CN108469392A - 一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，包括基座，以及安装于基座上的实验箱体，实验箱体内由上至下分为上腔体、中腔体和下腔体，上腔体中安装上伺服电机和偏心轮，偏心轮上装有传动杆，传动杆用于带动中腔体中的上试样夹具沿着导轨做反复运动，上层梁为固定梁，不可移动，中腔体中还设有环境箱，环境箱环境箱周围安装用于检测的红外热像仪与控制环境温度的温度控制系统，下层梁为移动梁，可以上下移动，下腔体中安装移动梁加载装置，在弹簧作用下，对移动梁实现柔性加载。该装置可以调节环境温度，使上下试样在给定的环境中进行摩擦实验，能更好的模拟人体内的环境，全方位、全时段监控并记录上下试样摩擦时各点的温度，使测试结果更接近真实情况。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械设备技术领域，具体涉及一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机。
背景技术
由于人工膝关节植入生物体内试验具有研究复杂，风险大，成本高及周期长的特点，膝关节摩擦试验机应势而生。在人体体内环境中，假体关节摩擦所产生的热量会引起假体植入物的磨损、疲劳、蠕变和氧化降解，温度升高也会损伤人造关节周围的组织和润滑剂，导致插入的假体植入物松动。所以膝关节温度成了人工膝关节植入需要考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，可以控制试验的环境温度，并能准确检测出膝关节假体摩擦时上下试样上各点的实时温度。
为了达到以上目的，提供一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，包括基座（20），以及安装于基座（20）上的实验箱体（36），实验箱体（36）内由上至下分为上腔体、中腔体和下腔体，上腔体和中腔体之间设置固定梁（33），中腔体和下腔体之间设置移动梁（25），上腔体中安装上伺服电机（2），上伺服电机（2）的传动轮通过皮带（1）连接偏心轮（35），偏心轮（35）与传动杆（34）的一端相连，传动杆（35）的另一端穿过固定梁（33）与上试样夹具（5）的固定端通过传动杆联接件（3）固定在设置于中腔体的轨道（31）上，传动杆联接件（3）与轨道（31）形成移动副；上试样夹具（5）的连接端伸入环境箱（27）内与上试样（6）的一端相连，上试样（6）的另一端通过髌骨模拟块（29）和试样挡板（30）连接固定在下试样底座（26）的下试样（7）；环境箱（27）通过垫块（26）设置于移动梁（25）上，环境箱（27）内安装加热电阻（8），加热电阻（8）通过环境箱（27）上的通孔与温度控制器（11）相连，温度控制器（11）安装在移动梁（25）上；移动梁（25）下方的下腔体内设有移动梁加载装置，移动梁加载装置的下部横斜齿轮（19）与设置于下伺服电机（16）驱动轴上的下部竖斜齿轮（17）啮合连接。
本发明的优选方案是：移动梁（25）的两端通过定滑轮（10）连接实验箱体（36）的侧壁内沿，定滑轮（10）的直径为8cm。
优选地，移动梁加载装置包括定位海绵（23）、弹簧（22）、传力螺母（15）和传动丝杠（21），传动丝杠（21）的一端通过下滚珠轴承（18）固定于基座（20）中，传动丝杠（21）上套接下部横斜齿轮（19），其另一端固连传力螺母（15），传力螺母（15）的头部上对称设有一对导向通孔（14），导向通孔（14）分别套接在固定于移动梁（25）下的导向杆（13）上，传力螺母（15）的柱端套接弹簧（22），弹簧（22）的一端与传力螺母（15）的头部固连，其另一端通过定位海绵（23）与移动梁（25）的下沿相连。
优选地，环境箱（27）的材料为透明亚克板，环境箱（27）的一侧设有红外热像仪（28）。
优选地，轨道（31）通过三根导轨固定柱（32）固接固定梁（33）的下沿。
优选地，上试样夹具（5）上安装力传感器（4），下试样（7）通过下试样固定螺母（9）固定在下试样底座（26）上。
本发明有益效果为：该装置可以为实验提供一个温度可控的液体或非液体环境，使上下试样在给定的环境中进行摩擦实验，能更好的模拟人体内的环境，全方位、全时段监控并记录上下试样摩擦时各点的温度，使测试结果更接近真实情况。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的模拟运动结构示意图。
具体实施方式
实施例一
请参阅图1，本实施例提供的一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，包括基座20，以及安装于基座20上的实验箱体36，实验箱体36内由上至下分为上腔体、中腔体和下腔体，上腔体和中腔体之间设置固定梁33，中腔体和下腔体之间设置移动梁25；
上腔体中安装上伺服电机2，上伺服电机2的传动轮通过皮带1连接偏心轮35，偏心轮35与传动杆34的一端相连，传动杆35的另一端穿过固定梁33与上试样夹具5的固定端通过传动杆联接件3固定在设置于中腔体的轨道31上，轨道31通过三根导轨固定柱32固接固定梁33的下沿，传动杆联接件3与轨道31形成移动副，保证上试样夹具5能够在竖直平面内沿着规定的路径运动；
如图2所示，上试样夹具5上安装力传感器4，上试样夹具5的连接端伸入环境箱27内与上试样6的一端相连，上试样6的另一端通过髌骨模拟块29和试样挡板30连接固定在下试样底座26的下试样7；下试样7通过下试样固定螺母9固定在下试样底座26上。
