专利名称：带有轴向适应性的用于扭矩传递的传送装置的制作方法
技术领域：
0001本发明实施例涉及用于扭矩传递的传送装置领域，并涉及利
用这种传送装置的机器，例如矫形装置磨损测试机器。
背景技术：
0002有很多需要传递扭矩的应用。在很多装置中，希望的是，以 恰当受控且可重复的方式经由具有高扭转刚度的机器部件传送纯扭矩。
0003例如，如矫形装置磨损测试机器的测试机器通常具有被重复 施加扭矩的部件。在很多个(例如，数百万次)扭矩被传送到矫形装 置植入物的周期后，矫形装置植入物测试试样的磨损被确定。在这种 测试机器中很重要的是，扭矩在传送时要几乎不产生会导致误差的偏 转并且扭矩是可重复的。例如，在矫形装置植入物磨损测试机器中， 提供多个测试测试试样的测试台。在数百万的测试周期期间必须将精 确且连续可重复的扭矩传送施加于每个测试试样以便每个测试试样经 受相同的磨损条件。否则，将怀疑测试的有效性。
0004在某些装置中，例如在矫形装置磨损测试机器中，扭矩传递 传送装置提供连同轴向载荷的精确的力和运动控制以及刚性扭矩传 递。这种矫形装置磨损测试机器之一是脊骨植入物磨损测试机器。例 如，在这样的机器中，在待测的脊骨植入物上提供轴向载荷，并且也 向该测试试样施加扭矩。在这种装置中，希望的是，提供高扭转刚度 且不产生会导致误差的偏转，并且同时提供低的轴向刚度以便在测压 元件上看不到交叉串扰(cross-talk)。
发明内容
0005需要一种用于扭矩传递的传送装置，该传送装置允许传送纯 扭矩到带有高扭转刚度和高轴向适应性的机器部件。也需要一种矫形 装置测试机器，该矫形装置测试机器利用具有轴向适应和扭转刚性的
扭矩传送装置将刚性扭矩传送给带有轴向适应性的旋转构件从而允许 旋转构件基本无摩擦地轴向平移。
0006包括带有轴向适应性的用于扭矩传递的传送装置的本发明实 施例满足这些和其他的需要，其中该传送装置包含被配置成相对于非 旋转构件旋转的旋转构件。旋转构件具有旋转轴线并且可沿旋转轴线 相对于非旋转构件轴向地移动。提供可绕旋转轴线旋转并且可由致动 器驱动的旋转传递连杆。挠性连接件被联结在旋转传递连杆和旋转构 件之间。这个挠性连接件沿旋转轴线可挠曲并且具有扭转刚性，从而 在不将摩擦引入到旋转构件和非旋转构件之间的相对轴向运动的情况 下在旋转传递连杆和旋转构件之间刚性地传递扭矩。
0007包括具有测试台的测试机器的本发明其他实施例也满足较早 提出的需要，该测试机器具有带有致动器构件的轴向力施加器，该 致动器构件将受控的轴向力施加于测试试样并且可在轴向上基本无摩 擦地移动；以及扭矩传送件，该扭矩传送件使致动器构件基本无摩擦 地旋转从而经由所述轴向力施加器将受控的扭矩施加于测试试样。
0008提供包含至少一个测试台的矫形装置测试机器的本发明其他 实施例进一步满足较早提出的需要，该矫形装置测试机器包含配置 为向矫形装置测试试样施加力的旋转构件以及扭矩传送装置，该扭矩 传送装置被联结到旋转构件且具有轴向适应性和扭转刚性从而向旋转 构件提供刚性扭矩传递同时允许旋转构件基本自由地轴向平移。
0009由下面的详细阐述和附图，所述实施例的前述和其他的特征、 方面以及优点将变得更明显。
0010图l是图示了根据本发明实施例的扭矩的传送和轴向适应性的 扭矩传送件的示意图。
0011图2是利用了根据本发明实施例构建的示例性测试机器的透视 图，其应用了根据本发明实施例的用于扭矩传递的传送装置。0012图3示意性地图示了在图3的测试机器中的垂直载荷致动机构
的运动。
0013图4示意性地图示了根据本发明实施例的轴向旋转运动。
0014图5是单独示出了根据本发明的实施例构建的扭矩传递传送装 置的透视图。
0015图6是用于扭矩传递的传送装置的一个实施例的截面图。0016图7展示了图2-4的测试机器的后视图。
