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小直徑銑刀工具高速銑削加工的研究加 藤 榮 春 新 谷 弘 巖 田 一 夫 杉 田 宏 明機(jī) 械 工 程 系 金 澤 技 術(shù) 學(xué) 院日 本 921 8501 7 1 河 北 郡 津 幡 町 石 川日 本 愛(ài) 知 縣 442 8533 1 15 加 賀 市 OSG 公 司 豐 川摘要 最 近 人 們 對(duì) 部 分 小 型 便 攜 式 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 需 求 有 所 增 加 因 此 有 必 要 開(kāi) 發(fā)一 種 微 型 機(jī) 床 使 高 速 切 削 成 為 可 能 使 用 裝 備 有 小 直 徑 銑 刀 的 高 速 切 削 機(jī) 床 可 以 高效 率 的 加 工 較 小 零 件 在 科 研 成 果 中 一 種 裝 備 了 小 直 徑 立 銑 刀 的 立 式 微 型 機(jī) 床 的 研 究 解 決 了 高 速 條 件 下 小 零 件 的 設(shè) 計(jì) 與 生 產(chǎn) 問(wèn) 題 所 研 制 的 機(jī) 床 的 尺 寸 是 300mm 400mm 340mm 其 重 量 為 50KG 本 機(jī) 在 裝 配 了 1 7mm 直 徑 的 小 直 徑 立 銑 刀 時(shí) 其可 以 達(dá) 到 的 切 削 速 度 為 25 0m s 研 究 結(jié) 果 證 實(shí) 這 種 機(jī) 床 在 以 0 6 mRz 的 表 面 粗糙 度 加 工 零 件 時(shí) 其 加 工 速 度 可 達(dá) 25 0m s 通 過(guò) 加 工 速 度 達(dá) 到 25m s 的 微 型 機(jī) 床 與加 工 速 度 2 5m s 的 加 工 中 心 做 比 較 證 實(shí) 了 在 25 0m s 速 度 下 工 件 變 形 層 的 厚 度 為0 6 m 關(guān)鍵詞 立 式 微 型 機(jī) 床 小 直 徑 立 銑 刀 高 速 銑 削 加 工 形 變 層 厚 度 表 面 粗 糙 度 1 簡(jiǎn)介 近 年 來(lái) 隨 著 消 費(fèi) 者 需 求 的 多 樣 化 產(chǎn) 品 種 類(lèi) 和 數(shù) 量 的 頻 繁 變 化 使 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 變得 靈 活 多 變 1 2 因 此 不 僅 需 要 更 有 效 的 生 產(chǎn) 而 且 需 要 提 升 加 工 速 度 另 一方 面 就 是 人 們 對(duì) 毫 米 級(jí) 便 攜 式 產(chǎn) 品 的 需 求 增 加 此 外 人 們 對(duì) 產(chǎn) 品 的 小 型 化 輕 量化 和 實(shí) 用 性 的 要 求 有 所 提 升 3 4 因 此 必 須 要 提 高 加 工 的 效 率 和 精 度 來(lái) 應(yīng) 對(duì) 人 們對(duì) 小 型 化 產(chǎn) 品 的 大 量 需 求 這 也 使 研 發(fā) 一 種 高 精 度 小 型 化 的 機(jī) 床 成 為 必 然 然 而 當(dāng) 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 在 傳 統(tǒng) 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 約 為 4000 轉(zhuǎn) 分 鐘 的 高 速 機(jī) 床 上 加 工 小 型 產(chǎn)品 并 增 加 切 削 速 度 是 難 以 實(shí) 現(xiàn) 的 因 此 在 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 時(shí) 必 須 要 使 用 超 高 轉(zhuǎn) 速 的 主 軸 來(lái) 增 加 切 割 速 度 另 一 方 面 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 的 重 大 缺 陷 就 是 尺 寸 大 能 源 利 用率 低 傳 統(tǒng) 高 速 機(jī) 床 的 加 工 范 圍 遠(yuǎn) 大 于 小 產(chǎn) 品 的 需 求 此 外 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 的 主 軸 及 其他 機(jī) 械 元 件 都 相 當(dāng) 之 大 耗 費(fèi) 能 量 也 相 當(dāng) 之 多 因 此 研 究 一 種 裝 備 了 小 直 徑 立 銑刀 的 立 式 微 型 機(jī) 床 用 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 高 速 加 工 和 節(jié) 約 能 源 尤 為 重 要 5 在 這 項(xiàng) 研 究 中 立 式 微 型 機(jī) 床 的 設(shè) 計(jì) 與 制 作 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 速 切 削 加 工 和 節(jié) 約 能 源 它 讓 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 加 工 小 型 零 件 成 為 可 能 表1 微型機(jī)床說(shuō)明書(shū) 圖1 微型機(jī)床照片 圖2 主體照片2 微型機(jī)床規(guī)格表 1 為 立 式 微 型 機(jī) 床 的 規(guī) 格 為 了 減 輕 其 重 量 在 車(chē) 床 支 架 材 料 中 采 用 了 基陶 瓷 材 料 所 用 的 材 料 是 鑄 鐵 比 重 的 一 半 此 外 它 的 優(yōu) 點(diǎn) 很 多 擁 有 普 通 材 料 雙倍 的 抗 拉 強(qiáng) 度 約 為 3倍 的 楊 氏 模 量 和 低 1 3的 線(xiàn) 性 膨 脹 系 數(shù) 6 機(jī) 器 重 量 為 50kg 機(jī) 器 的 尺 寸 是 300 400 342mm 雙 風(fēng) 水 輪 機(jī) 主 軸 類(lèi) 型 A 型 轉(zhuǎn) 數(shù) 320000 轉(zhuǎn) min和 B型 200000 轉(zhuǎn) min 可 以 使 用 直 徑 較 小 的 刀 具 以 實(shí) 現(xiàn) 高 速 切 割 軸 又 輕 又 材 質(zhì) 材 質(zhì) Si N 陶 瓷機(jī) 器 尺 寸 x y z 300 400 342mm機(jī) 器 重 量 50kg規(guī) 格 驅(qū) 動(dòng) 方 法 直 線(xiàn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)全 行 程 X 50mm Y 50mm Z 16mm分 辨 率 0 1 m主 軸 主 軸 空 氣 渦 輪 主 軸旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 320000 轉(zhuǎn) 分 鐘 小 可 在 無(wú) 潤(rùn) 滑 油 條 件 下 使 用 因 此 主 軸 冷 卻 系 統(tǒng) 是 沒(méi) 有 必 要 的 空 氣 渦 輪 主 軸采 用 100V 壓 縮 機(jī) 來(lái) 壓 縮 空 氣 X軸 和 Y軸 采 用 直 線(xiàn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 精 確 到 0 1 m 的 定位 可 加 工 高 精 度 的 小 工 件 X軸 y 軸 和 z 軸 的 長(zhǎng) 度 分 別 為 50mm 50mm 和 16mm 微 型 機(jī) 床 安 裝 在 一 個(gè) 盒 子 里 用 來(lái) 控 制 加 工 期 間 產(chǎn) 生 的 氣 體 圖 1 為 上 述 規(guī) 格 的 微 型 機(jī) 床 的 示 意 圖 利 用 個(gè) 人 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 了 主 軸 控 制 單 元 的控 制 圖 2顯 示 了 主 體 結(jié) 構(gòu) 空 氣 渦 輪 軸 已 手 動(dòng) 安 裝 在 z 軸 上 實(shí) 現(xiàn) 了 精 度 達(dá) 到 0 5微 米 圖 中 的 箭 頭 顯 示 每 個(gè) 鍵 的 傳 遞 方 向 軸 圖 3 顯 示 控 制 系 統(tǒng) 的 X 軸 和 Y 軸 控制 單 元 采 用 一 個(gè) 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 利 用 高 定 位 精 度 位 置 實(shí) 現(xiàn) 了 速 度 和 電 流 的 反 饋 機(jī) 制 個(gè)人 電 腦 程 序 使 用 直 觀 視 覺(jué) 進(jìn) 行 定 位 如 圖 4 所 示 為 電 能 消 耗 顯 示 了 微 型 機(jī) 床 和 現(xiàn)有 的 高 速 加 工 中 心 M C 之 間 的 比 較 該 設(shè) 備 的 電 力 消 耗 僅 為 M C 的 十 分 之 一 確 定 了 微 型 機(jī) 床 在 能 源 效 率 上 的 優(yōu) 越 性 圖3 微型機(jī)床控制系統(tǒng)示意說(shuō)明 圖4 微型機(jī)床與加工中心耗電量比較 圖5 路程與轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系 圖6 X軸與 Y軸的微小影響 3 微型機(jī)床制造的基礎(chǔ)3 