个功能组合起实现复杂的功能。譬如病人躺在床上排泄问题的解决,改变靠背板的仰角或者左右的侧翻以取得舒适的姿态,护理人员对洁便池的清洗等。如今多功能床的各种类型：7图 1-2 多功能医用护理床的各种类型多功能护理床实现的各种动作：图 1-3 侧背图 1-4 抬背和曲腿81.3 本文的主要研究内容鉴于普通人群对生活质量的要求、本身的生理条件以及国内外市场的需求的不断扩大，本文提出一种适用于普通家庭且身体状况正常人群的多功能可调角度床，提出几种多功能床的抬背机构以及曲腿机构，通过控制多台直流电动机驱动整台多功能床工作。实现床面的多种姿势的切换，达到满足各种功能要求的床。主要研究内容如下：(1)设计各种多功能床的运动机构，并用图解法的方法得到初始设计尺寸。(2)利用三维设计软件Pro ENGINEER，根据初始设计数据对其建模，进行结构设计，并对其进行装配设计。(3)利用Pro ENGINEER对整体机构进行运动仿真，用于检查模型中是否存在干涉，机构是否能够完成预先设定的运动。(4)对多功能床的主要零件进行受力校核，检验整台多功能床使用的安全性及稳定性。(5)绘制整台多功能床的装配图，主要的零件图和机构的运动简图。1.4 本章小结本章主要介绍了课题的目的和意义，目多功能床在国内外的发展趋势和各类多功能床的比较，在多个方面表明了当今多功能床各个模块的发展情况，最后根据研究分析确定了自己所需完成的设计内容。9第 2 章 多功能床结构的整体方案2.1 多功能床的工作要求2.1.1 多功能床的工作环境多功能可调角度床的设计应用于家庭居室，室内温度变化不大无需特别考虑，但是需要考虑到环境对噪声的限制，故设计时电机类型及型号的选取应满足工作噪音低于 20 分贝，床体材料也需要得到考虑，并且在床体上附加一些必要的减震降音材料，如橡胶垫片、弹簧垫圈等。2.1.2 多功能床的位姿和控制要求多功能床应该满足人们所需的各种必要的体位位姿，这些体位位姿包括抬背、屈腿。为了方便人们看书、学习和工作等的要求，在设计时考虑能使人在床上可以实现坐姿。同时多功能床还应该实现人的抬腿坐姿体位，以减轻人由于盘腿坐起时的不舒适感。对多功能床的控制方式，可以采用键盘按钮操纵，方便自己或他人对其进行控制。102.2 多功能床总体方案构思多功能床的总体构思包括机械结构设计、电机驱动以及总体位姿协调等问题。2.2.1 构思的提出通过分析现有的多功能床设计，我们很容易发现，为了实现床面某一个特定的体位姿态，传统的设计方法就会设计一套特定的机构与之对应。当位姿数目越来越多时，所需机构数目也随之增加，同时空间体积也随之膨胀。而床体的总体积是有一定限制的，即床体的长、宽、高尺寸必须按照有关多功能床标准规定限制在某一个空间范围之内，才能够既满足人民的舒适感的要求又满足空间限制要求。多机构协调的技术是源于模仿人体的运动，人体的运动具有极大的柔性。受此启发将多功能床的床面进一步加以细分，成为彼此之间相互独立的 4 个面板。如图 2-1所示。图 2-1 中，床板 1 对应于人体的背部，床板 2 对应于人体的臀部，床板 3 人体的腿部，床板 4 对应人体的脚部。通过各个床面板之间的协调运动，采用单动或联动方式来实现多功能床所需的各种体位位姿。11图2-1 多功能床床板图2.2.2 相关要求与标准为了满足人们在使用多功能床时的舒适程度以及有效提高床的自动化。多功能床结构在设计时应满足以下几个方面的要求:(1)能够实现多功能床所需的各种体位位姿要求。(2)各个活动床面板的摆动角度范围应参照有关要求以及人体的舒适感，各床面板摆动角度及标准如下：背部床板摆动角度：0 70臀部床板摆动角度：0 8腿部床板相对水平面摆动角度：060(3)多功能床床体的可靠性、稳定性和安全性要符合相关要求。(4)床体的结构尺寸有一定的空间范围限制。2.2.3 多功能床的组成多功能床从结构和功能上分为：床框架、平面连杆机构、床板、控制系统组成。12图 2-2 多功能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：抬背机构、抬臀机构、曲腿机构。床板由床板框架和床板面板组成，整台多功能床中共有两台直流电机，分别完成头部升降、腿部屈伸动作。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，整个多功能床三维模型建立，整床的装配及运动仿真。2.3 本章小结本章围绕多功能床的总体构思而展开，通过论述多功能床所处的工作环境及位姿要求，指出了多功能床设计时所需的各项要求，以这些要求为契机，提出了多功能床的总体方案的构思，包括整体设计的构思思路，多功能床结构形式的初步探讨，多功能床的各个组成部分。