CN110501226A - 一种用于生物材料的双轴拉伸试验机 - Google Patents

一种用于生物材料的双轴拉伸试验机 Download PDF

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张彤
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Abstract

本发明公开了一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,涉及材料力学性能测试仪器技术领域,包括:机架、第一拉伸机构、第一夹具、第二拉伸机构、第二夹具、多个测力传感器和控制器;第一拉伸机构与机架固定连接,第一拉伸机构自由端与一个测力传感器固定连接,测力传感器与第一夹具固定连接,第一夹具夹持生物材料,第二拉伸机构与机架固定连接,且第二拉伸机构与第一拉伸机构相垂直,第二拉伸机构与一个测力传感器固定连接,测力传感器与第二夹具固定连接,第二夹具夹持生物材料,第一拉伸机构、第二拉伸机构和多个测力传感器均与控制器电连接,以克服现有装置无法进行双轴拉伸的缺陷,能够对生物材料进行双轴拉伸,以提高试验数据的准确性。

Description

一种用于生物材料的双轴拉伸试验机
技术领域
本发明涉及材料力学性能测试仪器技术领域,特别是涉及一种用于生物材料的双轴拉伸试验机。
背景技术
双向拉伸试验是研究材料力学性能的重要方法,随着生物、医学等相关科学技术的进步,有关生物材料的研究也在进一步展开。在生物材料领域,测定生物膜材料的力学性能是后续研究的重要基础。
通常情况下,软质生物材料组织薄层的力学性能测定方式是使用外科手术刀制备试样,再使用拉伸试验机测试。由于软组织特有的粘弹性,导致与传统材料性质差异较大,力学性能的测量尤为困难。已有的拉伸试验机不能对生物膜材料进行双轴拉伸试验研究,导致测得的试验数据不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,以解决上述现有技术存在的问题,能够对生物材料进行双轴拉伸试验研究,以提高生物材料拉伸试验数据的准确性。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供了一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,包括机架、第一拉伸机构、第一夹具、第二拉伸机构、第二夹具、多个测力传感器和控制器;所述第一拉伸机构一端与所述机架内壁固定连接,所述第一拉伸机构自由端与一个所述测力传感器的一端固定连接,所述测力传感器的另一端与所述第一夹具的一端固定连接,所述第一夹具的自由端用于夹持生物材料,所述第二拉伸机构一端与所述机架内壁固定连接,且所述第二拉伸机构的设置方向与所述第一拉伸机构的设置方向相垂直,所述第二拉伸机构的自由端与一个所述测力传感器一端固定连接,所述测力传感器的另一端与所述第二夹具的一端固定连接,所述第二夹具的自由端用于夹持所述生物材料,所述第一拉伸机构、所述第二拉伸机构和多个所述测力传感器均与所述控制器电连接。
优选的,所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构均包括步进电机、同步带减速器、丝杠、丝杠螺母和直线运动单元,所述步进电机固定设置在所述机架上,所述步进电机的输出轴与所述同步带减速器的输入端固定连接,所述同步带减速器的输出端与所述丝杠的一端固定连接,所述丝杠的另一端与所述机架转动连接,所述丝杠螺母螺纹连接于所述丝杠上,所述直线运动单元固定设置在所述丝杠螺母上,所述测力传感器一端与所述直线运动单元固定连接。
优选的,所述同步带减速器包括小带轮、大带轮和同步带,所述小带轮固定设置在所述步进电机的输出轴上,所述大带轮与所述丝杠固定连接,所述小带轮通过所述同步带与所述大带轮连接。
优选的,所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构均还包括光轴和直线轴承,所述光轴的两端均固定设置在所述机架上,且所述光轴与所述丝杠在竖直方向上并排设置,所述直线轴承固定设置在所述直线运动单元内部,所述光轴穿过所述直线运动单元,且所述直线运动单元通过所述直线轴承与所述光轴滑动连接。
优选的,所述光轴的数量为多根。
优选的,所述第一夹具和所述第二夹具均包括与所述测力传感器固定连接的夹具上板,以及与所述夹具上板靠磁力吸附连接的夹具下板。
优选的,所述第一夹具和所述第二夹具均还包括导电海绵,所述导电海绵用于固定设置在所述夹具上板和所述夹具下板之间。