1 空氣渦輪機(jī)軸的特征空 氣 渦 輪 主 軸 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 轉(zhuǎn) 速 但 它 低 扭 矩 低 在 這 部 分 研 究 了 空 氣 渦 輪 主 軸的 受 力 對(duì) 其 轉(zhuǎn) 數(shù) 的 影 響 在 主 軸 上 安 裝 了 測(cè) 試 棒 將 負(fù) 載 添 加 到 測(cè) 試 棒 的 頂 端 長(zhǎng)度 9毫 米 直 徑 1 7 毫 米 使 主 軸 在 水 平 方 向 旋 轉(zhuǎn) 使 用 激 光 轉(zhuǎn) 速 表 測(cè) 量 旋 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 數(shù) 圖 5顯 示 了 主 軸 轉(zhuǎn) 速 的 測(cè) 量 結(jié) 果 A和 B 在 這 個(gè) 圖 里 兩 軸 旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 量 直 線(xiàn) 下 降 增 加 負(fù)載 可 以 看 出 在 主 軸 以 25m s 的 速 度 移 動(dòng) 并 施 加 水 平 負(fù) 載 0 3 牛 的 情 況 下 轉(zhuǎn) 速 為320000 轉(zhuǎn) 分 在 主 軸 以 16 7m s 的 速 度 移 動(dòng) 并 施 加 水 平 負(fù) 載 0 6 牛 的 情 況 下 轉(zhuǎn)速 為 200000 轉(zhuǎn) 分 3 2x坐標(biāo)軸和y坐標(biāo)軸的定位在 微 型 機(jī) 床 的 x 軸 和 y 軸 是 用 直 線(xiàn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 兩 軸 的 定 位 精 度 檢 查 的 方 式 是 每次 以 40mm 5 m s的 速 度 進(jìn) 給 分 3次 完 成 的 命 令 的 定 位 精 度 是 使 用 位 移 傳 感器 測(cè) 量 激 光 打 出 的 10 納 米 得 光 得 到 的 對(duì) 兩 軸 分 析 的 結(jié) 果 如 圖 6所 示 在 圖 中 很 明顯 看 出 兩 軸 有 準(zhǔn) 確 的 輸 入 值 然 而 能 夠 證 實(shí) 瞬 態(tài) 特 點(diǎn) 存 在 于 X 軸 從 Y 軸 到 X軸 存 在 一 個(gè) 有 Y 軸 方 向 的 質(zhì) 量 4 5千 克 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 3 3 機(jī)架的特點(diǎn)我 們 需 要 測(cè) 量 固 有 頻 率 阻 尼 比 并 檢 查 弱 化 特 征 框 架 7 圖 7 為 振 動(dòng) 測(cè) 量 設(shè) 備的 示 意 圖 和 實(shí) 驗(yàn) 方 法 用 壓 電 加 速 度 傳 感 器 檢 測(cè) 到 的 機(jī) 架 震 動(dòng) 是 由 z 軸 的 上 部 框 架 產(chǎn) 生 的 其 輸 出 值 是 通 過(guò) 放 大 器 快 速 輸 入 到 傅 立 葉 變 換 FFT 分 析 器 可 以 得 到 固有 頻 率 和 阻 尼 比 表 2 很 直 觀 的 顯 示 了 x 軸 和 y 軸 方 向 上 頻 率 和 阻 尼 比 的 測(cè) 量 結(jié) 果 在 表 中 證 實(shí) x 軸 的 固 有 頻 率 525 赫 茲 Y 軸 的 固 有 頻 率 是 532 赫 茲 從 結(jié) 果 中 可 以看 出 機(jī) 架 震 動(dòng) 的 固 有 頻 率 約 為 530 赫 茲 這 臺(tái) 機(jī) 器 的 阻 尼 比 是 0 119 空 氣 汽 輪機(jī) 主 軸 的 頻 率 是 5333 和 3333 赫 茲 從 測(cè) 量 結(jié) 果 可 以 看 出 微 型 機(jī) 床 的 固 有 頻 率 并沒(méi) 有 產(chǎn) 生 共 鳴 圖7 實(shí)驗(yàn)方式和震動(dòng)測(cè)量裝置 表2 阻尼測(cè)量結(jié)果表3 化學(xué)成分和 S45C的布氏硬度化 學(xué) 成 分 含 量 布 氏 硬 度C Si Mn P S Fe0 45 0 29 0 71 0 027 0 018 剩 余 部 分 180 圖8 主要工件的圍觀顯示 圖9 刀具的幾何結(jié)構(gòu) 3 的硝酸酒精溶液處理 60秒 4 使用小端銑刀高速加工工具的優(yōu)勢(shì)4 1實(shí)驗(yàn)的過(guò)程 影 響方 向 測(cè) 量 項(xiàng) 目 測(cè) 量 結(jié) 果X 軸 自 然 頻 率 n 525Hz相 位 120 度Y 軸 自 然 頻 率 n 532Hz相 位 49 度阻 尼 比 0 119 我 們 采 用 的 工 件 材 料 是 碳 鋼 JIS S45C 工 件 材 料 經(jīng) 過(guò) 退 火 表 3 顯 示 了 工 件材 料 的 化 學(xué) 成 分 和 布 氏 硬 度 圖 8 所 示 位 這 種 材 料 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) 工 件 材 料 的 幾 何 形狀 是 15 10 20 毫 米 矩 形 管 使 用 A 鈦 鋁 N 涂 層 的 雙 槽 小 立 銑 刀 工 具 基 板材 料 為 硬 質(zhì) 合 金 涂 層 厚 度 約 為 3 0 m 圖 9 顯 示 了 刀 具 的 幾 何 形 狀 圖 10 顯 示了 小 端 銑 刀 工 具 的 尖 端 切 削 刃 實(shí) 際 的 使 用 的 是 螺 旋 端 銑 刀 刀 具 其 角 度 大 約 為 零 度 左 右 刀 補(bǔ) 大 約 為 50 m 圖10 微型銑刀的切割邊緣 圖11 切割長(zhǎng)度和表面粗糙度的關(guān)系 圖12 多個(gè)切割速度下工件表面的比較在 銑 削 實(shí) 驗(yàn) 中 優(yōu) 良 的 切 削 條 件 如 下 在 實(shí) 驗(yàn) 中 進(jìn) 給 速 度 SZ 為 4 3 m 齒 軸 向 切 削 深 度 AA 為 50微 米 切 割 的 徑 向 深 度 AR 30 微 米 切 割 速 度 V 為 2 5 米 秒 16 7米 秒 和 25 0米 秒 為 了 檢 查 切 削 速 度 對(duì) 切 削 性 的 影 響我 們 采 用 了 三 種 類(lèi) 型 的 主 軸 由 于 每 個(gè) 刀 刃 的 旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 不 能 自 由 地 控 制 使 用 一 個(gè)320 000轉(zhuǎn) min 的 空 氣 渦 輪 軸 A型 200 000 轉(zhuǎn) min的 空 氣 渦 輪 主 軸 B 型 和 30000 轉(zhuǎn) min 的 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 主 軸 C 型 采 用 給 切 割 點(diǎn) 施 加 0 2MPa 的 壓 力 和 干 燥空 氣 的 切 割 方 法 使 用 電 子 顯 微 鏡 和 藍(lán) 色 激 光 顯 微 鏡 進(jìn) 行 機(jī) 加 工 的 表 面 的 觀 察 4 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論對(duì) 小 立 銑 刀 工 具 S45C 在 高 速 加 工 時(shí) 的 優(yōu) 勢(shì) 進(jìn) 行 了 研 究 圖 11 看 出 了 在 幾 個(gè) 切割 速 度 下 切 削 面 所 增 加 的 的 最 大 高 度 變 化 在 該 圖 中 給 分 散 性 和 表 面 的 平 均 粗 糙 度做 出 標(biāo) 記 在 高 速 切 割 時(shí) 切 割 面 的 最 大 高 度 增 量 維 持 在 2 m 檢 測(cè) 到 的 數(shù) 值 分 散性 較 小 相 反 可 以 很 明 顯 的 看 出 波 動(dòng) 和 分 散 在 低 切 削 速 度 下 非 常 大 圖 12 比 較 了幾 個(gè) 用 于 加 工 表 面 的 切 割 速 度 可 觀 測(cè) 到 加 工 表 面 切 削 速 度 最 低 2 5 米 秒 產(chǎn) 生 了撕 裂 部 分 在 高 切 削 速 度 16 7米 s和 25 0米 秒 即 使 切 割 距 離 增 加 有 人 沒(méi) 有 觀 察 到 撕 裂 部 分 從 主 軸 偏 轉(zhuǎn) 的 測(cè) 量 結(jié) 果 看 出 使 用 的 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 主 軸 在 低 切 削 速度 下 的 偏 轉(zhuǎn) 約 為 9 微 米 這 結(jié) 果 在 與 使 用 空 氣 渦 輪 轉(zhuǎn) 軸 時(shí) 相 差 較 大 因 此 類(lèi) 似 的 實(shí)驗(yàn) 試 圖 顯 示 了 使 用 現(xiàn) 有 的 高 速 加 工 中 心 偏 轉(zhuǎn) 圍 1 0 m 和 使 用 直 流 電 機(jī) 主 軸 獲 得 的結(jié) 果 是 一 樣 的 接 著 在 兩 個(gè) 切 割 速 度 2 5米 秒 和 25 0米 秒 下 對(duì) 加 工 表 面 上 方 的 變 形 層進(jìn) 行 了 觀 察 圖 13顯 示 了 用 3 的 硝 酸 和 酒 精 溶 液 蝕 刻 后 的 切 削 面 在 不 同 切 削 速 度時(shí) 的 比 較 如 在 圖 中 可 以 確 認(rèn) 在 變 形 層 厚 度 為 1 3 