具体实施例方式
0017本发明的实施例说明和解决如下问题在不引入摩擦力的情
况下将纯扭矩提供给带有高扭转刚度和高轴向适应性的机器部件。这 种扭矩传递传送装置在测试机器(例如，包括脊骨植入物磨损测试机 器的矫形装置测试机器)中特别有用。本发明的实施例通过利用扭矩 传送装置将纯扭矩传递给具有高扭转刚度和高轴向适应性的机器部 件，从而提供精确的力和运动控制。旋转构件被配置成相对非旋转构 件旋转。这个旋转构件具有旋转轴线并且可沿旋转轴线相对非旋转构 件轴向移动。提供可绕旋转轴线旋转且可由致动器驱动的旋转传递连 杆。挠性连接件被联结在旋转传递连杆和旋转构件之间。这个挠性连 接件沿旋转轴线可挠曲，但具有扭转刚性从而在旋转传递连杆和旋转 构件之间刚性地传递扭矩。在不将摩擦引入到旋转构件和非旋转构件 之间的相对轴向运动的情况下完成这个过程。当像在某些实施例中那 样扭矩传递传送装置被联结到无摩擦轴向致动器时，传送装置提供无 摩擦轴向/扭转致动系统。由于传送装置的高轴向适应性，系统中的轴 向部分被允许沿它的轴线自由地平移而且传送装置同时地有助于刚性 扭矩传递。
0018图l是带有以示例为目的运动方向的扭矩传递传送装置的示意 图。在图1中，扭矩传递传送装置10包括以箭头14方向旋转的旋转构件 12。例如轴的旋转构件12由驱动装置16驱动。箭头18示意性地表示了 旋转构件12的轴向适应特性。换句话说，除了由驱动装置16提供的旋 转构件12的旋转运动14之外，旋转构件12还能够沿轴线20自由地平移。 同样地，旋转构件12也可以可控制地沿轴线20平移，例如通过垂直力 施加器(未示出)。提供给旋转构件的轴向适应性起到防止由扭矩传 送装置引入摩擦力的作用。例如为了将垂直载荷上的干扰限制到最小 程度并且防止在测压元件上看到干扰，轴向适应性是重要的。同时，由驱动装置16提供给旋转构件12的传送具有高扭转刚度，而这是在传 送驱动扭矩且不产生导致误差的偏转时所需要的。0019图2展示了根据本发明实施例构建的测试机器的前透视图， 该测试机器利用了根据本发明实施例构建的扭矩传递传送装置。由于 扭矩传递传送装置可被利用于很多其他的应用中，所以这个测试机器 仅是示例性的。但是，测试机器的这一图示说明了本发明实施例的一 些特征。
0020例如在这个实施例中可用于测试矫形装置的测试机器30具有 多个测试台32。在所示的实施例中，测试机器30是脊骨植入物磨损测 试机器，不过测试机器30可以适用于测试其他的矫形和假体装置或者 其他类型的装置。在所示的实施例中，有六个测试台32和一个控制台 34，其中在所述测试台32上试样受到机器30所施加的力，控制台34使 试样不受到其他测试台32施加的所有力。
0021在下面的阐述中，为了说明目的，测试机器30将作为脊骨植 入物磨损测试机器被阐述，不过可以清楚地理解到这个机器和扭矩传 递或者传送装置可以被用于其他的应用。测试机器30能够提供如图2图 示的在x、 y、 z方向的力Fx、 Fy和Fz，在一个测试台32展示了x、 y和z 轴线。另外，如图所示，可以绕x、 y、 z轴线施加扭矩。在图2中未示 出测试试样以避免使本发明不突出。在脊骨植入物磨损测试机器中， 试样装纳模块36包含使脊骨植入物测试试样浸入其中的流体。上和下 适配件38 (仅在为了说明的目的移除测试腔的一个测试台36处可以清 楚地看到)将测试试样保持在装纳模块36内的上和下适配件之间。
0022简要地，连杆机构40提供在x方向上的力而连杆机构42提供在 y方向上的力。连接到上适配件38的万向节44可以绕x轴线和y轴线运动 从而提供绕x轴线和y轴线的力矩。
