全地形轮椅车的设计与研究

摘要

目前国内外轮椅车的主要发展趋势是电机驱动和智能控制，而这类轮椅车价格较高，不适合乡村地区。偏远的乡村，缺少硬化路面，面对更多的是松软、高低不平的泥土路面，对轮椅车设计适应性要求更高。加上农村的收入水平较低，要求这种轮椅车的造价较低。根据这些要求，本文设计一款针对偏远乡村的全地形轮椅车。
　　首先对轮椅车的国内外研究现状进行了概述，介绍了轮椅车的分类和手动轮椅车的基本组成。同时也介绍了全地形轮椅车的概念，全地形轮椅车是针对各种的不同路面都可以正常行驶的轮椅。
　　接下来本文设计的全地形轮椅车是在普通手动轮椅车的基础上加上杠杆和链轮驱动机构，并且适当增加轮胎的宽度。论文研究了全地形轮椅车的基本参数设计，包括杠杆驱动机构的计算，轮椅车最小转弯半径、爬坡能力、驻车制动、车轮的倾斜度的设计与分析。
　　其次在人机工程学的基础上，对全地形轮椅车的尺寸进行了修改，确定了杠杆的长度。确定了全地形轮椅车的基本结构，建立了三维模型。通过对地面摩擦系数的测量和人最大推力的测量，得出了全地形轮椅车的最大速度和爬坡角度。
　　最后采用了20钢、铝合金(6061)和镁合金(MB5)三种管材进行了有限元分析。目的是在满足设计强度的条件下选用最经济的材料，并对三种结果进行对比分析，选择了20钢管做为轮椅车车架材料。
　　本文针对乡村松软、高低不平的泥土路面，基于人机工程学原理进行了全地形轮椅车的设计，并且通过有限元分析进行了结构优化，在满足设计要求的前提下选择最为经济实惠的材料。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外轮椅车发展现状

1．3 全地形轮椅车概念

1．4 课题研究任务和思路

2 轮椅车技术的发展与应用

2．1 轮椅车的分类

2．1．1 按照驱动形式分类

2．1．2 轮椅车按照功能分类

2．1．3 轮椅车按材质分类

2．2 轮椅车的功能结构和尺寸简介

2．2．1 轮椅结构

2．3 轮椅车的安全使用

2．4 轮椅车的回转半径、换向宽度和爬坡角度介绍

2．5 轮椅车的车轮分析

2．5．1 后车轮轮子在垂直方向上的倾斜度

2．5．2 前车轮轮子角度分析

2．5．3 轮子的径向和轴向跳动

2．6 本章小结

3 基于人机工程学的全地形轮椅车的设计

3．1 人机工程学的介绍

3．1．1 人机工程学的简述

3．1．2 轮椅车设计中人机工程学的研究

3．2 人体尺寸和轮椅车尺寸

3．2．1 人体坐姿尺寸测量

3．2．2 基于人机工程学的轮椅车尺寸选取

3．3 全地形轮椅车的的结构

3．3．1 杠杆操纵手把结构设计

3．3．2 杠杆长度、旋转角度及安装位置设计

3．3．3 链轮机构

3．3．4 全地形轮椅车的驱动计算及动态分析

3．3．5 全地形轮椅车的转向系统分析

3．3．6 全地形轮椅车的轮胎选取

3．4 全地形轮椅车的结构装配图设计

3．4．1 Pro／Engineer Creo／Parametric模块简介

3．4．2 全地形轮椅车车架结构设计

3．4．3 全地形轮椅车驻车制动装置结构设计

3．4．5 全地形轮椅车装配结构设计

3．5 本章小结

4 基于有限元分析的全地形轮椅车结构优化

4．1 有限元介绍及分析目的

4．2 Hypermesh基本简介和分析步骤

4．2．1 Hypermesh功能介绍

4．2．2 Hypermesh操作介绍

4．2．3 Hypermesh有限元分析的基本步骤

4．3 几何清理

4．4 网格划分与网格质量检查

4．4．1 hypermesh网格划分主要功能

4．4．2 Automesh功能介绍

4．4．3 全地形轮椅车的网格划分与质量检查

4．5 有限元模型的建立和分析

4．5．1 Nastran介绍

4．5．2 载荷与材料属性的添加

4．5．3 上下轮椅车极端情况有限元分析

4．6 本章小结

5 结论

6 展望

参考文献

致谢