多功能轮椅结构设计与优化
发布时间：2021-04-28 07:20
人口老龄化问题日益严重及肢体残障人士数量逐年递增,通过研究国内外的电脑轮椅,发现现有市场电动轮椅的功能单一,无法满足这类人群的需求。因此,研究出能实现上下台阶、升降、上下车、姿态调节和如厕等功能的多功能轮椅,对电动轮椅行业具有重大的意义。本文针对上述特点提出了多功能轮椅设计方案,并利用机械设计、人机工程学、静力学理论和优化设计等方法,对多功能轮椅的功能设计与结构设计进行研究。主要完成以下几个方面内容:1.从老年人和肢体残障人士的需求进行分析,确定了多功能轮椅要实现的各项功能,提出多功能轮椅的总体机构方案,利用机械原理和机械设计理论,完成了各机构的原理设计,确定了各构件位置关系。2.根据人机工程学的理论知识和国家相关标准,以提高轮椅舒适性为目的,在结构设计的基础上进行尺寸设计。确定整个轮椅的结构参数后,在SolidWorks环境下对多功能轮椅进行三维建模和功能模拟,其中以上下台阶功能为例,详细介绍功能实现的过程,验证了轮椅上下台阶功能的可行性。3.应用静力学分析理论,并利用有限元软件ANSYS Workbench对关键零部件升降机构与主机架部件、主机座与靠背部件和脚踏与前腿支架部件进行静...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题的来源
1.2 课题的研究背景
1.3 国内外电动轮椅研究现状
1.3.1 市场产品的国内外研究现状
1.3.2 论文相关领域国内外研究现状
1.4 课题研究目的和意义
1.5 课题研究内容
第2章 多功能轮椅总体方案设计
2.1 多功能轮椅设计需求分析
2.2 多功能轮椅机械系统组成
2.3 多功能轮椅升降机构设计
2.3.1 升降机构的概述
2.3.2 升降机构的方案设计
2.4 多功能轮椅靠背扶手机构设计
2.4.1 靠背扶手机构的概述
2.4.2 靠背扶手机构的方案设计
2.5 多功能轮椅脚踏收放机构设计
2.5.1 脚踏收放机构的概述
2.5.2 脚踏收放机构的方案设计
2.6 多功能轮椅辅助机构的方案设计
2.6.1 轮距调整机构的方案设计
2.6.2 前腿机构的方案设计
2.6.3 坐便机构的方案设计
2.7 总体结构原理图
2.8 本章小结
第3章 基于人机工程学的多功能轮椅尺寸设计与建模
3.1 基于人机工程学的轮椅尺寸设计
3.1.1 轮椅尺寸设计中相关人体测量数据
3.1.2 基于人机工程学的多功能轮椅尺寸参数的选取
3.1.3 多功能轮椅尺寸确定
3.2 SolidWorks环境下多功能轮椅的实体建模
3.2.1 关键零部件建模
3.2.2 多功能轮椅的虚拟装配
3.2.3 多功能轮椅姿态调整结构图
3.3 SolidWorks环境下多功能轮椅上下台阶过程模拟
3.3.1 多功能轮椅上台阶过程
3.3.2 多功能轮椅下台阶过程
3.4 本章小结
第4章 关键零部件的静力学分析
4.1 ANSYSWorkbench软件介绍
4.2 静力学分析理论基础
4.3 升降机构与主机架部件的静力学分析
4.3.1 建立有限元模型
4.3.2 添加接触单元
4.3.3 约束及工况加载
4.3.4 计算结果分析
4.4 主机座与靠背部件的静力学分析
4.4.1 建立有限元模型
4.4.2 添加接触单元
4.4.3 网格划分
4.4.4 载荷施加和约束处理
4.4.5 计算结果分析
4.5 脚踏与前腿支架部件的静力学分析
4.5.1 模型简化与添加材料
4.5.2 定义接触与网格划分
4.5.3 载荷施加和约束处理
4.5.4 脚踏与前腿支架部件有限元结果分析
4.6 本章小结
第5章 关键零部件的结构优化设计
5.1 结构优化设计的方法
5.2 升降机构与主机架部件的优化设计
5.2.1 升降机构与主机架尺寸优化分析
5.2.2 尺寸优化分析结果
5.2.3 优化前后仿真结果对比
5.3 主机座与靠背部件的优化设计
5.3.1 主机座与靠背部件拓扑优化分析
5.3.2 拓扑优化结构改进
5.3.3 主机座与靠背部件优化结构的验证
5.4 脚踏与前腿支架部件的优化设计
5.4.1 脚踏与前腿支架部件尺寸优化分析
5.4.2 尺寸优化分析结果
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
致谢
