CN113892441B - 一种四转臂多自由度动物离心机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四转臂多自由度动物离心机，包括传动支撑***、四转臂***和双轴转动动物载台***；传动支撑***支撑四转臂***在动力作用下以旋转主轴为圆心沿水平地面做回转转动，四转臂***包括双轴转动动物载台***，双轴转动动物载台***中的摆动板可在步进电机推杆的作用下，使得摆动板围绕短轴的轴心做往复摆动。在摆动板上安装有电动旋转台，电动旋转台可带动动物固定平台做旋转运动。通过三者运动的复合叠加，以模拟真实的飞行环境，满足所实验需要的离心加速度和离心加速度变化率，本发明具有结构简单、工作可靠、运行功耗低等优点，在对动物进行离心处理的实验研究中使用，用于解决航空医学实验中动物离心处理的问题。
Description
技术领域
本发明属于动物离心处理的医学实验设备，用于动物离心处理的医学实验，涉及一种四转臂多自由度动物离心机。
背景技术
随着我国航空航天事业的蓬勃发展和中国空间站计划逐步完成，新一代战斗机的机动性能、战斗性能越来越强大，载人飞船、运载火箭的发射也越来越频繁。因此，飞行人员如果长期暴露在高G值环境下，可引发飞行人员的意识丧失G-LOC等问题，严重危害飞行人员生命安全，影响飞行任务。并且由于飞行人员进行高G值实验研究，实验后的研究材料很难获取且对飞行人员的身体也有严重损害。
因此，以动物来替代人体，对动物的机体进行离心处理，研究动物机体中各生理***出现一系列的适应性变化，为进一步研究提供实验依据，这也是航天航空医学研究中的重要手段。动物离心机和载人离心机同属于生物离心机。但由于动物相比较于人类，身体有更高的耐受性，可以承受更高的加速度和加速度变化率，因此动物离心机对于载人离心机来说，在综合性能上就有更高的要求。动物离心机作为航空医学研究中的重要设备，对于医学研究人员建立+Gz加速度动物模型，开展航空生理条件下的病理研究具有重要意义。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种四转臂多自由度动物离心机，针对航空医学实验中动物离心处理的问题，设计一种四转臂多自由度动物离心机，该动物离心机具有结构简单、工作可靠、运行功耗低等优点，在对动物进行离心处理的实验研究中使用，用于解决航空医学实验中动物离心处理的问题。
技术方案
一种四转臂多自由度动物离心机，其特征在于包括支撑***1、四转臂***2以及安装于臂端的双轴转动动物载台***3；所述支撑***1包括基座8、主电机6、传动轴5、主动齿轮4、减速器7、静止支撑10、回转支承11和旋转主轴12；主电机6、减速器7和静止支撑10固定于基座8上，减速器7连接主电机6，减速器7连接传动轴5，传动轴5连接主动齿轮4，主动齿轮4与回转支承11的齿轮啮合连接；回转支承11内圈32与静止支撑10连接，外圈31与旋转主轴12的底部连接，旋转主轴12与四转臂***2的轴心连接；所述双轴转动动物载台***3包括动物固定平台18、L板19、L板21、电动旋转台22、摆动板23、轴承座24、动物平台座26、旋转电机34、推杆电机33；动物固定平台18固定于动物平台座26上，动物平台座26的下端面与电动旋转台22连接，电动旋转台22放置在摆动板23上，摆动板23上的两端通过短轴25与轴承座24连接；摆动板23通过上L板19连接步进电机33的推杆20，推杆下端连接下L板21；所述四转臂***2的顶端设有凹形垂直支架14和凹形底部的加强板13，垂直支架14两侧的通孔与双轴转动动物载台***3的两个轴承座24连接，加强板13与双轴转动动物载台***3的下L板连接；四转臂***2在主电机6作用下以旋转主轴12为圆心带动双轴转动动物载台***3沿水平地面做回转转动；动物固定平台18受旋转电机34作用做旋转运动；推杆电机33使得步进电机推杆20伸长缩短时，带动摆动板23和动物固定平台18做俯仰摆动，通过三者运动的复合叠加来模拟实验飞行环境。
四转臂中部固定控制柜17，柜门方向位于两相邻所述转臂的中间，通过三角安装板16与转臂相互固定；控制柜17内置控制***，控制***与主电机6、四个臂上的推杆电机33和旋转电机34电连接。
所述旋转主轴12包括方轴28、上安装板27、下安装板29和底板30，所述方轴28上自顶往下固定有上安装板27、下安装板29、底板30，连接所述的上安装板27和转臂15内端的顶面固定连接，所述下安装板29伸出端的侧面有所述转臂15的安装孔，所述转臂15的两侧面和下安装板29固定连接，所述底板30和回转支承11的外圈31固定连接。
