医用病床设计说明书

机械原理课程设计
设计计算说明书
设计题目: 多功能护理病床设计
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摘要 (1)
一、绪论 (1)
1、设计的目的和意义 (1)
2、设计的目标和任务 (2)
二、方案的比较和选择 (2)
方案一 (2)
1、床板结构示意图 (2)
2、坐起及抬腿的方案 (3)
3、床上排便的方案 (3)
4、可调升降护栏的方案 (4)
方案二 (4)
1、床板结构示意图 (4)
2、坐起及抬腿的方案 (5)
3、床上排便的方案 (5)
4、可调升降护栏的方案 (6)
三、与相近产品的比较及主要创新点 (7)
四、存在的问题和改进建议 (7)
五、参数说明书 (7)
1、基本参数的设计 (7)
2、各图参数 (7)
参考文献 (11)
机械原理课程设计心得体会 (12)
医用病床设计
摘要
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。

为老年患者服务的护理型病床的需求正不断增加。

本设计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坐起、抬腿、排便，解决了护理病人过程中的诸多不便，进而增强了我国护理业服务，有力地促进了我国的医疗保健事业的发展。

该设计对病床的各项功能进行了方案选择、原理分析、零件尺寸计算，基本上实现了各个装置的正常运行。

一、绪论
1、设计的目的和意义
在今日的医院面临护理水平和技术迅速提高的总要求下，配置符合世界性护理系统标准的病床是每个医疗单位都关心的问题。

不仅如此，随着经济水平的提高，在很多发达国家，病床的使用甚至超出医疗单位(福利院、康复中心)，延续到患者(老年病、慢性病)的家庭。

中国己于1999年10月提前进入人口老龄化国家的行列。

据报道，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。

60岁及其以上老年人口已达1．32亿，占全国总人口的1096(65岁以上老年人口为8687万，占7％)，并以年均3．32％的速度持续增长。

更为突出的是，我国80岁_以上老年人口已达1100万，并以年均5．4％的速度惊人递增。

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最弱的群体。

其中突出的现象就是高龄老年人自我照料能力减弱，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％。

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。

由此可见我国增强老年护理业服务、提高护理医疗设施的重要性和迫切性。

在国外，医疗护理器械高新技术含量越来越多，对新工艺、新材料的要求越来越高。

医疗器械的发展趋势可从材料和产品形式两个方面来分析。

从材料方面看．目前手术器械产品材质丰富，除广泛采用含钼不锈钢外，还采用铜、铝、特殊台金和塑料等材料；在国内，相关的医疗护理器械发展不太成熟，特别是护理病床的发展远远不能满足实际的需要，为了增强我国护理业服务，解决护理病人过程中
的诸多不便，我们设计制造了这款新型的多功能病床，该病床共可以实现帮助病人身、坐起、屈膝、三大功能，能够很好地解决病人护理过程中的大部分问题，并且病床由人为手动控制，按感觉和意愿调整卧姿，舒适自知。

同时螺旋连杆机构以简单易于加工的特点决定了其低成本性，适合大批生产和大众化的推广，对增强我国护理业服务，有力地促进了我国的医疗保健事业的发展有着重要的现实意义。

2、设计的目标和任务
常见的一些新型护理病床有手动可升降病床、遥控气动可升降病床、电动遥控病床等。

本设计结合护理业的实际情况和病人的实际需要，病床头部基本实现0～80°的调节，足部0～30°的调节，床各部分长度根据人体平均高度设计，舒适方便。

我们这款多功能病床主要可以实现以下三大功能：
①帮助病人坐起功能，使病人在任何坐卧姿势下感觉舒适(自主控制)。

②帮助病人屈膝功能，使病人腿部置于所需的舒适的位置(自主控制)。

③帮助病人排便功能，使病人在床上能很方便的排便(自主控制)。

上述三个功能中，基本都采用手动控制实现，并且可以自主根据人的实际需要点动控制，按自己的感觉和意愿调整卧姿，通过以上三项功能可以很好地解决病人护理和自理过程中的大部分问题。

由此，我的服务对象比较广泛：外伤病人、骨科病人、手术后康复病人及其它重症病人、卧床不起行动不便的病人或老人等。

二、方案的比较和选择
方案一
1、床板结构示意图
图1 床板结构示意图
床板分为3块，相互之间用合页铰接，坐起时1绕a轴向上翻转，抬腿时3
绕b轴向上翻转，从而达到坐起和抬腿的目的。