附录(攻读硕士学位期间获得成果)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS Workbench的某汽车车架轻量化设计[J]. 李稳迪,刘大龙,张瑞,张凯,施伟辰. 汽车实用技术. 2017(18)
[2]拓扑优化与尺寸优化相结合的割草车车架轻量化设计[J]. 陈远帆,李舜酩,苏玉青. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(01)
[3]ANSYS Workbench的应用现状及分析[J]. 喻永巽. 机电工程技术. 2014(09)
[4]基于ANSYS Workbench的某轻型货车车架轻量化设计[J]. 朱晓鹏,张纪鹏,程联军,邹荣国,彭升. 青岛大学学报(工程技术版). 2014(03)
[5]基于Ansys Workbench的工装结构设计与优化[J]. 梁俊涛,张莉,梁涛. 现代制造技术与装备. 2014(02)
[6]基于ANSYS Workbench的本田节能车车架优化设计[J]. 吴鲁宁,鲁植雄,杨会亮,夏云浩. 农业装备与车辆工程. 2014(02)
[7]一种电动轮椅站立机构的刚柔耦合与近似静力分析研究[J]. 袁东明,任祖平,郭凡. 中国科技信息. 2013(19)
[8]基于CAE技术的某越野车车架分析[J]. 杨海平,王良模,彭曙兮,苏家竹,袁刘凯. 机械科学与技术. 2011(06)
[9]某型轻货车架结构特性分析[J]. 王源绍,王丽娟,周天瑞,黄峰. 南昌大学学报(工科版). 2009(04)
[10]一种轻便普通轮椅的设计[J]. 张秀峰,张晓玉. 中国医疗设备. 2009(12)
博士论文
[1]离散变量优化设计的连续化方法研究[D]. 谭涛.大连理工大学 2006
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]一种包装机八杆机构式灌装开袋装置的动力学分析[D]. 张勇.湖北工业大学 2016
[2]房车车架有限元分析及结构优化[D]. 张橹.山东理工大学 2016
[3]基于人机工程学智能轮椅的设计与研究[D]. 郑宇飞.合肥工业大学 2016
[4]全地形轮椅车的设计与研究[D]. 张志红.天津科技大学 2016
[5]多功能折叠婴儿车的设计与研究[D]. 王晔.天津科技大学 2016
[6]基于体压分布的汽车座椅舒适性评价与研究[D]. 庞明宇.天津科技大学 2016
[7]多功能电动汽车底盘的动力学仿真[D]. 万国睿.华北理工大学 2016
[8]基于ANSYS Workbench的电动城市客车车架轻量化研究[D]. 万明磊.青岛大学 2015
[9]太阳能电动轮椅的设计与研究[D]. 易海涛.西南大学 2015
[10]基于拓扑优化的夹持定位机构创新设计[D]. 熊业胜.华中科技大学 2015
本文编号：3165064
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题的来源
1.2 课题的研究背景
1.3 国内外电动轮椅研究现状
1.3.1 市场产品的国内外研究现状
1.3.2 论文相关领域国内外研究现状
1.4 课题研究目的和意义
1.5 课题研究内容
第2章 多功能轮椅总体方案设计
2.1 多功能轮椅设计需求分析
2.2 多功能轮椅机械系统组成
2.3 多功能轮椅升降机构设计
2.3.1 升降机构的概述
2.3.2 升降机构的方案设计
2.4 多功能轮椅靠背扶手机构设计
2.4.1 靠背扶手机构的概述
2.4.2 靠背扶手机构的方案设计
2.5 多功能轮椅脚踏收放机构设计
2.5.1 脚踏收放机构的概述
2.5.2 脚踏收放机构的方案设计
2.6 多功能轮椅辅助机构的方案设计
2.6.1 轮距调整机构的方案设计
2.6.2 前腿机构的方案设计
2.6.3 坐便机构的方案设计
2.7 总体结构原理图
2.8 本章小结
第3章 基于人机工程学的多功能轮椅尺寸设计与建模
3.1 基于人机工程学的轮椅尺寸设计
3.1.1 轮椅尺寸设计中相关人体测量数据
3.1.2 基于人机工程学的多功能轮椅尺寸参数的选取
3.1.3 多功能轮椅尺寸确定
3.2 SolidWorks环境下多功能轮椅的实体建模
3.2.1 关键零部件建模
3.2.2 多功能轮椅的虚拟装配
3.2.3 多功能轮椅姿态调整结构图
3.3 SolidWorks环境下多功能轮椅上下台阶过程模拟
3.3.1 多功能轮椅上台阶过程
3.3.2 多功能轮椅下台阶过程
3.4 本章小结
第4章 关键零部件的静力学分析