0023如图3所示，垂直载荷致动器50提供沿z轴线的力所表示的垂 直载荷。虽然可以利用不同类型的致动器，但是优选无摩擦轴向致动 器被用于提供无摩擦轴向/扭转致动系统。垂直载荷致动器50沿z轴线 从部件52经过下适配件38向测试试样(未示出)施加垂直载荷。在所 示实施例中，部件52包括x-y滑动台架和测压元件。
0024如较早所阐述的，需要的是，提供一种具有高扭转刚度、几
乎不产生会导致误差的偏转的驱动扭矩的传送装置。同时，低的轴向
刚度是所需要的，以便在垂直载荷上几乎没有干扰(cross-talk)并 且在测压元件上看不到干扰。图4着重展现了联结到致动器50的轴向旋 转连杆机构60。如图4中所图示的，轴向旋转连杆机构60的运动绕垂直 轴线z。虽然轴向旋转连杆机构60是在图4的底部示出，但是对本领域 的技术人员显而易见的是，图4中所图示的结构可以被垂直地悬挂以便 轴向旋转连杆机构60能够自由旋转。
0025在图5中图示了带有轴向旋转连杆机构60的轴向力致动器50的 实施例的独立视图。在图6中图示了扭矩传送器(或者用于扭矩传递的 传送装置)的截面图。下面的阐述将参考这两个图。
0026扭矩传递传送装置60包括例如致动器杆62的旋转构件62，该 旋转构件62被配置为相对于静止(非旋转)构件旋转和轴向运动。在 这种情况下，致动器箱体64用作非旋转构件。致动器杆62具有旋转中 心轴线66。
0027在优选实施例中的轴向力施加器50是无摩擦轴向致动器。这 种与本发明的扭矩传递传送装置结合的无摩擦轴向致动器提供了无摩 擦的轴向/扭矩致动系统。由于轴向力施加器的无摩擦特性和根据发明 实施例的扭矩传递传送装置的轴向适应性，致动器杆62可以沿轴线66 自由地平移。无摩擦轴向力施加器的示例是本领域技术人员公知的。 虽然不是完全地无摩擦，但是在这种致动器中摩擦非常小并且摩擦仅 由粘性油阻力产生。
0028需要的是，将扭矩传递提供给带有高扭转刚度的致动器杆62 同时不将摩擦力引入到致动器杆62。通过提供具有扭转刚性和轴向适 应性的挠性连接件72，扭矩传递传送装置60实现该需要。旋转传递连 杆68旋转地安装在致动器50的底部。在图5和6图示的实施例中，旋转 传递连杆68的形状是环状的并绕中心轴线66旋转。旋转传递连杆68安 装在允许旋转传递连杆68自由旋转的轴承70上。
0029扭矩传递传送装置60包括联结在旋转传递连杆68和旋转构件 (致动器杆)62之间的挠性连接件72 (或者"轴向适应构件")。挠 性连接件72具有轴向适应性以便它沿旋转轴线可挠曲。同时，挠性连 接件72具有扭矩刚性从而在旋转传递连杆68和旋转构件(致动器杆)
62之间刚性地传递扭矩。
0030在本发明实施例中，如图5和6中图示的挠性连接件62包括多 个挠性构件，例如弯曲板。第一弯曲板74附连到旋转传递连杆68，例 如通过紧固件76。第一弯曲板74以距旋转传递连杆一定角度从第一端 延伸出并在第二端连接到连接件78 。
0031例如，联轴器80通过紧固件82联结到致动器杆62。第二弯曲 板84在一端被联结于联轴器80，并以一定的角度从联轴器向外延伸至 连接件78。由此，第一弯曲板和第二弯曲板在它们的第二端被连接至 连接件78。
0032如图5和6中所示，两对第一和第二弯曲板74、 84可以被布置 为彼此相距180。。在同一平面也可提供附加弯曲板对。
0033在其他的实施例中，可以提供串联的附加挠性连接件72以增 加轴向适应性同时保持高扭转刚度。
0034所示的本发明实施例图示了作为挠性连接件72的弯曲板。但 是，在不偏离本发明范围的情况下，可以利用其他类型的挠性连接件 72。例如，可以使用挠性折板或者其他可以提供具有扭转刚性和轴向 适应性的挠性连接的配置。
