CN105891009A - 一种生物骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置 - Google Patents

Abstract

一种骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其中，底座(1)上加工有支撑座导轨槽(21)，支撑座(2)和中心块(3)安装于支撑座导轨槽(21)上，其中底座(1)的支撑座导轨槽(21)的凸台上加工有螺纹孔，支撑座(2)与中心块(3)两侧加工有用于锁紧固定的腰孔，在中心块(3)进行对中测试后，旋紧中心块紧固螺钉(11)将中心块(3)固定于底座(1)上，支撑座(2)通过调节直进式电子微分头(4)，沿底座(1)的支撑座导轨槽(21)滑动来实现两滚轴(6)的轴线距离调节。本发明通过直进式电子微分头调整支撑座间的相互位置，在一定范围内对多种小尺寸骨骼样本三点弯曲试验都有很好的适应性。

Description

一种生物骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置

技术领域

本发明主要涉及一种损伤生物力学试验装置，尤其涉及一种生物骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置。

背景技术

三点弯曲试验是研究生物组织材料力学性能常用的试验方法之一。目前生物力学领域大多采用猪骨、牛骨或羊骨等制备生物骨骼样本，其样本尺寸一般较小，尤其在厚度方面。骨骼样本三点弯曲试验数据的准确性很容易受到试验装置本身的影响。因此，有必要开发一种针对骨骼类小尺寸样本的三点弯曲试验装置，为损伤生物力学研究提供更为准确的试验数据，促进该领域的发展。

骨骼类生物硬组织的特殊性决定了三点弯曲试验装置不同于常规金属材料的装置，具体体现在如下几点：

1)鉴于骨骼微观结构的复杂性，通常需开展大量样本试验，然后结合统计学方法获取样本力学参数。另外，作为生物组织试验，对时效性要求更高，样本获取后应迅速开展试验。因此，骨骼样本三点弯曲试验要求样本的装夹尽可能方便、快捷。

2)采用三点弯曲试验获得骨骼力学性能响应后，多结合有限元模型对材料参数进行反演，因此对试验的边界条件设置要求较高。例如：需要准确定位加载位置，即在样本正中加载，两支撑端对称布置。

3)不同生物骨骼尺寸差异很大，进行三点弯曲的样本尺寸也必然不尽相同。因此，因此，要求用于生物力学试验的三点弯曲装置的两支撑轴间距能够根据试样大小进行准确调节。

目前，可查的专门用于生物组织材料力学性能测试的三点弯曲试验的试验装置较少。公开号为CN 102183408A，专利名称为“活体鼠尺骨三点或四点弯曲疲劳试验夹具”的中国专利利用活体鼠进行试验，着力点明确，定位精准，但该专利涉及的样本支撑端是固定的，在试验过程中样本与支撑端间为滑动摩擦，摩擦力较大，势必对试验结果的准确性有一定影响，且该夹具装夹定位比较麻烦，进行大量的样本试验效率不高。

公开号为号CN 104007010A，发明名称为“一种水平冲击式损伤生物力学动态三点弯曲试验装置”的中国专利提供一种水平冲击式损伤生物力学动态三点弯曲试验装置，能够降低生物样本支撑端摩擦等约束对试验结果的影响，但该专利主要针对大件骨骼试样，对于尺寸很小的骨骼样本三点弯曲试验并不适用。

公开号为CN 103760037A，发明名称为“一种轴承式损伤生物力学三点弯曲试验装置和试验方法”的中国专利采用一对支撑轴和支撑轴承对生物样本构成支撑，降低了试验过程中摩擦力对生物试样自由弯曲的约束，但试验过程中对样本实施对中加载主要依据目测，两支撑端及样本挡块移动也相对较为繁琐，降低了测试结果的准确性和可靠性。

公开号为CN 105300810A，发明名称为“一种带激光对中装置的三点弯曲试验装置”的中国专利采用十字线激光器的光束进行对中，减少了人为主观因素对对中的影响，但该专利主要针对金属材料疲劳断裂试验，对于小尺寸骨骼样本的三点弯曲试验并不适用。

为了解决上述问题，本发明设计了专用压头和样本支撑座，压头为阶梯状对称结构，支撑座上设有易于微调的样本挡块，通过压头与支撑座的配合，可以将压头精准地置于样本中间正上方，大大减少了样本装夹时间，提高了三点弯曲试验效率和精度；同时支撑座与直进式电子微分头连为一体，可非常简便准确的控制样本支撑点之间的跨距；在样本的两支撑端采用滚轴-V型定位槽-压片的组合结构，试验中滚轴会在V型槽内随着样本的弯曲而转动，保证了支撑轴对样本的摩擦阻力尽可能小，使得测量的试验数据更加准确可靠。

发明内容

本发明目的是提供一种骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，保证外力能够对样本进行精准对中加载，同时提高样本装卸的效率，以得到更准确的试验数据。