所述的动物固定平台18为矩形对称结构，所述动物固定平台18中心圆形区域有动物平台座26的安装过孔，所述动物固定平台18除了中心圆形区域其余有均匀分布有长条孔，所述动物固定平台18的四周进行了折边处理。
所述的转臂15的截面为C字型结构且开口朝下。
所述的转臂15的两侧面和顶面均匀设有椭圆孔。
有益效果
本发明提出的一种四转臂多自由度动物离心机，包括传动支撑***、四转臂***和双轴转动动物载台***；传动支撑***支撑四转臂***在动力作用下以旋转主轴为圆心沿水平地面做回转转动，四转臂***的上部分包括有控制柜，双轴转动动物载台***设置在四转臂***外端并通过轴承座相互连接；双轴转动动物载台***中的摆动板可在步进电机推杆的作用下，使得摆动板围绕短轴的轴心做往复摆动。在摆动板上安装有电动旋转台，电动旋转台可带动动物固定平台做旋转运动。通过三者运动的复合叠加，以模拟真实的飞行环境，满足所实验需要的离心加速度和离心加速度变化率，本发明具有结构简单、工作可靠、运行功耗低等优点，在对动物进行离心处理的实验研究中使用，用于解决航空医学实验中动物离心处理的问题。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明的四转臂***最大优势在于一次可以进行两组、一组两个的对照实验，每次的实验数据为对角线的两个动物固定平台数据组成，这样大大提高了实验效率，有助于研究人员更好的进行实验方案的设计。在结构满足强度要求的情况下，转臂采用钢板折弯成型，将板材折弯成C字型，并在上方和两侧按照一定比例挖椭圆孔，减轻转臂质量的同时减少风阻。在转臂的末端有加强筋，用来提高转臂的刚度。这种结构相比较于桁架结构，结构简单、整体性好、对焊接加工要求不高，且在运行的过程中不会由于焊接导致质量分布不均产生晃动，保证了转臂的精度和可靠性。
在双轴转动动物载台***中，步进电动推杆通过两个可调节L板分别和摆动板和转臂固定，可以通过调节两个L板的尺寸参数使得摆动的极限角度发生改变。采用步进电机推杆机构首先结构简单，使复杂的圆周运动转化成了简单的直线运动，并且步进电机推杆自带限位，提高了设备的安全性和可靠性。在动物固定平台上均匀分布有长条孔，目的一是为了尽可能减轻质量，减少惯动转量；二是方便通过捆绑法固定实验动物。动物固定平台四周进行折边处理，用于加强平台的刚度，使得在使用工作中不易变形。
附图说明
图1是本发明的一种总体结构示意图；
图2是本发明中的传动支撑***示意图；
图3是本发明中的四转臂***示意图；
图4是本发明中的双轴转动动物载台***示意图；
图5是本发明中的旋转主轴示意图；
图6是本发明中的回转支承示意图；
图7是本发明中的双轴转动动物载台***部分结构示意图。
图中：1：传动支撑***；2：四转臂***；3：双轴转动动物载台***；4：主动齿轮；5：传动轴；6：主电机；7：减速器；8：基座；9：减速器安装板；10：静止支撑；11：回转支承；12：旋转主轴；13：加强板；14：垂直支架；15：转臂；16：三角安装板；17：控制柜；18：动物固定平台；19：上L板；20：步进电动推杆；21：下L板；22：电动旋转台；23：摆动板；24：轴承座；25：短轴；26：动物平台座；27：上安装板；28：方轴；29：下安装板；30：底板；31：回转支承内圈；32：回转支承外圈；33：推杆电机；34：旋转电机。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明实施例采用的技术方案包括传动支撑***1、四转臂***2、双轴转动动物载台***3；传动支撑***1支撑四转臂***2在动力作用下以旋转主轴12为圆心沿水平地面做回转转动，满足所实验需要的离心加速度和离心加速度变化率。四转臂***2的上部分包括有控制柜17，双轴转动动物载台***3设置在四转臂***2的外端的垂直支架14之间，并通过轴承座24和垂直支架14相互连接，通过复合多轴运动轨迹，来模拟飞行实验环境。
所述的传动支撑***1包括基座8、主电机6、减速器7、减速器安装板9、传动轴5、主动齿轮4、静止支撑10、回转支承11和旋转主轴12；所述的主电机6和减速器7设置在基座8上，所述的基座8上设置有静止支撑10和减速器安装板9的安装孔，所述主电机6的输出端连接减速器7，所述传动轴5的一端与所述减速器7的输出端连接，另一端与所述主动齿轮4固定连接，所述静止支撑10上端与回转支承11的内圈32下面固定连接，所述旋转主轴12的底板30与回转支承11的外圈31上面固定连接，所述回转支承11的外圈31侧面齿轮和主动齿轮4相互啮合。