4为一排便活门，工作时活门移开，从而满足床上排便的要求，未工作活门平置于床架上，和普通病床一样。

2、坐起及抬腿的方案
图2 方案一坐起示意图
图3 方案一抬腿示意图
如图所示，当病人要坐起的时候，只需要手动转动手柄9即可。

此时手柄9的旋转通过螺旋副8带动杆7向左移动，从而牵动杆6也向左移动（杆7和杆6通过球面副连接，可以实现杆7的转动和杆6的移动），杆6通过滑块5拉起杆4，杆4就使3升起，最终达到病人坐起的目的。

抬腿的原理同理。

此方案主要是通过螺旋传动，优点是操作简单，结构简单。

缺点是效率低，材料浪费。

3、床上排便的方案
图4 方案一床上排便示意图
如图所示，要实现便孔的开、闭合便器的输送，只需转动手柄1即可。

此时手柄1的旋转通过螺旋副2带动杆3的移动，牵连杆4的左右移动即可达到要求（杆3和杆4之间通过球面副连接）（便孔挡板5和便器6都与杆4固结在一起）。

此方案优点是结构简单，操作方便。

缺点是不能保证床的完整性。

4、可调升降护栏的方案
图5 方案一可调升降护栏示意图
此方案要实现护栏的升降，只需转动手柄1通过螺旋副2使得杆3向上移动，从而带动杆4也向上移动（杆3和杆4通过球面副连接），这样就升起了护栏。

这个方案优点在于可实现护栏任意高度，缺点是操作不方便，材料加工困难，停放不稳定。

方案二
1、床板结构示意图
见图1，此方案大体和方案一一样。

挡板4可绕x’轴向下翻转，工作时挡板4向下翻转到极限位置从而达到排便需要，未工作时，挡板4翻转到水平位置，和普通病床无异。

2、坐起及抬腿的方案
图6 方案二坐起示意图
图7 方案二抬腿示意图
如图所示，此部分的设计，要达到病人坐起的目的，也只需转动手柄1通过螺旋副3带动杆2向右移动，从而牵动4也向右移动(杆2和杆4之间通过球面副，可以实现杆2的转动和杆4的移动），通过杆5进而使得杆6转动，杆6就使床板升起，最终达到要求。

抬腿同理。

这个方案相对于方案一而言，优点是操作简单，结构更加简单，节约材料，效率高。

缺点是杆6加工相对来说不那么容易。

3、床上排便的方案
图8 方案二床上排便示意图
如图所示，实线表示未工作时的状态，虚线表示工作时的状态。

要工作时，只需推动手柄1，使杆3通过移动副2向右移动，使得杆4推动杆5和杆6的铰接点向斜上方移动，破坏死点位置，最终使挡板7向下翻转到7’的位置，便器与此同时到达挡板7的下方，便达到如虚线所示的工作状态。

此方案在未工作时由于机构处于死点位置，故具有较好的稳定性。

优点是操作简单，加工容易，材料要求不高，能实现挡板和床架的完美结合，缺点是结构复杂。

4、可调升降护栏的方案
图9方案二可调升降护栏示意图
此方案要实现护栏的升起，只需转动杆1或杆3至竖直位置，然后将带钩的杆4和杆5钩在4”和5”处（4’和5’处可以自由转动，4”和5”处带有可以放置带钩杆4和5的孔），便可以固定住护栏，要降下护栏只需取下杆4和杆5，
转动杆1或杆3只水平位置即可。

此方案优点在于操作简单，材料加工容易，加工成本较低，具有较好的稳定性。

缺点在于不能实现护栏任意高度。

综上所述，从现实情况、加工工艺及成本和各个功能的实现情况等方面来看，采取方案二比较合理。

三、与相近产品的比较及主要创新点
与以往的设计相比较，该病床结构简单，制造容易，其主要创新点如下：
①将病床床板分割成3块，用铰链联接，结构较为简单，搁置在床架上，病人平躺时安全可靠，坐起、曲膝，运动灵活。

