一種可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械電磁液壓復(fù)合模擬加載系統(tǒng),特別涉及一種需要對不同的受載情況進(jìn)行加載試驗(yàn)的裝置,屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)是研究試驗(yàn)材料在一定的壓力下性能的重要手段。髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)能夠有效的模擬人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動規(guī)律,對人體仿生關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)和使用有著十分重要的價(jià)值和意義。因此,對髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)材料在一定載荷下的磨損情況的研究也有著重要的意義。
[0003]目前,試驗(yàn)機(jī)的加載方式有著不同的分類,根據(jù)施加加載力的不同,如電磁加載、液壓加載和傳動的機(jī)械加載。電磁加載在實(shí)驗(yàn)室信號容易受到外界環(huán)境的干擾,加載力比較小而且不容易控制;液壓加載系統(tǒng)反應(yīng)較慢,加載相應(yīng)較為滯后;傳統(tǒng)的機(jī)械加載加載力的大小不易調(diào)節(jié),實(shí)驗(yàn)效率較低。
[0004]在許多的試驗(yàn)和工程應(yīng)用中需要存在著兩個(gè)方面的問題:第一,在加載力施加時(shí),電動機(jī)的振動問題對髖關(guān)節(jié)的受力情況有著較大的影響,不能準(zhǔn)確的測定髖關(guān)節(jié)的受力情況。第二,許多情況下,需要在不同的壓力情況下髖關(guān)節(jié)材料的性能,然而一般的加載系統(tǒng)只能提供單一的加載力,無法進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果通過不同的加載系統(tǒng)對髖關(guān)節(jié)材料進(jìn)行加載,成本較高,效率較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明提供一種髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng),以達(dá)到減少動力源的振動對髖關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)材料受載情況的影響,同時(shí)達(dá)到可以連續(xù)提供不同的加載力對髖關(guān)節(jié)材料進(jìn)行測定的目的。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng),包括:
[0007]動力單元,用于產(chǎn)生試驗(yàn)加載扭矩;
[0008]加載力執(zhí)行單元,用于實(shí)現(xiàn)扭矩向加載力的轉(zhuǎn)化,并將加載力施加于髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)材料;
[0009]磁力親合器單元,用于對所述動力單元與所述加載力執(zhí)行單元進(jìn)行軟連接;
[00?0]液壓控制單元,用于驅(qū)動所述動力單元進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動,調(diào)節(jié)所述磁力親合器單元的輸出扭矩,產(chǎn)生不同的加載力;
[0011 ]傳感器檢測反饋單元,用于檢測實(shí)時(shí)加載力并為所述液壓控制單元的微量調(diào)節(jié)提供反饋;
[0012]主控單元,用于對所述傳感器檢測反饋單元的信號采集分析以及實(shí)現(xiàn)所述液壓控制單元的自動控制。
[0013I進(jìn)一步地,所述動力單元為電機(jī),所述動力單元與所述磁力親合器單元之間連接有第一聯(lián)軸器,所述磁力耦合器單元與所述加載力執(zhí)行單元之前連接有第二聯(lián)軸器。
[0014]進(jìn)一步地,所述磁力耦合器單元包括主軸支撐結(jié)構(gòu)與銅盤支撐結(jié)構(gòu),所述主軸支撐結(jié)構(gòu)與銅盤支撐結(jié)構(gòu)之間通過相對于轉(zhuǎn)動軸均勻圓周分布的多組調(diào)節(jié)支撐鉸鏈連接,所述主軸支撐結(jié)構(gòu)包括主軸以及固定在主軸上的永磁體盤,所述銅盤支撐結(jié)構(gòu)包括銅盤;所述主軸連接所述動力單元,所述銅盤連接所述加載力執(zhí)行單元,所述永磁體盤的磁場作用可帶動所述銅盤轉(zhuǎn)動,且永磁體盤與所述銅盤非接觸,兩者之間留有可調(diào)節(jié)的空氣間隙。
