爬楼轮椅机架结构有限元分析及其优化设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331204052河北工业大学硕士学位论文爬楼轮椅机架结构有限元分析及其优化设计论文作者：丁飞学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：曹东兴职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（NO.51275152）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTheFiniteElementAnalysisandOptimizationDesignofaStair-

2、climbingWheelchairFramebyDingFeiSupervisor:Prof.CaoDongxingMay2016ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina（NO.51275152）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明

3、确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着生活及科技水平的不断提高，老年人和残障人士对于多功能智能轮椅的需求越来

4、越迫切。针对这一社会需求，本课题研究了一种多功能轮腿混合式智能轮椅。它不仅能进行平地行走，而且可以完成爬楼、越障、过沟等动作。轮椅运动过程中，其安全性是最基础也是最重要的要求。作为将轮椅各部分连接成整体并支撑整个轮椅的机架，其强度符合要求是保证轮椅顺利动作的前提；同时，机架良好的刚度是保证固接在其上的传动部件传动精度的必要条件。所以，本文利用有限元方法对机架在各种工况下的应力及变形情况进行了分析，对其受力性能进行了相应的评估，并对机架结构进行了改进和优化设计。本文应用有限元分析，为机架的设计及样机的制造提供了技术指导，具有一定的实用价值。具体分析过程

5、如下：首先，对机架所受的外载荷进行了求解，即：先用方程描述了轮椅整体质心坐标，然后根据轮椅工况建立了其重力分配模型，接着根据轮椅重力的分配规律确定了各接触轮所受最大载荷，同时通过计算确定了固定机架所用的螺钉的预紧力。其次，对原有机架进行有限元分析，针对其存在的缺陷及不足进行了结构改进，并对改进后的结构进行有限元分析，通过验证，改进后机架结构性能能够满足轮椅的使用需求。最后，根据机架刚度分布特点建立了机架优化模型，对机架大轮的安装位置进行了优化设计，确定了其最佳安装位置。关键词：轮椅，机架，质心，有限元分析，优化IABSTRACTWiththerais

6、inglivingstandardsandtechnologicallevel,theneedstothemulti-functionalstair-climbingwheelchairoftheelderlyandthedisabilityaremoreurgent.Inresponsetothissocialdemand,theprojectresearchedamultifunctionalwheel-leggedstair-climbingwheelchair.Itisnotonlycapableofwalkingonlevelground,

7、butalsocancompletemovementslikestair-climbing,obstacle-crossingandditch-over.Thesecurityofthewheelchairisthemostbasicandimportantrequirement.Thechassisstudyedinthepaperconnectsseveralpartsofthewheelchairasawholeandsupportsthem,sothestrengthofthechassisisthebasicrequirementtoens

8、urethecontinuousmovementofthewheelchair.Atthesametime,