如图2和图3所示，所述传动支撑***1中静止支撑10安装于基座8上，从下向往上分别由静止支撑10、回转支承11和旋转主轴12三部分组成，回转支承11通过螺栓与上下部分连接，回转支承11的内圈32下面和静止支撑10固定连接，回转支承11的外圈31上面和旋转主轴12的底板30固定连接，所述回转支承11的外圈31侧面齿轮和主动齿轮4相互啮合，通过回转支承11传递力和力矩给旋转主轴12，所述旋转主轴12上安装有四个转臂15，旋转主轴12带动转臂15做旋转运动，四个转臂15两两对称，相邻转臂15成互为90°夹角分布，目的在于保证动物离心机整体的平衡性和合理性。四个转臂15通过三角安装板16和控制柜17相互固定。在基座8上设置有静止支撑10和减速器安装板9的安装孔，所述主电机6的输出端连接减速器7，减速器7通过减速器安装板9固定在基座8上，减速器7输入端连接主电机6，减速器7输出端连接传动轴5，所述传动轴5上安装有主动齿轮4。
所述的四转臂***2包括转臂15、控制柜17，三角安装板16，所述转臂15的一端与所述旋转主轴12固定连接，另一端为设置有两个垂直支架14的半圆结构，所述两个垂直支架14左右分布且水平设置，所述两个垂直支架14中间安装有双轴转动动物载台***3，所述的两个垂直支架14之间的下方固定连接有加强板13，所述转臂15与旋转主轴12连接的一端上放置有控制柜17，所述控制柜17的柜门方向位于两相邻所述转臂15的中间，所述控制柜17通过三角安装板16和转臂15相互固定。
所述的双轴转动动物载台***3包括步进电机推杆20、上L板19、下L板21、摆动板23、短轴25、轴承座24、电动旋转台22、动物平台座26、推杆电机33、旋转电机34和动物固定平台18；所述轴承座24固定安装在转臂15外端的垂直支架14上，所述轴承座24通过短轴25与摆动板23转动连接，所述摆动板23上放置有电动旋转台22，所述电动旋转台22上有动物平台座26的安装孔，所述的动物平台座26下端面和上端面分析别与所述电动旋转台22和动物固定平台18固定连接，所述摆动板23上有电动旋转台22和上L板19的安装孔，所述加强板13上有下L板的安装孔，所述步进电机推杆20的伸缩端和固定端分别于上L板19和下L板21固定连接，上L板19和下L板21分别于所述摆动板23和加强板13固定连接。
如图4所示，本发明中的双轴转动动物载台***3包括步进电机推杆20、上L板19、下L板21、摆动板23、短轴25、轴承座24、电动旋转台22、动物平台座26、推杆电机33、旋转电机34和动物固定平台18，双轴转动动物载台***3中的轴承座24通过短轴25与摆动板23相连接，所述摆动板23可围绕短轴25的轴心摆动，在摆动板23上有电动旋转台22的安装孔，用于固定安装电动旋转台22，所述电动旋转台22上安装有动物平台座26，动物平台座26采用镂空设计，目的是减少质量，并与动物固定平台18固定连接。电动旋转台22通过旋转电机34可带动动物固定平台18做360°旋转运动；所述的动物固定平台18为矩形对称结构，动物固定平台18中心圆形区域有动物平台座18的安装过孔，所述动物固定平台18除了中心圆形区域其余有均匀分布有长条孔，目的一是为了尽可能减轻质量，减少惯动转量，二是方便通过捆绑法固定实验动物；所述动物固定平台18的四周进行了折边处理，用于加强动物固定平台18的刚度，使得在使用工作中不易变形。
所述摆动板23上分别有电动旋转台22和上L板19的安装孔，所述上L板19一端固定安装在摆动板23上，另一端和步进电机推杆20的伸缩端连接；所述加强板13上有下L板21的安装孔，所述下L板21一端固定连接在转臂15的加强板13上，另一端和步进电机推杆20的固定端相连接，所述步进电动推杆20可通过两个可调节上L板19、下L板21的尺寸参数使得动物固定平台18摆动的极限角度发生改变，从而满足不同的实验要求。当步进电机推杆20伸长缩短时，推杆电机33会带动摆动板23和动物固定平台18做往复摆动，以模拟飞行过程中的仰俯运动。通过传动支撑***1和双轴转动动物载台***3的复合运动，模拟飞行环境，完成动物的离心处理。
所述的动物固定平台18为矩形对称结构，所述动物固定平台18中心圆形区域有动物平台座26的安装过孔，所述动物固定平台18除了中心圆形区域其余有均匀分布有长条孔，所述动物固定平台18的四周进行了折边处理。