[0015]進(jìn)一步地,所述永磁體盤上安裝有多個(gè)永磁體塊,所有的永磁體塊相對于永磁體盤的轉(zhuǎn)動中心均勻圓周分布,且任意相鄰的兩塊永磁體塊的極性相反。
[0016]進(jìn)一步地,所述調(diào)節(jié)支撐鉸鏈包括兩個(gè)相同的連接桿,所述兩個(gè)連接桿的一端相互鉸接在一起,兩個(gè)連接桿的非鉸接在一起的一端分別鉸接在所述主軸支撐結(jié)構(gòu)與銅盤支撐結(jié)構(gòu)上。
[0017]進(jìn)一步地,所述加載力執(zhí)行單元包括支架、曲柄、滑塊、導(dǎo)軌滑臺以及搖桿;所述曲柄由所述磁力耦合器單元傳遞過來的扭矩驅(qū)動相對于所述支架轉(zhuǎn)動,其一端鉸接有所述滑塊;所述搖桿的一端鉸接在所述支架上,搖桿的中部設(shè)有導(dǎo)槽,所述滑塊與所述導(dǎo)槽滑動配合,搖桿的另一端設(shè)有第二導(dǎo)槽;所述導(dǎo)軌滑臺可相對于支架直線運(yùn)動且其上安裝有驅(qū)動塊,所述驅(qū)動塊與所述第二導(dǎo)槽之間為滑動配合;所述導(dǎo)軌滑臺所產(chǎn)生的加載力通過壓力傳感器作用在髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)材料上。
[0018]進(jìn)一步地,所述加載力執(zhí)行單元還包括傳動單元,所述傳動單元包括小齒輪以及大齒輪,所述小齒輪與大齒輪之間相互嚙合;所述小齒輪由所述磁力耦合器單元傳遞過來的扭矩驅(qū)動轉(zhuǎn)動,所述曲柄相對于所述大齒輪固定安裝。
[0019]進(jìn)一步地,所述曲柄的長度可調(diào)節(jié)。
[0020]進(jìn)一步地,所述液壓控制單元依次包括順次連接的雙向行程液壓缸、電磁比例換向閥、液壓栗以及油缸,所述電磁比例換向閥與所述主控單元連接,且所述電磁比例換向閥與所述雙向行程液壓缸之間設(shè)有液壓鎖;所述液壓栗與電磁比例換向閥之間配有溢流閥提供過壓保護(hù);所述動力單元安裝在所述雙向行程液壓缸上。
[0021]進(jìn)一步地,所述電磁比例換向閥為三位四通換向閥。
[0022]有益效果:本發(fā)明的可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)由于實(shí)現(xiàn)了動力單元與加載力執(zhí)行單元之間的軟連接,大大減少了動力單元的振動對髖關(guān)節(jié)材料受力情況的影響,從而獲得了材料在確定壓力作用下真正的物理力學(xué)特性;通過電磁比例換向閥可以對施壓大小進(jìn)行比例調(diào)節(jié),從而可以利用一臺試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)不同加載力下對髖關(guān)節(jié)材料特性進(jìn)行測定,提高了工作效率。同時(shí),壓力反饋環(huán)節(jié)的加入對系統(tǒng)輸入的加載力進(jìn)行實(shí)時(shí)的反映,為液壓控制單元的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)提供了依據(jù),提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單,操作方面,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與控制框圖;
[0024]圖2為本發(fā)明中采用的磁力耦合器單元的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖3為本發(fā)明液壓控制單元的示意圖;
[0026]圖4為本發(fā)明加載力執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0027]圖5為永磁鐵盤上的永磁體塊的布置示意圖。
