CN103091190B - 一种多工位多向运动磨损试验机 - Google Patents

一种多工位多向运动磨损试验机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多工位多向运动磨损试验机，包括底座、主动曲柄、从动曲柄、旋转底盘、液池、盘、销、加载臂和砝码，底座固定于机架的底部，并通过下方的支撑架置于底座上面，旋转底盘的上表面固定有液池，下表面与每个液池垂直对应的位置固定有长度相同的曲柄：其中一个为主动曲柄，其余为从动曲柄；从动曲柄的转轴固定于底座，主动曲柄的转轴与变速装置相连，变速装置与电机相连；每个液池中放置一个盘，与盘一一对应的销固定于各个加载臂的下端，且销与盘表面相切；所有加载臂向上从固定在机架上的直线轴套中穿过并穿出机架的上表面，且各个加载臂的上端分别装有砝码。本发明结构简单，操作方便，能够高效地进行磨损性能评价试验。

Description

一种多工位多向运动磨损试验机
一、技术领域
本发明涉及多向运动磨损性能试验测试领域，特别是一种多工位多向运动磨损试验机。
二、背景技术
随着人们生活水平的提高，对医疗水平的要求也越来越高，许多医疗器械、植入器官和置换与修复材料在机体环境内负重运动，其运动方式多为复杂多向，复杂多向运动下的摩擦磨损性能影响其使用寿命和可靠性。合适模拟体内摩擦磨损试验装置如人工关节模拟器对高可靠、长寿命人工关节的研发具有重要意义。但人工关节模拟器结构复杂，试验成本高，耗时长，不适用于快速评价材料摩擦磨损性能以作为第一步筛选；另外，传统的旋转式和销盘往复摩擦磨损试验机又不能实现多向复合运动，即不能确切模拟人工关节运动。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种能够模拟人体关节复杂多向运动、结构简单、测试效率高的多工位多向运动磨损试验机。
实现本发明的技术解决方案为：一种多工位多向运动磨损试验机，包括底座14、主动曲柄6、从动曲柄9、旋转底盘12、液池11、盘5、销4、加载臂3和砝码1，所述底座14固定于机架13的底部，旋转底盘12通过下方的支撑架10置于底座14上面，旋转底盘12的上表面固定有圆形的液池11，液池11的数量大于1个，旋转底盘12的下表面与每个液池11垂直对应的位置固定有长度相同的曲柄：其中一个曲柄设为主动曲柄6，其余设为从动曲柄9；所述从动曲柄9的转轴固定于底座14上面，主动曲柄6的转轴穿过底座14和机架13的底部后，与变速装置7相连，变速装置7与电机8相连；
所述每个液池11中放置一个盘5，与盘5一一对应的销4固定于各个加载臂3的下端，且销4与盘5表面相切；所有加载臂3按从下向上顺序，先从固定在机架13上的直线轴套2中穿过，再穿出机架13的上表面，并且各个加载臂3的上端分别装有砝码1。
本发明多工位多向运动磨损试验机，所述支撑架10为固定于底座14上面的滚珠摩擦支架，且靠近旋转底盘12的两侧边缘处，旋转底盘12可以在支撑架10上面旋转。
本发明多工位多向运动磨损试验机，所述旋转底盘12为矩形或者圆形。
本发明多工位多向运动磨损试验机，所述主动曲柄6与处于旋转底盘12中心的一个液池11垂直对应。
本发明多工位多向运动磨损试验机，主动曲柄6和从动曲柄9的长度小于液池半径。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)使用曲柄机构，将销-盘摩擦试验机的单向运动变为多向运动，多向运动的摩擦充分模拟人工关节实际工作环境，从而可评价人工关节摩擦副和关节软骨等的耐磨性能，筛选出有价值的新型人工关节材料和关节软骨修复材料；(2)把旋转和往复运动结合起来，在模拟滑液(或体液)下运动，并容易实现多工位；(3)结构简单，操作方便，能够高效地进行磨损性能评价试验。
四附图说明
图1是本发明多工位多向运动磨损试验机的剖面结构图。
图2是本发明多工位多向运动磨损试验机的旋转底盘俯视运动原理图。
图3是本发明多工位多向运动磨损试验机的液池运动示意图。
其中：1-砝码，2-直线轴套，3-加载臂，4-销，5-盘，6-主动曲柄，7-变速装置，8-电机，9-从动曲柄，10-支撑架，11-液池，12-旋转底盘，13-机架，14-底座
五具体实施方式
本发明多工位多向运动磨损试验机，包括底座14、主动曲柄6、从动曲柄9、旋转底盘12、液池11、盘5、销4、加载臂3和砝码1，所述底座14固定于机架13的底部，旋转底盘12通过下方的支撑架10置于底座14上面，旋转底盘12的上表面固定有圆形的液池11，液池11的数量大于1个，旋转底盘12的下表面与每个液池11垂直对应的位置固定有长度相同的曲柄：其中一个曲柄设为主动曲柄6，其余设为从动曲柄9；所述从动曲柄9的转轴固定于底座14上面，主动曲柄6的转轴穿过底座14和机架13的底部后，与变速装置7相连，变速装置7与电机8相连；
所述每个液池11中放置一个盘5，与盘5一一对应的销4固定于各个加载臂3的下端，且销4与盘5表面相切；所有加载臂3按从下向上顺序，先从固定在机架13上的直线轴套2中穿过，再穿出机架13的上表面，并且各个加载臂3的上端分别装有砝码1。
