会计学1机械原理机械原理(yuánlǐ)课程设计脚踝保护外骨课程设计脚踝保护外骨骼骼第一页，共17页 目目 录录n n设计(shèjì)初衷和作品的设计(shèjì)目标n n原理介绍和组成n n各部分分解介绍n n应力分析第1页/共16页第二页，共17页 设计初衷和作品设计初衷和作品(zuòpǐn)的的设计目标设计目标n n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n n是拐杖是拐杖(gu(guǎ ǎizhàng)izhàng)，但不是拐杖，但不是拐杖(gu(guǎ ǎizhàng)izhàng)我们打算开发一种可以我们打算开发一种可以“ “穿穿” ”的拐杖的拐杖(gu(guǎ ǎizhàng)——izhàng)——外骨骼第2页/共16页第三页，共17页 原理介绍原理介绍(jièshào)和组成和组成n n我们机构分成保护模块、我们机构分成保护模块、缓冲缓冲- -力传导模块力传导模块 n n通过通过(tōngguò)(tōngguò)保护模块保保护模块保护脚踝，使它感觉舒适并护脚踝，使它感觉舒适并避免再受伤，类似于一个避免再受伤，类似于一个水囊装置；通过水囊装置；通过(tōngguò)(tōngguò)缓冲部分减小动冲击；缓冲部分减小动冲击；n n缓冲缓冲- -力传导模块是由支座、力传导模块是由支座、铰链、支杆和固定件组成，铰链、支杆和固定件组成，通过通过(tōngguò)(tōngguò)这一系列构这一系列构件把件把“ “鞋底鞋底” ”受到的力绕受到的力绕过脚踝传导到小腿上，以过脚踝传导到小腿上，以此达到避免脚踝因受外力此达到避免脚踝因受外力再受伤的目的。
再受伤的目的第3页/共16页第四页，共17页 分解分解(fēnjiě)介绍介绍n n保护模块保护模块n n此部分由一个此部分由一个类似鞋子的装置以类似鞋子的装置以及中间的一级缓冲及中间的一级缓冲模块组成走动时，模块组成走动时，鞋子下方的支撑部鞋子下方的支撑部分传导模块中，由分传导模块中，由于是硬支撑，所以于是硬支撑，所以力不会传到脚部力不会传到脚部所以可以起到保护所以可以起到保护脚踝的作用而脚脚踝的作用而脚部不可避免的会受部不可避免的会受到一部分力，所以到一部分力，所以我们在中间加入我们在中间加入(jiārù)(jiārù)一个由水垫一个由水垫组成的保护模块组成的保护模块, ,把把脚部完全包裹在中脚部完全包裹在中间所受的力由水间所受的力由水垫分散这样就起垫分散这样就起到了保护的作用到了保护的作用 第4页/共16页第五页，共17页 分解分解(fēnjiě)介绍介绍n n缓冲缓冲- -力传导模块力传导模块 n n（两种方案）（两种方案）n n n n方案一：方案一：n n通过保护通过保护(bǎohù)(bǎohù)模块把力传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 第5页/共16页第六页，共17页 分解分解(fēnjiě)介绍介绍n n方案二：n n通过支撑(zhī chēng)模块把力传导到支杆，由二级缓冲再次缓冲，然后传导到液压部分，最后以均匀的压力和摩擦力的形式作用在小腿上 第6页/共16页第七页，共17页 空气空气(kōngqì)弹簧弹簧n n我们我们(wǒ men)(wǒ men)二二级缓冲使用空气级缓冲使用空气弹簧来实现空弹簧来实现空气弹簧是在柔性气弹簧是在柔性密闭容器中加入密闭容器中加入压力空气，利用压力空气，利用空气的可压缩性空气的可压缩性实现弹性作用的实现弹性作用的一种非金属弹簧一种非金属弹簧 第7页/共16页第八页，共17页 空气弹簧空气弹簧(tánhuáng)的的优点优点n n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的特性线设计(shèjì)(shèjì)成比较理想的曲线成比较理想的曲线 n n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 n n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 第8页/共16页第九页，共17页 第9页/共16页第十页，共17页 应力应力(yìnglì)分析：分析：1）材料选择）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：我们根据器械轻质，高强度的要求，决定选择如下材料：材料名称材料名称: [SW]丙烯酸丙烯酸 (中高冲力中高冲力)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(gēnjù)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第10页/共16页第十一页，共17页 第11页/共16页第十二页，共17页 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(zuòyòng)进行应力分析结果如下：第12页/共16页第十三页，共17页 第13页/共16页第十四页，共17页 （第二种情况（第二种情况（第二种情况（第二种情况(qíngkuàng)(qíngkuàng) 当使用者在失稳、倾斜等情况当使用者在失稳、倾斜等情况当使用者在失稳、倾斜等情况当使用者在失稳、倾斜等情况(qíngkuàng)(qíngkuàng)时，将出现器械底面侧时，将出现器械底面侧时，将出现器械底面侧时，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：边受力现象现对脚底面向内侧受力进行分析：边受力现象现对脚底面向内侧受力进行分析：边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：应力图：应力图：第14页/共16页第十五页，共17页 分析结论通过对上述器械及不同情况(qíngkuàng)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：参考书目：1. 1. 《机械《机械(jīxiè)(jīxiè)原理》第六版原理》第六版 高等教育出版社高等教育出版社2. 2. 《材料力学》高等教育出版社《材料力学》高等教育出版社3. 3. 《机械《机械(jīxiè)(jīxiè)设计手册》成大先主编设计手册》成大先主编 化学工业出版社化学工业出版社4. 4. 《人体工程学》甘肃人民出版社《人体工程学》甘肃人民出版社第15页/共16页第十六页，共17页 内容(nèiróng)总结会计学设计初衷和作品的设计目标是拐杖，但不是拐杖我们机构分成保护模块、缓冲-力传导模块此部分由一个类似鞋子的装置以及中间的一级缓冲模块组成空气(kōngqì)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。
材料名称: [SW]丙烯酸 (中高冲力)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受力现象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：第十七页，共17页。