0035在图7中图示了测试机器30的后视图。线性致动器90通过连接 连杆92进行操作从而同时地驱动多个旋转传递连杆68。传给连接连杆 92的线性运动在连接处被转化为测试台32处的旋转传递连杆68的旋转 运动。所以，同时地和精确地驱动所有的旋转传递连杆68。扭矩传递 传送装置的轴向适应特性确保摩擦力不会干扰向每个测试试样提供相 同力矩。
0036在测试机器30的操作中，在x和y方向上的力和绕x和y轴线的 力矩可以独立于垂直力的施加(在图3中示出)和轴向旋转(在图4中 示出)而被施加且被控制。所示的配置提供无摩擦的轴向/扭转致动。 轴向力施加器50通过使致动器杆62沿z轴线移动而将载荷沿z轴线施加 于测试试样。由线性致动器90经由连接连杆92驱动的旋转传递连杆68 和挠性连接件72有助于刚性扭矩传递到致动器杆62直至在测试台32的 测试试样(未展示)。由于扭矩传递传送装置60的挠性连接件72提供 了高轴向适应性，所以致动器杆62可以沿它的轴线66自由地平移。该
配置可用在精确的力和运动控制的应用中，例如在测试矫形和假体装 置的磨损的测试机器中。该配置也可以用于在期望不引入摩擦力的情 况下获得扭矩传递的其他的装置。
0037虽然已详细地阐述和说明了本发明实施例，但是可以清楚地 认识到，本发明实施例仅作为说明和示例而不作为限制，本发明的范 围仅由所附权利要求的术语限制。
权利要求
1.一种带有轴向适应性的用于扭矩传递的传送装置，其包括被配置成相对于非旋转构件旋转的旋转构件，所述旋转构件具有旋转轴线并且沿所述旋转轴线相对于所述非旋转构件可轴向移动并可绕所述旋转轴线旋转；可绕所述旋转轴线旋转并且可由致动器驱动的旋转传递连杆；以及联结在所述旋转传递连杆和所述旋转构件之间的挠性连接件，所述挠性连接件沿所述旋转轴线可挠曲并且具有扭转刚性从而在所述旋转传递连杆和所述旋转构件之间刚性地传递扭矩而不将摩擦引入到所述旋转构件和所述非旋转构件之间的相对轴向运动。
2. 根据权利要求1所述的传送装置，其中，所述旋转构件包括旋 转轴，并且所述非旋转构件是线性致动器，所述旋转轴穿过所述线性 致动器延伸，并且所述线性致动器作用于转子轴从而轴向移动所述旋 转轴。
3. 根据权利要求2所述的传送装置，其中，所述旋转传递连杆是 环状的并且被轴承旋转地联结到所述线性致动器。
4. 根据权利要求3所述的传送装置，其中，所述挠性连接件包括 联结到所述旋转传递连杆的第一挠性构件和联结到所述旋转构件的第 二挠性构件，所述第一挠性构件和第二挠性构件彼此联结。
5. 根据权利要求4所述的传送装置，进一步包括连接件，所述第 一挠性构件和所述第二挠性构件被连接于该连接件，其中，所述第一 挠性构件和所述第二挠性构件分别是第一弯曲板和第二弯曲板，所述 第一弯曲板的一端被连接在所述旋转传递连杆并以距所述旋转传递连 杆一定角度延伸且在另一端连接到所述连接件，所述第二弯曲板的一 端被连接在所述旋转构件并以距所述旋转构件一定角度延伸且在另一 端连接到所述连接件。
6. 根据权利要求5所述的传送装置，其中，所述旋转构件包括连 接在所述旋转轴的一端并且具有连接所述第二弯曲板的连接表面的联 轴器。
7. 根据权利要求6所述的传送装置，其中，所述挠性连接件包括 一对所述第一挠性构件和一对所述第二挠性构件， 一组所述第一和第 二弯曲构件被配置为相对于另一组所述第一和第二弯曲构件呈180° 。
8. 根据权利要求1所述的传送装置，进一步包括串联联结的多个 挠性连接件。
9. 一种测试机器，其包括具有轴向力施加器的测试台，该轴向力施加器具有将受控轴向力 施加于测试试样并且可基本无摩擦地轴向移动的致动器构件；以及基 本无摩擦地旋转所述致动器构件从而经由所述轴向力施加器将受控扭 矩施加于所述测试试样的扭矩传送器。