m 時(shí) 切 削 速 度 約 為 2 5 米 秒 在 變 形 層 厚 度 為 0 6 微 米 時(shí) 的 切 削 速 度 約 為 25 0 米 秒 因 此 得 出 在 高 速 切 削 的 情況 下 可 以 減 少 變 形 層 的 厚 度 以 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 方 面 具 有 優(yōu) 越 性 圖 14 顯 示 了 切 削 屑 圖132 5m s和 25m s形變層的比較 圖14Ln 10m時(shí) 2 5m s和 25m s 3 的硝酸酒精溶液處理60 秒 切削屑的比較 3 的硝酸酒精溶液處理 60秒 厚 度 隨 切 削 速 度 增 大 而 減 小 隨 著 切 削 速 度 降 低 大 約 一 半 證 實(shí) 切 削 屑 的 塑 性 流 動(dòng) 角度 減 少 因 此 減 小 高 速 切 削 的 切 削 深 度 并 使 用 直 徑 較 小 的 刀 具 可 以 提 高 加 工 表 面 精 度 因 此 可 以 預(yù) 期 高 速 加 工 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 工 具 的 優(yōu) 勢(shì) 5 結(jié)論通 過(guò) 對(duì) 安 裝 了 高 速 小 端 面 銑 刀 的 微 型 機(jī) 床 的 研 究 設(shè) 計(jì) 和 生 產(chǎn) 實(shí) 現(xiàn) 了 提 高 工 效和 節(jié) 省 能 源 所 得 到 的 結(jié) 果 如 下 1 立 式 微 型 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 該 機(jī) 床 是 由 空 氣 渦 輪 主 軸 320000轉(zhuǎn) 分 鐘 型 或 200000轉(zhuǎn) 分 型 基 于 定 位 精 度 為 0 1 m 的 氮 化 硅 陶 瓷 框 架 和 一 個(gè) 線(xiàn) 性 馬 達(dá) 組 成 的 2 該 機(jī) 床 的 功 耗 僅 為 現(xiàn) 有 的 高 速 加 工 中 心 的 1 10 3 證 實(shí) 了 320000 轉(zhuǎn) 分 鐘 的 主 軸 可 以 在 25 0 米 秒 的 高 速 和 0 3N 的 水 平 載 荷下 使 用 4 該 微 型 機(jī) 床 阻 尼 比 為 0 119 固 有 頻 率 為 530Hz 5 可 以 保 持 表 面 粗 糙 度 2 0 mRz 較 高 的 切 削 速 度 25 0m s 和 在 較 長(zhǎng) 切 削長(zhǎng) 度 下 切 確 的 數(shù) 值 分 散 性 較 小 在 這 些 條 件 下 獲 得 無(wú) 撕 裂 部 件 的 加 工 面 6 變 形 層 厚 度 在 2 5 米 秒 切 削 速 度 下 約 為 1 3 微 米 在 25 米 秒 的 切 割 速 度下 約 為 0 6 微 米 7 切 削 屑 的 塑 性 流 動(dòng) 角 在 高 切 削 速 度 降 低 25m s 參考文獻(xiàn) 1 KA KINO Y IHA RA Y MORIGUCHI H et al High speed Machining Technologiesfor A gile Manufacturing IMS 2001 89 92 in Japanese 2 IDETA M FUKUSHIGE M et al Toyota Tech Rev 1995 45 1 92 97 in Japanese 3 JA MES M Miniaturization Tech Pap Soc Manuf Eng 1999 1 64 REDFORD A Small Parts Feeding A ssem A utom 1999 11 4 8 115 A SA DA N KURIHA RA G MORITA N et al Development of Numerical ControlledMicro Milling Machine Micro Cube j of JSA T 2003 47 7 373 378 in Japanese 6 MISHIMA N Characteristics of Materials for Machine Tool Structure 1 streport Purpose of the Study and Damping Characteristics Report ofMechanical Engineering Laboratory 1995 49 5 193 200 in Japanese 7 ISO 10791 2 Test conditions for machining centers Part2 Geometric testsfor machines with vertical spindle or universal heads with vertical primaryrotary axis vertical Z axis 2001 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求： 在分析現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的原理及結(jié)構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)理論，進(jìn)行擔(dān)架車(chē)的結(jié)構(gòu)方案、工作原理設(shè)計(jì)與主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算。要求能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架車(chē)的折疊與直推功能，車(chē)腿能根據(jù)救護(hù)車(chē)高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收腿功能。現(xiàn)代滿(mǎn)足醫(yī)療救護(hù)器械具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、操作快速方便、對(duì)傷員的二次傷害小的基本要求。撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；翻譯相關(guān)英文科技文獻(xiàn)1篇。 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 救護(hù)擔(dān)架車(chē)自重不超過(guò)15kg，最大載重100kg。設(shè)計(jì)一款救護(hù)擔(dān)架車(chē)，能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架車(chē)的折疊與直推功能，車(chē)腿能根據(jù)救護(hù)車(chē)高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收腿、自鎖功能。 具體要求： （1）了解救護(hù)擔(dān)架車(chē)的基本工作原理； （2）研究現(xiàn)有救護(hù)擔(dān)架車(chē)裝置的性能、優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性，確定救護(hù)擔(dān)架車(chē)的總體結(jié)構(gòu)方案； （3）設(shè)計(jì)校核救護(hù)擔(dān)架車(chē)的主要零部件；正確規(guī)范繪制相關(guān)圖紙；使用相關(guān)軟件完成虛擬動(dòng)畫(huà)； （4）撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； （5）翻譯相關(guān)英文科技文獻(xiàn)1篇。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 3．對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等）： 1、 設(shè)計(jì)的救護(hù)擔(dān)架車(chē)全套圖紙； 2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份； 3、相關(guān)科技文獻(xiàn)英文翻譯1份。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能達(dá)到使用要求，圖紙規(guī)范、正確。附帶光盤(pán)。 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2月29日 ~ 3月21日 熟悉課題、搜集資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思， 寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告并進(jìn)行相關(guān)論文的英文翻譯 3月30日 ~5 月 10 日 確定設(shè)計(jì)方案、完成全套設(shè)計(jì)圖紙 5月11日 ~6 月 1日 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等 6月1 日 ~6 月 5日 查漏補(bǔ)缺；答辯 學(xué)生所在系審查意見(jiàn)： 同意下發(fā)任務(wù)書(shū) 系主任： 2016年 2月29日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1.1設(shè)計(jì)依據(jù) 當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，為了趕上時(shí)代的節(jié)奏和腳步，實(shí)用技術(shù)不斷推陳出新，其中救護(hù)擔(dān)架車(chē)也不例外，不斷升級(jí)和創(chuàng)新，技術(shù)也逐漸成熟。