优选的,所述用于生物材料的双轴拉伸试验机还包括液体储存装置,所述液体储存装置固定放置在所述机架的下方,被所述第一夹具和所述第二夹具夹持的所述生物材料浸没在所述液体存储装置的液面下进行拉伸试验。
优选的,所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构的数量均为两个,两个所述第一拉伸装置的连线垂直于两个所述第二拉伸装置的连线,且两个所述第一拉伸装置和两个所述第二拉伸装置均用于拉伸所述生物材料。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明提供了一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,通过设置方向相互垂直的第一拉伸机构和第二拉伸机构分别对生物材料进行双轴拉伸,并通过测力传感器对生物材料所受到的第一拉伸机构和第二拉伸机构的拉伸力进行测量,有利于提高生物材料拉伸试验结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于生物材料的双轴拉伸试验机轴测图;
图2为本发明提供的用于生物材料的双轴拉伸试验机俯视图;
图3为本发明提供的用于生物材料的双轴拉伸试验机的拉伸机构示意图;
图4为本发明提供的用于生物材料的双轴拉伸试验机的第一夹具示意图;
图5为本发明提供的用于生物材料的双轴拉伸试验机的第二夹具示意图。
其中:1为机架,2为第一拉伸机构,3为测力传感器,4为第一夹具, 5为控制器,6为大带轮,7为小带轮,8为第二拉伸机构,9为第二夹具, 10为电机,11为同步带,12为夹具上板,13为夹具下板,14为光轴,15 为直线轴承,16为丝杠,17为丝杠螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,以解决现有技术存在的问题,能够对生物材料进行双轴拉伸试验研究,以提高生物材料拉伸试验数据的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1~5所示:本实施例提供了一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,包括机架1、第一拉伸机构2、第一夹具4、第二拉伸机构8、第二夹具9、多个测力传感器3和控制器5;第一拉伸机构2一端与机架1内壁固定连接,第一拉伸机构2自由端与一个测力传感器3的一端固定连接,测力传感器3 的另一端与第一夹具4的一端固定连接,第一夹具4的自由端用于夹持生物材料,第二拉伸机构8一端与机架1内壁固定连接,且第二拉伸机构8 的设置方向与第一拉伸机构2的设置方向相垂直,从而实现对生物材料进行双轴拉伸,第二拉伸机构8的自由端与一个测力传感器3一端固定连接,测力传感器3的另一端与第二夹具9的一端固定连接,测力传感器3用于监测生物材料在两个轴向上受到的拉伸力的大小,并向控制器5输送实时监测值,第二夹具9的自由端用于夹持生物材料,第一拉伸机构2、第二拉伸机构8和多个测力传感器3均与控制器5电连接,控制器5用于控制第一拉伸机构2和第二拉伸机构8开启与否以及拉伸位移,从而实现对生物材料进行双轴拉伸,进而提高生物材料拉伸试验数据的准确性。
第一拉伸机构2和第二拉伸机构8均包括步进电机10、同步带减速器、丝杠16、丝杠螺母17和直线运动单元,步进电机10固定设置在机架1上,步进电机10的输出轴与同步带减速器的输入端固定连接,同步带减速器的输出端与丝杠16的一端固定连接,丝杠16的另一端与机架1转动连接,丝杠螺母17螺纹连接于丝杠16上,直线运动单元固定设置在丝杠螺母17 上,以驱动直线运动单元在丝杠16上往复运动,从而控制第一夹具4或第二夹具9对生物材料的拉伸位移,测力传感器3一端与直线运动单元固定连接。
同步带减速器包括小带轮7、大带轮6和同步带11,小带轮7固定设置在步进电机10的输出轴上,大带轮6与丝杠16固定连接,小带轮7通过同步带11与大带轮6连接。
第一拉伸机构2和第二拉伸机构8均还包括光轴14和直线轴承15,光轴14的两端均固定设置在机架1上,且光轴14与丝杠16在竖直方向上并排设置,用于支撑直线运动单元,以提高装置稳定性,直线轴承15固定设置在直线运动单元内部,光轴14穿过直线运动单元,且直线运动单元通过直线轴承15与光轴14滑动连接,直线运动单元沿光轴14往复运动。
光轴14的数量为多根。
第一夹具4和第二夹具9均包括与测力传感器3固定连接的夹具上板 12,以及与夹具上板12靠磁力吸附连接的夹具下板13,生物材料被夹持在夹具上板12和夹具下板13之间。