4.1 ANSYSWorkbench软件介绍
4.2 静力学分析理论基础
4.3 升降机构与主机架部件的静力学分析
4.3.1 建立有限元模型
4.3.2 添加接触单元
4.3.3 约束及工况加载
4.3.4 计算结果分析
4.4 主机座与靠背部件的静力学分析
4.4.1 建立有限元模型
4.4.2 添加接触单元
4.4.3 网格划分
4.4.4 载荷施加和约束处理
4.4.5 计算结果分析
4.5 脚踏与前腿支架部件的静力学分析
4.5.1 模型简化与添加材料
4.5.2 定义接触与网格划分
4.5.3 载荷施加和约束处理
4.5.4 脚踏与前腿支架部件有限元结果分析
4.6 本章小结
第5章 关键零部件的结构优化设计
5.1 结构优化设计的方法
5.2 升降机构与主机架部件的优化设计
5.2.1 升降机构与主机架尺寸优化分析
5.2.2 尺寸优化分析结果
5.2.3 优化前后仿真结果对比
5.3 主机座与靠背部件的优化设计
5.3.1 主机座与靠背部件拓扑优化分析
5.3.2 拓扑优化结构改进
5.3.3 主机座与靠背部件优化结构的验证
5.4 脚踏与前腿支架部件的优化设计
5.4.1 脚踏与前腿支架部件尺寸优化分析
5.4.2 尺寸优化分析结果
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
致谢
附录(攻读硕士学位期间获得成果)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS Workbench的某汽车车架轻量化设计[J]. 李稳迪,刘大龙,张瑞,张凯,施伟辰. 汽车实用技术. 2017(18)
[2]拓扑优化与尺寸优化相结合的割草车车架轻量化设计[J]. 陈远帆,李舜酩,苏玉青. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(01)
[3]ANSYS Workbench的应用现状及分析[J]. 喻永巽. 机电工程技术. 2014(09)
[4]基于ANSYS Workbench的某轻型货车车架轻量化设计[J]. 朱晓鹏,张纪鹏,程联军,邹荣国,彭升. 青岛大学学报(工程技术版). 2014(03)
[5]基于Ansys Workbench的工装结构设计与优化[J]. 梁俊涛,张莉,梁涛. 现代制造技术与装备. 2014(02)
[6]基于ANSYS Workbench的本田节能车车架优化设计[J]. 吴鲁宁,鲁植雄,杨会亮,夏云浩. 农业装备与车辆工程. 2014(02)
[7]一种电动轮椅站立机构的刚柔耦合与近似静力分析研究[J]. 袁东明,任祖平,郭凡. 中国科技信息. 2013(19)
[8]基于CAE技术的某越野车车架分析[J]. 杨海平,王良模,彭曙兮,苏家竹,袁刘凯. 机械科学与技术. 2011(06)
[9]某型轻货车架结构特性分析[J]. 王源绍,王丽娟,周天瑞,黄峰. 南昌大学学报(工科版). 2009(04)
[10]一种轻便普通轮椅的设计[J]. 张秀峰,张晓玉. 中国医疗设备. 2009(12)
博士论文
[1]离散变量优化设计的连续化方法研究[D]. 谭涛.大连理工大学 2006
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]一种包装机八杆机构式灌装开袋装置的动力学分析[D]. 张勇.湖北工业大学 2016
[2]房车车架有限元分析及结构优化[D]. 张橹.山东理工大学 2016
[3]基于人机工程学智能轮椅的设计与研究[D]. 郑宇飞.合肥工业大学 2016
[4]全地形轮椅车的设计与研究[D]. 张志红.天津科技大学 2016
[5]多功能折叠婴儿车的设计与研究[D]. 王晔.天津科技大学 2016
[6]基于体压分布的汽车座椅舒适性评价与研究[D]. 庞明宇.天津科技大学 2016
[7]多功能电动汽车底盘的动力学仿真[D]. 万国睿.华北理工大学 2016
[8]基于ANSYS Workbench的电动城市客车车架轻量化研究[D]. 万明磊.青岛大学 2015
[9]太阳能电动轮椅的设计与研究[D]. 易海涛.西南大学 2015
[10]基于拓扑优化的夹持定位机构创新设计[D]. 熊业胜.华中科技大学 2015
本文编号：3165064
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