如图5所示，本发明中的旋转主轴12包括方轴28、上安装板27、下安装板29和底板30，所述方轴28上自顶往下固定有上安装板27、下安装板29、底板30，连接所述的上安装板27和转臂15内端的顶面固定连接，所述下安装板29伸出端的侧面有所述转臂15的安装孔，所述转臂15的两侧面和下安装板29固定连接，所述底板30和回转支承11的外圈31固定连接，所述回转支承11外圈31在动力作用下旋转运动时，旋转主轴12同时也会一起做旋转运动。
所述的转臂15为C字型结构且开口朝下，所述转臂15外端为两垂直支架14的半圆结构，所述的两个垂直支架14之间的下方固定连接有加强板13，用于提高转臂15的刚度。所述转臂15内端顶面有旋转主轴12上安装板27的安装过孔，所述转臂15内端两侧面有旋转主轴12下安装板29的安装过孔，所述转臂15两侧面和顶面按照一定比例挖有椭圆孔。，减轻转臂质量的同时减少风阻，当旋转主轴12转动时也会带动四转臂***2一起转动。
Claims (6)
1.一种四转臂多自由度动物离心机，其特征在于包括支撑***(1)、四转臂***(2)以及安装于臂端的双轴转动动物载台***(3)；所述支撑***(1)包括基座(8)、主电机(6)、传动轴(5)、主动齿轮(4)、减速器(7)、静止支撑(10)、回转支承(11)和旋转主轴(12)；主电机(6)、减速器(7)和静止支撑(10)固定于基座(8)上，减速器(7)连接主电机(6)，减速器(7)连接传动轴(5)，传动轴(5)连接主动齿轮(4)，主动齿轮(4)与回转支承(11)的齿轮啮合连接；回转支承(11)内圈(32)与静止支撑(10)连接，外圈(31)与旋转主轴(12)的底部连接，旋转主轴(12)与四转臂***(2)的轴心连接；所述双轴转动动物载台***(3)包括动物固定平台(18)、L板(19)、L板(21)、电动旋转台(22)、摆动板(23)、轴承座(24)、动物平台座(26)、旋转电机(34)、推杆电机(33)；动物固定平台(18)固定于动物平台座(26)上，动物平台座(26)的下端面与电动旋转台(22)连接，电动旋转台(22)放置在摆动板(23)上，摆动板(23)上的两端通过短轴(25)与轴承座(24)连接；摆动板(23)通过上L板(19)连接步进电机(33)的推杆(20)，推杆下端连接下L板(21)；所述四转臂***(2)的顶端设有凹形垂直支架(14)和凹形底部的加强板(13)，垂直支架(14)两侧的通孔与双轴转动动物载台***(3)的两个轴承座(24)连接，加强板(13)与双轴转动动物载台***(3)的下L板连接；四转臂***(2)在主电机(6)作用下以旋转主轴(12)为圆心带动双轴转动动物载台***(3)沿水平地面做回转转动；动物固定平台(18)受旋转电机(34)作用做旋转运动；推杆电机(33)使得步进电机推杆(20)伸长缩短时，带动摆动板(23)和动物固定平台(18)做俯仰摆动，通过三者运动的复合叠加来模拟实验飞行环境。
2.根据权利要求1所述四转臂多自由度动物离心机，其特征在于：四转臂中部固定控制柜(17)，柜门方向位于两相邻所述转臂的中间，通过三角安装板(16)与转臂相互固定；控制柜(17)内置控制***，控制***与主电机(6)、四个臂上的推杆电机(33)和旋转电机(34)电连接。
3.根据权利要求1所述四转臂多自由度动物离心机，其特征在于：所述旋转主轴(12)包括方轴(28)、上安装板(27)、下安装板(29)和底板(30)，所述方轴(28)上自顶往下固定有上安装板(27)、下安装板(29)、底板(30)，连接所述的上安装板(27)和转臂(15)内端的顶面固定连接，所述下安装板(29)伸出端的侧面有所述转臂(15)的安装孔，所述转臂(15)的两侧面和下安装板(29)固定连接，所述底板(30)和回转支承(11)的外圈(31)固定连接。
4.根据权利要求1所述四转臂多自由度动物离心机，其特征在于：所述的动物固定平台(18)为矩形对称结构，所述动物固定平台(18)中心圆形区域有动物平台座(26)的安装过孔，所述动物固定平台(18)除了中心圆形区域其余有均匀分布有长条孔，所述动物固定平台(18)的四周进行了折边处理。
5.根据权利要求1所述四转臂多自由度动物离心机，其特征在于：所述的转臂(15)的截面为C字型结构且开口朝下。
6.根据权利要求1或5所述四转臂多自由度动物离心机，其特征在于：所述的转臂(15)的两侧面和顶面均匀设有椭圆孔。
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