第一夹具4和第二夹具9均还包括导电海绵,导电海绵用于固定设置在夹具上板12和夹具下板13之间,用于增大夹具上板12和夹具下板13 与生物材料之间的摩擦,防止打滑,减小应力集中。
用于生物材料的双轴拉伸试验机还包括液体储存装置,液体储存装置固定放置在机架1的下方,被第一夹具4和第二夹具9夹持的生物材料浸没在液体存储装置的液面下进行拉伸试验,有利于提高试验结果的准确性。
第一拉伸机构2和第二拉伸机构8的数量均为两个,两个第一拉伸装置的连线垂直于两个第二拉伸装置的连线,且两个第一拉伸装置和两个第二拉伸装置均用于拉伸生物材料。
此外,本发明提供的用于生物材料的双轴拉伸试验机结构紧凑且不遮挡光路,可直接与CCD摄像头和倒置生物显微镜等仪器相结合,实现对生物材料在宏观和微观层面进行原位监测,为研究材料力学性能提供可靠的数据;
在需要试件横放进行同步监测的场景中,可将装置沿水平面旋转90度竖直放置,将切割好的生物材料放入第一夹具4和第二夹具9上固定,使用拉伸机构对生物材料进行拉伸试验,同时利用测力传感器3监测生物材料在两个轴向上受到的作用力。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:包括机架、第一拉伸机构、第一夹具、第二拉伸机构、第二夹具、多个测力传感器和控制器;所述第一拉伸机构一端与所述机架内壁固定连接,所述第一拉伸机构自由端与一个所述测力传感器的一端固定连接,所述测力传感器的另一端与所述第一夹具的一端固定连接,所述第一夹具的自由端用于夹持生物材料,所述第二拉伸机构一端与所述机架内壁固定连接,且所述第二拉伸机构的设置方向与所述第一拉伸机构的设置方向相垂直,所述第二拉伸机构的自由端与一个所述测力传感器一端固定连接,所述测力传感器的另一端与所述第二夹具的一端固定连接,所述第二夹具的自由端用于夹持所述生物材料,所述第一拉伸机构、所述第二拉伸机构和多个所述测力传感器均与所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构均包括步进电机、同步带减速器、丝杠、丝杠螺母和直线运动单元,所述步进电机固定设置在所述机架上,所述步进电机的输出轴与所述同步带减速器的输入端固定连接,所述同步带减速器的输出端与所述丝杠的一端固定连接,所述丝杠的另一端与所述机架转动连接,所述丝杠螺母螺纹连接于所述丝杠上,所述直线运动单元固定设置在所述丝杠螺母上,所述测力传感器一端与所述直线运动单元固定连接。
3.根据权利要求2所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述同步带减速器包括小带轮、大带轮和同步带,所述小带轮固定设置在所述步进电机的输出轴上,所述大带轮与所述丝杠固定连接,所述小带轮通过所述同步带与所述大带轮连接。
4.根据权利要求2所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构均还包括光轴和直线轴承,所述光轴的两端均固定设置在所述机架上,且所述光轴与所述丝杠在竖直方向上并排设置,所述直线轴承固定设置在所述直线运动单元内部,所述光轴穿过所述直线运动单元,且所述直线运动单元通过所述直线轴承与所述光轴滑动连接。
5.根据权利要求4所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述光轴的数量为多根。
6.根据权利要求1所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述第一夹具和所述第二夹具均包括与所述测力传感器固定连接的夹具上板,以及与所述夹具上板靠磁力吸附连接的夹具下板。
7.根据权利要求6所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述第一夹具和所述第二夹具均还包括导电海绵,所述导电海绵用于固定设置在所述夹具上板和所述夹具下板之间。
8.根据权利要求1所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:还包括液体储存装置,所述液体储存装置固定放置在所述机架的下方,被所述第一夹具和所述第二夹具夹持的所述生物材料浸没在所述液体存储装置的液面下进行拉伸试验。
9.根据权利要求1所述的用于生物材料的双轴拉伸试验机,其特征在于:所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构的数量均为两个,两个所述第一拉伸装置的连线垂直于两个所述第二拉伸装置的连线,且两个所述第一拉伸装置和两个所述第二拉伸装置均用于拉伸所述生物材料。
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