又由于醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展，國(guó)內(nèi)外救護(hù)擔(dān)架車(chē)結(jié)構(gòu)各式各樣，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。擔(dān)架車(chē)作為搬運(yùn)病人的主要工具，對(duì)其使用歷來(lái)已久，人們根據(jù)各個(gè)時(shí)期對(duì)擔(dān)架車(chē)提出的使用要求與功能，不斷的對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使其功能越來(lái)越強(qiáng)大、越來(lái)越完善。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些輔助搬運(yùn)器械來(lái)解決不能獨(dú)立行走病人搬運(yùn)的問(wèn)題，這大大降低了護(hù)理人員的工作強(qiáng)度及運(yùn)送過(guò)程中可能對(duì)病人造成的二次傷害系數(shù)。? 1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 戚鵬飛等研制的多功能醫(yī)用擔(dān)架車(chē)，其設(shè)計(jì)的擔(dān)架車(chē)可以通過(guò)控制裝置轉(zhuǎn)換為輪椅車(chē)，這標(biāo)志著我國(guó)對(duì)擔(dān)架車(chē)的研究由使用階段轉(zhuǎn)變到了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段。 下樓式越障擔(dān)架車(chē)，采用推車(chē)形式，把擔(dān)架車(chē)分為上中下三層結(jié)構(gòu)，上層為傷員承載面，中間為急救與生命支持單元，下層為移動(dòng)支撐單元。上中下層采用模塊化靈便組合，使之不但可作為普通擔(dān)架使用，更可與下層移動(dòng)支撐單元組合為擔(dān)架車(chē)，從而使整套擔(dān)架車(chē)作為專(zhuān)業(yè)的轉(zhuǎn)運(yùn)工具既具有擔(dān)架的靈活和輕便性，又具有擔(dān)架車(chē)的省力、承載能力高的性能，從而更好的適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。下樓式越障擔(dān)架車(chē)不但能應(yīng)用于各種復(fù)雜的環(huán)境，降低救護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且隨車(chē)攜帶的各種急救醫(yī)療器材，保證需要救助的病人在轉(zhuǎn)運(yùn)途中得到最有效、最基本的救助，使擔(dān)架車(chē)的功效得到了的最有效的發(fā)揮。[1]- [3] 張彥恩等人在其專(zhuān)利申請(qǐng)中介紹了一種帶斜板式病院轉(zhuǎn)移裝置，該裝置通過(guò)滾軸滑板和斜板的配合使用，在進(jìn)行有高度差的床面與推車(chē)間的病人搬移時(shí)，只需將斜板在不同的高度進(jìn)行固定，而后利用滑板將病人沿斜板進(jìn)行推運(yùn)到擔(dān)架車(chē)上，此種搬運(yùn)方法可實(shí)現(xiàn)病人的快速有效搬運(yùn)。除此以外，該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 免搬運(yùn)擔(dān)架車(chē)，該車(chē)升降系統(tǒng)采用液壓控制，平移板縱向可分成兩部分且前部分能折下折平，后半部分能在擔(dān)架車(chē)上橫向移動(dòng)。當(dāng)搬運(yùn)病人時(shí)，利用液壓控制系統(tǒng)對(duì)車(chē)面高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)車(chē)面與病床或者手術(shù)床大致等高時(shí)，即可通過(guò)板的橫向移動(dòng)來(lái)進(jìn)行病人床位轉(zhuǎn)移操作。該車(chē)?yán)靡簤合到y(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)已達(dá)領(lǐng)先水平，且搬運(yùn)病人容易方便，節(jié)省了時(shí)間和人力；該車(chē)還配有減震系統(tǒng)，減少了病人的顛簸之苦。2002年周志坤等人在總結(jié)了前人的研究成果的基礎(chǔ)上，研制了一種運(yùn)送病人水平擔(dān)架車(chē)，該擔(dān)架車(chē)采用新的結(jié)構(gòu)形式，在以前的擔(dān)架車(chē)的裝置上增加了輸液架、引流裝置、床板減震裝置、衣櫥等裝置，這給醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)很大的便利，使他們?cè)诠ぷ鬟^(guò)程中能利用擔(dān)架車(chē)為病員做及時(shí)有效的護(hù)理工作。[12]- [15] 楊月誠(chéng)等人在其專(zhuān)利全自動(dòng)直推式擔(dān)架車(chē)中提出了一種利用四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的可全自動(dòng)直推式上下救護(hù)車(chē)的擔(dān)架車(chē)。擔(dān)架車(chē)上車(chē)時(shí)，前撞桿撞到救護(hù)車(chē)底板時(shí)自動(dòng)收攏，繼續(xù)推擔(dān)架車(chē)，后撞桿也與救護(hù)車(chē)底板相撞，也同樣會(huì)自動(dòng)收起；下車(chē)過(guò)程與上車(chē)過(guò)程剛好相反。該擔(dān)架車(chē)可實(shí)現(xiàn)單人直推，不必手動(dòng)調(diào)節(jié)上下車(chē)裝置；操作迅速、質(zhì)輕平穩(wěn)、節(jié)省救護(hù)時(shí)的人力和時(shí)間等一系列優(yōu)點(diǎn)。 軌道側(cè)移式病員搬運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)擔(dān)架車(chē)、換床單架車(chē)與2007年的一種方便病人搬運(yùn)的擔(dān)架車(chē)，都能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架板相對(duì)車(chē)架的側(cè)向滑移，將病人進(jìn)行床位轉(zhuǎn)換。孫建研究的擔(dān)架車(chē)?yán)檬謸u裝置和齒輪驅(qū)動(dòng)主擔(dān)架在支撐擔(dān)架上進(jìn)行平移，利用液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行升降控制；此外，該擔(dān)架車(chē)還配備了供氧裝置、儲(chǔ)物柜、可移動(dòng)儲(chǔ)物筐、輸液架、彈簧式減震器等輔助裝置。該車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，功能完善，推進(jìn)方向一人可控，但由于使用了液壓控制，相對(duì)于純機(jī)械，可能有漏油現(xiàn)象且該車(chē)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。華婷研制的擔(dān)架車(chē)?yán)蒙舷禄瑝K的相對(duì)滑動(dòng)進(jìn)行擔(dān)架床面的平移，搬運(yùn)病人時(shí)，先調(diào)節(jié)升降車(chē)高度以適應(yīng)搬運(yùn)需求，而后只需將擔(dān)架面沿水平推出即可實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)。該車(chē)?yán)梅纼A覆護(hù)欄減少了搬運(yùn)過(guò)程中傾倒的可能性，該車(chē)結(jié)構(gòu)合理，進(jìn)行病人床位轉(zhuǎn)移時(shí)操作簡(jiǎn)便。徐于保利用傳送帶的形式進(jìn)行病人的搬運(yùn)且床面可與擔(dān)架車(chē)成一定角度轉(zhuǎn)換，其研制的擔(dān)架車(chē)可便捷的搬運(yùn)病人。[4]- [6] 1.3國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外的研究人員將工作重心轉(zhuǎn)移到了機(jī)電一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上，因此各種輔助搬移病人的機(jī)電設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。典型設(shè)備有由FUJIDA提出的“Torancemover”。該設(shè)備主要是由安裝在擔(dān)架車(chē)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)安裝在上下兩金屬板上的皮帶旋轉(zhuǎn)來(lái)搬移病人。