CN107796695B - 用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法，夹具包括：底座、三爪卡盘和夹持机构；夹持机构包括：第1夹持容器、夹柄、限位盘、第2夹持容器和容器帽。具有以下优点：(1)利用三爪卡盘正爪接触面积大并加持紧的优点，牢固加持夹具的夹柄，并通过限位盘的作用，防止夹具从拉力机上滑脱；(2)生物材料不与夹面直接接触，不会发生生物材料表面破裂的现象，也不会在加持样品时产生变形、滑脱、扭转等问题，保证拉力试验的顺利进行；(3)可简单方便的保证上下夹具的同心性能，从而使拉力机施力方向与生物材料受力方向一致，提高拉力试验的准确度；(4)还具有结构简单、安装方便、成本低等优点。

Description

用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法

技术领域

本发明涉及一种夹具，具体涉及一种用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法。

背景技术

生物材料拉力测试是指：采用生物材料拉力试验机，使生物材料的两端分别被生物材料拉力试验机的两端夹具所夹持，然后向两端拉伸生物材料，从而测试其拉力性能。其中，生物材料主要包括韧带、软组织、人造血管、骨头、等材料。

目前，在采用生物材料拉力试验机对生物材料进行拉力测试时，夹具对生物材料的固定是测试的难点和关键技术。现有技术中，夹具大多是通用夹具。例如，美国英斯特朗公司在做生物软组织拉伸实验时，采用250牛顿容量的气动夹具，为提高夹具的稳固夹持作用，防止在加载过程中生物材料从夹具中滑脱，气动夹具的夹面采用锯齿夹面，或者，气动夹具的夹面采用光滑夹面，但需要在光滑夹面和被夹持的生物材料之间垫上砂纸，从而提高摩擦力。

但是，采用上述通用夹具对生物材料进行夹持固定时，主要存在以下问题：

(1)生物材料直接被夹具夹面夹持，或者，生物材料通过砂纸被夹具夹面夹持时，当增加夹持力度时，易出现生物材料表面破裂的现象，从而影响拉力试验的顺利进行；

(2)对于类似骨头等表面光滑的生物材料，既使采用砂纸增大摩擦力，仍然会经常出现生物材料滑脱及扭转现象，从而降低了拉力测试的准确性。

可见，开发一种可以安全可靠牢固的固定生物材料的夹具，是目前迫切需要解决的事情。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种用于生物材料拉力测试的夹具，包括：底座(1)、三爪卡盘(2)和夹持机构(3)；

所述底座(1)包括一体成形的螺杆(101)和定位盘(102)；所述螺杆(101)用于与拉力机主体连接固定；所述螺杆(101)的一端与所述定位盘(102)的一面中心固定；

所述三爪卡盘(2)包括：圆筒状卡盘体(201)、卡爪(202)和卡爪驱动机构(203)；所述圆筒状卡盘体(201)的一面与所述定位盘(102)固定；所述圆筒状卡盘体(201)的另一面的中心位置开设有卡盘通孔(204)，在所述卡盘通孔(204)的外围，沿所述圆筒状卡盘体(201)的另一面的径向方向均匀分布三个所述卡爪(203)，所述卡爪驱动机构(203)同时驱动三个卡爪(203)靠近或远离所述卡盘通孔(204)；

所述夹持机构(3)包括：第1夹持容器(301)、夹柄(302)、限位盘(303)、第2夹持容器(304)和容器帽(305)；

所述第1夹持容器(301)为一端开口一端封闭的圆筒状结构，所述第1夹持容器(301)的封闭端的底部中心与所述夹柄(302)的一端固定连接，所述夹柄(302)的另一端与所述限位盘(303)的中心位置固定连接；然后，使所述限位盘(303)置入到所述三爪卡盘(2)的卡盘通孔(204)中，此时，所述夹柄(302)位于所述卡盘通孔(204)的上方且位于所述三个卡爪(203)的中心位置；驱动三个卡爪(203)向内运动，进而使所述三个卡爪(203)紧固夹持所述夹柄(302)，所述限位盘(303)用于防止所述夹柄(302)从所述三个卡爪(203)中滑脱；所述第1夹持容器(301)的靠近开口端的内壁设置有第1内螺纹(3011)；

