多功能可折叠担架设计方案.docx

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多功能可折叠担架设计方案

多功能可折叠担架设计方案

需求分析

在救护伤员的过程中，运送伤员是一个重要的环节，包括将伤员搬运到运送的车辆上和将伤员迅速送往医院。

而在现场救护中，采取正确的救护措施是很重要的。

而伤员的受伤情况在没有医生在场的时候很难确定。

这时候只要能把伤员用担架安放好后迅速寻找车子运到医院救治才是关键。

一床担架对于伤员运送是至关重要的。

担架不仅能将伤员舒服平稳地被抬送到车上，而且一般的汽车座位都不适合让伤员直接躺上去。

最好的办法是在用汽车运送时，也让伤员躺倒在担架上。

这样就不仅能减轻汽车行驶中的颠簸，而且能在到达医院后直接将伤员抬进手术间。

如此便能大大缩短伤员运送过程的风险与时间。

所以，在紧急情况下救治伤员要是能有一架担架，那将能发挥很大的作用。

而如果把担架与一般的椅子结合，防患未然、关爱生命，相信这是很有意义的。

方案比较

1紧定机构

方案一：

曲柄滑块机构

方案说明：

AB为可动的主架，其功能相当于曲柄，通过调节AB的位置可以调节担架的角度，同时可以实现其闲置时作为椅子的功能。

在BD杆上，可以开有小孔，其与销钉配合，用来固定滑块的位置，使其能够稳定实现椅子的功能。

方案二：

对心直动尖顶推杆机构

此方案是一个对心直动尖顶推杆机构，通过手动控制凸轮的转动来带动推杆的直动从而锁紧行星轮，实现主架之间角度的固定。

方案选择

两个方案都可通过调节转动副之间的相对位置来实现对主架的调节，也可以由此实现担架与座椅之间的快速转换。

方案一曲柄滑块机构通过销钉来固定，固定牢靠稳定，而且可以实现一定角度的变化，但是此方案不能实现角度的连续调节，而且连杆角度的变化，导致其位置的变化，可能会导致使用者的不方便，如连杆会对使用者的胳膊造成阻碍。

方案二对心直动尖顶推杆机构通过手动控制凸轮，但凸轮位于近休止角时，可以调节担架的角度，使胸肺受伤的患者呼吸得到调节，也可调节担架的位置，将其变为座椅使用;当凸轮处于远休止角时，凸轮就会卡死连杆，使连杆与齿轮保持啮合，便可将担架的具体位置固定。

综上所述，对心直动尖顶推杆机构由于能实现0~180度的连续调节，这对胸肺受伤的患者极为重要，而且当用作椅子时，可以调节背靠的角度，极大的提升了使用者的舒适度，且操作简便可行，因此紧定机构选择对心直动尖顶推杆机构。

2轮架位置调节机构

方案一：

曲柄摇杆机构

方案说明：

如图所示。

支架，主架，连架杆共同组成曲柄摇杆机构，其中AB作为原动件，可以带动CD一起运动，对支架角度的调节，利用曲柄摇杆机构既可以实现调节轮子位置，使担架不但能在平地上平稳行走，而且可以轻松地与救护车对接，又实现了可折叠的性能。

方案二套筒机构

方案说明：

内层导管可在套筒内滑动，通过调节AB之间的距离来实现AC,CD之间距离的调节，通过销钉来固定，十分牢靠；便可实现两者之间的角度调节，可实现主架与支架之间的角度，实现不同路况的搬运，可满足设计要求

方案选择

以上啷个方案都可满足设计要求，实现了轮架位置的调节及其固定。

但是，方案一利用四杆机构，简单易操作，设计简便，工艺性好。

方案二利用可伸缩的套筒来实现主架与支架之间距离的调节，虽然可达到要求，但是不利于整体机构的折叠，从而影响其便捷性，综合以上各种因素，我选择曲柄摇杆机构作为轮架位置调节机构。