1314第 3 章 多功能床的方案选择和比较3.1 多功能床方案一3.1.1 床板结构示意图图 3-1 方案一：床板结构示意图床板分为 4 块，相互间用合叶铰接，如图 3-1 所示。工作时，坐起时 1 板绕 Y1 轴向上翻转；抬臀时 2 板绕 Y2 轴向上翻转，同时带动 3 板Y3 翻转；曲腿时 3 板绕 Y3 向下翻转，同时带动 4 板绕 Y3 翻转；垫脚板4 通过各机构的联动配合作用使其放平用于垫脚。未工作时床板水平置于床架上，和普通床一样。采用这种结构的床板，制造简易，且很轻松的克服了各功能件的相互干扰，满足了各个功能协调动作的要求。153.1.2 坐起及曲腿方案图 3-2 方案一：坐起及曲腿原理图（平躺状态）图 3-3 方案一：坐起及曲腿原理图（坐起及曲腿状态）这部分的设计，采取坐起和曲腿的功能分别驱动的思想。如图分别是床板平置和坐起及曲腿动作完成之后的状态。床板平置是，人躺在床上和普通床一样。当需要坐起时，由图中左边的电动机驱动丝杠转动，16使得螺母副 7 向右运动，使得连杆 6 带动转臂 5 旋转，最后转臂驱动床板 1 绕 G 点旋转，从而使人坐起；当需要曲腿时。同样左边的电动机驱动丝杠转动，使得螺母副 8 向左运动，使得连杆 9 带动转臂 10 转动，转臂驱动床板 2 绕 G 点向上转动，同时转臂 10 通过连杆 11 带动转臂 12 旋转，转臂驱动床板 3 绕 H 点向下旋转；床板 3 的带动床板 4 向下运动，当运动到脚步支撑时开始绕 I 点旋转，最后使得床板 4 处于水平状态。其中电动机有两台，床的前后各一台，分别用于驱动坐起和曲腿两个运动此方案主要为丝杠螺母副机构和简单的连杆机构，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。3.2 多功能床方案二3.2.1 床板结构示意图17图 3-4 方案二：床板结构示意图床板分为 3 块， ，相互间用合叶铰接(如图)，坐起时床板 1 绕 Y1 轴向上翻转；同时床板 3 绕 Y2 轴向下翻转，达到曲腿的目的。未工作时，床板置于床架上，和普通床一样。3.2.2 坐起及曲腿的方案图 3-5 方案二：坐起及曲腿（平躺状态）18图 3-6 方案二：坐起及曲腿（坐起状态）这部分的设计，采用坐起和曲腿的功能同时驱动的思路。如图分别是床板平置和坐起及曲腿动作完成后的状态。床板平置时，人平躺在床上和普通床一样，杆 4、杆 5 和杆 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曲柄 4转动。摆脱死点状态，摇杆 6 旋动，使得床板 7在重力的作用下绕 D 点旋转，最后同时满足坐起和曲腿的功能。坐起和曲腿动作如图 3-6 所示。该方案采用蜗轮蜗杆带轮传动，其优点是传动平稳，冲击载荷小，传动比大；缺点是效率低，磨损较为严重，且蜗轮蜗杆加工难度大，制作成本高。带轮负载大时可以造成皮带打滑，并且其曲腿和坐起只能同时满足，无法独立动作。3.3 方案的对比和选择表 3-1 多功能床方案的对比实现的功能 采用的机构 实际情况 加工工艺及成本方案一坐起 丝杠螺母和连杆机构结构简单，传动平稳，效率低加工容易，成本低19曲腿 丝杠螺母和连杆机构结构简单，传动平稳，效率低加工容易，成本低坐起 蜗轮蜗杆-带轮组合传动传动平稳，传动比大，效率低加工困难，成本高方案二曲腿 蜗轮蜗杆-带轮组合传动传动平稳，传动比大，效率低加工困难，成本高综合考虑各个功能的实现情况，制造的工艺以及加工成本，最终确定采用方案一。3.4 本章小结本章制定了多功能床的不同方案，用于实现多功能床的不同功能，并对实现各个功能的不同结构和状态进行分析和研究，对各个方案的优缺点进行比较，最终确定最优方案。20第 4 章 多功能床机构设计4.1 基本参数的设计根据实际情况确定多功能床的基本参数：床的长度：2090mm（背部床板 860mm，臀部床板 400mm，腿床板445mm，脚部床板 295mm 及床板间间距 30mm） ；床的宽度：860mm；床的高度：650mm；背部床板摆动角度：0 70；臀部床板摆动角度：0 8；腿板摆动角度：0 60 。4.2 抬背机构抬背机构是多功能床的一个关键机构，其主要的功能是实现人体的抬背及坐起功能。4.2.1 抬背机构的结构和工作原理多功能床的抬背机构由丝杠螺母机构、抬背连杆、抬背支杆、抬背滚子、背板以及部分床架组成。丝杠螺母机构位于床架底部，螺母滑块机构可以在丝杠上左右运动，与其铰接的是抬背连杆的一端，另一端铰接于抬背支杆上，抬背支杆的一端铰接于床架上，另一端通过滚子与背板连接，背部床板一端固定于床架上，使之充当机架作用。电动机的转动通过联轴器带动丝杠旋转，从而使位于丝杠上的螺母滑块机构左右运21动，螺母滑块机构通过抬背连杆使得抬背支杆绕着与床架铰接点发生转动，通过滚子的作用，使得背板绕着它与床架的铰接点为转轴发生转动。