连杆式爬楼梯机构的设计与研究

发布时间：2017-12-07 04:12

  本文关键词：连杆式爬楼梯机构的设计与研究

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【摘要】：人口老龄化是越来越严重的问题,全国60岁及以上老年人口 21242万人,占总人口的15.5%,其中65岁及以上人口 13755万人,占总人口的10.1%。并且,第二次全国残疾人抽样调查我国残疾人总数为8502万人,同时随着城镇建设速度的加快,楼房也成为了人们的首选居住地,但是对于行动不便的老年人和残疾人来说,上下楼成为了他们的困扰,普通轮椅不能满足他们的日常出行的需要,所以为了满足上述人群的生活需求,提高他们的生活水平,减轻护理人员和家人的工作强度,所以设计一款能够爬楼梯的轮椅是非常必要的。本文从机构学的角度出发,结合动力学和数值分析等相关知识,在总结国内外同类产品的相关技术资料和论文的基础上,提出了基于连杆式的爬楼梯轮椅的理论模型,确定了双曲柄五杆机构。通过五杆机构连杆点所形成的轨迹曲线完成爬楼梯动作,保证五杆机构所形成的曲线可以顺利的越过楼梯是整个设计中的重要部分,确定五杆机构双曲柄存在的条件,并且通过控制变量的方法,讨论了传动比、杆长、初始位置、相位差等不同设计变量对轨迹曲线的影响,通过Matlab的优化工具箱,建立目标函数,同时依据曲柄存在条件、轨迹域的存在位置寻求约束条件,优化得到满足条件的五杆机构的杆长和初始位置。应用人机工程学相关理论,在充分考虑老年人、残疾人等生理和心理需求的基础上,按照我国成年人身体各部分尺寸标准完成构形设计,并且根据受力特点对爬楼梯五杆的主要零部件进行设计,并在Creo2.0软件建立三维模型。与此同时,建立爬楼梯五杆机构的动力学的数学模型,在Adams中对爬楼梯装置进行动力学分析,得到相关力学参数曲线,最后,应用Abaqus软件对爬楼梯装置整体结构以及关键零部件进行有限元分析。本文通过对五杆机构的分析,优化得到五杆的杆长,建立了连杆式爬楼梯轮椅的数学基本模型,并通过Adams和Abaqus对爬楼梯装置的动力学和静力学进行仿真,验证整个装置在运动过程中的动力学参数曲线,并且为静力学分析提供了基础,同时在静力学分析的应力和应变云图中显示,整个装置的强度是符合设计的要求。
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1261083