一种假人腰部扭转刚度测试装置及测试方法与流程

本发明涉及一种腰部扭转刚度测试装置，尤其涉及一种可精确调整扭转速度，可同时适用假人腰部扭转刚度测试的装置。

背景技术：

假人作为实验中真人的替代品，其力学特性应与真人有一定程度的相似性。目前有研究发现，现用汽车安全带测试中所用的安全带假人tno-10的腰部扭转刚度与实际人体的有一定的差异，这种差异可能会影响汽车安全实验结论的准确性和可靠性。但是目前行业内对于这种差异具体的了解属于空白，因此需要一种专门用于假人腰部扭转刚度测试系统和方法来测试对比假人的腰部扭转刚度，为以后的汽车假人研究提供参考和思路。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述问题，提供一种自动化、可变速、可提供过载保护、可适用假人测试的腰部扭转刚度测试装置。该发明通过以下技术方案实现。

本发明的技术方案是提供一种假人腰部扭转刚度测量装置，其包括座椅式机架；变频调速电机、蜗轮蜗杆减速机、下传动轴、下联轴器；动态扭矩传感器、上联轴器、轴套、上传动轴、转盘、腰部挡板、背部靠板、胸部挡板、长螺柱；座椅式机架上横板,其特征在于：

变频调速电机的输出轴通过连接键与蜗轮蜗杆减速器的输入轴蜗杆连接，涡轮蜗杆减速机的输出轴垂直于水面地面并与下传动轴4的下端连接，下传动轴上端与下联轴器下端连接；

动态扭矩传感器的输入轴与下联轴器的上端相连；动态扭矩传感器的输出轴与上联轴器7的下端通过键连接；上传动轴下端插在上联轴器上端的孔内，通过键连接传动；

上传动轴通过法兰盘与转盘固定，轴套套在上传动轴圆周的外侧，在上传动轴和轴套之间设置一对圆锥滚子轴承和油封，轴套包含法兰盘部分，法兰部分钻有与座椅式机架上横板螺纹孔配合的通孔，通过螺栓将轴套与座椅式机架上横板连接起来；而座椅式机架上横板与座椅式机架相连接，用来承载传递假人的重力；

背部靠板与座椅式机架也是用螺栓相连接，胸部挡板与背部靠板通过6根长螺柱相连，同腰部挡板调节相似可以调节螺栓的位置来调节背部靠板与胸部挡板之间的距离适应不同尺寸的假人；

轴套和其内部的一对圆锥滚子轴承的主要作用是为了将实验时假人载荷通过轴套的法兰盘部分传递到座椅式机架然后传到地面，保证假人的重力载荷不直接加载在传动减速装置上。

进一步地，转盘上面连接左右两个腰部挡板，转盘和腰部挡板上面的螺纹连接孔为长条状。

进一步地，座椅式机架上面连接着配重块用来保证实验时机架的稳定，机架始终保持竖直状态。

本发明还提供了一种利用权利要求1所述的假人腰部扭转刚度测量装置进行测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、放置需要测试的假人，使其坐在转盘上；根据被测物的臀宽调整腰部挡板之间的距离，同时保持被测物上身竖直，根据其背部调整胸部挡板13使其与被测物上半身贴合；

步骤2、接通电源，给动态扭矩传感器通电，调整电机变频器将变频调速电机2转速调到最小值，启动变频调速电机；

步骤3、调节变频调速电机转速带动转盘上的假人旋转；转盘旋转45°后关闭变频调速电机；

步骤4、当变频调速电机停止转动后，读取动态扭矩传感器6采集的实时转矩和转速的数据曲线，采用后处理软件对其进行滤波等处理；

步骤5、根据动态扭矩传感器显示的实时转矩t-t曲线和实时转速曲线n-t，将实时转速进行积分得到转盘转过的精确角度根据对应的时刻的转矩t和转角利用公式计算假人腰部扭转刚度；

步骤6、松动腰部挡板和长螺柱上的连接螺栓，卸下已经测试完毕的碰撞假人；

步骤7、调节腰部挡板连接螺栓在转盘上u形槽的位置，放入另一种碰撞假人.调整腰部挡板和胸部挡板保证被测假人臀部固定，上身挺直与背部靠板贴合；继续回到步骤2测量另一种碰撞实验假人腰部扭转刚度。

本发明提供一种假人腰部扭转刚度测试装置，包括变频调速电机、减速传动装置、扭矩测速传感器、转盘装置、支架。实验测量假人腰部扭转刚度时，变频调速电机转动将扭矩输入到涡轮蜗杆减速机经过减速增扭将动力传到扭矩测速传感器，扭矩测速传感器测得输入的转矩和转速。转矩再经过上传动轴将扭矩传到转盘带动转盘上的假人转动一定的角度。根据转矩测速传感器测得的转矩和转速可以得到假人的扭转刚度。从而，本发明可以用来测得汽车安全带假人的腰部扭转刚度。