本发明多工位多向运动磨损试验机，所述支撑架10为固定于底座14上面的滚珠摩擦支架，且靠近旋转底盘12的两侧边缘处，旋转底盘12可以在支撑架10上面旋转。
本发明多工位多向运动磨损试验机，所述旋转底盘12为矩形或者圆形。
本发明多工位多向运动磨损试验机，所述主动曲柄6与处于旋转底盘12中心的一个液池11垂直对应。
本发明多工位多向运动磨损试验机，主动曲柄6和从动曲柄9的长度小于液池半径。
下面结合具体实施例对本发明作出进一步详细描述。
实施例1
下面结合附图详细说明本发明的具体装置及工作原理。
如图1所示，一种3工位多向运动磨损试验机，包括底座14、主动曲柄6、从动曲柄9、旋转底盘12、液池11、盘5、销4、加载臂3和砝码1，其中底座14固定于机架13的底部，旋转底盘12通过主动曲柄6和从动曲柄9的支撑置于底座14上面，旋转底盘同时也受支撑架10的支撑，旋转底盘12的上表面固定有3个圆形的液池11，旋转底盘12的下表面与每个液池11垂直对应的位置固定有一个曲柄，且所有曲柄长度相同：其中处于旋转底盘12中心的一个曲柄设为主动曲柄6，其余2个设为为从动曲柄9；所述从动曲柄9的转轴固定于底座14上面，主动曲柄6的转轴穿过底座14和机架13的底部，在机架13外部，主动曲柄6的转轴与变速装置7相连，变速装置7与电机8相连；每个液池11中放置一个盘5，与盘5一一对应的销4固定于各个加载臂3的下端，且销4与盘5表面相切；所有加载臂3向上先从固定在机架13上的直线轴套2中穿过，再穿出机架13的上表面，且各个加载臂3的上端分别装有砝码1，其中直线轴套2对受到弯矩作用的加载臂3起到保护作用。
所述机架13为一个密闭的外壳，其中底座14、支撑架10、从动曲柄9、旋转底盘12、液池11、盘5、销4、加载臂3和直线轴套2位于机架13内部，砝码1、变速装置7和电机8位于机架13外部，载臂3向上穿出机架13的顶部，而主动曲柄6的转轴向下穿过底座14和机架13的底部。
所述支撑架10为固定于底座14上面的滚珠摩擦支架，且靠近旋转底盘12的两侧边缘处，旋转底盘12可以在支撑架10上面旋转，确保装置旋转摩擦过程的稳定性；
所述旋转底盘12根据实际需要，可以设为矩形、圆形或者其它形状；
所述主动曲柄6与处于旋转底盘12中心的一个液池11垂直对应；所述主动曲柄6和从动曲柄9的长度小于液池半径；
所述变速装置7如图1所示，黑色的是带，在它的两端画出的白色方形块是套在带里面的带轮，由于两边带轮的直径不同使得从电机传出的转动速度在传递到主动曲柄6的转轴时发生改变。
本发明多工位多向运动磨损试验机的工作原理如图2、图3所示：
图2为旋转底盘俯视运动原理图，平面四杆机构中的双曲柄机构，CD为相对固定不动的机构即机架，AD、BC为曲柄，能绕其转轴线整圈转动，AB为连杆即是应用在本发明中的旋转底盘。如图2所示，当使AD做绕点D主动旋转运动时，AB始终与CD保持平行，作刚体平动，其上每一点都作如A点绕D点旋转的绕定点旋转运动，这个性质使得可以在旋转底盘上安置多个液池实现多工位。为使机构运动更加平稳，在图2左边的机构中加上虚约束EF并采用EF作为主动机构如图2右侧所示，右侧AB运动方式与左侧相同，曲柄长度为AD、BC、EF长度。
图3中灰色部分表示液池或盘，其上白色的圆表示与其接触的销。虚线为曲柄端点即图2中的A或B或E旋转的轨迹，亦为液池或盘圆心运动轨迹。本图取两个位置示意盘运动对销有多向摩擦作用。O1、O1分别为两盘在两个位置时的圆心，分别以其建立直角坐标系有X1O1Y1、X2O2Y2如图，而V1、V2分别为盘在不同位置时与销相接触处的速度方向。显然，V1、V2异向，故对销的摩擦具有多向性。
本发明多工位多向运动磨损试验机的工作过程如下：
步骤一、将盘5装入液池11中，将销4装在加载臂3上，在液池11中加入模拟人体内部环境的组织液；
步骤二、电机8接通电源后，通过变速装置7调节主动曲柄6转速；
步骤三、曲柄转动，使旋转底盘12实现轨迹为圆周的刚体平动；
步骤四、盘与销之间产生多向运动摩擦，模拟实际人工关节的工作环境，进行多工位同步试验。
实施例2
与实施例1相比不同之处在于：旋转底盘12的上表面固定有2个圆形的液池11，相应的曲柄、盘5、销4、加载臂3、直线轴套2和砝码1都为2个，其具体结构、工作原理及工作过程与实施例1相同。
实施例3
与实施例1相比不同之处在于：旋转底盘12的上表面固定有4个圆形的液池11，相应的曲柄、盘5、销4、加载臂3、直线轴套2和砝码1都为4个，其具体结构、工作原理及工作过程与实施例1相同。
本发明使用曲柄机构，将销-盘摩擦试验机的单向运动变为多向运动，多向运动的摩擦充分模拟人工关节实际工作环境，从而可评价人工关节摩擦副和关节软骨等的耐磨性能，筛选出有价值的新型人工关节材料和关节软骨修复材料；并且把旋转和往复运动结合起来，在模拟滑液(或体液)下运动，并容易实现多工位；此外，结构简单，操作方便，能够高效地进行磨损性能评价试验。