所述第2夹持容器(304)为两端开口的圆筒状结构，所述第2夹持容器(304)的一端外周设置有第1外螺纹(3041)，所述第1外螺纹(3041)与所述第1夹持容器(301)的第1内螺纹(3011)相匹配；所述第2夹持容器(304)的另一端外周设置有第2外螺纹(3042)；所述第2夹持容器(304)的所述第1外螺纹(3041)与所述第1夹持容器(301)的第1内螺纹(3011)螺纹连接，进而实现所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的连接固定，并且，所述第2夹持容器(304)的容器腔与所述第1夹持容器(301)的容器腔连通；所述第2夹持容器(304)的容器腔内壁加工成若干个均匀分布的凹槽(3043)，然后采用钢筋棍(3044)贴覆于所述第2夹持容器(304)的容器腔内壁，通过所述钢筋棍(3044)和所述凹槽(3043)的作用，进一步夹紧生物材料，防止生物材料扭转及滑脱；

所述容器帽(305)为一端开口一端封闭的圆筒状结构；所述容器帽(305)的靠近开口端的内壁设置有第2内螺纹(3051)；所述第2内螺纹(3051)与所述第2夹持容器(304)的第2外螺纹(3042)相匹配；所述容器帽(305)的第2内螺纹(3051)与所述第2夹持容器(304)的第2外螺纹(3042)螺纹连接，进而实现所述容器帽(305)套设固定于所述第2夹持容器(304)的一端；在所述容器帽(305)的封闭端面的中心开设有生物材料置入孔(3052)，生物材料的底端穿过所述生物材料置入孔(3052)后，延伸到所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的容器腔内，向所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的容器腔内灌注牙托粉，在牙托粉、钢筋棍(3044)和凹槽(3043)的多重作用下，紧固夹持生物材料。

优选的，所述定位盘(102)的表面开设有若干个定位盘通孔(103)；所述三爪卡盘(2)的一面在对应位置开设有若干个三爪卡盘螺纹孔；采用螺栓穿过所述定位盘通孔(103)而旋入到所述三爪卡盘螺纹孔中，进而实现所述三爪卡盘(2)和所述定位盘(102)的连接固定。

优选的，所述卡爪驱动机构(203)包括：在所述圆筒状卡盘体(201)的表面设置有卡盘本体(2031)；卡盘本体(2031)的表面设置平面螺纹(2032)；每个所述卡爪(202)的底部设置有与所述平面螺纹相啮合的卡爪螺纹；所述卡爪(202)通过螺纹啮合作用设置于所述平面螺纹(2032)的表面；所述卡盘本体(2031)的外周设置有大锥齿轮(2033)；小锥齿轮(2034)与所述大锥齿轮(2033)啮合；小锥齿轮(2034)与手柄(2035)固定；当所述手柄(2035)带动所述小锥齿轮(2034)转动时，所述小锥齿轮(2034)通过所述大锥齿轮(2033)而带动所述卡盘本体(2031)转动；当所述卡盘本体(2031)转动时，带动三个卡爪(203)靠近或远离所述卡盘通孔(204)。

优选的，在所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的内壁，且位于所述钢筋棍(3044)的外部，还设置有铝箔纸；当注入牙托粉时，牙托粉直接与铝箔纸接触。

优选的，所述容器帽(305)所开设的生物材料置入孔(3052)为一字型通孔，所述一字型通孔包括位于中心的圆形通孔(30521)，所述圆形通孔(30521)的两端对称向外延伸出相连通的左长条形通孔(30522)和右长条形通孔(30523)；其中，左长条形通孔(30522)到右长条形通孔(30523)的通孔长度为L1；圆形通孔(30521)的直径为L2；

被夹持的生物材料为两端宽中间窄的形状，两端的宽度为L3；中间的宽度为L4；L3接近L1；L4接近L2；生物材料端部的宽部位通过L1长度的一字形通孔而进入到容器腔体内部，此时，生物材料的中间部位被L2长度的圆形通孔(30521)夹持固定，此时，生物材料和一字形通孔呈现出十字交叉状态，防止生物材料滑脱。

本发明还提供一种基于上述的用于生物材料拉力测试的夹具的夹持固定方法，包括以下步骤：

步骤1，将上夹具的底座(1)和三爪卡盘(2)组装到一起，形成第1上组装件；将下夹具的底座(1)和三爪卡盘(2)组装到一起，形成第1下组装件；

步骤2，同步将第1上组装件的螺杆(101)固定在拉力机的上端；将第1下组装件的螺杆(101)固定在拉力机的下端；

步骤3，将上夹具的第1夹持容器(301)、夹柄(302)和限位盘(303)组装到一起，形成第2上组装件；将下夹具的第1夹持容器(301)、夹柄(302)和限位盘(303)组装到一起，形成第2下组装件；

步骤4，同步进行以下操作4.1和操作4.2：

操作4.1：将第2上组装件的限位盘(303)推入到上夹具的三爪卡盘(2)的卡盘通孔(204)中，此时，上夹具的夹柄(302)位于上夹具的卡盘通孔(204)的上方且位于上夹具的三个卡爪(203)的中心位置；驱动上夹具的三个卡爪(203)向内运动，进而使上夹具的三个卡爪(203)紧固夹持上夹具的夹柄(302)，上夹具的限位盘(303)用于防止上夹具的夹柄(302)从上夹具的三个卡爪(203)中滑脱；