[0028]圖中:1-動力單元,2-第一聯(lián)軸器,3-磁力耦合器單元,4-第二聯(lián)軸器,5-加載力執(zhí)行單元,7-傳感器檢測反饋單元,8-液壓控制單元,9-主控單元,10-法蘭盤,11-端蓋,12-角接觸球軸承,13-定位環(huán),14-調(diào)節(jié)支撐鉸鏈,15-主軸,16-擋板,17-第二法蘭盤,18-銅盤,19-永磁體盤,20-磁力耦合器支撐架,21-雙向調(diào)節(jié)液壓缸,22-液壓鎖,23-電磁比例換向閥,24-溢流閥,25-液壓栗,26-支架,27-小齒輪,28-小齒輪軸,29-大齒輪,30-曲柄,31-滑塊,32-導(dǎo)軌滑臺,33-搖桿,34-壓力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0030]如附圖1所示的可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng),包括:
[0031]動力單元I,用于產(chǎn)生試驗(yàn)加載扭矩;
[0032]加載力執(zhí)行單元5,用于實(shí)現(xiàn)扭矩向加載力的轉(zhuǎn)化,并將加載力施加于髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)材料;
[0033]磁力親合器單元3,用于對所述動力單元I與所述加載力執(zhí)行單元5進(jìn)行軟連接;
[0034]液壓控制單元8,用于驅(qū)動所述動力單元I進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動,調(diào)節(jié)所述磁力耦合器單元3的輸出扭矩,產(chǎn)生不同的加載力;
[0035]傳感器檢測反饋單元7,用于檢測實(shí)時(shí)加載力并為所述液壓控制單元8的微量調(diào)節(jié)提供反饋;
[0036]主控單元9,用于對所述傳感器檢測反饋單元7的信號采集分析以及實(shí)現(xiàn)所述液壓控制單元8的自動控制。
[0037]所述動力單元I為電機(jī),所述動力單元I與所述磁力耦合器單元3之間連接有第一聯(lián)軸器2,所述磁力耦合器單元3與所述加載力執(zhí)行單元5之前連接有第二聯(lián)軸器4。
[0038]如附圖2所示,所述磁力耦合器單元3包括主軸支撐結(jié)構(gòu)與銅盤支撐結(jié)構(gòu),所述主軸支撐結(jié)構(gòu)與銅盤支撐結(jié)構(gòu)之間通過相對于轉(zhuǎn)動軸均勻圓周分布的多組調(diào)節(jié)支撐鉸鏈14連接,所述主軸支撐結(jié)構(gòu)包括主軸支座、主軸15以及固定在主軸15上的永磁體盤19,所述銅盤支撐結(jié)構(gòu)包括銅盤18以及銅盤支座;所述主軸15通過法蘭盤10連接所述動力單元1,主軸15與主軸支座之間為轉(zhuǎn)動連接;所述銅盤18與銅盤支座之間為轉(zhuǎn)動連接,銅盤18通過第二法蘭盤18連接所述加載力執(zhí)行單元5,所述永磁體盤19的磁場作用可帶動所述銅盤18轉(zhuǎn)動,且永磁體盤19與所述銅盤18非接觸,兩者之間留有可調(diào)節(jié)的空氣間隙,不同的空氣間隙可以傳遞不同的扭矩,從而可以對髖關(guān)節(jié)材料提供不同的加載力。
[0039]利用磁力耦合器單元3過載保護(hù)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)加載力的穩(wěn)定供給,而不會破壞電機(jī)。同時(shí),磁力耦合器單元3的空氣間隙可以進(jìn)行調(diào)節(jié),用于提供不同的加載力傳遞;此外,在實(shí)現(xiàn)動力扭矩傳遞的同時(shí)將電機(jī)的振動隔絕在動力源端。
[0040]如附圖5所示,所述永磁體盤19上安裝有多個(gè)永磁體塊,所有的永磁體塊相對于永磁體盤19的轉(zhuǎn)動中心均勻圓周分布,且任意相鄰的兩塊永磁體塊的極性相反。永磁體盤19上的永磁體塊的布置如圖5所示,N極和S極相間分布,共14塊,每塊永磁體的外形尺寸完全相同。
[0041]所述調(diào)節(jié)支撐鉸鏈14包括兩個(gè)相同的連接桿,所述兩個(gè)連接桿的一端相互鉸接在一起,兩個(gè)連接桿的非鉸接在一起的一端分別鉸接在所述主軸支撐結(jié)構(gòu)的主軸支座與銅盤支撐結(jié)構(gòu)的銅盤支座上。所述銅盤支座上安裝有磁力耦合支撐架(2)以將其固定安裝。
[0042]通過利用多個(gè)調(diào)節(jié)支撐鉸鏈14連接,不僅保持了磁力耦合器單元3原有的整體結(jié)構(gòu),也實(shí)現(xiàn)了空氣間隙的調(diào)節(jié)。該連接方式減小了剛性連接對對中誤差的要求,節(jié)約了能耗,提高了電機(jī)的啟動性能,減少了沖擊和振動,提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。磁力耦合器單元3中使用8個(gè)環(huán)形布置的調(diào)節(jié)支撐鉸鏈14,可以很好地保證整體結(jié)構(gòu)的剛性。磁力耦合器單元3的主軸通