TAKAOKA等和KAKUTANI等開(kāi)發(fā)了一種助力搬移設(shè)備,這種設(shè)備主要是利用控制桿來(lái)控制搬移金屬板進(jìn)行病人的搬運(yùn)。[7] 日本DAIHEN公司開(kāi)發(fā)的擔(dān)架與搬運(yùn)車(chē)分離的搬運(yùn)設(shè)備，該擔(dān)架車(chē)采用傳送帶傳送形式，利用控制算法驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)傳送帶進(jìn)行控制，此搬運(yùn)裝置有兩種類(lèi)型：（1）KASAGAMI等提出的插入板較厚的搬移設(shè)備；（2）王洪波、笠上文男提出的插入板較薄的搬移設(shè)備。第二種采用能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的模塊化設(shè)計(jì)和體積小、功能多、高智能的嵌入式控制系統(tǒng)使設(shè)備能平穩(wěn)的插入病人身下對(duì)病人實(shí)行平移搬運(yùn)，該設(shè)備搬運(yùn)時(shí)分為抬升、移動(dòng)、放下三部分，通過(guò)控制不同驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行皮帶的驅(qū)動(dòng)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)工作部分的有機(jī)結(jié)合。通過(guò)臨床試驗(yàn)，該設(shè)備護(hù)士的可操作性高，可實(shí)現(xiàn)病人不變體位進(jìn)行床位轉(zhuǎn)移，大大減少護(hù)士的體力勞動(dòng)。[8] 參考文獻(xiàn)： 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There are some shortcomings, and these shortcomings are sometimes fatal, complex, bulky appearance, basically no damping properties, not suitable for use in large-scale and large-scale disaster scene of the accident scene, is very easy to sick and wounded cause secondary damage. To enhance the stability, vibration resistance and comfort ambulance stretcher, the stretcher I conducted a comprehensive re-design, simple design stretcher structure, easy operation, reducing the vibration force of the impact, so that the patient suffer from bumps. Small footprint, easy to carry, takes up a small staff, one person can complete the operation. Keywords: Emergency stretcher；Linkage mechanism；Suspension  目 錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 1 緒論 1 1.1 救護(hù)擔(dān)架車(chē)產(chǎn)生的背景 1 1.2 救護(hù)擔(dān)架車(chē)的意義 1 2 現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的分析 3 2.1 現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的折疊機(jī)構(gòu) 3 2.2 現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的折疊過(guò)程 4 2.3 目前擔(dān)架車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn) 5 2.4設(shè)計(jì)的目標(biāo) 5 3 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的工作原理 7 3.1 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的結(jié)構(gòu)組成 7 3.2 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的基本參數(shù) 8 3.3 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算 11 3.3.1 自重計(jì)算 11 3.3.2 彎矩剪應(yīng)力計(jì)算 11 4 減震系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 4.1 懸架的功能和組成 13 4.2 懸架的設(shè)計(jì)方案與彈性特性 14 4.2.1 懸架的彈性特性 14 4.2.2彈簧的選擇 15 5 設(shè)計(jì)總結(jié) 16 參考文獻(xiàn) 17 致謝 18 IV I 1 緒論 1.1 救護(hù)擔(dān)架車(chē)產(chǎn)生的背景 救護(hù)擔(dān)架車(chē)是日常生活中常見(jiàn)的一種用于救護(hù)病人或傷員的器械，具有使用簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，救護(hù)擔(dān)架車(chē)也在不斷進(jìn)步，在國(guó)外的一些科技發(fā)展領(lǐng)先的國(guó)家，救護(hù)擔(dān)架車(chē)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是二次傷害小，病人和傷員躺在擔(dān)架車(chē)上會(huì)非常安全；二是擔(dān)架車(chē)初步實(shí)現(xiàn)了智能化，數(shù)字化，加入了一些高科技元素，大大加強(qiáng)了救護(hù)擔(dān)架車(chē)的功能性，在運(yùn)送病人的同時(shí)，醫(yī)護(hù)人員就可以利用擔(dān)架車(chē)上的一些設(shè)備對(duì)病人進(jìn)行簡(jiǎn)單的救治。但是，在一些科技水平落后的國(guó)家和地區(qū)，擔(dān)架救護(hù)車(chē)還只是簡(jiǎn)單的純機(jī)械設(shè)備，還有很大的改進(jìn)空間。 目前，我國(guó)的擔(dān)架車(chē)和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，同樣存在很多不足，在日常的使用中，不僅給醫(yī)生帶來(lái)了一些不方便，而且偶爾也會(huì)對(duì)病人造成二次傷害。擔(dān)架車(chē)這種很常見(jiàn)的器械，為什么國(guó)內(nèi)沒(méi)有跟上國(guó)外的腳步呢？這個(gè)問(wèn)題困擾了我很久，所以我決定設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的擔(dān)架車(chē)。在我國(guó)現(xiàn)在使用的擔(dān)架車(chē)中，大部分的是四輪的，當(dāng)然也有一些三輪的，在我的走訪(fǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，這些擔(dān)架車(chē)用了很多年，但是問(wèn)題還是很多，有一些缺點(diǎn)很?chē)?yán)重，比如輪子的材料不好，很容易摩擦損壞，又比如說(shuō)擔(dān)架車(chē)的減震效果不好，遇到戶(hù)外一些不平的路面，顛簸的很厲害，非常容易發(fā)生意外，對(duì)病人或傷員造成二次傷害。 隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的生活水平在不斷提高，但是隨之而來(lái)的一些安全隱患也在威脅著人們，各種安全事故層出不窮。近幾年，中東地區(qū)的局勢(shì)也極其動(dòng)蕩，戰(zhàn)爭(zhēng)紛起，恐怖分子橫行，再加上一些自然災(zāi)害，這些威脅每時(shí)每刻都關(guān)系到了我們的生命安全，而且往往一次事故一次戰(zhàn)爭(zhēng)會(huì)造成大量的傷員，醫(yī)護(hù)人員本就人數(shù)缺乏，如果再?zèng)]有一個(gè)好的擔(dān)架車(chē)，那真是雪上加霜。因此，急需一種簡(jiǎn)便又功能強(qiáng)大的擔(dān)架車(chē)，所以，我設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)用于救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)和大型事故現(xiàn)場(chǎng)的緊急救護(hù)用擔(dān)架車(chē)。 1.2 救護(hù)擔(dān)架車(chē)的意義 最近幾年，全世界的各種災(zāi)難事故一直在發(fā)生，這些問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了全人類(lèi)的安全，各國(guó)人民也非常重視。