操作4.2：将第2下组装件的限位盘(303)推入到下夹具的三爪卡盘(2)的卡盘通孔(204)中，此时，下夹具的夹柄(302)位于下夹具的卡盘通孔(204)的上方且位于下夹具的三个卡爪(203)的中心位置；驱动下夹具的三个卡爪(203)向内运动，进而使下夹具的三个卡爪(203)紧固夹持下夹具的夹柄(302)，下夹具的限位盘(303)用于防止下夹具的夹柄(302)从下夹具的三个卡爪(203)中滑脱；

步骤5，即刻同步执行以下操作5.1和操作5.2：

操作5.1：将上夹具的第2夹持容器(304)螺纹安装到上夹具的第1夹持容器(301)的开口位置，在相通的上夹具的第2夹持容器(304)和上夹具的第1夹持容器(301)形成的容器腔的内壁贴上铝箔纸；然后，将上夹具的容器帽(305)松散组装到上夹具的第2夹持容器(304)的开口端，此时上夹具的容器帽(305)并不旋紧；

操作5.2：将下夹具的第2夹持容器(304)螺纹安装到下夹具的第1夹持容器(301)的开口位置，在相通的下夹具的第2夹持容器(304)和下夹具的第1夹持容器(301)形成的容器腔的内壁贴上铝箔纸；然后，将下夹具的容器帽(305)松散组装到下夹具的第2夹持容器(304)的开口端，此时上夹具的容器帽(305)并不旋紧；

步骤6，然后，通过控制拉力机调整上夹具和下夹具的同心度和垂直距离，使生物材料的两端分别穿过对应的容器帽(305)而延伸到对应的容器腔的内部，此时生物材料两端在上下容器腔中整体居中；

步骤7，对于当前状态下的下夹具，沿生物材料向上调高下夹具的容器帽(305)，然后向下夹具的容器腔内灌入牙托粉至开口表面；待牙托粉干固后，旋紧下夹具的容器帽(305)；

然后，驱动上下夹具的三爪卡盘松开，整体取出组装后的上夹持机构、下夹持机构以及生物材料；然后，使上夹持机构和下夹持机构上下调换位置，再将调换位置后的整体件装配回去，分别通过上夹具的三爪卡盘和下夹具的三爪卡盘固定；此时，已灌入牙托粉的夹持机构位于上方；未灌入牙托粉的夹持机构位于下方，再向此时位于下方的夹持机构的容器腔内灌入牙托粉至开口表面；待牙托粉干固后，旋紧容器帽(305)；

至此完成生物材料在拉力机的夹持固定。

本发明提供的用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法具有以下优点：

(1)利用三爪卡盘正爪接触面积大并加持紧的优点，牢固加持夹具的夹柄，并通过限位盘的作用，防止夹具从拉力机上滑脱；

(2)生物材料不与夹面直接接触，不会发生生物材料表面破裂的现象，也不会在加持样品时产生变形、滑脱、扭转等问题，保证拉力试验的顺利进行；

(3)可简单方便的保证上下夹具的同心性能，从而使拉力机施力方向与生物材料受力方向一致，提高拉力试验的准确度；

(4)还具有结构简单、安装方便、成本低等优点。

附图说明

图1为本发明提供的上下夹具对生物材料进行夹持的整体结构示意图；

图2为用于生物材料拉力测试的夹具的结构示意图；

图3为底座的结构示意图；

图4为三爪卡盘的外部结构示意图；

图5为三爪卡盘的卡爪驱动机构的结构示意图；

图6为底座和三爪卡盘的装配关系的立体结构示意图；

图7为底座和三爪卡盘的装配关系的侧视图；

图8为底座和三爪卡盘的装配关系的俯视图；

图9为夹持机构的整体结构示意图；

图10为第1夹持容器、夹柄和限位盘的装配关系的立体结构示意图；

图11为第2夹持容器的立体结构示意图；

图12为容器帽的立体结构示意图；

图13为第1夹持容器、夹柄、限位盘和三爪卡盘的装配关系的侧视图；

图14为生物材料的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种用于生物材料拉力测试的夹具，是一种用于测试生物材料拉伸、压缩、扭转强度的夹具试验装置。具体的说，用于在进行生物材料拉力实验的一种卡具，在测试生物材料拉伸、压缩、扭转强度试验中，有效的解决生物材料与拉力机的紧固可靠的连接问题。