设计步骤

1设计担架总体尺寸

要求参考实际担架尺寸及人体相关数据，并且考虑到担架折叠后的尺寸。

2设计轮架位置调节机构

要求支架能在一定角度范围内摆动，能方便的调节支架的角度。

3设计紧定机构

通过手动控制来调节主架之间角度及其固定，必须稳定可靠，考虑到其可操作性。

1担架主要尺寸的确定

1.1主架长度的确定

担架主尺寸的确定主要出于其使用要求的考虑，一般定在2000m以上，但为了搬运方便，我们最终确定其尺寸为1200mm*2，既方便搬运，又可节省材料。

1.2支架长度的确定

支架考虑到可折叠及折叠后的尺寸，采用50mm为佳

1.3担架宽度的确定

担架上除了伤员修养及日常的椅子功能外，还得考虑到方便布料的安放及必要时医疗器械的安置，应当适当加宽，最终综合考虑，选择600mm。

整体构架如下图所示

2轮架位置调节机构

方案曲柄摇杆机构

2.1设计步骤

2.1.1根据主架的尺寸，合理确定A点位置。

主架的长度为1200mm，由于A点的位置即是支架的位置，为保证其稳定性，AE>600mm，考虑到其载荷分布均匀，采用AE=700mm。

2.1.2根据手扶间距，确定FM,MB的距离。

按照使用方便的设计要求，选取FM=150mm,MB=110mm。

2.1.3根据A,B的位置，可以确定曲柄摇杆机构的两固定支座的距离为AB=240mm。

2.1.4确定其余各杆件的尺寸。

2.1.4.1根据曲柄摇杆机构曲柄能够存在的条件

（1）最短杆为连架杆或机架；

（2）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

选取BC作为曲柄，AD为最长杆，有

BC

AB+CD>AD+BC

2.1.4.2因为AP=500mm，所以选取AD=300mm，由此得到方程

BC<240mm

BC

BC+300mm

方便制造，选取整数，初步确定各连杆的尺寸如下

AB=240mm

BC=200mm

CD=280mm

AD=300mm

2.2初步简图如下

说明；

1图中转动副表示可转动且可折叠的部件。

2仅在左边有曲柄摇杆机构，利用曲柄BC在不同的位置调节轮子位置，使担架不但能在平地上平稳行走，而且可以轻松地与救护车对接。

右边可实现折叠功能。

2.3计算说明

2.3.1曲柄摇杆机构存在两次主动件与从动件共线的位置，即死点。

我们知道，当从动件连架杆与连杆处于共线，拉直共线或重叠共线位置时，机构的传动角为零，即机构处于死点位置，机构在死点位置上无法启动且具有运动不确定性，因而我们有必要对其进行计算说明。