简图如图 4-1 所示。图 4-1 抬背机构4.2.2 抬背机构的设计（图解法）多功能床的抬背机构采用的是曲柄滑块机构的变形机构，丝杠螺母机构为原动件对整体机构进行驱动。其中，背部床板的长度为 860mm，翻转角度为 70。图解法设计抬背机构，滚子的直径设定为 50mm，丝杠螺母的位置位于床板下 400mm 处，背部支杆与床架的交接点在床板下 200mm，并且距离背部床板右侧为 200mm 处。根据设计要求背板翻转角度为 70，在AutoCAD 中用旋转命令确定床板运动后的位置，通过各杆件间的运动关系和位置关系确定螺母滑块机构的运动行程为 281.82mm。初步设计完成后的尺寸及各安装点位置图如图 4-2 所示。22（1）抬背机构的自由度计算： FpnFh)2(31式中：n=5，p 1=6，p h=1，F =1（F 为自由度，n 为构件数，p 1为低副数，p h为高副数，F 为虚约束数） 。 )162(53)2(31 nh该机构的原动件数为 1（螺母滑块在丝杆上的的滑动） ，与自由度数相同，所以该机构可以满足确定的运动。图 4-2 抬背机构设计尺寸及安装点位置图23（2）抬背过程中各机构的运行数据通过 AutoCAD 软件的旋转功能确定背部床板翻转过程中的每个位置、各构件的转动角度以及螺母的行程。表 4-1 抬背时各构件的运行数据背部连杆旋转角度 背部床板翻转角度 螺母运动行程5 3 14.1mm10 3 16.01mm15 3 17.68mm20 4 19.03mm25 4 20.04mm30 4 20.68mm35 4 20.96mm40 4 20.91mm45 4 20.54mm50 4 19.89mm55 5 19.00mm60 5 17.89mm65 5 16.61mm70 6 15.17mm4.2.3 抬背机构电动机的选择（1）电动机的功率计算取抬背所用总时间 t1=40s，背部床板的极限旋转角度 =70，抬背支杆的旋转角度为 80，所以抬背支杆的角速度： sradt /0349.91抬背支杆的速度： smrv /16.1取负载 T=1000N，则背部支杆传递的功率（忽略背部支杆的自重）： WTvP1.60.11本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师： 职称： 教授 所在院（系）： 机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 题 目 多功能可调角度床的设计学生姓名一、选题质量：（主要从以下四个方面填写：1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求；2、题目难易程度；3、题目工作量；4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度）该毕业设计题目是多功能可调角度床的设计，课题设计的是一种普通家庭用的自动调节床的不同位置角度的变化，用于实现人不同体位的需要，如抬背、曲腿等。内容涉及到多功能床的机构设计和总体布置，还有一些机械零件和机械结构的设计计算与校核，与专业课程紧密联系，符合专业培养目标。在设计工作中，需要对所学的知识综合的加以运用，使之能够熟练应用有关参考资料、计算公式、手册；熟练有关的国家标准，以及相关的机械软件，如 AutoCAD、Pro/E，该设计体现了综合训练的能力。该设计需要通过对相关的参考资料进行整理归纳，查阅大量相关文献，同时要结合实际情况考虑问题，工作量比较大，题目难度中等。课题与机械专业紧密相关，与实际生产生活结合紧密。选题贴近生活，贴近实际。二、开题报告完成情况：从适合实际工作要求出发，确定了明确的课程设计方向；并对多功能可调角度床在设计和使用中常出现的问题有一定的研究，且应用在设计计算中；已经开始对课题进行设计计算，并有了突破性的进展，设计过程已经快速的展开，确定了工作的内容和方法；同时，已经完成了对相关资料的查阅，对课题有了总体的分析。开题报告顺利完成。2三、阶段性成果：总体布置方案和主要结构参数已经确定，并完成一些标准件的选型和多数零部件的设计和计算工作。结构设计和校核工作正在进行中，部分零件图的绘制已经基本完成，已开始制作设计说明书的工作。四、存在主要问题：1、由于多功能可调角度床的功能要求和床体本身的空间限制，使得执行机构和动力元件空间位置安排受限。2、由于床体本身空间结构较小，只要在能够实现床的多个角度变化的功能要求范围内，使多功能床的整体质量和成本大大减少，应该从机构的类型、样式，传动方式和力学角度去改进。3、局部结构设计思路不清晰；设计内容不够连贯，系统性不强；在局部结构及零件结构上存在一定的问题；在选用零件和确定结构工艺参数时缺乏经验。