实际应用中，当夹持生物材料时，需要配置完全相同的上夹具和下夹具，从而对生物材料的两端进行夹紧固定，如图1所示，为上下夹具对生物材料进行夹持的整体结构示意图。本发明中，尤其适用于对图14所示形状的生物材料进行夹持固定，并且，夹持的生物材料尤其适合对表面光滑的骨头进行夹紧固定。

本发明提供的夹具，整体采用牌号45，标准：GB/T 699-1988，强度较高的中碳优质钢制作而成，具有方便加工制作、易调试运行以及制品成型过程可靠的优点。

如图2所示，夹具包括：底座1、三爪卡盘2和夹持机构3。下面对这三个部件分别详细介绍：

(一)底座

参考图3，为座的结构示意图；底座1包括一体成形的螺杆101和定位盘102；螺杆101用于与拉力机主体连接固定；螺杆101的一端与定位盘102的一面中心固定。实际应用中，螺杆101和定位盘102为碳钢一体加工形成。定位盘102的表面开设有若干个定位盘通孔103，用于与三爪卡盘的背部固定。

(二)三爪卡盘

参考图4，为三爪卡盘的外部结构示意图；三爪卡盘2包括：圆筒状卡盘体201、卡爪202和卡爪驱动机构203；圆筒状卡盘体201的一面与定位盘102固定；参考图6，为底座和三爪卡盘的装配关系的立体结构示意图；参考图7，为底座和三爪卡盘的装配关系的侧视图；参考图8，为底座和三爪卡盘的装配关系的俯视图；具体固定方式为：定位盘102的表面开设有若干个定位盘通孔103；三爪卡盘2的一面在对应位置开设有若干个三爪卡盘螺纹孔；采用螺栓穿过定位盘通孔103而旋入到三爪卡盘螺纹孔中，进而实现三爪卡盘2和定位盘102的连接固定。

圆筒状卡盘体201的另一面的中心位置开设有卡盘通孔204，在卡盘通孔204的外围，沿圆筒状卡盘体201的另一面的径向方向均匀分布三个卡爪203，卡爪驱动机构203同时驱动三个卡爪203靠近或远离卡盘通孔204；

其中，参考图5，为卡爪驱动机构的结构示意图；卡爪驱动机构203包括：在圆筒状卡盘体201的表面设置有卡盘本体2031；卡盘本体2031的表面设置平面螺纹2032；每个卡爪202的底部设置有与平面螺纹相啮合的卡爪螺纹；卡爪202通过螺纹啮合作用设置于平面螺纹2032的表面；卡盘本体2031的外周设置有大锥齿轮2033；小锥齿轮2034与大锥齿轮2033啮合；小锥齿轮2034与手柄2035固定；当采用扳手转动手柄时，手柄2035带动小锥齿轮2034转动时，小锥齿轮2034通过大锥齿轮2033而带动卡盘本体2031转动；当卡盘本体2031转动时，带动三个卡爪203靠近或远离卡盘通孔204。

(三)夹持机构

参考图9，为夹持机构的整体结构示意图；夹持机构3包括：第1夹持容器301、夹柄302、限位盘303、第2夹持容器304和容器帽305；

第1夹持容器301为一端开口一端封闭的圆筒状结构，第1夹持容器301的封闭端的底部中心与夹柄302的一端固定连接，夹柄302的另一端与限位盘303的中心位置固定连接；参考图10，为第1夹持容器、夹柄和限位盘的装配关系的立体结构示意图；本发明中，第1夹持容器的直径大于限位盘的直径，而限位盘的直径大于夹柄的直径。此外，为确保整体的强度，第1夹持容器、夹柄和限位盘为一体加工成形，避免焊接，同时有效保证上中下全部同心。此外，为确保夹具整体的强度，第1夹持容器、夹柄和限位盘采用金属碳钢制作而成。

然后，参考图13，为第1夹持容器、夹柄、限位盘和三爪卡盘的装配关系的侧视图；使限位盘303置入到三爪卡盘2的卡盘通孔204中，此时，夹柄302位于卡盘通孔204的上方且位于三个卡爪203的中心位置；驱动三个卡爪203向内运动，进而使三个卡爪203紧固夹持夹柄302，限位盘303用于防止夹柄302从三个卡爪203中滑脱。此外，本发明中，夹柄302为圆柱体结构，利用卡爪203的正爪接触面积大的利点，能够更为牢固的夹持夹柄302。此外，夹柄302的设计长度需大于三爪内部长度，这样在加持中，三爪完全镶入夹柄，使限位盘完全漏在外侧，这样在实验中，拉力机给予向外的拉力时，限位盘和三爪的相互作用，使整体不会出现滑脱现象，能够更为稳固的夹紧夹柄。

