CN104458471B

CN104458471B - 多工位生物医用植入材料摩擦测试装置

Info

Publication number: CN104458471B
Application number: CN201410763348.6A
Authority: CN
Inventors: 华子恺; 唐飞; 陈佳佳; 江健峰
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: CN104458471A

Abstract

本发明涉及一种多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，包括机台框架模块、连接螺钉、加载导向模块、气缸固定板、运动模块、传动模块和连接法兰。机台框架模块上固定有加载导向模块和运动模块，并于传动通过连接法兰相连，运动模块通过连接螺钉形成串联运动，并由电动机经由传动模块驱动，形成测试用盘与测试用销之间的静压摩擦运动。本发明的测试装置能够针对生物医用外科植入材料摩擦磨损性能进行测试与评定，支持多样品同时测量，具有测试效率高、制造成本低，且易于操作等特点。

Description

多工位生物医用植入材料摩擦测试装置

技术领域

本发明涉及一种分析测试平台，特别是一种多工位生物医用植入材料摩擦测试装置。

背景技术

生物医用植入材料主要用于修复或替换人体组织及器官的重要材料，是人工关节、骨科修复、种植牙等医用外科植入器械的制造原材料，对于人类健康工程具有重要意义且潜在市场价值巨大。

植入人体的外科植入器械基本存在非生物体与非生物体、非生物体与生物体等形式的摩擦界面，而由于摩擦所产生的磨损、磨粒等问题直接影响植入器械的实际使用寿命，摩擦磨损性能因此成为生物医用植入材料的一个关键指标。所以在生物医用材料的研发与生产中，应对其摩擦学性能进行前道测试与评定，在材料层面对其摩擦磨损性能进行分析，有利于完善制造过程中的质量控制体系。

现有材料摩擦磨损测试装置，例如销/球盘测试，因其操作便捷、试验干扰因素少，已被广泛使用于摩擦学基础研究之中，相关操作也已标准化。但是，对于矫形外科等生物医用材料而言，传统销盘测试结果与临床实际情况差异较大，以生物医用塑料材料为例，传统销盘测试中由于单一运动会导致材料分子定向堆积，直接导致测试磨损率远低于实际临床使用，无法得到合理的磨损性能预判；另外，摩擦润滑机理复杂，现有装置只针对单个样本，很难做好数据分析和对比，因此，现有摩擦磨损测试装置尚不能满足对于测试条件有特殊要求的生物医用材料的摩擦磨损性能的评定要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，该装置具有如下特点：实验样品在摩擦界面间形成统一圆周运动；载荷可以调节；支持多组样品同时进行测试；操作便捷干扰因素少等特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，包括机台框架模块、连接螺钉、加载导向模块、气缸固定板、运动模块、连接法兰和传动模块；所述加载导向模块通过气缸固定板与机台框架模块相连，并作用于运动模块上，运动模块之间通过连接螺钉串联，并通过螺纹固定连接于机台框架模块上，传动模块通过连接法兰与机台框架模块相连。

所述机台框架模块包括底部支架，底板，轴座，立柱，加载平板，固定销和提拉螺钉；所述底板通过螺钉固定于支架上，所述立柱通过台阶面置于底板上，通过下方提拉螺钉安装，并通过轴座固定立柱；加载平板通过固定销与立柱连接，平行于底板。

所述加载导向模块包括气缸，销套以及测试用销；气缸通过气缸固定板固定于机台框架模块的加载平板上，并与外部气源相接，销套通过螺纹连接于气缸活塞上，测试用销通过过盈配合与销套连接，另一端与运动模块的测试用盘接触。

所述运动模块包括长导轨、滑块、滑块连接块、短导轨、安装板以及六组规律放置的卡箍组件，每组卡箍组件均由主卡箍、偏卡箍滑液套杯和测试用盘构成；所述长导轨通过螺纹固定在机台框架模块的底板上，滑块在长导轨上滑动，滑块与滑块连接块通过螺纹固定，滑块连接块又通过螺纹与短滑轨相连，短滑轨通过螺纹与安装板固定；主运动模块的下端与传动模块的上轴承座相连；所述主卡箍通过螺纹固定连接在安装板上，主卡箍与偏卡箍通过螺纹锁紧，六个滑液套杯通过主卡箍和偏卡箍夹紧，滑液套杯的内部是测试用盘，二者紧配合密封，滑液套杯用来盛放润滑液。

