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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