第1夹持容器301的靠近开口端的内壁设置有第1内螺纹3011，用于与第2夹持容器连接固定。

参考图11，为第2夹持容器的立体结构示意图；第2夹持容器304为两端开口的圆筒状结构，第2夹持容器304的一端外周设置有第1外螺纹3041，第1外螺纹3041与第1夹持容器301的第1内螺纹3011相匹配；第2夹持容器304的另一端外周设置有第2外螺纹3042；第2夹持容器304的第1外螺纹3041与第1夹持容器301的第1内螺纹3011螺纹连接，进而实现第2夹持容器304和第1夹持容器301的连接固定，并且，第2夹持容器304的容器腔与第1夹持容器301的容器腔连通；第2夹持容器304的容器腔内壁加工成若干个均匀分布的凹槽3043，例如，凹槽开设数量为三个，凹槽间距为120°，然后采用钢筋棍3044贴覆于第2夹持容器304的容器腔内壁，例如，钢筋棍与第2夹持容器304的容器腔内壁焊接固定，通过钢筋棍3044和凹槽3043的作用，使得内壁突出的钢筋产生阻力，防止生物材料扭转及滑脱，从而产生固定作用。

此外，在第2夹持容器304和第1夹持容器301的内壁，且位于钢筋棍3044的外部，还设置有铝箔纸；当注入牙托粉时，牙托粉直接与铝箔纸接触。

参考图12，为容器帽的立体结构示意图；容器帽305为一端开口一端封闭的圆筒状结构；容器帽305的靠近开口端的内壁设置有第2内螺纹3051；第2内螺纹3051与第2夹持容器304的第2外螺纹3042相匹配；容器帽305的第2内螺纹3051与第2夹持容器304的第2外螺纹3042螺纹连接，进而实现容器帽305套设固定于第2夹持容器304的一端；在容器帽305的封闭端面的中心开设有生物材料置入孔3052，生物材料的底端穿过生物材料置入孔3052后，延伸到第2夹持容器304和第1夹持容器301的容器腔内，向第2夹持容器304和第1夹持容器301的容器腔内灌注牙托粉，在牙托粉、钢筋棍3044和凹槽3043的多重作用下，紧固夹持生物材料。其中，钢筋棍3044主要作用为：防止生物材料在容器内扭转；贴覆铝箔纸的作用为：防止牙托粉接触内壁不好拆卸；容器帽的作用为：防止生物材料受到拉力产生滑脱。

此外，容器帽305所开设的生物材料置入孔3052为一字型通孔，一字型通孔包括位于中心的圆形通孔30521，圆形通孔30521的两端对称向外延伸出相连通的左长条形通孔30522和右长条形通孔30523；其中，左长条形通孔30522到右长条形通孔30523的通孔长度为L1；圆形通孔30521的直径为L2；

被夹持的生物材料的形状如图14所示，生物材料优选加工为两端宽中间窄的形状，两端的宽度为L3；中间的宽度为L4；L3接近L1；L4接近L2；生物材料端部的宽部位通过L1长度的一字形通孔而进入到容器腔体内部，此时，生物材料的中间部位被L2长度的圆形通孔30521夹持固定，此时，生物材料和一字形通孔呈现出十字交叉状态，防止生物材料滑脱。

本发明还提供一种基于上述的用于生物材料拉力测试的夹具的夹持固定方法，包括以下步骤：

步骤1，将上夹具的底座1和三爪卡盘2组装到一起，形成第1上组装件；将下夹具的底座1和三爪卡盘2组装到一起，形成第1下组装件；

步骤2，同步将第1上组装件的螺杆101固定在拉力机的上端；将第1下组装件的螺杆101固定在拉力机的下端；

步骤3，将上夹具的第1夹持容器301、夹柄302和限位盘303组装到一起，形成第2上组装件；将下夹具的第1夹持容器301、夹柄302和限位盘303组装到一起，形成第2下组装件；

步骤4，同步进行以下操作4.1和操作4.2：

操作4.1：将第2上组装件的限位盘303推入到上夹具的三爪卡盘2的卡盘通孔204中，此时，上夹具的夹柄302位于上夹具的卡盘通孔204的上方且位于上夹具的三个卡爪203的中心位置；驱动上夹具的三个卡爪203向内运动，进而使上夹具的三个卡爪203紧固夹持上夹具的夹柄302，上夹具的限位盘303用于防止上夹具的夹柄302从上夹具的三个卡爪203中滑脱；

操作4.2：将第2下组装件的限位盘303推入到下夹具的三爪卡盘2的卡盘通孔204中，此时，下夹具的夹柄302位于下夹具的卡盘通孔204的上方且位于下夹具的三个卡爪203的中心位置；驱动下夹具的三个卡爪203向内运动，进而使下夹具的三个卡爪203紧固夹持下夹具的夹柄302，下夹具的限位盘303用于防止下夹具的夹柄302从下夹具的三个卡爪203中滑脱；

