CN111122193B - 一种检测施力器性能的动态加载模拟机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测施力器性能的动态加载模拟机构。具体包括加载组件和检测组件；所述加载组件包括第一加载组件和第二加载组件；所述第一加载组件包括恒载臂，所述恒载臂上设置有弧形齿条，所述弧形齿条上具凸台，所述凸台上连接有悬吊索，所述悬吊索上连接有第一重块；所述第二加载组件包括支架、齿轮、凸轮、推杆，所述齿条与所述齿轮连接，所述齿轮和凸轮设置在支架上，所述凸轮与所述齿轮连接，所述推杆的末端设置有平板、顶端设置有托盘；所述检测组件包括编码器和显示器。本发明能准确地实现不同模式的扭矩加载，且操作简单，使用方便，检测准确，为检测和评估不同类型的施力器提供了一个有效可行的方案。

Description

一种检测施力器性能的动态加载模拟机构
技术领域
本发明属于康复健身设备测试检验技术领域，具体涉及一种检测施力器性能的动态加载模拟机构。
背景技术
施力器能对测试者的肌肉进行收缩、伸展能力的训练，并能够根据个人情况，制定合理的训练计划。目前绝大部分施力器是通过对速度、力或扭矩等数据的采集分析，观察测试者的训练情况，其性能检测机构也只局限于同类机器。由于现有施力器种类繁多、形式多样，故急需一种能够对各种施力器的动态性能进行检测的机构，通过对设备的动态加载模拟和对反馈数据的分析，来比较不同类型施力器之间动态性能的优劣，进而衡量出性能较好的施力器。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过对施力器动态加载模拟来检测其性能的机构，以解决不同类型施力器之间动态性能的无法比较和衡量的问题，从而选择性能更好的设备。
为了实现上述目的，本发明提供了一种检测施力器性能的动态加载模拟机构。
包括加载组件和检测组件；所述加载组件包括第一加载组件和第二加载组件；所述第一加载组件包括恒载臂，所述恒载臂的一端具有轴孔另一端设置有弧形齿条，所述弧形齿条上具有沿其圆周的凸台，所述凸台的顶端连接有悬吊索，所述悬吊索的末端连接有第一重块；所述第二加载组件包括支架、齿轮、凸轮、推杆，所述弧形齿条与所述齿轮连接，所述齿轮和凸轮设置在支架上，所述凸轮与所述齿轮连接，所述凸轮的旋转中心与所述齿轮同心，所述推杆可滑动的设置在所述支架上，所述推杆的末端设置有平板、顶端设置有托盘，所述推杆位于所述凸轮上方且所述平板与所述凸轮接触，所述托盘上设置有第二重块，所述推杆的运动方向垂直于水平面且穿过所述齿轮的圆心；所述检测组件包括编码器和显示器。
进一步地，所述弧形齿条与所述齿轮啮合，所述弧形齿条的齿数大于或等于所述齿轮的齿数。
进一步地，所述弧形齿条的圆心与所述恒载臂的轴孔同心。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供的一种检测施力器性能的动态加载模拟机构，通过在恒载臂末端悬挂重块，实现了对施力器的阶跃式扭矩加载；在此基础上，通过使用不同的盘形凸轮，对施力器实现了简谐波、三角波、方波等周期波形的扭矩加载，所以该机构能准确地实现不同模式的扭矩加载；再通过编码器和显示器对不同模式下施力器的速度变化进行观测和分析，达到对施力器动态性能检测的目的，以此来比较不同类型施力器的性能优劣。本方案操作简单，使用方便，检测准确，为检测和评估不同类型的施力器提供了一个有效可行的方案。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的使用示意图。
图3为正弦波形加载示意图。
图4为三角波形加载示意图。
图5为方波形加载示意图。
图中：1、恒载臂，101、轴孔，2、第二重块，3、平板，4、齿轮，5、凸轮，6、支架，7、第一重块，8、悬吊索，9、显示器，10、编码器，11、弧形齿条，12、凸台，13、托盘，14、推杆，15、施力器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1、图2所示，一种检测施力器性能的动态加载模拟机构包括加载组件和检测组件；所述加载组件包括第一加载组件和第二加载组件；所述第一加载组件包括恒载臂1，所述恒载臂1的一端具有轴孔101另一端设置有弧形齿条11，所述弧形齿条11上具有沿其圆周的凸台12，所述凸台12的顶端连接有悬吊索8，所述悬吊索8的末端连接有第一重块7；所述第二加载组件包括支架6、齿轮4、凸轮5、推杆14，所述弧形齿条11与所述齿轮4连接，所述齿轮4和凸轮5设置在支架6上，所述凸轮5与所述齿轮4连接，所述凸轮5的旋转中心与所述齿轮4同心，所述推杆14可滑动的设置在所述支架6上，所述推杆14的末端设置有平板3、顶端设置有托盘13，所述推杆14位于所述凸轮5上方且所述平板3与所述凸轮5接触，所述托盘13上设置有第二重块2，所述推杆14的运动方向垂直于水平面且穿过所述齿轮4的圆心；所述检测组件包括编码器10和显示器9。
所述弧形齿条11与所述齿轮4啮合，所述弧形齿条11的齿数大于或等于所述齿轮4的齿数。
所述弧形齿条11的圆心与所述恒载臂1的轴孔101同心。
本发明的使用方法为：将恒载臂1安装在施力器15的输出轴上，编码器10与施力器15的输出轴连接。安装好后，保证弧形齿条11的顶端与齿轮4啮合。施力器15的输出轴所受主动扭矩等于悬吊索8连接第一重块7产生的恒扭矩与托盘13上第二重块2产生的变化扭矩之和。
本发明的原理为：
工作方式(1)：当仅使用第一加载组件时；第一重块7置于支撑面上，悬吊索8呈自然弯曲状。施力器15带动恒载臂1向上转动时，当第一重块7未脱离支撑面，第一重块7对施力器15的输出轴无扭矩作用。当第一重块7脱离支撑面后，由于悬吊索8的柔性，悬吊索8始终贴合凸台12边缘且其下垂方向与凸台12相切，保证其力臂长度不变，即施力器15受一个恒扭矩作用，故实现了阶跃式扭矩的加载。
在该状态下，实现了对施力器15的阶跃式扭矩加载，通过更换不同质量的第一重块7可改变加载扭矩的大小，通过编码器10和显示器9对该扭矩加载模式下的速度变化进行观测和分析，进而对不同类型施力器的动态性能进行评估和比较。
工作方式(2)，加载机构全部工作，如图1、图2所示；当第一加载组件和第二加载组件安装完毕后，使弧形齿条11与齿轮4完成整个啮合过程时，齿轮4刚好旋转一周，由于凸轮5与齿轮4在安装后同步旋转，所以凸轮5在该过程下也旋转一周。若以凸轮5圆心为坐标原点，则凸轮轮廓线是关于推杆14位移和凸轮5旋转角度的函数方程式。通过设定推杆14位移的变化规律，得出凸轮5与平板3的接触点到推杆14轴线的距离的变化规律。根据力矩公式可知，加载扭矩等于该距离乘以推杆14及托盘13内第二重块2的重力，故由距离变化转到扭矩变化，从而实现各种模式的扭矩加载。设凸轮5与平板3的接触点到推杆14轴线的距离为L，凸轮5旋转角度为θ，K为实际情况下按照推杆14运动范围的要求设定的一个常数。
如图3所示，该凸轮轮廓对应L的变化满足下式：
L＝2Ksin 2θ
故凸轮5旋转一周，L实现了两个周期的正弦波形变化，同理余弦波形变化也可实现，所以该机构能够实现周期性简谐波形的扭矩加载。
如图4所示，该凸轮轮廓对应L的变化满足下式：
Figure BDA0002315611740000031
故凸轮5旋转一周，L实现了两个周期的三角波形变化，所以该机构能够实现周期性三角波形的扭矩加载。
对于周期方波加载，由于在拐点处为瞬时变化，导致不同方程在拐点处对应凸轮轮廓点并不重合，使凸轮轮廓线不连续，即机械上无法实现L的瞬时反向变化，必须有一个过渡，所以L实际的周期波形为梯形，当过渡角
Figure BDA0002315611740000041
很小时，我们认为其实现了周期方波。如图5所示，该凸轮轮廓对应L的变化满足下式：
Figure BDA0002315611740000042
故当
Figure BDA0002315611740000043
很小时，凸轮5旋转一周，L近似实现了两个周期的方波形变化，所以该机构能够近似实现周期性方波形的扭矩加载。
工作方式(2)在恒扭矩加载的前提下，又实现了不同模式的周期变化扭矩加载，加载扭矩的大小可通过更换第二重块2改变。再通过编码器10和显示器9对扭矩加载呈周期性变化的三种模式的速度变化进行观测和分析，进而对不同类型施力器的动态性能进行评估和比较。