4、获得的资料不够充分，资料陈旧。3五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名）年 月 日I摘 要随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。多功能可调角度床是一种针对普通人群的自动化舒适性生活需要而设计的，能随意调节床的背部和腿部的角度。它既可以通过控制器来实现家庭生活的自动化，又可以使人民的生活更加舒适更加方便，从而提高家居生活的质量。课题设计一种用于普通家庭使用的多功能床，解决人身体和生理方面的需要（抬背、曲退等）。该设计对多功能床的各项功能进行了方案的选择、原理分析、零件尺寸计算及强度校核，使其能够实现预设功能的正常运动。并采用三维数字化设计软件 Pro ENGINEER 对其进行建模和装配，最后对其整体方案进行运动仿真。关键词：多功能床 原理分析 零件尺寸计算 强度校核 Pro ENGINEER运动仿真IIAbstractWith the rapid development of social economy, people living standard rises ceaselessly, people on the quality of life of the increasingly high demand, the bed comfort and function requirements are also getting higher and higher.The multi-function adjustable angle bed is a need for automation comfortable life of the general population and design, is able to adjust the angle of the back and legs of the bed. It can be achieved through the controller automation of family life can make peoples lives more comfortable and more convenient, thereby improving the quality of home life.The task to design a multi-functional bed for ordinary house use, to solve the human body and physiological needs (lift back, bend knees and etc). The design on the various functions of the multi-functional bed with a choice of programs, principles of analysis, spare parts size calculation and strength check , and enable it to achieve the normal movement of the default function. And using of digital three-dimensional design software Pro ENGINEER for modeling and its assembly ，finally the overall program for motion simulation.Key words: the multi-functional bed principles of analysis spare parts size calculation strength check motion simulation by Pro ENGINEER IIIIVVi目 录摘 要 .IABSTRACT.II前 言 1第 1 章 绪论 31.1 课题的目的和意义 .31.2 国内外研究状况及发展趋势 .31.2.1 多功能床的分类 41.2.2 多功能床结构的发展 61.3 本文的主要研究内容 .71.4 本章小结 .8第 2 章 多功能床结构的整体方案 92.1 多功能床的工作要求 .92.1.1 多功能床的工作环境 92.1.2 多功能床的位姿和控制要求 92.2 多功能床总体方案构思 .92.2.1 构思的提出 92.2.2 相关要求与标准 102.2.3 多功能床的组成 112.3 本章小结 .12第 3 章 