本发明比较有现有技术优点：

1、本发明可以实现电机直接控制，扭矩测速传感器可以直接测量动态转矩和转速并且导出曲线；

2、本发明的装置为短期内反复实验提供一种全新的技术手段，极大地缩短了实验周期，达到了意料不到的技术效果。

3、本发明可以调整挡板之间的距离适用于不同尺寸的假人进行实验；

4、本发明填补了假人腰部扭转刚度实验装置和方法的空缺；

5、本发明可以改变电机的转速和转矩测得不同条件下假人腰部的扭转刚度数据。

附图说明

图1是本发明全部装置的立体图，图中展示了变频调速电机，蜗轮蜗杆减速机，传动装置，转盘装置和支架架的位置关系。

图2是本发明减速传动装置立体图。

图3是本发明上传动轴、轴套、座椅式机架上横版和转盘部分的连接立体图。

图4是本发明上轴套8与座椅式机架连接示意图。

其中：1、座椅式机架；2、变频调速电机；3、蜗轮蜗杆减速机；4、下传动轴；5、下联轴器；6、扭矩测速传感器；7、上联轴器；8、轴套；9、上传动轴；10、转盘；11、腰部挡板；12、背部靠板；13、胸部挡板；14、长螺柱；15、座椅式机架上横板；16、配重块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体方案做详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种假人腰部扭转刚度测量装置，其包括座椅式机架1；变频调速电机2、蜗轮蜗杆减速机3、下传动轴4、下联轴器5；动态扭矩传感器6、上联轴器7、轴套8、上传动轴9、转盘10、腰部挡板11、背部靠板12、胸部挡板13、长螺柱14；座椅式机架上横板15、配重块16；

其中，变频调速电机2的输出轴通过连接键与蜗轮蜗杆减速器3的输入轴蜗杆连接，涡轮蜗杆减速机3的输出轴垂直于水面地面，如图1中z轴方向所示。下传动轴4上端与下联轴器5下端通过键连接。变频调速电机2采用变频调速的方法来实现扭转速度变化。

参考图2，本实例中动态扭矩传感器6包含输入轴和输出轴，其中动态扭矩传感器6的输入轴与下联轴器5的上端相连；动态扭矩传感器6的输出轴(z轴向上那一端)与上联轴器7的下端通过键连接。上传动轴9下端插在上联轴器7上端的孔内，通过键连接传动。

参考图3，图4，上传动轴9上部分为法兰盘状，法兰盘部分上面钻有螺纹孔，通过螺栓连接转盘10。动力通过螺纹连接作用从上传动轴9传递到转盘10，带动实验时转盘10上的假人转动。

参考图4，轴套8套在上传动轴9圆周的外侧，在上传动轴9和轴套8之间设置一对圆锥滚子轴承和油封，轴套8包含法兰盘部分，轴套8的法兰部分钻有与座椅式机架上横板15螺纹孔配合的通孔，通过螺栓将轴套8与座椅式机架上横板15连接起来。而座椅式机架上横板15与座椅式机架1相连接，用来承载传递假人的重力。

轴套8和其内部的一对圆锥滚子轴承的主要作用是为了将实验时假人的载荷通过轴套8的法兰盘部分传递到座椅式机架1然后传到地面，从而保证假人的重力载荷不直接加载在传动减速装置上，圆锥滚子轴承保证传动顺畅稳定。这种设置方法从根本上保证了测量精度，解决了长期以来困扰该试验的难题，试验结果达到了意料不到的技术效果。

如图1所示，转盘10上面通过螺栓连接左右两个腰部挡板11。转盘10和腰部挡板11上面的螺纹连接孔为长条状，可以根据不同的实验假人尺寸调节两个挡板之间的距离保证假人坐上转盘10之后不会有x、y、z三个方向的轴向运动只随着上传动轴绕z方向转动。

背部靠板12与座椅式机架1也是用螺栓相连接，胸部挡板13与背部靠板12通过6根长螺柱相连，同腰部挡板调节相似可以调节螺栓的位置来调节背部靠板12与胸部挡板13之间的距离适应不同尺寸的假人。胸部挡板13主要是为了限制假人上半身在实验测量时绕z轴的旋转运动，保证假人的上半身和下半身的相对扭转运动。

座椅式机架1上面连接着配重块16用来保证实验时机架的稳定，机架始终保持竖直状态。

本实例还提供一种假人腰部扭转刚度测试方法，具体如下。

步骤1、放置需要测试的假人或者人体，使其坐在转盘10上。根据被测物的臀宽调整腰部挡板11之间的距离，同时保持被测物上身竖直，根据其背部调整胸部挡板13使其与被测物上半身贴合。

步骤2、接通电源，给动态扭矩传感器6通电，调整电机变频器将变频调速电机2转速调到最小值，启动变频调速电机2。

步骤3、调节变频调速电机2转速带动转盘10上的假人旋转。转盘旋转大概45°后关闭变频调速电机2。

步骤4、当变频调速电机2停止转动后，读取动态扭矩传感器6采集的实时转矩和转速的数据曲线，采用后处理软件对其进行滤波等处理。

步骤5、根据动态扭矩传感器6显示的实时转矩t-t曲线和实时转速曲线n-t，将实时转速进行积分得到转盘10转过的精确角度根据对应的时刻的转矩t和转角利用公式计算假人腰部扭转刚度。

步骤6、松动腰部挡板12和长螺柱14上的连接螺栓，卸下已经测试完毕的碰撞假人。

步骤7、调节腰部挡板12连接螺栓在转盘10上u形槽的位置，放入另一种碰撞假人.调整腰部挡板12和胸部挡板13保证被测假人臀部固定，上身挺直与背部靠板12贴合。继续回到步骤2测量另一种碰撞实验假人腰部扭转刚度。

最后需要说明的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，该实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员都可理解，对该技术方案进行修改或者等同替换，但不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。