所述传动模块包括曲轴、四个深沟球轴承、二个推力球轴承、上轴承座、下轴承座、轴承盖、联轴器、减速器和电机；曲轴下端与联轴器连接，联轴器通过减速器连接电机；锁定螺母通过螺纹将两个深沟球轴承和一个推力球轴承固定于曲轴下端，轴承盖通过螺钉将另两个深沟球轴承和一个推力球轴承固定于曲轴上端，下轴承座通过螺纹将传动模块与架台框架模块的底板连接，上轴承座通过螺栓将传动模块与运动模块相连。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

该装置能在不同润滑条件下，适用于不同材料，能够实现摩擦副（销/球盘）之间相对运动方向实时改变，且具备摩擦力直接采集的摩擦学试验装置，可以方便的调节所施加力的大小，可以同时支持多个样品进行测试，从而使得出的结果具有统计学意义。

附图说明

图1是本发明的测试装置结构装配图。

图2是本发明的机台框架模块结构图。

图3是加载导向模块结构图。

图4是运动模块结构图。

图5是传动结构图。

具体实施方式

现将参照附图更充分地描述本发明，附图中表示了本发明的一个优选实施例。

如图1所示，一种多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，包括机台框架模块1、连接螺钉2、加载导向模块3、气缸固定板4、运动模块5、连接法兰6和传动模块7；所述加载导向模块3通过气缸固定板4与机台框架模块1相连，并作用于运动模块5上，运动模块5之间通过连接螺钉2串联，并通过螺纹固定连接于机台框架模块1上，传动模块7通过连接法兰6与机台框架模块1相连。

如图2所示，所述机台框架模块1包括底部支架101，底板102，轴座103，立柱104，加载平板105，固定销106和提拉螺钉107；所述底板102通过螺钉固定于支架101上，所述立柱104通过台阶面置于底板102上，通过下方提拉螺钉107安装，并通过轴座103固定立柱104；加载平板105通过固定销106与立柱104连接，平行于底板102。

如图3所示，所述加载导向模块3包括气缸301，销套302以及测试用销303；气缸301通过气缸固定板4固定于机台框架模块1的加载平板105上，并与外部气源相接，销套302通过螺纹连接于气缸301活塞上，测试用销303通过过盈配合与销套302连接，另一端与运动模块5的测试用盘509接触。

如图4所示，所述运动模块5包括长导轨501、滑块502、滑块连接块503、短导轨504、安装板505以及六组规律放置的卡箍组件，每组卡箍组件均由主卡箍506、偏卡箍507、滑液套杯508和测试用盘509构成；所述长导轨501通过螺纹固定在机台框架模块1的底板102上，滑块502在长导轨501上滑动，滑块502与滑块连接块503通过螺纹固定，滑块连接块503又通过螺纹与短滑轨504相连，短滑轨504通过螺纹与安装板505固定；主运动模块5的下端与传动模块7的上轴承座705相连；所述主卡箍506通过螺纹固定连接在安装板505上，主卡箍506与偏卡箍507通过螺纹锁紧，六个滑液套杯508通过主卡箍506和偏卡箍507夹紧，滑液套杯508的内部是测试用盘509，二者紧配合密封，滑液套杯508用来盛放润滑液。

如图5所示，所述传动模块7包括曲轴704、四个深沟球轴承701、二个推力球轴承702、上轴承座705、下轴承座706、轴承盖703、联轴器707、减速器708和电机709；曲轴704下端与联轴器707连接，联轴器707通过减速器708连接电机709；锁定螺母通过螺纹将两个深沟球轴承701和一个推力球轴承702固定于曲轴704下端，轴承盖703通过螺钉将另两个深沟球轴承701和一个推力球轴承702固定于曲轴704上端，下轴承座706通过螺纹将传动模块7与架台框架模块1的底板102连接，上轴承座705通过螺栓将传动模块7与运动模块6相连。