②床板和传动装置的转臂之间没有联接，可接触可分离，从而克服了坐起、曲膝的传动干涉。

③排便活门的开闭采用了钢丝绳、定滑轮组合机构，另外结合死点原理设计，结构简单，传动稳定可靠。

④转臂轴由螺旋连杆组合机构驱动，传动角接近90°，传动效率高。

⑤全部采用低副机构，加工简单、力量大，磨损小。

应用前景：
①该病床适用于各种原因引起的卧床不起，身体不能自主移动的病人，且目前市场上还没有如此功能完善且操作简单的产品，因而有巨大的市场需求。

②该病床由人为控制，按病人的感觉和意愿调整卧姿，舒适自知，可有效促进血液循环和防止褥疮的发生，且减轻了护理人员的劳动强度。

③该病床技术含量较高，成本低，加工简单，工作可靠。

四、存在的问题和改进建议
其一，由于目前处于样机生产阶段，只能利用工厂已有的材料种类和规格，以便节约制造成本，致使该病床重量较大。

如果该病床能进入批量生产，在达到强度和刚度要求的前提下，应尽量减轻重量，降低成本。

其二，本病床目前属于初级设计，结构较为简单，未能实现点动控制。

五、参数说明书
1、基本参数的设计
根据一般常识确定床的基本尺寸：长2000mm，宽850mm，高550mm。

坐起时床板的运动范围为0～80°，抬腿时床板的运动范围0～30°。

便孔为120×120mm。

2、各图参数
图1各杆参数：
矩形4边长120*120mm中心线过X轴且右端边长距a轴为120mm。

图2各杆参数：
给定1号杆500mm，2号杆700mm，3号杆800mm，4号杆662mm，6号杆500mm，7号杆700mm，c转动副圆心距b转动副竖直方向300mm水平方向100mm。

图2部分示意图
由图可知，GF即为图2中螺旋副8的最小螺纹长度。

作CF⊥BC交BC于C，作DE⊥BC的延长线于D。

给定BH=BE=662mm，ED=300mm，CF=136mm，AB=316mm。

已知∠HAE=80°，AE∥GF∥BD,求GF的长度。

由相似三角形△BCF～△BED可知，BF/BE=CF/DE，得到BF=300mm。

由
，可得到∠FBC=27°。

由于BC∥
GF∥AE,则可知∠BFG=∠BEA=∠FBC=27°。

又由于BE/sin∠BAE=AB/sin∠AEB,得出∠BAE=72°，从而可得∠ABE=82°,∠BAH=152°。

BH/sin∠BAH=AB/sin∠AHB, ∠AHB=13°，从而可得∠ABH=15°。

进而可知∠HBE=66°,也可知∠BGF=87°。

故由GF/∠GBF=BF/sin∠BGF,解得GF=275mm 。

所以图2中螺旋副8的最小螺纹长度为275mm。

螺旋副8距手柄9的距离至少为275mm且小于500mm
图3各杆参数：
给定1号杆400mm，2号杆103mm，3号杆228mm，c转动副圆心距a转动副竖直方向300mm。

图3部分示意图
由图可知，GH即为图3中螺旋副4的最小螺纹长度。

作GD⊥CD于D，作EF⊥CD 的延长线于E。

给定AC=CF=400mm，BC=EF=300mm，DG=140mm。

已知∠ABF=30°，CE∥GH∥BF,求GH的长度。

由相似三角形△CDG～△CEF可知，CG/CF=DG/EF，得到CG=187mm。

由
，可得到∠ECF=49°。

由于CE∥GH
∥BF,则可知∠ECF=∠CGH=∠CFB=49°。

由于EF²+CE²=CF²，可得CE=BF=265mm。

又由于BF/sin∠BCF=CF/sin∠CBF=CF/,得∠BCF=41°。

同时BC/sin
∠BAC=AC/sin∠ABC,得到∠CAB=41°。

就可知∠ACB=19°,也可知∠HCG=22°，进而可知∠CHG=109°。

由于GH/sin∠HCG=CG/sin∠HCG,故可得GH=74mm。

所以图3中螺旋副4的最小螺纹长度为74mm
螺旋副4距手柄5的距离至少为74mm且小于228mm。

图4各杆参数：
给定3号杆长500mm，4号杆长743mm，b点距离3号杆右端300mm，c点距离b点距离为60mm，a点距离b点距离为170mm，便器6下端距离c点为60mm。

故螺旋副2的最小螺纹长度为125mm。

图5各杆参数：
给定3号杆长200mm，4号杆下端距X轴154mm，上端距X轴180mm，螺旋副2处杆螺纹最小长度为180mm，螺旋副2距手柄1距离至少为180mm且小于200mm。

故螺旋副2的最小螺纹长度为180mm。

图6各杆参数：
给定c点相对于b点右方水平方向100mm竖直下方250mm位置处，6号杆长662mm, 5号杆长300mm，4号杆长300mm，2号杆450mm，处于ab直线下301处。