死点位置运动情形如图所示，图示夹角即为摇杆处于极限位置时的角度，由此可计算出摇杆的摆角。

根据余弦定理，

24*24+30*30-48*48

cosƟ1==-0.575Ɵ1=125

2*24*30

24*24+30*30-8*8

cosƟ2==0.981Ɵ2=11.3

2*24*30

由此算得

摇杆的摆角ȹ=125.1-11.32=113.78

摆动范围为11.32~113.78，

该曲柄摇杆设计要求摆角必须大于90，以保证其正常使用，由以上计算可知，设计的尺寸即摆角满足设计要求。

2.3.2极位夹角与急回系数

极位夹角：

通常把从动件处于极限位置时曲柄AB所处的两极限位置AB1、AB2所夹的锐角称为极位夹角Ɵ。

极回系数：

180+Ɵ

K=

180-Ɵ

由于担架在救护伤员中所起的重要，要求其尽可能平稳，所以限定其极回系数K<2.8。

下面根据CAD软件确定该机构的极位夹角：

（1）确定曲柄摇杆机构两个死点的位置；

（2）利用CAD软件提供的测量功能，直接测量出该曲柄摇杆机构的极位夹角

如下图所示

根据CAD测量工具求得此曲柄摇杆的极位夹角

Ɵ=78曲柄摇杆机构的极回系数

180+Ɵ

K==2.53

180-Ɵ

K<2.8

满足设计要求。

曲柄摇杆机构的实物模型图

3紧定机构

方案对心直动尖顶推杆机构

3.1设计步骤

3.1.1凸轮机构：

该机构通过凸轮来控制推杆的前进，推杆通过前进后退实现对齿轮的卡死与松开；

3.1.2咬合机构：

通过定轴齿轮与行星轮的啮合来实现担架与座椅之间的转换并调节座椅的倾斜角度。

3.2计算及相关说明

3.2.1齿轮的选定

考虑到与担架整体的尺寸相配合，该齿轮的尺寸不应太大，但是太小则不能满足强度要求，查阅相关资料，选定齿轮的参数如下：

模数m=2.75mm

压力角α=20

齿数z=20

齿距p=3.14*m=6.46mm

全齿高h=2.25m=6.19mm

分度圆直径d=m*z=2.75*20=55mm

3.2.2凸轮的设计及选定

3.2.2.1凸轮通过推程与回程来控制推杆的运动，推杆来控制齿轮的锁定与松开：

3.2.2.2凸轮推程的距离根据齿轮的全齿高来确定。

全齿高为2.25mm由于其松开时会留有间隙，限定凸轮推程最大距离为5mm

3.2.2.3凸轮基圆直径的确定

为了安装方便及美观处理，选定凸轮的基圆直径与齿轮的分度圆直径大致相等，为50mm

3.2.2.4凸轮推程运动规律的选定

为保证机构运行的平稳性，推程运动是阻力分布均匀，采用平滑的曲线，凸轮位移曲线如下图所示。

凸轮从动件位移曲线

凸轮机构有关参数说明

推程角36

近休止角144

远休止角144

回程角36

推程过程中，要求是尽量平滑，使得阻力分布均匀，此位移曲线无尖点，使得其推动较为方便，有利于操作。

上图为实体模型，具体轮廓形状见A1图纸上凸轮的轮廓曲线。

3.2.3推杆的尺寸选定

3.2.2.1推杆是凸轮机构的从动件，可以控制齿轮的啮合，推杆尺寸确定的是否合适，关系到该紧定机构是否能完好啮合。

根据主架的尺寸，确定推杆的尺寸如下

长120mm

圆面直径18mm

顶端厚度8.6mm

其中，顶端厚度是参照齿轮的齿距8.64mm，使其略小，方便其啮合牢靠。

模型图如下

3.2.4机构整体功能的实现

为使机构工作时提高其稳定性，防止凸轮与推杆之间的啮合不稳，在推杆固定机构中加入弹簧，给其一个向上的弹力，使其能够始终保持张力，加高其工作稳定性。

紧定机构三维模型图

实际效果模型图

创新点

1将担架与椅子结合，使担架能够在紧急情况下由椅子快速变形投入使用。

2整个担架包括底座部分均可以折叠，折叠后体积小，很方便携带或放置于各种汽车上。

3使用齿轮啮合加凸轮锁紧的混合机构控制靠背的旋转，靠背角度的调节简单又可靠，调节范围大（0～180°），实现从担架到靠背椅再到完全折叠的连续变化。

4担架配备上下两个手柄，可轻松实现不同路况条件下的搬运要求——平路推行时用高手柄，走山路爬楼梯及搬送上车时用低手柄。

5担架配备变形灵活的底座，高度可调节。

轮子位置可以改变，不但能在平地上平稳行走，而且可以轻松地将担架与救护车对接。

6将各种机构灵活巧妙地运用到担架的设计中，如齿轮机构、凸轮机构、曲柄摇杆机构、可伸缩机构、可折叠机构等，并多处利用机构的死点对担架进行固定。

市场前景

这种折叠担架意义巨大，对于救死扶伤能提供巨大帮助。

且本设计机构简单，制造难度不是很大，容易做出。

市场前景光明，成果出来后应该很受欢迎的。

课程设计心得体会

急躁和焦虑可能是这两周以来的主旋律了。

几乎整天都被这样的心情困扰着。

因为之前的日子吃了“急躁”不少的亏，所以拼命地告诫自己一定要把速度慢下来，心情要平静下来，减缓行动，一步一步踏踏实实地把设计做好。

我深知，课程设计的目的不是要那么一张图纸和一份设计说明书，而是整个的设计过程，是我们一遍一遍重复翻阅手册时的不耐烦，是我们一次一次修改参数时的悔恨（为什么当初算的时候不小心一点呢！

）

渐渐地体会到，做一名优秀机械工程师真的很难。

当草图画完之后，发现一大堆的问题出来了，这也就意味着以前的计算几乎白费，所有的参数又要重新选择。

因为这样，我困惑了一阵，到底要不要改，要不要重新算过，自己有时也再劝说自己“算了吧，谁看啊，重新再算还不是一样”“只要知道怎么算的就行了”……可后来又觉得自己一直都要求自己成为一名优秀的机械工程师，如果一名优秀的机械工程师就这样地对待他的工作，就这样地对待他的项目，那“优秀”这样的头衔，他戴得起吗？

于是，毅然决然，从头再来，把所有错掉的数据重新修改了一遍，这样才安心地继续向下走。

什么时候我们可以不将自己局限于这些手册之中，不受这些参数的控制，而自由的想象，这只是我的想法，不知这样想是否正确。

这样的想法很有可能是自己在受到这样的“折磨”之后冒出来的。

因为每一个参数的选择都是有一定的界限标准的，所以计算机程序可以依据这样的标准进行选取，进而替代人手工的查阅，也就是说，当我们发现设计出来的东西尺寸结构不合理时，我们只需要改动几个地方其他的运算过程就可以由电脑自动辅助完成，我们已经成功的甩掉了模板，相信甩掉手册也不是不可能的。

只不过这样的工程着实浩大，需要大量的人长时间的努力。

不过作为一名机械设计人员，机械设计手册的查阅还是一项必须掌握的基本技能。

最初就选择了用CAD画图，虽然每天对着电脑眼睛都开始花掉了，但仍不后悔，如果有机会再让我重新选择一次，我依旧会这样的选择。

CAD绘制从任何角度来看都是一种优于手绘的绘图方式，其替代手绘已成为必然。

不过花费如此大量的时间坐在电脑前，对着那高强度的LED显示屏，着实有些让人吃不消。

但是，通过这次课程设计，我认识到自己学习知识的漏洞，并且通过自己动手完成了一份作品，收获确实不少，相信这对我今后进入机械领域大有裨益。