Claims (5)

1.一种多工位多向运动磨损试验机，其特征在于：包括底座(14)、主动曲柄(6)、从动曲柄(9)、旋转底盘(12)、液池(11)、盘(5)、销(4)、加载臂(3)和砝码(1)，所述底座(14)固定于机架(13)的底部，旋转底盘(12)通过下方的支撑架(10)置于底座(14)上面，旋转底盘(12)的上表面固定有圆形的液池(11)，液池(11)的数量大于1个，旋转底盘(12)的下表面与每个液池(11)垂直对应的位置固定有长度相同的曲柄：其中一个曲柄设为主动曲柄(6)，其余设为从动曲柄(9)；所述从动曲柄(9)的转轴固定于底座(14)上面，主动曲柄(6)的转轴穿过底座(14)和机架(13)的底部后，与变速装置(7)相连，变速装置(7)与电机(8)相连；
所述每个液池(11)中放置一个盘(5)，与盘(5)一一对应的销(4)固定于各个加载臂(3)的下端，且销(4)与盘(5)表面相切；所有加载臂(3)按从下向上顺序，先从固定在机架(13)上的直线轴套(2)中穿过，再穿出机架(13)的上表面，并且各个加载臂(3)的上端分别装有砝码(1)。
2.根据权利要求1所述的多工位多向运动磨损试验机，其特征在于：所述支撑架(10)为固定于底座(14)上面的滚珠摩擦支架，且靠近旋转底盘(12)的两侧边缘处，旋转底盘(12)可以在支撑架(10)上面旋转。
3.根据权利要求1所述的多工位多向运动磨损试验机，其特征在于：所述旋转底盘(12)为矩形或者圆形。
4.根据权利要求1所述的多工位多向运动磨损试验机，其特征在于：所述主动曲柄(6)与处于旋转底盘(12)中心的一个液池(11)垂直对应。
5.根据权利要求1所述的多工位多向运动磨损试验机，其特征在于：主动曲柄(6)和从动曲柄(9)的长度小于液池(11)的半径。
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