我們中國(guó)每年也會(huì)因?yàn)檫@些安全問(wèn)題損失慘重，比如08年的汶川地震，前幾年的沉船事故等等，這些重大安全事件不僅奪去了很多人的生命，同時(shí)也造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，我國(guó)每年因?yàn)檫@些事故損失的GDP達(dá)到了6%。在這些安全事件發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)，路面往往都受到了很?chē)?yán)重的損害，救護(hù)車(chē)一般很難到達(dá)第一線(xiàn)，這就需要救護(hù)人員用擔(dān)架車(chē)到現(xiàn)場(chǎng)把傷員運(yùn)送到救護(hù)車(chē)的位置，這段路程對(duì)擔(dān)架車(chē)有很高的要求，非常容易發(fā)生意外，對(duì)病人或傷員造成二次傷害。 所以，各種救援現(xiàn)場(chǎng)對(duì)擔(dān)架車(chē)有著很高的要求，首先擔(dān)架車(chē)不能太過(guò)笨重，必須具有重量輕、可折疊、方便使用的特點(diǎn)，而且使用擔(dān)架車(chē)的醫(yī)護(hù)人員盡可能的少，這樣才能做到人員最大使用率，在很短的時(shí)間運(yùn)送傷員；其次還必須有良好的減震系統(tǒng)，保證傷員和病人在凹凸不平的路面不會(huì)受到二次傷害。 3 2 現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的分析 2.1 現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的折疊機(jī)構(gòu) 圖2-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 現(xiàn)在常用的擔(dān)架車(chē)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如上圖。臺(tái)板是病人躺下的地方，臺(tái)板上通過(guò)多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接了幾個(gè)支桿，支桿之間又有連桿。這種擔(dān)架車(chē)一共有兩組輪，張開(kāi)狀態(tài)用一組，折疊以后還有一組，一組4個(gè)輪子，一共八個(gè)，都是萬(wàn)向輪，可以任意旋轉(zhuǎn)。這種擔(dān)架車(chē)有兩種工作狀態(tài)：展開(kāi)狀態(tài)和折疊狀態(tài)。展開(kāi)狀態(tài)是在急救時(shí)推病人前進(jìn)時(shí)所用，而折疊狀態(tài)是用來(lái)上車(chē)和抬病人時(shí)用的。 展開(kāi)工作狀態(tài)： 當(dāng)醫(yī)護(hù)人員將傷員救出事故現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，打開(kāi)旁邊的掛鉤，然后扣動(dòng)觸板連桿，此時(shí)，內(nèi)部的支桿展開(kāi)，然后再次轉(zhuǎn)動(dòng)掛鉤，將其插入銷(xiāo)中鎖死，擔(dān)架車(chē)此時(shí)展開(kāi)，可以向前推行。醫(yī)護(hù)人員人員可以非常方便的救助病人。 折疊工作狀態(tài)： 此時(shí)兩套支桿都并攏在一起，擔(dān)架車(chē)處于折疊，折疊時(shí)，擔(dān)架車(chē)上有4個(gè)車(chē)輪工作，和展開(kāi)時(shí)不是同一組。這時(shí)再旋轉(zhuǎn)掛鉤進(jìn)行鎖死操作，在收到外力的作用下不會(huì)自動(dòng)展開(kāi)。因?yàn)閾?dān)架車(chē)通常使用的地方是在地面凹凸不平的地面上，所以減震很差。 表2-1 兩種工作狀態(tài) 2.2 現(xiàn)有擔(dān)架車(chē)的折疊過(guò)程 折疊擔(dān)架車(chē)步驟： 1) 旋轉(zhuǎn)掛鉤7。 2) 向前推擔(dān)架車(chē)，這時(shí)，支桿3碰到車(chē)邊，扣向里面，E點(diǎn)此時(shí)會(huì)向右上方移動(dòng)，連桿6被帶動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)3，桿3受力后會(huì)向內(nèi)扣。 3) 然后b點(diǎn)到達(dá)左上方，支桿6被拉動(dòng)，同時(shí)，又給支桿3'受力，向內(nèi)移動(dòng)。這時(shí)就完成了擔(dān)架車(chē)的折疊。 4) 擔(dān)架車(chē)折疊完成后，旋轉(zhuǎn)掛鉤，插到柱銷(xiāo)上，實(shí)現(xiàn)鎖死。 （其示意圖如圖2-2所示。） 1臺(tái)板；2萬(wàn)向輪；3支桿；4觸板連桿AB；5短連桿BC；6長(zhǎng)連桿BH；6'長(zhǎng)連桿DE；5'短連桿EF；4'觸板連桿GE；7鎖死掛鉤；3'支桿。 圖2-2 擔(dān)架車(chē)折疊情況示意圖 擔(dān)架車(chē)展開(kāi)步驟： 1) 旋轉(zhuǎn)L點(diǎn)處掛鉤，向靠外的方向扣動(dòng)下方的觸板連桿。 2) 如果扣動(dòng)連桿4，短連桿5和4這時(shí)會(huì)到達(dá)同一直線(xiàn)上。支桿3受力后會(huì)展開(kāi)，h點(diǎn)向靠下的方向移動(dòng)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)4和5組成的一條直線(xiàn)，3展開(kāi)。 3) 這時(shí)擔(dān)架車(chē)處于展開(kāi)狀態(tài)，將掛勾插入柱銷(xiāo)中，完成鎖死。 （其示意圖如圖2-3所示。） 圖2-3 擔(dān)架車(chē)折疊 2.3 目前擔(dān)架車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1) 該擔(dān)架車(chē)能實(shí)現(xiàn)折疊功能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，空間占用也很小， 攜帶方便。擔(dān)架車(chē)的折疊和展開(kāi)都非常迅速，能夠快速使用，實(shí)用性強(qiáng)，又能推又能抬，在救災(zāi)中能夠非常迅速的將病人抬出，大大的節(jié)約了救援時(shí)間，為病人創(chuàng)造了良好的生存機(jī)會(huì)。 2) 能夠鎖死，而且很簡(jiǎn)單，只需要把掛鉤旋轉(zhuǎn)，然后扣動(dòng)觸板連桿，鎖死之后穩(wěn)定性好，在劇烈的運(yùn)動(dòng)中也能保持穩(wěn)定性，不會(huì)自己打開(kāi)。 3) 價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比高。 缺點(diǎn)： 1) 沒(méi)有減震設(shè)計(jì)，如果遇到路況差的時(shí)候，很有可能會(huì)對(duì)病人造成二次傷害，加重病情。 2) 功能少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單帶來(lái)的是功能單一，沒(méi)有輸液桿和輪子自鎖功能，擔(dān)架車(chē)在坡上容易溜坡，安全性很不合理。 2.4設(shè)計(jì)的目標(biāo) 如何采取更簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)救護(hù)擔(dān)架車(chē)的全部功能，減輕車(chē)體重量。采取什么樣的避震設(shè)計(jì)才能使擔(dān)架車(chē)在凹凸不平的路面上減少顛簸，避免二次傷害，這是目前面臨的一個(gè)難題。擔(dān)架車(chē)是用來(lái)運(yùn)送病人和傷員的，平穩(wěn)是最重要的一點(diǎn)，要求使用簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大的同時(shí)，更應(yīng)該保證病人和傷員的舒適度，不論是地面推行時(shí)還是隨車(chē)行駛時(shí)。? 根據(jù)我的走訪(fǎng)調(diào)查和圖書(shū)館查閱資料，結(jié)合醫(yī)護(hù)人員的使用習(xí)慣和實(shí)際使用過(guò)程中病人和傷員遇到的問(wèn)題，我設(shè)計(jì)了一種新的救護(hù)擔(dān)架車(chē)。該擔(dān)架車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)折疊，自動(dòng)收腿，自鎖等非常實(shí)用的功能，而且很關(guān)鍵的是我設(shè)計(jì)了非常強(qiáng)大的減震系統(tǒng)，讓病人和傷員舒適了很多，減少了發(fā)生二次傷害的可能。我設(shè)計(jì)的擔(dān)架車(chē)的結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，一般只需要1-2人即可完成操作，大大減少了需要的人數(shù)。 3 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的工作原理 3.1 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的結(jié)構(gòu)組成 圖3-1和圖3-2為新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。其中A為救護(hù)擔(dān)架車(chē)擔(dān)架部分；b為定位塊定位部分；c為鎖死機(jī)構(gòu)定位。