10. 根据权利要求9所述的测试机器，其中，所述轴向力施加器是 沿垂直轴线施加力的垂直力轴向施加器，并且所述扭矩传送器绕所述 垂直轴线旋转所述致动器构件。
11. 根据权利要求10所述的测试机器，其中，所述扭矩传送器包 括联结到所述致动器构件的轴向适应构件，所述轴向适应构件具有扭 转刚性从而向所述致动器构件提供刚性的扭矩传递同时允许所述致动 器构件轴向漂移。
12. 根据权利要求11所述的测试机器，其中，所述扭矩传送器进 一步包括旋转安装在所述轴向力施加器上的旋转传递连杆以及联结于 所述致动器构件的致动器联结装置，所述轴向适应构件被联结在所述 旋转传递连杆和所述致动器联结装置之间。
13. 根据权利要求12所述的测试机器，其中，所述轴向适应构件 包括在所述旋转传递连杆和所述致动器联结装置之间延伸的弯曲配置。
14. 根据权利要求13所述的测试机器，其中，所述弯曲配置包括 至少一对弯曲板，其中第一弯曲板在第一端固定到所述旋转传递连杆 并从所述旋转传递连杆向外延伸并且具有第二端，第二弯曲板在第一 端固定到所述致动器联结装置并从所述致动器联结装置向外延伸并且 具有联结到所述第一弯曲板的所述第二端的第二端。
15. 根据权利要求14所述的测试机器，进一步包括多个测试台， 其中所述测试台的所述旋转传递连杆被联结在一起以同时驱动。
16. 根据权利要求15所述的测试机器，其中，所述测试机器是一 个矫形装置磨损测试机器。
17. 根据权利要求16所述的测试机器，其中，所述矫形装置磨损 测试机器是脊骨植入物磨损测试机器。
18. 根据权利要求9所述的测试机器，其中，所述测试机器是一个 脊骨植入物磨损测试机器。
19. 根据权利要求11所述的测试机器，其中，所述扭矩传送器包 括串联联结的多个所述轴向适应构件。
20. —种矫形装置测试机器，其包括 至少一个测试台，其包括配置为向矫形装置测试试样施加力的旋转构件；以及扭矩传送装 置，该扭矩传送装置被联结到所述旋转构件并且具有轴向适应性和扭 转刚性从而将刚性的扭矩传递提供给所述旋转构件同时允许所述旋转 构件基本自由地轴向平移。
21. 根据权利要求20所述的矫形装置测试机器，其中，所述扭矩 传送装置包括联结于所述旋转构件的扭转刚性、轴向适应构件。
22. 根据权利要求21所述的矫形装置测试机器，其中，所述扭矩 传送装置包括通过所述轴向适应构件联结到所述旋转构件的从动旋转 传递连杆。
23. 根据权利要求22所述的矫形装置测试机器，其中，所述旋转 构件是在轴向致动器中的可轴向平移、可旋转的轴。
24. 根据权利要求23所述的矫形装置测试机器，其中，所述轴向 致动器是无摩擦轴向致动器。
25. 根据权利要求24所述的矫形装置测试机器，其中，所述轴向 适应构件包括至少一对弯曲板，其中第一弯曲板在第一端被固定到所 述旋转传递连杆并从所述旋转传递连杆向外延伸并且具有第二端，第 二弯曲板在第一端被固定到所述轴向致动器并从所述轴向致动器向外 延伸并且具有联结到所述第一弯曲板的所述第二端的第二端。
26. 所述矫形装置测试机器，进一步包括串联联结的多个所述轴向 适应构件。
全文摘要
带有轴向适应性的用于扭矩传递的传送装置和利用该传送装置的测试机器具有提供高扭转刚度和高轴向适应性且同时不引入摩擦力的挠性连接件。传送装置包括轴向部分，由于传送装置的高轴向适应性因而允许轴向部分沿它的轴线自由地平移，并且传送装置同时有助于刚性的扭矩传递。
文档编号G01N19/00GK101375151SQ200780003830
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月10日 优先权日2006年1月13日
发明者B·D·舒尔茨, D·J·威利斯, H·F·法伦多夫, P·J·莱斯卡 申请人:Mts系统公司