一種高頻微型疲勞試驗機的設(shè)計及制造.pdf

1、研究發(fā)現(xiàn)在實際應(yīng)用和操作中，檢測各種抗拉壓器件的疲勞試驗機種類很多，但是同時具備大行程、高頻率功能的疲勞試驗機卻很少。當(dāng)今疲勞試驗機應(yīng)用范圍比較廣泛，但是在面對測試橡膠、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，傳統(tǒng)的疲勞試驗機已經(jīng)無法滿足。本文突破了傳統(tǒng)的疲勞試驗機忽視測試生物材料的動態(tài)力學(xué)性能的弊端，設(shè)計及制造了一臺體積較小、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，可以填補目前

2、疲勞試驗機研究領(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作為疲勞試驗機的驅(qū)動裝置，突破了選取步進電機或壓電陶瓷作為驅(qū)動裝置的傳統(tǒng)方法。選用的音圈電機避免了步進電機存在的機械傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了“零傳動”，具有零磁滯、高精度、高頻率等特點。其次，根據(jù)選用的音圈直線電機，探討并設(shè)計疲勞試驗機的整體結(jié)構(gòu)。另外，還設(shè)計了一套應(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算電機的固有頻率，防止加工生產(chǎn)后該裝置在實際工作中發(fā)生共振，確保了整個疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠。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控制作為整個裝置的控制系統(tǒng)。
　　本課題研究的這種微型疲勞試驗機的所能夾持的試件尺寸最大可為300mm，對試件的加載最高可達到200Hz，另外可對試件進行最大行程30mm的壓縮或拉伸實驗，實現(xiàn)了大載荷和高動態(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機的另一個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)合本課題獨立設(shè)計的新型培養(yǎng)室可進行力學(xué)加載激勵條件下的細胞培養(yǎng)或組織培養(yǎng)。
　　本課題將傳統(tǒng)的機械設(shè)計及生物力學(xué)相結(jié)合，使得本裝置不僅能夠作為一臺疲勞試驗機使用，還可以當(dāng)作一臺生物反應(yīng)器使用。這種新型加載裝置的研究不僅為日后機械與生物交叉學(xué)科的發(fā)展提供了有力依據(jù)，而