BE為前車(chē)腿；AF為后車(chē)腿；CD為前后連桿；DG為限定為桿（其中G點(diǎn)裝有滑塊）可在b上水平滑動(dòng)；HJ、HK分別為臥、立限定為卡；HI為手柄；GL位復(fù)位彈簧[12]。 圖3-1 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的立式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖3-2 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的臥式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 工作原理： 1) 立式→臥式（患者上擔(dān)架） 操作者控制手柄HI向右推動(dòng)手柄并稍用力下壓擔(dān)架車(chē)，后腿AF通過(guò)連桿CD帶動(dòng)前腿BE向后方收回，當(dāng)滑塊G移動(dòng)到限位J處時(shí)被限制，達(dá)到臥式狀態(tài)。 2) 立式→臥式（擔(dān)架上車(chē)） 當(dāng)擔(dān)架車(chē)前腿BE接觸到救護(hù)車(chē)尾時(shí)，操作者控制手柄HI向右推動(dòng)并向前推動(dòng)擔(dān)架車(chē)，前腿BE收回，通過(guò)連桿CD帶動(dòng)后腿AF同時(shí)收回，當(dāng)滑塊G移動(dòng)到限位J處時(shí)被限制，達(dá)到臥式狀態(tài)。 3) 臥式→立式（患者上擔(dān)架之后、患者下車(chē)過(guò)程） 操作者控制手柄HI向右推動(dòng)并向左或左上方拉動(dòng)擔(dān)架車(chē)，車(chē)子在復(fù)位彈簧GL的作用下自動(dòng)抬起，當(dāng)擔(dān)架車(chē)達(dá)到K點(diǎn)時(shí)被限定位，擔(dān)架車(chē)達(dá)到立式狀態(tài)。 3.2 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)的基本參數(shù) 產(chǎn)品 最大載重 自重 立式尺寸 臥式尺寸 主材料 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē) 100kg ＜15kg 1950*600*（600-900） 1950*600*（280-380） 鋁合金 表3-1 擔(dān)架車(chē)基本參數(shù) 圖3-2 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)裝配圖 擔(dān)架車(chē)最大載重為100KG，自重15KG。擔(dān)架車(chē)基本參數(shù)如表3-1所示。車(chē)架主要材料采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且自重較輕的鋁合金結(jié)構(gòu)，床面及護(hù)欄采用具有柔性的人體工程學(xué)塑料。 擔(dān)架車(chē)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。1為輸液桿，2為減震簧，3為護(hù)欄，4為低位保護(hù)輪，5為前車(chē)腿，6為前輪，7為連桿，8為后輪，9為制動(dòng)踏板，10為后腿，11為緩沖桿，12為滑塊滑槽，13為高低位調(diào)節(jié)手柄，14為扶手，15護(hù)欄鎖，16為滑塊限制裝置[13]。 其中輸液桿可以起落，在不使用時(shí)可以放倒在車(chē)旁，不影響車(chē)輛正常使用。護(hù)欄也可起落，傷員上車(chē)時(shí)可以降下，上車(chē)后升起防止傷員滾下。其左后腿、左后輪和剎車(chē)結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，圖中1為后腿主腿，2為副腿。主腿和副腿為套管形式。在主腿上有間隔相等的銷(xiāo)眼，方便后腿的長(zhǎng)短調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)車(chē)體高度。3是制動(dòng)踏板轉(zhuǎn)動(dòng)軸，4是后輪軸，5是后輪，6是后輪架，7是制動(dòng)片。左后輪采用萬(wàn)向結(jié)構(gòu)，方便擔(dān)架車(chē)轉(zhuǎn)向。當(dāng)后面的醫(yī)護(hù)人員遇到緊急情況需要制動(dòng)時(shí)只需用腳踩動(dòng)制動(dòng)踏板即可制動(dòng)車(chē)輛。右后輪采取凹槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)踩下右后輪后踏板時(shí)可鎖死右后輪，從而使車(chē)輪不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要車(chē)輛移動(dòng)時(shí)可踩下右后輪前踏板，松開(kāi)鎖死結(jié)構(gòu)[14]。右后輪結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖3-3擔(dān)架車(chē)左后輪 圖3-4右后輪及鎖死結(jié)構(gòu) 圖3-5為前腿及前輪，車(chē)輪均采取 尼龍輪，輕便且穩(wěn)定。主前腿上有銷(xiāo)子 孔，方便調(diào)整車(chē)輛高度。前輪方向向前 固定，轉(zhuǎn)向輪為后輪。其中前后輪均采 取100mm直徑車(chē)輪，輪寬50mm。圖3-6 為擔(dān)架車(chē)懸架上的滑槽、滑塊和彈簧。 通過(guò)回位拉簧及滑塊上方的滑塊限制結(jié) 構(gòu)，使擔(dān)架車(chē)可停留在高位與低位。此 外，回位拉簧還可在車(chē)輛從低位到高位 的運(yùn)動(dòng)時(shí)，起到助理作用，不會(huì)使救護(hù) 人員過(guò)于用力。滑塊被牢牢限制在滑槽 圖3-5 前腿及前輪 中，起到了穩(wěn)定車(chē)身的作用[15]?；瑝K于下方的緩沖桿相連。緩沖桿連接后腿并通過(guò)前后連桿連接前腿，使車(chē)輛整體不論高位低位前后輪均處于同一平面上。 圖3-6 滑槽、滑塊及回位拉簧 如圖3-7所示為左后方視圖，圖中1為滑塊限制裝置，2為滑槽，3為滑塊限制裝置固定軸，4為減震簧，5為護(hù)欄限制裝置，6為車(chē)架，7為護(hù)欄，8為扶手。其中滑塊限制裝置與后方的手柄相連，通過(guò)手柄控制裝置上下移動(dòng)起到限制滑塊移動(dòng)作用。護(hù)欄限制裝置可沿軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)到上下位置鎖死護(hù)欄，防止護(hù)欄翻下[16]。 圖3-7 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)左后視圖 3.3 新型救護(hù)擔(dān)架車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算 3.3.1 自重計(jì)算 經(jīng)查數(shù)據(jù)有25*25*2.5mm鋁合金方管質(zhì)量為0.675kg/m；20*20*1.2mm鋁合金方管質(zhì)量為0.271kg/m。經(jīng)分析擔(dān)架車(chē)共使用25*25*2.5mm鋁合金方管約13m；使用20*20*1.2mm鋁合金方管約2m。則質(zhì)量： 加上人體工程學(xué)塑料床板和尼龍輪、螺栓、銷(xiāo)釘?shù)?，質(zhì)量可保證在15kg以下，符合要求。 3.3.2 彎矩剪應(yīng)力計(jì)算 在此擔(dān)架系統(tǒng)中，車(chē)腿采用25*25*2.5mm的鋁合金方管套20*20*1.2mm的鋁合金方管的套管結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。連接腿與主架結(jié)構(gòu)的軸是最容易出問(wèn)題的，前后腿上的四個(gè)軸承承受了所有的壓力。軸的直徑，根據(jù)老師給出任務(wù)書(shū)的要求，擔(dān)架車(chē)的最大載重為100kg，自重為15kg，每條腿受力相同。設(shè)為承重是主軸壁對(duì)軸的作用力，為腿對(duì)軸的支撐力，則： 軸面積： 所以軸的最大剪應(yīng)力為： 所以軸的選擇符合要求。 后腿上部采用25*25*2.5mm的方管，當(dāng)后腿為最大伸長(zhǎng)距離且車(chē)輛最大載重時(shí)則： ；； ； 有后腿上部彎矩： 則： 有： 符合標(biāo)準(zhǔn)。 后腿下半部分采用20*20*1.2mm的方管，當(dāng)后腿為最大伸長(zhǎng)距離且車(chē)輛最大載重時(shí)則：；；； 有后腿下部彎矩： 則： 有： 符合標(biāo)準(zhǔn)[17]。 4 減震系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 懸架的功能和組成 懸架是擔(dān)架車(chē)臺(tái)板和車(chē)輪之間連接的彈性裝置，我設(shè)計(jì)的擔(dān)架車(chē)也有懸架，它的主要功能有： 1) 力和力矩以及反力和反力矩的傳遞。 2) 緩沖作用，在凹凸不平的路面減小了沖擊力，降低了發(fā)生二次傷害的可能性，保證了擔(dān)架車(chē)平穩(wěn)前進(jìn)。 3) 車(chē)身在發(fā)生震動(dòng)后，震動(dòng)會(huì)快速減弱。 