本发明的工作原理如下：电动机709通电后转动，带动连接着的减速器708和联轴器707运动，曲轴704与联轴器707通过键连接，传动模块7的下轴承座706与机台框架模块1的底板102通过螺纹连接，故使曲轴704产生一个相对于底板102的偏心回转运动，传动模块7的上轴承座705与运动模块5的安装板505螺纹固定，各相邻运动模块5之间通过连接螺钉2进行串联，则运动模块5随曲轴704产生相对于底板102偏心回转运动。加载导向模块3固定于机台框架模块1的加载平板105上，通过气缸301静压加载于运动模块5的测试用盘509上，测试用销303与测试用盘509之间形成定压摩擦运动。

Claims

1.一种多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，其特征在于，包括机台框架模块（1）、连接螺钉（2）、加载导向模块（3）、气缸固定板（4）、运动模块（5）、连接法兰（6）和传动模块（7）；所述加载导向模块（3）通过气缸固定板（4）与机台框架模块（1）相连，并作用于运动模块（5）上，运动模块（5）之间通过连接螺钉（2）串联，并通过螺纹固定连接于机台框架模块（1）上，传动模块（7）通过连接法兰（6）与机台框架模块（1）相连；所述运动模块（5）包括长导轨（501）、滑块（502）、滑块连接块（503）、短导轨（504）、安装板（505）以及六组规律放置的卡箍组件，每组卡箍组件均由主卡箍（506）、偏卡箍（507）、滑液套杯（508）和测试用盘（509）构成；所述长导轨（501）通过螺纹固定在机台框架模块（1）的底板（102）上，滑块（502）在长导轨（501）上滑动，滑块（502）与滑块连接块（503）通过螺纹固定，滑块连接块（503）又通过螺纹与短导轨（504）相连，短导轨（504）通过螺纹与安装板（505）固定；运动模块（5）的下端与传动模块（7）的上轴承座（705）相连；所述主卡箍（506）通过螺纹固定连接在安装板（505）上，主卡箍（506）与偏卡箍（507）通过螺纹锁紧，六个滑液套杯（508）通过主卡箍（506）和偏卡箍（507）夹紧，滑液套杯（508）的内部是测试用盘（509），二者紧配合密封，滑液套杯（508）用来盛放润滑液。

2.根据权利要求1所述的多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，其特征在于，所述机台框架模块（1）包括底部支架（101），底板（102），轴座（103），立柱（104），加载平板（105），固定销（106）和提拉螺钉（107）；所述底板（102）通过螺钉固定于底部支架（101）上，所述立柱（104）通过台阶面置于底板（102）上，通过下方提拉螺钉（107）安装，并通过轴座（103）固定立柱（104）；加载平板（105）通过固定销（106）与立柱（104）连接，平行于底板（102）。

3.根据权利要求1所述的多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，其特征在于，所述加载导向模块（3）包括气缸（301），销套（302）以及测试用销（303）；气缸（301）通过气缸固定板（4）固定于机台框架模块（1）的加载平板（105）上，并与外部气源相接，销套（302）通过螺纹连接于气缸（301）活塞上，测试用销（303）通过过盈配合与销套（302）连接，另一端与运动模块（5）的测试用盘（509）接触。

4.根据权利要求1所述的多工位生物医用植入材料摩擦测试装置，其特征在于，所述传动模块（7）包括曲轴（704）、四个深沟球轴承（701）、二个推力球轴承（702）、上轴承座（705）、下轴承座（706）、轴承盖（703）、联轴器（707）、减速器（708）和电机（709）；曲轴（704）下端与联轴器（707）连接，联轴器（707）通过减速器（708）连接电机（709）；锁定螺母通过螺纹将两个深沟球轴承（701）和一个推力球轴承（702）固定于曲轴（704）下端，轴承盖（703）通过螺钉将另两个深沟球轴承（701）和一个推力球轴承（702）固定于曲轴（704）上端，下轴承座（706）通过螺纹将传动模块（7）与机台框架模块（1）的底板（102）连接，上轴承座（705）通过螺栓将传动模块（7）与运动模块（5）相连。