机械原理课程创新设计脚踝保护外骨骼.ppt

机械原理课程设计机械原理课程设计 ————脚踝保护性外骨骼脚踝保护性外骨骼 团队成员： 傅一士、黄佳栋、李庆澍 目目 录录 • • 设计初衷和作品的设计目标设计初衷和作品的设计目标 • • 原理介绍和组成原理介绍和组成 • • 各部分分解介绍各部分分解介绍 • • 应力分析应力分析 设计初衷和作品的设计目标设计初衷和作品的设计目标 • • 我们设计的这个装置是从我们生活中得我们设计的这个装置是从我们生活中得 到启发，源于科幻电影中的想法到启发，源于科幻电影中的想法 • • 是拐杖，但不是拐杖我们打算开发一是拐杖，但不是拐杖我们打算开发一 种可以种可以“ “穿穿” ”的拐杖的拐杖————外骨骼 原理介绍和组成原理介绍和组成 • • 我们机构分成我们机构分成保护模块、保护模块、 缓冲缓冲- -力传导模块力传导模块 • • 通过保护模块保护脚踝，通过保护模块保护脚踝， 使它感觉舒适并避免再受使它感觉舒适并避免再受 伤，类似于一个水囊装置伤，类似于一个水囊装置 ；通过缓冲部分减小动冲；通过缓冲部分减小动冲 击；击； • • 缓冲缓冲- -力传导模块是由支座力传导模块是由支座 、铰链、支杆和固定件组、铰链、支杆和固定件组 成，通过这一系列构件把成，通过这一系列构件把“ “ 鞋底鞋底” ”受到的力绕过脚踝传受到的力绕过脚踝传 导到小腿上，以此达到避导到小腿上，以此达到避 免脚踝因受外力再受伤的免脚踝因受外力再受伤的 目的目的。

分解介绍分解介绍 • • 保护模块保护模块 此部分由一个类似鞋子的此部分由一个类似鞋子的 装置以及中间的一级缓冲装置以及中间的一级缓冲 模块组成走动时，鞋子模块组成走动时，鞋子 下方的支撑部分传导模块下方的支撑部分传导模块 中，由于是硬支撑，所以中，由于是硬支撑，所以 力不会传到脚部所以可力不会传到脚部所以可 以起到保护脚踝的作用以起到保护脚踝的作用 而脚部不可避免的会受到而脚部不可避免的会受到 一部分力，所以我们在中一部分力，所以我们在中 间加入一个由水垫组成的间加入一个由水垫组成的 保护模块保护模块, ,把脚部完全包裹把脚部完全包裹 在中间所受的力由水垫在中间所受的力由水垫 分散这样就起到了保护分散这样就起到了保护 的作用 分解介绍分解介绍 • • 缓冲缓冲- -力传导模块力传导模块 （两种方案）（两种方案） • • 方案一：方案一： 通过保护模块把力传通过保护模块把力传 导到支座，再传导到导到支座，再传导到 支杆，有二级缓冲再支杆，有二级缓冲再 次缓冲，再传导到固次缓冲，再传导到固 定件部分定件部分 分解介绍分解介绍 • • 方案二：方案二： 通过支撑模块把通过支撑模块把 力传导到支杆，力传导到支杆， 由二级缓冲再次由二级缓冲再次 缓冲，然后传导缓冲，然后传导 到液压部分，最到液压部分，最 后以均匀的压力后以均匀的压力 和摩擦力的形式和摩擦力的形式 作用在小腿上。

作用在小腿上 空气弹簧空气弹簧 • • 我们二级缓冲使用我们二级缓冲使用 空气弹簧来实现空气弹簧来实现 空气弹簧是在柔性空气弹簧是在柔性 密闭容器中加入压密闭容器中加入压 力空气，利用空气力空气，利用空气 的可压缩性实现弹的可压缩性实现弹 性作用的一种非金性作用的一种非金 属弹簧 空气弹簧的优点空气弹簧的优点 • • 空气弹簧具有非线性特性，可以根据需要将它空气弹簧具有非线性特性，可以根据需要将它 的特性线设计成比较理想的曲线的特性线设计成比较理想的曲线 • • 与钢制弹簧相比较，空气弹簧的重量轻，承受与钢制弹簧相比较，空气弹簧的重量轻，承受 剧烈的振动载荷时，空气弹簧的寿命较长剧烈的振动载荷时，空气弹簧的寿命较长 • • 通过调整内部压力，还可以得到不同的承载能通过调整内部压力，还可以得到不同的承载能 力因此能适应多种载荷的需要力因此能适应多种载荷的需要 应力分析： 1）材料选择 我们根据器械轻质，高强度的要求，决定选择如下材料： 材料名称: [SW]丙烯酸 (中高冲力) 2）受力与约束 力： 1、应用 力 400 N 沿基准面 方向 2前视基准面 使用统一分布 2、根据实际情况受力部位为鞋底。

约束： 由设计初衷，小腿部位受力，且器械缚束小腿部分与小 腿固定，所以定此部位为约束处 特殊情况分析： 考虑到器械着地时的受力存在部分受力，我们现就两种比较常见 的局部受力进行分析 （1） 第一种情况： 当使用者行进时，脚跟先着地，那么在脚面全部着地之前，脚跟 将受局部力作用 进行应力分析结果如下： （第二种情况（第二种情况 当使用者在失稳、倾斜等情况时，将出现器械底面侧边当使用者在失稳、倾斜等情况时，将出现器械底面侧边 受力现象现对脚底面向内侧受力进行分析：受力现象现对脚底面向内侧受力进行分析： 1 1）） 应力图：应力图： 分析结论 通过对上述器械及不同情况的分析，其所受应力及变形都符合选 定材料的要求 参考书目： 1. 《机械原理》第六版 高等教育出版社 2. 《材料力学》高等教育出版社 3. 《机械设计手册》成大先主编 化学工业出版社 4. 《人体工程学》甘肃人民出版社 。