多功能床的方案选择和比较 133.1 多功能床方案一 .133.1.1 床板结构示意图 133.1.2 坐起及曲腿方案 143.2 多功能床方案二 .153.2.1 床板结构示意图 153.2.2 坐起及曲腿的方案 .163.3 方案的对比和选择 .173.4 本章小结 .18第 4 章 多功能床机构设计 194.1 基本参数的设计 .194.2 抬背机构 .19ii4.2.1 抬背机构的结构和工作原理 194.2.2 抬背机构的设计（图解法） 204.2.3 抬背机构电动机的选择 224.3 曲腿机构 .234.3.1 曲腿机构的结构和工作原理 234.3.2 曲腿机构的设计（图解法） 254.3.3 曲腿机构电动机的选择 284.4 本章小结 .29第 5 章 零件的设计和校核 305.1 丝杠的设计与校核 .305.1.1 抬背丝杠尺寸的设计 305.1.2 抬背丝杠的强度校核 305.1.3 曲腿丝杠的尺寸设计 315.2 插杆轴的设计和校核 .325.3 抬背机构中的零件的设计和校核 .335.4 曲腿机构中零件设计与校核 .355.5 本章小结 .37第 6 章 多功能床的 PRO ENGINEER 建模与仿真 .386.1 PRO/ENGINEER 建模 .386.2 PRO/ENGINEER 仿真 .426.3 本章小结 .43第 7 章 设计总结 447.1 方案的评价与成本的估算 .447.2 多功能床的主要优点 .447.3 设计中存在的问题和改进建议 .45致谢 46参考文献 47附录： 48外文资料与中文翻译 .481前 言随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求也越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。所以对于多功能床的研究设计越来越多得到人们的关注和支持。多功能床的使用现阶段多用于医疗护理方面，并且在医疗护理方面有了一定的发展。多功能护理床一般根据其完成动作的多少和完成的效果可分为以下几类：功能基本型护理床、功能普通型护理床和功能高级型护理床。多功能护理床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。但因其价格昂贵（一般售价在 20 万人民币以上） ，很难为一般的消费者所接受。然而专门针对于普通家庭用户设计使用的多功能床并不是很多，本文所设计的多功能床则是面对普通家庭，普通人群，所以在设计时应该注重多功能床的实用性，舒适性，方便性和可靠性，同时应该注意控制成本。本文所设计的多功能床通过简单的连杆机构来完成对人体的坐起，曲腿等动作。它既可以通过控制装置来实现家庭生活的自动化，又可以使人民的生活更加舒适更加方便，从而提高了家居生活的质量。本课题所设计的是一种适用于普通家庭使用的多功能可调角度床，用于解决人身体和生理方面的需要（抬背、曲退等）。该设计对多功能床的各项功能进行了方案的选择、原理分析、零件尺寸计算及强度校核，2使其能够实现预设功能的正常运动。并使用三维数字化设计软件 Pro ENGINEER 对其进行零件的建模和整体装配，并完成对整体多功能床方案进行运动仿真。3第 1 章 绪论1.1 课题的目的和意义多功能床是针对普通家庭成员满足其对生活质量和舒适度需要而设计的，能通过控制电机的运转来随意调节床的背部和腿部的角度。即使是生活不能自理的人，护理人员也可以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。课题根据实际情况和现有的研究要求，设计一种用于普通家庭使用的多功能床，解决人民的身体和生理方面的需要（抬背、曲腿等），也提高了人民的生活质量。针对市场需求开发一种结构简单、工作可靠、使用方便的多功能床并进行动态仿真，对于产品的产业化具有重要的意义。1.2 国内外研究状况及发展趋势随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人民对生活质量的要求也越来越高，其中对于床的舒适度和多功用要求也越来越高。所以对于多功能床的研究设计越来越多得到人们的关注和支持。多功能床的使用现阶段多用于医疗护理方面，并且在医疗护理方面有了一定的发展。随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，思想的进步，城市人口正逐步进入老龄化,人口老龄化已成为世界范围内的社会问题。据统计，欧洲发达国家和日本的老年4人独居率已高达40%，如此之高的比例迫使社会采取措施解决老年人的护理服务问题。如果完全依靠家庭人工照料，与西方国家子女与老年人分居、家庭规模小型化的观念有抵触之处。