步骤5，即刻同步执行以下操作5.1和操作5.2：

操作5.1：将上夹具的第2夹持容器304螺纹安装到上夹具的第1夹持容器301的开口位置，在相通的上夹具的第2夹持容器304和上夹具的第1夹持容器301形成的容器腔的内壁贴上铝箔纸；然后，将上夹具的容器帽305松散组装到上夹具的第2夹持容器304的开口端，此时上夹具的容器帽305并不旋紧；

操作5.2：将下夹具的第2夹持容器304螺纹安装到下夹具的第1夹持容器301的开口位置，在相通的下夹具的第2夹持容器304和下夹具的第1夹持容器301形成的容器腔的内壁贴上铝箔纸；然后，将下夹具的容器帽305松散组装到下夹具的第2夹持容器304的开口端，此时上夹具的容器帽305并不旋紧；

步骤6，然后，通过控制拉力机调整上夹具和下夹具的同心度和垂直距离，使生物材料的两端分别穿过对应的容器帽305而延伸到对应的容器腔的内部，此时生物材料两端在上下容器腔中整体居中；

步骤7，对于当前状态下的下夹具，沿生物材料向上调高下夹具的容器帽305，然后向下夹具的容器腔内灌入牙托粉至开口表面；待牙托粉干固后，旋紧下夹具的容器帽305；

然后，驱动上下夹具的三爪卡盘松开，整体取出组装后的上夹持机构、下夹持机构以及生物材料；然后，使上夹持机构和下夹持机构上下调换位置，再将调换位置后的整体件装配回去，分别通过上夹具的三爪卡盘和下夹具的三爪卡盘固定；此时，已灌入牙托粉的夹持机构位于上方；未灌入牙托粉的夹持机构位于下方，再向此时位于下方的夹持机构的容器腔内灌入牙托粉至开口表面；待牙托粉干固后，旋紧容器帽305；

至此完成生物材料在拉力机的夹持固定。

由此可见，本发明提供的用于生物材料拉力测试的夹具以及夹持固定方法，具有以下优点：

(1)利用三爪卡盘正爪接触面积大并加持紧的优点，牢固加持夹具的夹柄，并通过限位盘的作用，防止夹具从拉力机上滑脱；

(2)夹持容器内壁固定钢筋棍，生物材料伸入容器内腔后灌浇牙托粉，再由于容器帽的作用，一方面，实现夹持机构对生物材料的稳固夹持作用，尤其可稳固夹持表面光滑的生物材料；另一方面，生物材料不与夹面直接接触，不会发生生物材料表面破裂的现象，也不会在加持样品时产生变形、滑脱、扭转等问题，保证拉力试验的顺利进行；

(3)使夹具与拉力机连接后，通过拉力机可灵活调整上下夹具的距离和同心度，可以方便、快捷地使生物样品前后左右全方向进行水平调正后，再固定住，从而保证上下夹具的同心性能，从而使拉力机施力方向与生物材料受力方向一致，提高拉力试验的准确度；

(4)还具有结构简单、安装方便、成本低等优点。

具体的，在试验时底座不需要拆卸，只需用松开三爪卡盘，就可以整体拆卸，并且容器内壁有铝箔纸的存在，生物材料在容器内可以更轻松的摘取。实际应用中，在面对不同的生物材料时，可以根据生物材料的大小，更改容器开口的范围，既使在测试较大的生物样品时，也可以用此加持固定的方式来进行实验测试，具有适用范围广的优点。既可以大幅度提升试验效率，降低试验时间和试验工作量。此外，试验过程中由于容器的存在可以将生物材料封闭起来，避免出现意外伤害事故。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于生物材料拉力测试的夹具，其特征在于，包括：底座(1)、三爪卡盘(2)和夹持机构(3)；

所述底座(1)包括螺杆(101)和定位盘(102)；所述螺杆(101)和所述定位盘(102)一体成形；所述螺杆(101)用于与拉力机主体连接固定；所述螺杆(101)的一端与所述定位盘(102)的一面中心固定；

所述三爪卡盘(2)包括：圆筒状卡盘体(201)、卡爪(202)和卡爪驱动机构(203)；所述圆筒状卡盘体(201)的一面与所述定位盘(102)固定；所述圆筒状卡盘体(201)的另一面的中心位置开设有卡盘通孔(204)，在所述卡盘通孔(204)的外围，沿所述圆筒状卡盘体(201)的另一面的径向方向均匀分布三个所述卡爪(202 )，所述卡爪驱动机构(203)同时驱动三个卡爪(202 )靠近或远离所述卡盘通孔(204)；

