一種高頻微型疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)及制造.pdf

1、研究發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用和操作中，檢測各種抗拉壓器件的疲勞試驗(yàn)機(jī)種類很多，但是同時(shí)具備大行程、高頻率功能的疲勞試驗(yàn)機(jī)卻很少。當(dāng)今疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用范圍比較廣泛，但是在面對(duì)測試橡膠、高分子材料、復(fù)合材料或生物醫(yī)學(xué)材料及器械的力學(xué)性能時(shí)，傳統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)無法滿足。本文突破了傳統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)機(jī)忽視測試生物材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的弊端，設(shè)計(jì)及制造了一臺(tái)體積較小、高精度、高性能、高頻率的微型加載裝置。
　　本課題通過研制一種微型的加載裝置，可以填補(bǔ)目前

2、疲勞試驗(yàn)機(jī)研究領(lǐng)域缺乏大行程、頻率高的加載裝置的空缺。在研究階段，首先提出以音圈直線電機(jī)作為疲勞試驗(yàn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，突破了選取步進(jìn)電機(jī)或壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)裝置的傳統(tǒng)方法。選用的音圈電機(jī)避免了步進(jìn)電機(jī)存在的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了“零傳動(dòng)”，具有零磁滯、高精度、高頻率等特點(diǎn)。其次，根據(jù)選用的音圈直線電機(jī)，探討并設(shè)計(jì)疲勞試驗(yàn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。另外，還設(shè)計(jì)了一套應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新型培養(yǎng)小室結(jié)構(gòu)。該培養(yǎng)小室可以為組織工程構(gòu)建物提供一種接近于生理加載的無

3、菌環(huán)境。最后利用有限元軟件計(jì)算電機(jī)的固有頻率，防止加工生產(chǎn)后該裝置在實(shí)際工作中發(fā)生共振，確保了整個(gè)疲勞試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠。在控制方面，分析比較Cspace控制系統(tǒng)和Imac400控制系統(tǒng)，最終擇優(yōu)選擇Imac400控制作為整個(gè)裝置的控制系統(tǒng)。
　　本課題研究的這種微型疲勞試驗(yàn)機(jī)的所能夾持的試件尺寸最大可為300mm，對(duì)試件的加載最高可達(dá)到200Hz，另外可對(duì)試件進(jìn)行最大行程30mm的壓縮或拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了大載荷和高動(dòng)態(tài)應(yīng)變前提

4、下的高頻測試。除此之外，本課題研制的疲勞試驗(yàn)機(jī)的另一個(gè)研究特色是不僅可應(yīng)用于金屬或非金屬材料的疲勞測試，還可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的研究，測試生物醫(yī)學(xué)材料及器械的疲勞壽命。結(jié)合本課題獨(dú)立設(shè)計(jì)的新型培養(yǎng)室可進(jìn)行力學(xué)加載激勵(lì)條件下的細(xì)胞培養(yǎng)或組織培養(yǎng)。
　　本課題將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及生物力學(xué)相結(jié)合，使得本裝置不僅能夠作為一臺(tái)疲勞試驗(yàn)機(jī)使用，還可以當(dāng)作一臺(tái)生物反應(yīng)器使用。這種新型加載裝置的研究不僅為日后機(jī)械與生物交叉學(xué)科的發(fā)展提供了有力依據(jù)，而