为实现上述目的，本发明提供了一种骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，包括底座、支撑座、中心块、直进式电子微分头、滚轴、V型定位槽、中心块紧固螺钉、支撑座紧固螺钉、支撑座导轨槽，其特征在于：

底座上加工有支撑座导轨槽，支撑座和中心块安装于支撑座导轨槽上，其中底座的支撑座导轨槽的凸台上加工有螺纹孔，支撑座与中心块两侧加工有用于锁紧固定的腰孔，在中心块进行对中测试后，旋紧中心块紧固螺钉将中心块固定于底座上，支撑座通过调节直进式电子微分头，沿底座的支撑座导轨槽滑动来实现两滚轴的轴线距离调节，当支撑座位置确定后，通过腰孔用支撑座紧固螺钉固定在底座上，在支撑座的上表面设置有光滑的V型定位槽，用于放置支撑骨骼样本的滚轴。

由以上可知，本发明作为一种骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，有如下优点：

1、本发明采用对称阶梯状压头、带调节螺栓的T形挡块和带直进式电子微分头的支撑座相互配合，方便骨骼小尺寸样本对中放置在两支撑滚轴上，可以更加简便准确的实现三点弯曲试验中测试力要加载在样本支撑端正中间的要求，减少了人为主观因素对对中的影响，提高了试验测量精度，使试验结果更加准确。

2、本发明可以根据骨骼样本的尺寸，通过直进式电子微分头调整支撑座间的相互位置，在一定范围内对多种小尺寸骨骼样本三点弯曲试验都有很好的适应性。

3、直进式电子微分头通过紧固螺钉固定在中心块上，旋转其旋扭时会带动支撑座沿底座的导向槽移动，可以避免支撑座的偏移，同时，直进式电子微分头使支撑座的相对位移得到较精确的测量，可以根据骨骼样本的尺寸对支撑座进行精确调节。

4、本发明采用滚轴-V型定位槽-压片的三者组合结构对样本进行支撑，使得试验过程中摩擦力对生物试样自由弯曲的约束尽可能小，减少了试验过程中边界条件对测量结果的误差影响；同时，解决了试验过程中滚轴飞溅。

5.本发明采用T形挡块组合装置，可以方便快捷的实现样本的装夹，提高了试验效率。

6、本发明的装置结构合理，直观性强，操作简单，样本装夹方便快捷，试验可重复性好。

附图说明

图1是本发明的结构立体图。

图2是本发明的压片及滚轴放大图。

图3是本发明的正视图

图4是本发明调节拨盘装配结构剖面放大图

图5是本发明的俯视图

图6是本发明的直进式电子测分头立体图

其中：

1、底座 2、支撑座

3、中心块 4、直进式电子微分头

5、压头 6、滚轴

7、压片 8、V型定位槽

9、T形挡块 10、调节拨盘

11、中心块紧固螺钉 12、支撑座紧固螺钉

13、压片紧固螺钉 14、测量头

15、固定套管 16、固定套管紧固螺钉

17、测量头紧固螺钉 18、调节拨盘紧固套

19、调节拨盘紧固螺栓 20、T形挡块导向槽

21、支撑座导轨槽 22、拨盘定位孔

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置作进一步详细的描述。

如图1所示，一种骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，包括底座1、支撑座2、中心块3、直进式电子微分头4、压头5、滚轴6、压片7、V型定位槽8、T形挡块9、调节拨盘10、中心块紧固螺钉11、支撑座紧固螺钉12、压片紧固螺钉13、测量头14、固定套管15、固定套管紧固螺钉16、测量头紧固螺钉17、调节拨盘紧固套18、调节拨盘紧固螺栓19、T形挡块导向槽20、支撑座导轨槽21、拨盘定位孔22。其中，底座1中间设有支撑座导轨槽21，实现支撑座2直线滑动；在底座1的支撑座导轨槽21两侧分别设有凸台，凸台与支撑座2的底面接触，要求底座1的凸台和支撑座2的底面加工成光滑平面，尽可能减少两者之间的摩擦力。底座1固定于材料试验机上。

底座1上加工有支撑座导轨槽21，支撑座2和中心块3安装于支撑座导轨槽21上，其中底座1的支撑座导轨槽21的凸台上加工有螺纹孔，支撑座2与中心块3两侧加工有用于锁紧固定的腰孔，在中心块进行对中测试后，旋紧中心块紧固螺钉11将中心块固定于底座上，同时根据直进式电子微分头4的电子显示屏读数调整好位置后，通过腰孔用支撑座紧固螺钉12固定在底座1上，从而保证试验过程中两滚轴6的轴间距保持不变。要求支撑座2能够沿支撑座导轨槽21顺畅滑动且不发生偏斜，以确保一对滚轴6平行。

