烧伤医疗床结构设计
2023-02-26 06:02
论文总字数：11536字
摘 要
烧伤医疗床是烧伤病人进行疮面热辐射医疗的设备，根据医疗要求需要进行360度翻身，本课题要求对烧伤辅助医疗床的整体结构、翻身结构以及调节机构进行设计计算，并采用数字化设计方法对烧伤医疗床进行三维结构设计。因为烧伤病人全身不能受到各种刺激，所以烧伤床必须保持干燥及一定温度来保持病人受伤的皮肤不会受到二次伤害及感染，并且翻身时不能刺激到病人的疼痛，在一定温度下保持伤势稳定，并且抑制细菌的感染。医疗床结构需要实现滑动平移，床体可以转动等等动作。通过课题的研究，总结大学期间所学过的机械结构设计，CAD，机器制造自动化等知识，为日后工作打下牢实的基础。
关键词：烧伤医疗床；翻身机构；连杆机构；调节机构；CAD设计
Structural design of burn medical bed
Abstract
Burn care bed is burn patients were sore surface thermal radiation medical equipment, according to medical requirements need to be 360 degree turn, the subject requirements of burn auxiliary medical bed structure, stand structure and adjusting mechanism is designed and calculated, and the digital design method of 3D structure design of burn care beds. Because burn patient body can not by a variety of stimuli, so burn bed must keep dry and certain temperature to keep the patient"s injured skin will not be secondary injury and infection, and turn not stimulate the patient"s pain, in a certain temperature to maintain stable condition, and inhibit bacterial infection. The medical bed structure needs to realize the sliding movement, the bed body can rotate and so on. Through the research, summarizes the University during the mechanical structure design, CAD, machine manufacturing automation knowledge, Lay a solid foundation for the future work.
Key words: burn medical bed; turning over mechanism; connecting rod mechanism; regulating mechanism; CAD design
目录
摘要
Abstract
第一章 引言 1
1.1 烧伤医疗床结构 1
1.1.1 烧伤医疗床 1
1.1.2 床体结构 1
1.1.3 床面 2
1.1.4 翻转机构 2
1.1.5 固定转盘 3
1.2 课题的由来 3
1.4 方案论证 4
第二章 床体计算过程 5
2.1 设计床身 5
2.1.1 画受力简图 5
2.1.2床体表面受力分析 5
2.1.3计算受力 5
2.1.4 计算扭矩 6
2.2 翻转机构的设计 7