所述夹持机构(3)包括：第1夹持容器(301)、夹柄(302)、限位盘(303)、第2夹持容器(304)和容器帽(305)；

所述第1夹持容器(301)为一端开口一端封闭的圆筒状结构，所述第1夹持容器(301)的封闭端的底部中心与所述夹柄(302)的一端固定连接，所述夹柄(302)的另一端与所述限位盘(303)的中心位置固定连接；然后，使所述限位盘(303)置入到所述三爪卡盘(2)的卡盘通孔(204)中，此时，所述夹柄(302)位于所述卡盘通孔(204)的上方且位于所述三个卡爪(202 )的中心位置；驱动三个卡爪(202 )向内运动，进而使所述三个卡爪(202 )紧固夹持所述夹柄(302)，所述限位盘(303)用于防止所述夹柄(302)从所述三个卡爪(202 )中滑脱；所述第1夹持容器(301)的靠近开口端的内壁设置有第1内螺纹(3011)；

所述第2夹持容器(304)为两端开口的圆筒状结构，所述第2夹持容器(304)的一端外周设置有第1外螺纹(3041)，所述第1外螺纹(3041)与所述第1夹持容器(301)的第1内螺纹(3011)相匹配；所述第2夹持容器(304)的另一端外周设置有第2外螺纹(3042)；所述第2夹持容器(304)的所述第1外螺纹(3041)与所述第1夹持容器(301)的第1内螺纹(3011)螺纹连接，进而实现所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的连接固定，并且，所述第2夹持容器(304)的容器腔与所述第1夹持容器(301)的容器腔连通；所述第2夹持容器(304)的容器腔内壁加工成若干个均匀分布的凹槽(3043)，然后采用钢筋棍(3044)贴覆于所述第2夹持容器(304)的容器腔内壁，通过所述钢筋棍(3044)和所述凹槽(3043)的作用，进一步夹紧生物材料，防止生物材料扭转及滑脱；

所述容器帽(305)为一端开口一端封闭的圆筒状结构；所述容器帽(305)的靠近开口端的内壁设置有第2内螺纹(3051)；所述第2内螺纹(3051)与所述第2夹持容器(304)的第2外螺纹(3042)相匹配；所述容器帽(305)的第2内螺纹(3051)与所述第2夹持容器(304)的第2外螺纹(3042)螺纹连接，进而实现所述容器帽(305)套设固定于所述第2夹持容器(304)的一端；在所述容器帽(305)的封闭端面的中心开设有生物材料置入孔(3052)，生物材料的底端穿过所述生物材料置入孔(3052)后，延伸到所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的容器腔内，向所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的容器腔内灌注牙托粉，在牙托粉、钢筋棍(3044)和凹槽(3043)的多重作用下，紧固夹持生物材料。

2.根据权利要求1所述的用于生物材料拉力测试的夹具，其特征在于，所述定位盘(102)的表面开设有若干个定位盘通孔(103)；所述三爪卡盘(2)的一面在对应位置开设有若干个三爪卡盘螺纹孔；采用螺栓穿过所述定位盘通孔(103)而旋入到所述三爪卡盘螺纹孔中，进而实现所述三爪卡盘(2)和所述定位盘(102)的连接固定。

3.根据权利要求1所述的用于生物材料拉力测试的夹具，其特征在于，所述卡爪驱动机构(203)包括：在所述圆筒状卡盘体(201)的表面设置有卡盘本体(2031)；卡盘本体(2031)的表面设置平面螺纹(2032)；每个所述卡爪(202)的底部设置有与所述平面螺纹相啮合的卡爪螺纹；所述卡爪(202)通过螺纹啮合作用设置于所述平面螺纹(2032)的表面；所述卡盘本体(2031)的外周设置有大锥齿轮(2033)；小锥齿轮(2034)与所述大锥齿轮(2033)啮合；小锥齿轮(2034)与手柄(2035)固定；当所述手柄(2035)带动所述小锥齿轮(2034)转动时，所述小锥齿轮(2034)通过所述大锥齿轮(2033)而带动所述卡盘本体(2031)转动；当所述卡盘本体(2031)转动时，带动三个卡爪(202 )靠近或远离所述卡盘通孔(204)。

4.根据权利要求1所述的用于生物材料拉力测试的夹具，其特征在于，在所述第2夹持容器(304)和所述第1夹持容器(301)的内壁，且位于所述钢筋棍(3044)的外部，还设置有铝箔纸；当注入牙托粉时，牙托粉直接与铝箔纸接触。