在支撑座2的上表面设置有光滑的V型定位槽8，用于放置支撑骨骼样本的滚轴6。试验过程中，滚轴6通过压片7限制在V型定位槽8内滚动，两者间为滚动摩擦，滚轴6的滚动阻力较小。压片7通过压片紧固螺钉13固定在支撑座2上。

支撑座2可通过调节直进式电子微分头4沿底座1的支撑座导轨槽21滑动来实现两滚轴6的轴线距离调节，以满足骨骼样本尺寸多样化对试验装置的要求。

直进式电子微分头4通过固定套管紧固螺钉16将直进式电子微分头4的固定套管15紧固与支撑座2上，同时将直进式电子微分头4的测量头14通过测量头紧固螺钉17紧固与中心块3上。因测量头14及固定套管15分别紧固在中心块3与支撑座2上，而中心块3与支撑座2无法相对旋转，故而选用直进式微分头，普通微分头在旋进测量时测量头14会相对固定套管15进行旋转。

在每个支撑座2的上部开有T形挡块导向槽20，在T形挡块导向槽20内安装有可通过调节拨盘10调节沿T形挡块导向槽20滑动的T形挡块9，防止试验过程中骨骼样本在其长度方向上来回串动。其中调节拨盘10通过调节拨盘紧固套18及调节拨盘紧固螺栓19安装于支撑座2的拨盘定位孔22。

可以根据生物试样的大小，通过旋转调节拨盘10方便快速地调节T形挡块9的位置。其中T形挡块9及调节拨盘10通过调节拨盘紧固套18与调节拨盘紧固螺栓19安装于支撑座2上。

压头5与样本接触的部分是一根确定直径的圆柱轴。

压头5的上面部分加工成左右对称的阶梯状。在安装压头5时，首先将压头最下端圆柱轴与中心块3上的中心标记对准，然后通过移动支撑座2使得支撑座的端面同压头5的阶梯部分紧密贴合，从而保证压头5上的圆柱轴的轴线与两滚轴7平行，使两滚轴7以圆柱轴的轴线对称分布。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (7)

1.一种骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，包括底座(1)、支撑座(2)、中心块(3)、直进式电子微分头(4)、滚轴(6)、V型定位槽(8)、中心块紧固螺钉(11)、支撑座紧固螺钉(12)、支撑座导轨槽(21)，其特征在于：

底座(1)上加工有支撑座导轨槽(21)，支撑座(2)和中心块(3)安装于支撑座导轨槽(21)上，其中底座(1)的支撑座导轨槽(21)的凸台上加工有螺纹孔，支撑座(2)与中心块(3)两侧加工有用于锁紧固定的腰孔，在中心块(3)进行对中测试后，旋紧中心块紧固螺钉(11)将中心块(3)固定于底座(1)上，支撑座(2)通过调节直进式电子微分头(4)，沿底座(1)的支撑座导轨槽(21)滑动来实现两滚轴(6)的轴线距离调节，当支撑座(2)位置确定后，通过腰孔用支撑座紧固螺钉(12)固定在底座(1)上，在支撑座(2)的上表面设置有光滑的V型定位槽(8)，用于放置支撑骨骼样本的滚轴(6)。

2.根据权利要求1所述的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其特征在于：还包括：压片(7)、压片紧固螺钉(13)，试验过程中，滚轴(6)通过压片(7)限制在V型定位槽(8)内滚动，压片(7)通过压片紧固螺钉(13)固定在支撑座(2)上。

3.根据权利要求1所述的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其特征在于：直进式电子微分头(4)通过固定套管紧固螺钉(16)将直进式电子微分头(4)的固定套管(15)紧固与支撑座(2)上，同时将直进式电子微分头(4)的测量头(14)通过测量头紧固螺钉(17)紧固与中心块(3)上。

4.根据权利要求1所述的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其特征在于：还包括T形挡块(9)和调节拨盘(10)，在每个支撑座(2)的上部开有T形挡块导向槽(20)，在T形挡块导向槽(20)内安装有可通过调节拨盘(10)调节沿T形挡块导向槽(20)滑动的T形挡块(9)，防止试验过程中骨骼样本在其长度方向上来回串动。

5.根据权利要求4所述的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其特征在于：其中调节拨盘(10)通过调节拨盘紧固套(18)及调节拨盘紧固螺栓(19)安装于支撑座(2)的拨盘定位孔(22)。

6.根据权利要求5所述的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其特征在于：根据生物试样的大小，通过旋转调节拨盘(10)来调节T形挡块(9)的位置，其中T形挡块(9)及调节拨盘(10)通过调节拨盘紧固套(18)与调节拨盘紧固螺栓(19)安装于支撑座(2)上。

7.根据权利要求6述的骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置，其特征在于：压头(5的上面部分加工成左右对称的阶梯状。