我国60 岁及其以上老年人口已达1.32 亿, 占全国总人口的10%, 并以年均3.32%的速度持续增长。其中“空巢家庭”占所有老龄家庭总数的25.8%,在一些大城市中该比例更大，解决因身体虚弱卧床不起或因疾患导致生活不能自理的老年人的家庭照料与看护问题是人口老龄化国家所面临的共同问题。为此, 国家也大力加强了对护理机器人的研发扶持力度。为偏瘫病人或长期使用病床的病人提供一个集护理和排泄等各功能于一体的多功能护理床。现在家庭需求护理床的潜力日益增加,以前是简易的护理床,后来加上护栏,餐桌;再后来加上大便孔,轮子;现在产生了很多集多功能为一体的多功能,电动护理床,极大的提高了患者的康复护理水平,也为护理人员提供了极大的方便,所以操作简单,功能强大的护理产品越来越受到追捧。1.2.1 多功能床的分类多功能床床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。但因其价格昂贵（一般售价在20 万人民币以上） ，很难为一般的消费者所接受。护理床的基本分类情况如下：5图1-1 护理床分类状况表1-1护理床分类概括名称 优点 存在问题功能基础型护理床 1、结构、生产工艺简单，易于制造。2、价格便宜。1、功能比较简单，不能实现使用者的护理要求。2、手动为主，操作繁琐。3、造型传统，舒适性差。4、应用范围窄。功能普通型护理床 1、一般为电动，用户可简单操作控制。2、能完成基本的护理功能。3、增添了辅助功能接口。4、整体造型，色彩改进，具有一定的亲和性。1、市场售价偏高。2、功能启动柔性差，衔接不连贯。3、功能一体化造成功能浪费。4、生产技术含量低，容易被仿制。5、文字，图像识别功能差功能高级型护理床 1、护理功能完善。2、功能调整定位准确，连贯性好，基本无噪音。3、结构设计合理，安全。4、造型新颖，有较强的亲和力。5、文字，标志容易识别。1、市场售价昂贵。造成功能浪费严重，造成额外的经济成本。2、整体可拆性差，运输、组装繁琐。3、对患者康复功能的考虑较少。6从近年来的发展来看，国内的发展迅速，各种结构、功能等等各异的护理床层出不穷。发展方向主要向机器人模块化的自动控制方向发展。1.2.2 多功能床结构的发展结构功能单一的护理床已经逐渐隐退。如今护理床床体本身的构件要实现多种功能, 包括平躺、仰起、曲腿、左侧翻、右侧翻、 、洁便门开关装置及冲洗马桶和冲洗身体的装置,另外还有烘干和抽风的设备。各个部分可以独立的运行来完成相应的动作,同时将单个功能组合起实现复杂的功能。譬如病人躺在床上排泄问题的解决,改变靠背板的仰角或者左右的侧翻以取得舒适的姿态,护理人员对洁便池的清洗等。如今多功能床的各种类型：7图 1-2 多功能医用护理床的各种类型多功能护理床实现的各种动作：图 1-3 侧背图 1-4 抬背和曲腿81.3 本文的主要研究内容鉴于普通人群对生活质量的要求、本身的生理条件以及国内外市场的需求的不断扩大，本文提出一种适用于普通家庭且身体状况正常人群的多功能可调角度床，提出几种多功能床的抬背机构以及曲腿机构，通过控制多台直流电动机驱动整台多功能床工作。实现床面的多种姿势的切换，达到满足各种功能要求的床。主要研究内容如下：(1)设计各种多功能床的运动机构，并用图解法的方法得到初始设计尺寸。(2)利用三维设计软件Pro ENGINEER，根据初始设计数据对其建模，进行结构设计，并对其进行装配设计。(3)利用Pro ENGINEER对整体机构进行运动仿真，用于检查模型中是否存在干涉，机构是否能够完成预先设定的运动。(4)对多功能床的主要零件进行受力校核，检验整台多功能床使用的安全性及稳定性。(5)绘制整台多功能床的装配图，主要的零件图和机构的运动简图。1.4 本章小结本章主要介绍了课题的目的和意义，目多功能床在国内外的发展趋势和各类多功能床的比较，在多个方面表明了当今多功能床各个模块的发展情况，最后根据研究分析确定了自己所需完成的设计内容。9第 2 章 多功能床结构的整体方案2.1 多功能床的工作要求2.1.1 多功能床的工作环境多功能可调角度床的设计应用于家庭居室，室内温度变化不大无需特别考虑，但是需要考虑到环境对噪声的限制，故设计时电机类型及型号的选取应满足工作噪音低于 20 分贝，床体材料也需要得到考虑，并且在床体上附加一些必要的减震降音材料，如橡胶垫片、弹簧垫圈等。2.1.2 多功能床的位姿和控制要求多功能床应该满足人们所需的各种必要的体位位姿，这些体位位姿包括抬背、屈腿。为了方便人们看书、学习和工作等的要求，在设计时考虑能使人在床上可以实现坐姿。同时多功能床还应该实现人的抬腿坐姿体位，以减轻人由于盘腿坐起时的不舒适感。对多功能床的控制方式，可以采用键盘按钮操纵，方便自己或他人对其进行控制。