一種可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗機加載系統(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行加載試驗的裝置，屬于機械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]試驗機加載系統(tǒng)是研究試驗材料在一定的壓力下性能的重要手段。髖關(guān)節(jié)試驗機能夠有效的模擬人體關(guān)節(jié)的運動規(guī)律，對人體仿生關(guān)節(jié)的設(shè)計和使用有著十分重要的價值和意義。因此，對髖關(guān)節(jié)試驗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，試驗機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械加載。電磁加載在實驗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)的機械加載加載力的大小不易調(diào)節(jié)，實驗效率較低。
[0004]在許多的試驗和工程應(yīng)用中需要存在著兩個方面的問題:第一，在加載力施加時，電動機的振動問題對髖關(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)試驗機加載系統(tǒng)，以達到減少動力源的振動對髖關(guān)節(jié)實驗材料受載情況的影響，同時達到可以連續(xù)提供不同的加載力對髖關(guān)節(jié)材料進行測定的目的。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗機加載系統(tǒng)，包括:
[0007]動力單元，用于產(chǎn)生試驗加載扭矩；
[0008]加載力執(zhí)行單元，用于實現(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)行單元進行軟連接；
[00?0]液壓控制單元，用于驅(qū)動所述動力單元進行進給運動，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，用于檢測實時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現(xiàn)所述液壓控制單元的自動控制。
[0013I進一步地，所述動力單元為電機，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]進一步地，所述永磁體盤上安裝有多個永磁體塊，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]進一步地，所述調(diào)節(jié)支撐鉸鏈包括兩個相同的連接桿，所述兩個連接桿的一端相互鉸接在一起，兩個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)試驗材料上。
[0018]進一步地，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]進一步地，所述曲柄的長度可調(diào)節(jié)。
[0020]進一步地，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;所述動力單元安裝在所述雙向行程液壓缸上。
[0021]進一步地，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)試驗機加載系統(tǒng)由于實現(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行比例調(diào)節(jié)，從而可以利用一臺試驗機實現(xiàn)不同加載力下對髖關(guān)節(jié)材料特性進行測定，提高了工作效率。同時，壓力反饋環(huán)節(jié)的加入對系統(tǒng)輸入的加載力進行實時的反映，為液壓控制單元的精準調(diào)節(jié)提供了依據(jù)，提高了系統(tǒng)的準確性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方面，實驗準確的特點。
【附圖說明】
[0023]圖1為可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗機加載系統(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。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0030]如附圖1所示的可調(diào)式髖關(guān)節(jié)試驗機加載系統(tǒng)，包括:
[0031]動力單元I，用于產(chǎn)生試驗加載扭矩；
[0032]加載力執(zhí)行單元5，用于實現(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進行進給運動，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，用于檢測實時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，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過載保護的特點，實現(xiàn)加載力的穩(wěn)定供給，而不會破壞電機。同時，磁力耦合器單元3的空氣間隙可以進行調(diào)節(jié)，用于提供不同的加載力傳遞;此外，在實現(xiàn)動力扭矩傳遞的同時將電機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包括兩個相同的連接桿，所述兩個連接桿的一端相互鉸接在一起，兩個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，提高了電機的啟動性能，減少了沖擊和振動，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。磁力耦合器單元3中使用8個環(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