图6部分示意图
以图示ab长度代表700mm作出上图，机构处于实线位置时，延长6杆与4杆相交，以c点为圆心，圆心与交点长度为半径作圆。

机构处于虚线位置时，延长6‘与上述圆相交，以此交点为圆心5号杆为半径作圆，与4号杆相交，则有此交点到4号杆右端距离为最小螺纹长度，量出此距离为116mm，螺旋副距离1至少为116mm,最大为450mm。

移动副距离球面副距离至少为116，最大为300mm。

图7各杆参数：
给定c点位于a点竖直下方200mm处，6号杆长端440mm，短端100mm且位于实线位置时刚好竖直向下，5号杆长100mm,4号杆长100mm，2号杆长270mm。

图7部分示意图
以图示ab长度代表700mm作出上图，机构处于实线位置时，量出6号杆短端末端距ab为301mm，机构处于虚线位置时，以6号杆短端末端为圆心5号杆长为半径作圆与5号杆相交，量出5号杆左端两次位置连线的距离44mm。

螺旋副距1至少为44mm，最大为270mm。

移动副距离球面副距离至少为44mm，最大为100mm。

图8各杆参数：
给定b点位于a点正下方300mm处，7号杆长120mm,6号杆长223mm,5号杆长100mm，4号杆长187mm,3号杆长268mm。

便器自行调整。

图9各杆参数：
给定1号杆长180mm，2号杆长700mm，4’（5’）点距机架转动副圆心竖直高度为90 与水平方向的夹角为45°。

参考文献
[1] 赵登峰，陈永强，邓茂云.机械原理.成都:西南交通大学出版社，2012.1
[2] 陆风仪，钟守炎.机械原理课程设计.北京：机械工业出版社，2011.3
[3] 任金泉.机械设计课程设计.西安：西安交通大学出版社，2002.12
[4] 孙岩，陈晓罗，熊涌.机械设计课程设计.北京：北京理工大学出版社，2007.3
[5] 润民.计算机辅助绘图基础（2002版）.北京：清华大学出版社，2002
[6] 新视角文化行.Autocad 2013中文版机械设计实战从入门到精通.北京：人
民邮电出版社，2013.2
[7] 王树峰.电动自动控制病床的研究.《医疗卫生装备》2008年第12期
[8] 李君，肖启.对我国医疗卫生事业发展现状的思考.《科协论坛(下半月)》2012年01期
机械原理课程设计心得体会
为期两周的机械原理课程设计结束了，通过此次课程设计，让我们在机械原理这门课程中学到的理论知识得以实际运用。

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

课程设计是理论知识与实践的结合，真正的让我们用课本上的知识解决实际问题。

在课程设计之初，小组成员都有些迷茫，虽然学的专业是机械设计制造及其自动化，但是真正的设计是什么，对于我们来说还是知之甚少。

我们利用图书馆以及网络资源对于我们即将设计的东西——多功能护理床做了初步了解。

小组认为：应先完全自主设计，再与已经成熟的设计结果进行比对，只有这样才能做出属于自己的设计。

如若先看已成熟设计，那么设计的思路就会受到限制。

定方案时，经协商小组决定，小组成员每人做一套完整的方案，再对各方案的各个部分进行比较，选取最优方案进行整合。

在讨论时，每个人都报以极大的热情，认真的分析各方案的优缺点，最终决定了我们认为较合理的方案。

方案审核时，孙老师对我们的方案各部分都做了详细的评价，让我们受益匪浅。

作为设计人员不仅仅要考虑机器能否运行，还要考虑加工的难易程度。

要尽量用简单易加工的构件完成复杂的运动轨迹。

经过孙老师的讲解，我们知道了方案的不足之处，各个部分都可更优化。

小组成员又进行了一次讨论：将各部分构件进行简化，但不影响整体运动。

每经过一次讨论，都将方案变的更完善，我们也在讨论中汲取各人的观点进行融合。

建立数学模型时也遇到了一定的困难，最终建立了符合我们所想的数学模型。

根据数学模型计算出最佳数据，得到初稿。

又经孙老师指导，又将初稿进行一些修改，得到最终设计。

经过此次课程设计，小组成员均得到了提高，不论是从设计思想上还是动手能力上都有不同程度的提高，同时也让我们对于本专业有了更深刻的认识。