2.3 床身倾斜角计算 8
第三章 结构设计 12
3.1床体 12
3.1.1上床面 12
3.1.2下床面 13
3.1.3 固定床身支承框架 14
3.1.4 翻转机构 15
3.2根据上述CAD零件图，组合成装配图 17
3.3 pro/e图 18
第四章 烧伤医疗床的应用 20
4.1烧伤医疗床的应用 20
第五章 结束语 21
- 引言
1.1 烧伤医疗床结构
1.1.1 烧伤医疗床
烧伤医疗床是一种用于大面积烧伤病患使用的医疗器具，对于烧伤病人来说，在治疗工程中，最大的难点在于：1、保持呼吸通道不受感染，并且不会被堵塞。2、被移植的新皮肤不会因为病人身体的翻动而受到二次损伤。3、需要时时监控病人的呼吸及心率。4、保持新移植皮肤的干燥，温度恒定。因此，烧伤医疗床是烧伤患者必不可少的器材。
1.1.2 床体结构
图1-1 床体结构
1输液架 2防护罩 3大，小便孔 4钢网 5上床面 6内框架 7下床面 8翻身转盘 9床身支架 10齿条 11可调支撑 12连杆式螺旋升降机构 13带行走轮 14外套管 15内套管 16 定位锁紧机构 17圆形托管支架板 18换药支架 19纵支撑 20床框架 21放躁动支架 22搁手搁脚板
床体结构的主要作用：1、点滴架可以挂放输液袋。2、热辐射体用来保证合适的温度。3与5、是用来放置病人的床体。4、翻转机构是相当重要的，翻转机构由转板、转轴、固定板和拔销组成，上、下床面均通过调节螺杆和锁紧螺母固定在转板上，翻转机构用于病人由俯卧转为仰卧姿势时进行180度翻转转换床面。实现了非接触式转换。6、安全带，是当病人需要翻转时用来固定的。7、活动床身，可以根据病人身高进行调节，使病人脚和腿放在舒适位置。8、支撑调节杆，用于床面支撑加固，以免床面左、右摇动，松开拔销可翻转床体。9、脚轮机构，用于病床移动和定位锁紧。10、床面升降摇柄机构，用来调节床的高度。11、脚手搁板，可以让病人活动时及输液时搁放手脚。12、控制面板，用于控制调节温度，监控病人状况。13、悬撑体，用来放置控制面板等。
1.1.3 床面
图1-2下床面
根据全国人口普查调查结果，床身长选择为1925mm，一般烧伤床的床面宽度为556mm，床面高度700~780㎜正适合人体，可承受重量为170KG为最佳方案。床面铺有钢网，可以支撑病人。床体前后有连接套连接上下床面及固定床身支撑框架。下床面通过螺母螺钉紧固在床体上。方便病人躺在上面，另设有便门，可以方便病人进行排泄，需要时可以拉开便门。
1.1.4 翻转机构
连杆机构的运动形式多样，可以在平面运动中实现往复摆动旋转转动，在三维空间内也可实现复杂的运动，可以用于刚体的运动，实现已知的运动方式及轨迹。连杆机构被广泛应用于多种机器构件中，在机械中被广泛的运用。翻转机构由转板、转轴、固定板和拔销组成，机构是构指两个或两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的构件组合。 同一机械中不同的构造原理所需要的工序及需要设计的不同种机械构造在使用性能和使用场合上有着相当大的差异。翻转机构的设计重点是为了使是上、下床面稳定的进行翻转运动，在有人躺在床面上时不会受到二次伤害。一般的设计比较复杂，不能直接得出运动的原理，但我们可以通过分解步骤一步一步的设计，在设计过程中需要有统观全局的思想，对总体结构进行化繁为简，在设计过程中需要考虑机器本身的内部因素，还有他人使用，运用环境的外部因素。
1 固定板 2 转板 3 倒V型连接件
图1-3 翻转机构
床体的前后都有着翻转机构进行连接上、下床面。翻转机构的组成有四个部分，其中旋转板，固定挡板、倒V型连接件及拔销为主要结构。上、下床面通过螺杆跟螺母固定在旋转罗盘上，翻转机构是用来使病人由上床面仰卧翻身成为下床面的俯卧状况，让病人不会因为翻身受到二次伤害。
1.1.5 固定转盘