102.2 多功能床总体方案构思多功能床的总体构思包括机械结构设计、电机驱动以及总体位姿协调等问题。2.2.1 构思的提出通过分析现有的多功能床设计，我们很容易发现，为了实现床面某一个特定的体位姿态，传统的设计方法就会设计一套特定的机构与之对应。当位姿数目越来越多时，所需机构数目也随之增加，同时空间体积也随之膨胀。而床体的总体积是有一定限制的，即床体的长、宽、高尺寸必须按照有关多功能床标准规定限制在某一个空间范围之内，才能够既满足人民的舒适感的要求又满足空间限制要求。多机构协调的技术是源于模仿人体的运动，人体的运动具有极大的柔性。受此启发将多功能床的床面进一步加以细分，成为彼此之间相互独立的 4 个面板。如图 2-1所示。图 2-1 中，床板 1 对应于人体的背部，床板 2 对应于人体的臀部，床板 3 人体的腿部，床板 4 对应人体的脚部。通过各个床面板之间的协调运动，采用单动或联动方式来实现多功能床所需的各种体位位姿。11图2-1 多功能床床板图2.2.2 相关要求与标准为了满足人们在使用多功能床时的舒适程度以及有效提高床的自动化。多功能床结构在设计时应满足以下几个方面的要求:(1)能够实现多功能床所需的各种体位位姿要求。(2)各个活动床面板的摆动角度范围应参照有关要求以及人体的舒适感，各床面板摆动角度及标准如下：背部床板摆动角度：0 70臀部床板摆动角度：0 8腿部床板相对水平面摆动角度：060(3)多功能床床体的可靠性、稳定性和安全性要符合相关要求。(4)床体的结构尺寸有一定的空间范围限制。2.2.3 多功能床的组成多功能床从结构和功能上分为：床框架、平面连杆机构、床板、控制系统组成。12图 2-2 多功能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：抬背机构、抬臀机构、曲腿机构。床板由床板框架和床板面板组成，整台多功能床中共有两台直流电机，分别完成头部升降、腿部屈伸动作。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，整个多功能床三维模型建立，整床的装配及运动仿真。2.3 本章小结本章围绕多功能床的总体构思而展开，通过论述多功能床所处的工作环境及位姿要求，指出了多功能床设计时所需的各项要求，以这些要求为契机，提出了多功能床的总体方案的构思，包括整体设计的构思思路，多功能床结构形式的初步探讨，多功能床的各个组成部分。1314第 3 章 多功能床的方案选择和比较3.1 多功能床方案一3.1.1 床板结构示意图图 3-1 方案一：床板结构示意图床板分为 4 块，相互间用合叶铰接，如图 3-1 所示。工作时，坐起时 1 板绕 Y1 轴向上翻转；抬臀时 2 板绕 Y2 轴向上翻转，同时带动 3 板Y3 翻转；曲腿时 3 板绕 Y3 向下翻转，同时带动 4 板绕 Y3 翻转；垫脚板4 通过各机构的联动配合作用使其放平用于垫脚。未工作时床板水平置于床架上，和普通床一样。采用这种结构的床板，制造简易，且很轻松的克服了各功能件的相互干扰，满足了各个功能协调动作的要求。153.1.2 坐起及曲腿方案图 3-2 方案一：坐起及曲腿原理图（平躺状态）图 3-3 方案一：坐起及曲腿原理图（坐起及曲腿状态）这部分的设计，采取坐起和曲腿的功能分别驱动的思想。如图分别是床板平置和坐起及曲腿动作完成之后的状态。床板平置是，人躺在床上和普通床一样。当需要坐起时，由图中左边的电动机驱动丝杠转动，16使得螺母副 7 向右运动，使得连杆 6 带动转臂 5 旋转，最后转臂驱动床板 1 绕 G 点旋转，从而使人坐起；当需要曲腿时。同样左边的电动机驱动丝杠转动，使得螺母副 8 向左运动，使得连杆 9 带动转臂 10 转动，转臂驱动床板 2 绕 G 点向上转动，同时转臂 10 通过连杆 11 带动转臂 12 旋转，转臂驱动床板 3 绕 H 点向下旋转；床板 3 的带动床板 4 向下运动，当运动到脚步支撑时开始绕 I 点旋转，最后使得床板 4 处于水平状态。其中电动机有两台，床的前后各一台，分别用于驱动坐起和曲腿两个运动此方案主要为丝杠螺母副机构和简单的连杆机构，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。3.2 多功能床方案二3.2.1 床板结构示意图17图 3-4 方案二：床板结构示意图床板分为 3 块， ，相互间用合叶铰接(如图)，坐起时床板 1 绕 Y1 轴向上翻转；同时床板 3 绕 Y2 轴向下翻转，达到曲腿的目的。未工作时，床板置于床架上，和普通床一样。3.2.2 坐起及曲腿的方案图 3-5 方案二：坐起及曲腿（平躺状态）18图 3-6 方案二：坐起及曲腿（坐起状态）这部分的设计，采用坐起和曲腿的功能同时驱动的思路。