曲柄滑块机构工作特性研究及其在下肢关节康复器中的应用曲柄滑块运动仿真有限元分析三维建模下肢康复器-word文档网

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曲柄滑块机构工作特性研究及其在下肢关节康复器中的应用

摘要

计算机仿真技术作为当今世界的前沿科学之一,得到广泛深入的发展和广泛的应用。现代制造技术中的仿真技术扩展了传统的仿真技术,已应用到产品的设计、生产、测试、维护等整个产品的生命周期中。参数化方法是产品模型修改和变型设计的需要，实现参数化设计系统的核心问题是构造设计对象的参数化模型和建立参数驱动机制。Pro/E是集CAD/CAM/CAE于一体的大型设计软件。使用PRO/E，不仅可以进行零件建模、装配建模，还可以进行运动仿真，有限元分析等。

CPM(continuous passive motion)是一种新的生物学概念，在医学上利用其原理设计出了多种医疗器具。本次毕业设计以CPM下肢关节康复器为应用实例，深入研究了曲柄滑块机构工作特性。首先利用Pro/E软件对曲柄滑块机构进行三维建模，然后运用其运动仿真模块动态模拟了曲柄滑块机构的运动过程，并产生动态学曲线，接着进行有限元模块对机构的各部分进行受力分析。通过仿真，给出康复器“优化”的结构设计参数，按照人的下肢重量给杆件施加载荷，进行动力学分析，计算滑块在不同位置时所需要的驱动力，最后调节各杆件截面形状，进行有限元分析，多方案比较，选择适合的形状和尺寸为符合要求的型材提供支撑。

本次研究的结果对今后下肢关节康复器的设计实践有一定的指导作用，可以用其作为今后研究的方向。

关键词：曲柄滑块运动仿真有限元分析三维建模下肢康复器

第一章绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.1.1 课题研究背景 1

1.1.2 选题意义 1

1.2 曲柄滑块机构简介 2

1.3 课题实现方法 2

1.4 本次课题研究的基本步骤 2

1.5 Pro/E软件概况 2

第二章曲柄滑块机构三维建模及运动仿真 4

2.1 对心曲柄滑块机构三维造型图 4

2.1.1 机构零部件建模 4

2.1.2 装配 13

2.2 运动仿真 17

2.3 本章小结 20

第三章曲柄滑块机构在关节康复器中的应用 21

3.1 下肢关节康复器简介 21

3.2 康复器技术参数及机构简图 21

3.3 康复器运动仿真分析 22

3.4 机构设计参数优化 24

3.5 动力学分析 25

3.5.1 驱动力计算 25

3.5.2 滑块位置和膝关节弯曲力矩关系 27

3.6 本章小结 27

第四章关节康复器主要构件的有限元分析 28

4.1 有限元分析简介 28

4.1.1 有限元的基本思想 28

4.1.2 有限元方法的一般过程 29

4.1.3 计算模型中的数据 29

4.1.4 建立有限元模型的过程 29

4.2 康复器主要构件的有限元分析 30

4.2.1 下肢关节康复器大腿支架三维模型图 30

4.2.2 单元划分、材料选择、约束和外加载荷的添加 31

4.2.3 运行结果与分析 33

4.3 大腿支架结构优化 36

4.4 本章小结 37

第五章总结与展望 38

5.1 全文总结 38

5.2 课题展望 38

参考文献 40

致谢 42