固定转盘由固定转盘、活动转盘、轴、螺母、销、深沟球轴承等等组成，固定转盘与其他零件组合是通过焊接完成。是翻转机构未安装倒V型连接件的机构零件，对于烧伤医疗床来说，固定转盘起到了承上启下的作用，通过它使得上下床体。
1.2 课题的由来
烧伤医疗床用于大面积烧伤患者使用，对于病人而言医疗烧伤床的难点在于，如何使病人在床上可以轻易翻身，保持病人受伤皮肤不被感染，因为病人活动困难，烧伤时可能损害了呼吸系统，如何判断病人是否休克窒息。在床上不能活动，要确保病人大小便通畅，同时确保病人内脏不受损害。因为受伤表面最好是暴露在空气中，因此，需要保持病人受伤面的干燥，并且，必须有监控病人心跳，体温，呼吸的现象，因此对烧伤医疗床进行了再设计。
本课题的意义在于，希望可以通过研究现有的烧伤医疗床，然后进行改进，使得烧伤人群得到进一步的保护，可以有利于病人伤势的恢复，减轻病人痛苦。烧伤病人并不能进行剧烈、快速的活动，不能被风吹到，不能受各种刺激性动作，他们的皮肤相当脆弱，并更易感觉疼痛。烧伤床可以防窒息，防气管套管脱落，防止移植的皮肤掉落，防止坠床，防止压伤口。
通过课题的研究，总结大学期间所学过的机械结构设计，CAD，机器制造自动化等知识，为日后工作打下牢实的基础。
1.3 课题关键问题及难点
医疗烧伤床的难点在于，如何使病人在床上可以轻易翻身，保持病人受伤皮肤不被感染，因为病人活动困难，烧伤时可能损害了呼吸系统，如何判断病人是否休克窒息。在床上不能活动，要确保病人大小便通畅，同时确保病人内脏不受损害。因为受伤表面最好是暴露在空气中，因此，需要保持病人受伤面的干燥，并且，必须有监控病人心跳，体温，呼吸的现象。
因为大面积烧伤的病人往往呼吸道也会因大火而受到感染，病人不能很好的表示自己身体状况，此时需要人员看护，帮助病人进行翻身及处理个人卫生。医疗床需设置冷凝设备，可以控制床体的温度，因为病人新移植的皮肤很脆弱，需要保持一定的干燥。
病人在使用烧伤床时，因为行动不便，翻身时必须有人看护，因此，简单方便的翻身对于病人来说成为很大的难题，在选用制作翻身床材料时，我们必须考虑到硬度跟刚度，不能因为病人体重出现床身的倾斜、弯曲。同时，翻身时，床体不能有晃动。在床边同时配备监控病人心率呼吸的设备，移动时不能有威胁。因为病人的身高体重不同，对于钢材的选取也有着难点，烧伤床上下床面的翻转机构设计有一定的困难。
对于病人家属，我们制作的烧伤床最好能让他们也能简单的了解，在医生护士未赶到前，能自行监控，不至于错过最佳时机。因此床体设备尽量简洁明了，有一键通知护士系统，并且监控病人身体也有报备系统。
1.4 方案论证
本课题研究的主要目的是设计一种用于大面积烧伤医疗方面的床铺，其中运用了各种机构来进行目标设计，比如翻转机构，连杆机构，调节机构等等，通过对几个机构的受力分析，决定了机构是否适合材料。
运用所学机械设计、计算机辅助设计和机构运动分析等知识，对烧伤医疗床的整体结构、翻身结构以及调节机构进行机械设计、计算机辅助三维设计和机构运动验证。
根据设计方案选择最佳形状制作翻身床，其中床身可以支撑人体及其他的重量不变形，翻转机构在满负重时可以成功工作。在满载重时上带有坡度的地面，在多少坡度以下为安全。
本课题所期望的效果就是通过普通病床设计出一款可以使得病人翻身的烧伤医疗床。
第二章 床体计算过程
2.1 设计床身
2.1.1 画受力简图
图2-1 受力简图
如图2-1所示，两端为固定连接，可以化简为不动点A和B，两端的扭矩为Ma和Mb，其中床身收到向下的作用力，大小为F。
2.1.2床体表面受力分析
由于床体表面主要受到的作用力垂直向下，切床身为弹性较小的刚性材料，并且不易变形，因此，两端的A跟B两点水平反作用力近乎为0，可以忽略不计，表达式即Ha=Hb=0，A跟B两点受到的支承反力为垂直方向上的垂直反力Va 和Vb和两端扭矩Ma和Mb，相当于是超静定结构。
2.1.3计算受力