如图分别是床板平置和坐起及曲腿动作完成后的状态。床板平置时，人平躺在床上和普通床一样，杆 4、杆 5 和杆 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曲柄 4转动。摆脱死点状态，摇杆 6 旋动，使得床板 7在重力的作用下绕 D 点旋转，最后同时满足坐起和曲腿的功能。坐起和曲腿动作如图 3-6 所示。该方案采用蜗轮蜗杆带轮传动，其优点是传动平稳，冲击载荷小，传动比大；缺点是效率低，磨损较为严重，且蜗轮蜗杆加工难度大，制作成本高。带轮负载大时可以造成皮带打滑，并且其曲腿和坐起只能同时满足，无法独立动作。3.3 方案的对比和选择表 3-1 多功能床方案的对比实现的功能 采用的机构 实际情况 加工工艺及成本方案一坐起 丝杠螺母和连杆机构结构简单，传动平稳，效率低加工容易，成本低19曲腿 丝杠螺母和连杆机构结构简单，传动平稳，效率低加工容易，成本低坐起 蜗轮蜗杆-带轮组合传动传动平稳，传动比大，效率低加工困难，成本高方案二曲腿 蜗轮蜗杆-带轮组合传动传动平稳，传动比大，效率低加工困难，成本高综合考虑各个功能的实现情况，制造的工艺以及加工成本，最终确定采用方案一。3.4 本章小结本章制定了多功能床的不同方案，用于实现多功能床的不同功能，并对实现各个功能的不同结构和状态进行分析和研究，对各个方案的优缺点进行比较，最终确定最优方案。20第 4 章 多功能床机构设计4.1 基本参数的设计根据实际情况确定多功能床的基本参数：床的长度：2090mm（背部床板 860mm，臀部床板 400mm，腿床板445mm，脚部床板 295mm 及床板间间距 30mm） ；床的宽度：860mm；床的高度：650mm；背部床板摆动角度：0 70；臀部床板摆动角度：0 8；腿板摆动角度：0 60 。4.2 抬背机构抬背机构是多功能床的一个关键机构，其主要的功能是实现人体的抬背及坐起功能。4.2.1 抬背机构的结构和工作原理多功能床的抬背机构由丝杠螺母机构、抬背连杆、抬背支杆、抬背滚子、背板以及部分床架组成。丝杠螺母机构位于床架底部，螺母滑块机构可以在丝杠上左右运动，与其铰接的是抬背连杆的一端，另一端铰接于抬背支杆上，抬背支杆的一端铰接于床架上，另一端通过滚子与背板连接，背部床板一端固定于床架上，使之充当机架作用。电动机的转动通过联轴器带动丝杠旋转，从而使位于丝杠上的螺母滑块机构左右运21动，螺母滑块机构通过抬背连杆使得抬背支杆绕着与床架铰接点发生转动，通过滚子的作用，使得背板绕着它与床架的铰接点为转轴发生转动。简图如图 4-1 所示。图 4-1 抬背机构4.2.2 抬背机构的设计（图解法）多功能床的抬背机构采用的是曲柄滑块机构的变形机构，丝杠螺母机构为原动件对整体机构进行驱动。其中，背部床板的长度为 860mm，翻转角度为 70。图解法设计抬背机构，滚子的直径设定为 50mm，丝杠螺母的位置位于床板下 400mm 处，背部支杆与床架的交接点在床板下 200mm，并且距离背部床板右侧为 200mm 处。根据设计要求背板翻转角度为 70，在AutoCAD 中用旋转命令确定床板运动后的位置，通过各杆件间的运动关系和位置关系确定螺母滑块机构的运动行程为 281.82mm。初步设计完成后的尺寸及各安装点位置图如图 4-2 所示。22（1）抬背机构的自由度计算： FpnFh)2(31式中：n=5，p 1=6，p h=1，F =1（F 为自由度，n 为构件数，p 1为低副数，p h为高副数，F 为虚约束数） 。 )162(53)2(31 nh该机构的原动件数为 1（螺母滑块在丝杆上的的滑动） ，与自由度数相同，所以该机构可以满足确定的运动。图 4-2 抬背机构设计尺寸及安装点位置图23（2）抬背过程中各机构的运行数据通过 AutoCAD 软件的旋转功能确定背部床板翻转过程中的每个位置、各构件的转动角度以及螺母的行程。表 4-1 抬背时各构件的运行数据背部连杆旋转角度 背部床板翻转角度 螺母运动行程5 3 14.1mm10 3 16.01mm15 3 17.68mm20 4 19.03mm25 4 20.04mm30 4 20.68mm35 4 20.96mm40 4 20.91mm45 4 20.54mm50 4 19.89mm55 5 19.00mm60 5 17.89mm65 5 16.61mm70 6 15.17mm4.2.3 抬背机构电动机的选择（1）电动机的功率计算取抬背所用总时间 t1=40s，背部床板的极限旋转角度 =70，抬背支杆的旋转角度为 80，所以抬背支杆的角速度： sradt /0349.91抬背支杆的速度： smrv /16.1取负载 T=1000N，则背部支杆传递的功率（忽略背部支杆的自重）： WTvP1.60.11