曲柄滑塊機構工作特性研究及其在下肢關節康復器中的應用

機械設計制造及其自動化論文，論文編號:JX1198  論文字數:15873.頁數:46

摘   要
 計算機仿真技術作為當今世界的前沿科學之一,得到廣泛深入的發展和廣泛的應用�，F代制造技術中的仿真技術擴展了傳統的仿真技術,已應用到產品的設計、生產、測試、維護等整個產品的生命周期中。參數化方法是產品模型修改和變型設計的需要，實現參數化設計系統的核心問題是構造設計對象的參數化模型和建立參數驅動機制。Pro/E是集CAD/CAM/CAE于一體的大型設計軟件。使用PRO/E，不僅可以進行零件建模、裝配建模，還可以進行運動仿真，有限元分析等。
 CPM(continuous passive motion)是一種新的生物學概念，在醫學上利用其原理設計出了多種醫療器具。本次畢業設計以CPM下肢關節康復器為應用實例，深入研究了曲柄滑塊機構工作特性。首先利用Pro/E軟件對曲柄滑塊機構進行三維建模，然后運用其運動仿真模塊動態模擬了曲柄滑塊機構的運動過程，并產生動態學曲線，接著進行有限元模塊對機構的各部分進行受力分析。通過仿真，給出康復器“優化”的結構設計參數，按照人的下肢重量給桿件施加載荷，進行動力學分析，計算滑塊在不同位置時所需要的驅動力，最后調節各桿件截面形狀，進行有限元分析，多方案比較，選擇適合的形狀和尺寸為符合要求的型材提供支撐。
 本次研究的結果對今后下肢關節康復器的設計實踐有一定的指導作用，可以用其作為今后研究的方向。
關鍵詞：曲柄滑塊 運動仿真 有限元分析 三維建模 下肢康復器

Abstract
  Computer simulation technology in today's world as one of the leading edge of science, has been extensive and in-depth development and a wide range of applications. Modern Manufacturing Technology in the expansion of the traditional simulation technology of simulation technology has been applied to product design, production, testing, maintenance of the entire product life cycle. Parametric product model is modified and variant design needs, the realization of parametric design system is the core issue in structural design of the object model parameters and to establish the parameters of the driving mechanism. Pro / E is a CAD / CAM / CAE in the large-scale integrated design software. The use of Pro / E, not only to parts modeling, assembly modeling, motion simulation can also be used for finite element analysis and so on.
  CPM (continuous passive motion) is a new biological concept in the medical use of its design principle a variety of medical devices. Graduated from the joint design of rehabilitation of lower limb CPM device as an example, in-depth study of the characteristics of slider-crank mechanism. First of all, the use of Pro / E software for the slider-crank mechanism to carry out three-dimensional modeling, and then use its dynamic motion simulation module to simulate the movement of slider-crank mechanism process and dynamics have a curve, then the finite element module of the various parts of the body to carry out mechanical analysis. Through the simulation, given the rehabilitation device "optimize" the structure of the design parameters, in accordance with the person's lower extremities to the bar imposed by the weight load, dynamic analysis, calculation of the slider at different positions of the driving force required for the final adjustment of the bar cross-section the shape of the finite element analysis, multi-program comparison, the choice of suitable shape and size to meet the requirements for the provision of support material.
  The results of this study on the future rehabilitation of lower extremity joint design practice a certain guiding function can be used as a direction for future research.
 Keywords: Slider-crank；Motion Simulation；Finite Element Analysis；Three-dimensional modeling；Lower limb rehabilitation device

目   錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的背景及意義 1
1.1.1 課題研究背景 1
1.1.2 選題意義 1
1.2 曲柄滑塊機構簡介 2
1.3 課題實現方法 2
1.4 本次課題研究的基本步驟 2
1.5  Pro/E軟件概況 2
第二章 曲柄滑塊機構三維建模及運動仿真 4
2.1 對心曲柄滑塊機構三維造型圖 4
2.1.1 機構零部件建模 4
2.1.2 裝配 13
2.2 運動仿真 17
2.3 本章小結 20
第三章  曲柄滑塊機構在關節康復器中的應用 21
3.1 下肢關節康復器簡介 21
3.2 康復器技術參數及機構簡圖 21
3.3 康復器運動仿真分析 22
3.4 機構設計參數優化 24
3.5 動力學分析 25
3.5.1 驅動力計算 25
3.5.2 滑塊位置和膝關節彎曲力矩關系 27
3.6 本章小結 27
第四章 關節康復器主要構件的有限元分析 28
4.1 有限元分析簡介 28
4.1.1 有限元的基本思想 28
4.1.2 有限元方法的一般過程 29
4.1.3 計算模型中的數據 29
4.1.4 建立有限元模型的過程 29
4.2 康復器主要構件的有限元分析 30
4.2.1 下肢關節康復器大腿支架三維模型圖 30
4.2.2  單元劃分、材料選擇、約束和外加載荷的添加 31
4.2.3 運行結果與分析 33
4.3 大腿支架結構優化 36
4.4 本章小結 37
第五章 總結與展望 38
5.1 全文總結 38
5.2 課題展望 38
參考文獻 40
致   謝 42