根据全国人口普查结果表明， 全国18岁及以上成年男性和女性的平均身高分别为167.1cm和155.8cm，平均体重分别为66.2kg和57.3kg，其中身高190cm以下为大多数，因此设计床面长度1.925m为标准床长，适合绝大多数人使用.床面受力设定为170kg=1666N，由两端固定梁的计算公式，计算两端的垂直作用反力Va和Vb，计算两端扭矩Ma和Mb。
通过查询《机械设计手册》表1-63中两端固定梁的计算公式，得出如下结果
（1）床体总长度L=1925mm
（2）床体受向下总力F=170kg=1666N
（3）A,B两点受到的垂直反作用力Va=Vb=F/2=833N
（4）A,B两点收到的扭矩Ma=Mb=FL/8=400881.25N·mm
根据设计时的要求上下床面必须可以进行360度的旋转运动，通过床面升降摇杆机构手动操作。如图2-2，旋转罗盘固定上下床体，并手动旋转，使上下床体换位置，上下床面不能左右前后移动，因此可以将旋转罗盘作为固定点分析床体的翻转运动。
图2-2 床面翻转受力原图
2.1.4 计算扭矩
一般烧伤床的床面宽度为556mm，床面高度700~780㎜正适合人体，烧伤医疗床的上下床面处于水平状态且受到垂直向下的作用力F，并且均匀分布在床体上，床体外侧的旋转力要小于等于1KG，即（9.8N）,当床体最大垂直作用力F-170kg时且床体处于垂直状态时，根据力矩平衡原则得出床体外的最大旋转力P=F×56/278=335.6N，四舍五入为34kg。受力简图如图2-3所示。
图2-3 床面受力图
2.2 翻转机构的设计
图2-4 支撑受力左视图
床体受到的载荷通过旋转罗盘上的三角形框架传到固定床身支承框架的四个顶角的铰支座C1、C2、D1和D2上，这四个点将调节装置与固定床身支承框架连接起来，旋转罗盘两侧与上下床面跟固定床身支承框架的顶角连接。如图2-5，将图2-4化简后为图2-6。其中C1、C2、D1和D2四点是固定支座点，A,B两点受到垂直向下的支撑力Fa 和Fb 如图2-6所示Fa=Fb，忽略旋转转盘因圆心与其他位置的厚度处处不同时造成的偏心距e对固定床身支承框架的扭矩及弯曲应力。根据受力平衡原则得出，四个顶角的铰支座的垂直反力分别为VC1=VC2= VD1=VD2，水平反力为HC1=HC2= HD1=HD2，因为HC1和HC2 ，HD1和HD2方向正好相反，因此可以两两相加等于零。受力简图如图2-6所示。
图2-5 活动床身支撑受力原图
图2-6 活动床身支撑受力简图
计算如下：Fa=Fb=F/2=1666/2=833N
由于VC1 VC2 VD1 VD2= Fa Fb 2Fa=4VC1 VC1=VC2= VD1=VD2=416.5N
2.3 床身倾斜角计算
床身倾斜调节原图如图2-7，图2-8。活动床身底部铰支座D1和D2分别与固定床身支承框架的顶部铰支座连接，活动床身底部铰支座C1和C2分别与床身调节装置的转动板上铰点连接，床体调节装置的两侧的底部铰点分别与固定床身支承框架的铰支座E1和E2连接，左右两杆部件的上上铰点F1和F2与转动板下铰点链接，两杆部件中心点G与摇杆链接，通过手动旋转手柄，使得固定床身支承框架倾斜。
2-7 床身倾斜调节原图
图2-8 倾斜调节图
E1 E2 D1 D2 四点是固定铰支座，E1 E2 F1 F2 G这五点位于同一构件上，旋转手柄，G点开始进行移动，床身移动的倾角范围在 3.5°~-5°中，如图2-9，图2-10中所示，向上的最大倾角及向下的最小倾角是有螺旋机构的极限位置求得。
图2-9 活动床身向上倾斜位置
图2-10 活动床身向下倾斜位置
如图2-9图2-10所示，是活动床身向上倾斜极限位置、向下倾斜极限位置时的图形。此时的分析如下：
- 活动床身水平状态
活动床身水平状态时即倾斜角度为0，床身调节机构受力图如图2-11所示。铰支座C点收到垂直向下的作用力FC，大小为833N，由活动床身当前位置时的受力平衡原理可计算得各铰点处的应力为：
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