懸架結(jié)構(gòu)的功能很強(qiáng)大，也很實(shí)用，這幾個(gè)功能互相都有聯(lián)系，由于需要擔(dān)架車(chē)能夠減少震動(dòng)和沖擊，降低二次傷害的可能性，所以必須需要降低懸架的剛度。但剛度下降后，擔(dān)架車(chē)又會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題，比如穩(wěn)定性降低，容易出現(xiàn)磨損等問(wèn)題，所以只能找一個(gè)平衡點(diǎn)，既能保證擔(dān)架車(chē)原有的性能不變，又能有效的減少震動(dòng)和沖擊。 擔(dān)架車(chē)前進(jìn)的穩(wěn)定性，舒適度和操作感受主要取決于懸架的選擇，懸架的結(jié)構(gòu)和性能非常重要。懸架裝置的類(lèi)型有很多，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，產(chǎn)生了很多新型的懸架裝置，但是不論怎么進(jìn)步，從它的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，都是由三部分組成，一是彈性元件，二是減震裝置，三是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。彈性元件的作用主要是起到一個(gè)緩沖效果；減震裝置的作用是減震，使病人免受顛簸之苦；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是限位。在這三個(gè)部件中，彈性元件是最重要的部件，因?yàn)閼壹茉O(shè)計(jì)的主要目的就是為了減小沖擊，也就是將較大的沖擊力降低為較小的沖擊力，使病人在擔(dān)架車(chē)上不會(huì)發(fā)生過(guò)大的顛簸。彈簧本身具有減震作用，但是除了彈簧外，懸架上的彈性元件還需要配備減震元件，減震元件的作用是使擔(dān)架車(chē)在發(fā)生震動(dòng)后迅速靜止。 我選用的是螺旋彈簧，它的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛，而且實(shí)用性強(qiáng)。螺旋彈簧還可以加裝減震器等裝置，使得它的結(jié)構(gòu)更加完善，減震效果更好。 加裝減震器是為了加強(qiáng)減震效果，因?yàn)閺椥韵到y(tǒng)內(nèi)部本身也有震動(dòng)，所以減震器主要的目的就是為了減小彈性系統(tǒng)內(nèi)部的震動(dòng)，減震器有很多種類(lèi)型，它的結(jié)構(gòu)非常精密，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，減震器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用功能。在擔(dān)架車(chē)中，為了減輕擔(dān)架車(chē)的震動(dòng)，使擔(dān)架車(chē)前進(jìn)更加平穩(wěn)，病人或傷員收到的傷害減小，減震器通常和彈性元件一起使用，并聯(lián)安裝。 4.2 懸架的設(shè)計(jì)方案與彈性特性 懸架有很多種類(lèi)，被動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架是比較常見(jiàn)的兩種。被動(dòng)懸架現(xiàn)在主要在汽車(chē)上使用，汽車(chē)的減震系統(tǒng)只能被動(dòng)的根據(jù)路面情況來(lái)調(diào)整車(chē)身的姿態(tài)，從而起到減震效果。而我設(shè)計(jì)的懸架，用的的非獨(dú)立式的懸架，如圖所示，一共有六個(gè)懸架系統(tǒng)，一邊三個(gè)。 圖4-1 懸架 眾所周知，擔(dān)架車(chē)舒適性非常重要，為了提高擔(dān)架車(chē)的舒適性，使病人在擔(dān)架車(chē)上有在舒適的床上一樣的感覺(jué)，根據(jù)人體工程學(xué)和懸架系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，我設(shè)計(jì)了非常合理的減震裝置，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)潔，能夠很快上手學(xué)會(huì)使用。有效的減少了顛簸，大大降低了發(fā)生二次傷害的可能性。非獨(dú)立懸架非常適用于擔(dān)架車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，空間占用率小，性能強(qiáng)大。它的優(yōu)點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非常易于攜帶，折疊時(shí)空間占用率極小，重量輕，不會(huì)影響到折疊。操作簡(jiǎn)單，減震能力強(qiáng)，在救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)和事故現(xiàn)場(chǎng)，能夠起到至關(guān)重要的作用，人員占用率也很小，1個(gè)人就可以使用。 4.2.1 懸架的彈性特性 懸架的質(zhì)量分配系數(shù)一般為，所以也能近似地認(rèn)為，也就是前后腿上面的車(chē)身部分的質(zhì)量的震動(dòng)是獨(dú)立的，用、表示各自的自由震動(dòng)頻率，頻率越小，那么擔(dān)架車(chē)的平穩(wěn)性越強(qiáng)。約為1～1.3Hz（60～80次/min），約為1.17～1.5Hz（70～90次/min），非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。取n=1.2Hz。懸架靜撓度用表示，則有： 為了使擔(dān)架車(chē)更加的穩(wěn)定，應(yīng)該適當(dāng)降低懸架的剛度，但是降低了懸架的剛度以后，又會(huì)使懸架容易發(fā)生形變，懸架的總工作行程根據(jù)規(guī)定必須大于等于16mm。而上面得到，符合要求[21]。 已知整車(chē)裝備質(zhì)量：從上文4.3.1可以得到簧上質(zhì)量為5kg，簧下質(zhì)量為10kg。 空載前軸單輪軸荷取60%： 滿(mǎn)載前軸單輪軸荷取50%：（滿(mǎn)載時(shí)車(chē)上一名病人，重100kg）。 懸架剛度： 4.2.2彈簧的選擇 假設(shè)選擇彈簧鋼絲直徑d=4mm，彈簧外徑D=20mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=10。因?yàn)閺椈傻募羟袕椥阅Ａ俊? 則有：彈簧剛度，符合要求[22]。 5 設(shè)計(jì)總結(jié) 這次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)為救護(hù)擔(dān)架車(chē)的設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的救護(hù)擔(dān)架車(chē)相比較現(xiàn)有的擔(dān)架車(chē)來(lái)說(shuō)，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，安全系數(shù)很高，病人在車(chē)上的舒適度非常好，在救護(hù)車(chē)上時(shí)，病人的舒適程度甚至能和司機(jī)一樣，這樣的擔(dān)架車(chē)我非常滿(mǎn)意，相比于傳統(tǒng)的擔(dān)架車(chē)，主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1) 我設(shè)計(jì)的擔(dān)架車(chē)使用了全新的機(jī)械結(jié)構(gòu)，材料使用了鋁合金材料，質(zhì)量輕，大概在10kg-15kg，非常方便攜帶，一個(gè)人就能拿好幾個(gè)。整個(gè)擔(dān)架車(chē)按照現(xiàn)在的市場(chǎng)價(jià)格，加上制造的成本大概在650元左右，如果聯(lián)系廠(chǎng)商進(jìn)行批量生產(chǎn)，哪么價(jià)格肯定還會(huì)更低。而在我的實(shí)地調(diào)查下，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在醫(yī)院常用的擔(dān)架車(chē)價(jià)格大多在1000元左右，有的甚至更貴。我的擔(dān)架車(chē)，簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，低廉的價(jià)格，性?xún)r(jià)比非常高，一旦進(jìn)入市場(chǎng)，一定會(huì)收到歡迎。對(duì)于生產(chǎn)廠(chǎng)商和醫(yī)院來(lái)說(shuō)都是一件好事。 2) 我設(shè)計(jì)的擔(dān)架車(chē)，不僅能夠折疊，方便攜帶，而且還能良好的減震，節(jié)約了急救的時(shí)間，而且對(duì)于病人和傷員來(lái)說(shuō)，也給他們帶來(lái)了很好的舒適度，極大的減少了發(fā)生二次傷害的概率。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王慶吾.于集.江蕙等.汶川大地震四川省醫(yī)療救治工作紀(jì)實(shí)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)志，2008.8(10):797-802. 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