Claims (3)

1.一种检测施力器性能的动态加载模拟机构，其特征在于，包括：加载组件和检测组件；
所述加载组件包括第一加载组件和第二加载组件；
所述第一加载组件包括恒载臂（1），所述恒载臂（1）的一端具有轴孔（101）另一端设置有弧形齿条（11），所述弧形齿条（11）上具有沿其圆周的凸台（12），所述凸台（12）的顶端连接有悬吊索（8），所述悬吊索（8）的末端连接有第一重块（7）；
所述第二加载组件包括支架（6）、齿轮（4）、凸轮（5）、推杆（14），所述弧形齿条（11）与所述齿轮（4）连接，所述齿轮（4）和凸轮（5）设置在支架（6）上，所述凸轮（5）与所述齿轮（4）连接，所述凸轮（5）的旋转中心与所述齿轮（4）同心，所述推杆（14）可滑动的设置在所述支架（6）上，所述推杆（14）的末端设置有平板（3）、顶端设置有托盘（13），所述推杆（14）位于所述凸轮（5）上方且所述平板（3）与所述凸轮（5）接触，所述托盘（13）上设置有第二重块（2），所述推杆（14）的运动方向垂直于水平面且穿过所述齿轮（4）的圆心；
所述检测组件包括编码器（10）和显示器（9）。
2.根据权利要求1所述的一种检测施力器性能的动态加载模拟机构，其特征在于，所述弧形齿条（11）与所述齿轮（4）啮合，所述弧形齿条（11）的齿数大于或等于所述齿轮（4）的齿数。
3.根据权利要求1所述的一种检测施力器性能的动态加载模拟机构，其特征在于，所述弧形齿条（11）的圆心与所述恒载臂（1）的轴孔（101）同心。
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