环境箱27通过垫块26设置于移动梁25上，环境箱27内安装加热电阻8，加热电阻8通过环境箱27上的通孔与温度控制器11相连，温度控制器11安装在移动梁25上；
移动梁25下方的下腔体内设有移动梁加载装置，移动梁加载装置的下部横斜齿轮19与设置于下伺服电机16驱动轴上的下部竖斜齿轮17啮合连接。
移动梁25的两端通过定滑轮10连接实验箱体36的侧壁内沿，定滑轮10的直径为8cm。
移动梁加载装置包括定位海绵23、弹簧22、传力螺母15和传动丝杠21，传动丝杠21的一端通过下滚珠轴承18固定于基座20中，传动丝杠21上套接下部横斜齿轮19，其另一端固连传力螺母15，传力螺母15的头部上对称设有一对导向通孔14，导向通孔14分别套接在固定于移动梁25下的导向杆13上，传力螺母15的柱端套接弹簧22，弹簧22的一端与传力螺母15的头部固连，其另一端通过定位海绵23与移动梁25的下沿相连。
使用时，下伺服电机16先启动，在下伺服电机16的驱动下，下部横斜齿轮19和下部竖斜齿轮17带动传动丝杠21的上升，推动固定在导向杆13上的传力螺母14上升，进而推动弹簧22的上升，在定位海绵23的帮助下，使得弹簧23能正好卡在弹簧卡槽24内，因为移动梁25两端设有定滑轮10，所以能够推动移动梁25上升，上升到下试样6与上试样7接触的位置（注：弹簧此时要求未完全被压缩）。下伺服电机16继续工作，到达给定压力（注：弹簧此时要求完全被压缩）。弹簧22的作用下，实现柔性加载。
接着上伺服电机2启动，皮带1带动偏心轮35旋转，进而带动传动杆联接件3拉动移动梁在固定的轨道31内运动。实现上、下试样6、7摩擦，上试样夹具5旋转时，沿着上试样夹具5的力会改变，移动梁加载装置需要周期性加压，推动移动梁25上升，进而使得上试样夹具5上的力传感器4上示数为固定值。确保在摩擦在固定压力下进行。
环境箱27的材料为透明亚克板，便于肉眼直接观察，环境箱27的一侧设有红外热像仪28，能全方位、全时段监控并记录上下试样摩擦时各点的温度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，其特征在于，包括基座（20），以及安装于基座（20）上的实验箱体（36），所述实验箱体（36）内由上至下分为上腔体、中腔体和下腔体，所述上腔体和所述中腔体之间设置固定梁（33），所述中腔体和所述下腔体之间设置移动梁（25），所述上腔体中安装上伺服电机（2），所述上伺服电机（2）的传动轮通过皮带（1）连接偏心轮（35），所述偏心轮（35）与传动杆（34）的一端相连，所述传动杆（35）的另一端穿过所述固定梁（33）与上试样夹具（5）的固定端通过传动杆联接件（3）固定在设置于所述中腔体的轨道（31）上，所述传动杆联接件（3）与所述轨道（31）形成移动副；所述上试样夹具（5）的连接端伸入环境箱（27）内与上试样（6）的一端相连，所述上试样（6）的另一端通过髌骨模拟块（29）和试样挡板（30）连接固定在所述下试样底座（26）的下试样（7）；所述环境箱（27）通过垫块（26）设置于所述移动梁（25）上，所述环境箱（27）内安装加热电阻（8），所述加热电阻（8）通过所述环境箱（27）上的通孔与温度控制器（11）相连，所述温度控制器（11）安装在移动梁（25）上；所述移动梁（25）下方的下腔体内设有移动梁加载装置，所述移动梁加载装置的下部横斜齿轮（19）与设置于下伺服电机（16）驱动轴上的下部竖斜齿轮（17）啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，其特征在于，所述移动梁（25）的两端通过定滑轮（10）连接所述实验箱体（36）的侧壁内沿，所述定滑轮（10）的直径为8cm。
3.根据权利要求1所述的一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，其特征在于，所述移动梁加载装置包括定位海绵（23）、弹簧（22）、传力螺母（15）和传动丝杠（21），所述传动丝杠（21）的一端通过下滚珠轴承（18）固定于基座（20）中，所述传动丝杠（21）上套接所述下部横斜齿轮（19），其另一端固连所述传力螺母（15），所述传力螺母（15）的头部上对称设有一对导向通孔（14），所述导向通孔（14）分别套接在固定于移动梁（25）下的导向杆（13）上，所述传力螺母（15）的柱端套接弹簧（22），所述弹簧（22）的一端与所述传力螺母（15）的头部固连，其另一端通过定位海绵（23）与移动梁（25）的下沿相连。
4.根据权利要求1所述的一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，其特征在于，所述环境箱（27）的材料为透明亚克板，所述环境箱（27）的一侧设有所述红外热像仪（28）。
5.根据权利要求1所述的一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，其特征在于，所述轨道（31）通过三根导轨固定柱（32）固接所述固定梁（33）的下沿。
6.根据权利要求1所述的一种温度可控的膝关节摩擦磨损试验机，其特征在于，所述上试样夹具（5）上安装力传感器（4），所述下试样（7）通过下试样固定螺母（9）固定在所述下试样底座（26）上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |