基于ALGOR分析平台的电动直立床受力性能研究

　　随着经济的发展和社会公益事业的完善,康复器材已经被广泛应用,电动直立床是康复医疗器具的一种,它主要用于对脊椎损伤,骨盆及下肢损伤,偏瘫、截瘫及其他重症患者进行恢复训练时的站立训练。对防止骨脱钙、预防压疮和尿路感染等能起到重要疗效。[1]基于此,本文利用大型有限元ALGOR分析软件对创新设计的电动直立床结构进行了受力分析,并得到其不同位置的应力应变场,根据分析结果得出其结构的合理性,从而为实际产品提供一定的理论依据。

　　1　电动直立床的工作原理

　　图1为电动直立床结构示意图,其主要组成部分有:刹车轮机构、支架、电动推杆、床面架、护板机构和床面等。根据患者的使用要求采用刹车轮机构将电动直立床固定在某一位置,当患者躺在电动直立床床面时采用护板机构安全锁死,以避免患者在电动直立床上升过程中摔伤,通过控制电动推杆举升使床面架绕图1所示的销轴转动,从而达到电动直立床在空间上的上升和下降,床面架可在0°~90°范围内旋转,满足患者的使用要求。

　　2　电动直立床有限元分析

　　2·1　ALGOR软件介绍

　　ALGOR作为世界著名的大型通用工程仿真软件,被广泛应用于各个行业的设计、有限元分析、机械运动仿真中,包括静力、动力、流体、热传导、静电场、疲劳分析、管道工艺流程设计等,能够帮助研究人员预测和检验在真实状态下的各种情况,快速、低成本地完成更安全、更可靠的设计项目。[2]

　　2·2　电动直立床有限元建模

　　2·2·1　电动直立床有限元模型

　　通过在PRO /E下建立电动直立床三维整体模型,保存为igs格式后导入ALGOR分析软件中,由于本文分析是通过电动直立床模型整体分析而得到各部件的场量情况,因而选取ALGOR软件提供的BRICK单元划分网格,划分后电动直立床整体模型网格为97 126单元,根据电动直立床设计要求,刹车轮机构中刹车轮采用硬质橡胶材料,其密度为1·3×10-9kg/mm3,弹性模量为7·84×104MPa,泊松比μ=0·4;电动直立床除刹车轮以外的所有零部件均采用45钢,其密度为7·8×10-9kg/mm3,弹性模量为2·05×105MPa,泊松比μ=0·3;考虑到实际使用要求,材料模型选取线弹性模型,划分后的电动直立床有限元模型如图2所示。

　　2·2·2　边界处理及加载

　　根据实际工况限制了电动直立床刹车轮机构中的车轮X、Y、Z方向平移自由度和转动自由度,电动直立床所有连接部件之间处理为面面接触,接触类型为黏结。加载按照体重100kg的患者躺在床面上的受力面积情况施加面力,如图3所示。

　　3　电动直立床有限元分析结果