5.根据权利要求1所述的用于生物材料拉力测试的夹具，其特征在于，所述容器帽(305)所开设的生物材料置入孔(3052)为一字型通孔，所述一字型通孔包括位于中心的圆形通孔(30521)，所述圆形通孔(30521)的两端对称向外延伸出相连通的左长条形通孔(30522)和右长条形通孔(30523)；其中，左长条形通孔(30522)到右长条形通孔(30523)的通孔长度为L1；圆形通孔(30521)的直径为L2；

被夹持的生物材料为两端宽中间窄的形状，两端的宽度为L3；中间的宽度为L4；L3接近L1；L4接近L2；生物材料端部的宽部位通过L1长度的一字形通孔而进入到容器腔体内部，此时，生物材料的中间部位被L2长度的圆形通孔(30521)夹持固定，此时，生物材料和一字形通孔呈现出十字交叉状态，防止生物材料滑脱。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的用于生物材料拉力测试的夹具的夹持固定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将上夹具的底座(1)和三爪卡盘(2)组装到一起，形成第1上组装件；将下夹具的底座(1)和三爪卡盘(2)组装到一起，形成第1下组装件；

步骤2，同步将第1上组装件的螺杆(101)固定在拉力机的上端；将第1下组装件的螺杆(101)固定在拉力机的下端；

步骤3，将上夹具的第1夹持容器(301)、夹柄(302)和限位盘(303)组装到一起，形成第2上组装件；将下夹具的第1夹持容器(301)、夹柄(302)和限位盘(303)组装到一起，形成第2下组装件；

步骤4，同步进行以下操作4.1和操作4.2：

操作4.1：将第2上组装件的限位盘(303)推入到上夹具的三爪卡盘(2)的卡盘通孔(204)中，此时，上夹具的夹柄(302)位于上夹具的卡盘通孔(204)的上方且位于上夹具的三个卡爪(202 )的中心位置；驱动上夹具的三个卡爪(202 )向内运动，进而使上夹具的三个卡爪(202 )紧固夹持上夹具的夹柄(302)，上夹具的限位盘(303)用于防止上夹具的夹柄(302)从上夹具的三个卡爪(202 )中滑脱；

操作4.2：将第2下组装件的限位盘(303)推入到下夹具的三爪卡盘(2)的卡盘通孔(204)中，此时，下夹具的夹柄(302)位于下夹具的卡盘通孔(204)的上方且位于下夹具的三个卡爪(202 )的中心位置；驱动下夹具的三个卡爪(202 )向内运动，进而使下夹具的三个卡爪(202 )紧固夹持下夹具的夹柄(302)，下夹具的限位盘(303)用于防止下夹具的夹柄(302)从下夹具的三个卡爪(202 )中滑脱；

步骤5，即刻同步执行以下操作5.1和操作5.2：

操作5.1：将上夹具的第2夹持容器(304)螺纹安装到上夹具的第1夹持容器(301)的开口位置，在相通的上夹具的第2夹持容器(304)和上夹具的第1夹持容器(301)形成的容器腔的内壁贴上铝箔纸；然后，将上夹具的容器帽(305)松散组装到上夹具的第2夹持容器(304)的开口端，此时上夹具的容器帽(305)并不旋紧；

操作5.2：将下夹具的第2夹持容器(304)螺纹安装到下夹具的第1夹持容器(301)的开口位置，在相通的下夹具的第2夹持容器(304)和下夹具的第1夹持容器(301)形成的容器腔的内壁贴上铝箔纸；然后，将下夹具的容器帽(305)松散组装到下夹具的第2夹持容器(304)的开口端，此时上夹具的容器帽(305)并不旋紧；

步骤6，然后，通过控制拉力机调整上夹具和下夹具的同心度和垂直距离，使生物材料的两端分别穿过对应的容器帽(305)而延伸到对应的容器腔的内部，此时生物材料两端在上下容器腔中整体居中；

步骤7，对于当前状态下的下夹具，沿生物材料向上调高下夹具的容器帽(305)，然后向下夹具的容器腔内灌入牙托粉至开口表面；待牙托粉干固后，旋紧下夹具的容器帽(305)；

然后，驱动上下夹具的三爪卡盘松开，整体取出组装后的上夹持机构、下夹持机构以及生物材料；然后，使上夹持机构和下夹持机构上下调换位置，再将调换位置后的上夹持机构和下夹持机构装配回去，分别通过上夹具的三爪卡盘和下夹具的三爪卡盘固定；此时，已灌入牙托粉的夹持机构位于上方；未灌入牙托粉的夹持机构位于下方，再向此时位于下方的夹持机构的容器腔内灌入牙托粉至开口表面；待牙托粉干固后，旋紧容器帽(305)；

至此完成生物材料在拉力机的夹持固定。