CN111650040A - 一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具 - Google Patents

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Abstract

一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，涉及一种股骨试验夹具。上夹持端底部固定有上滑块，中部滑块通过一组光杆导轨与上滑块底部水平滑动连接，上夹具连接件通过另一组光杆导轨与中部滑块底部水平滑动连接，且两组光杆导轨的方向垂直设置，上夹具连接件底部固定有上卡槽，上卡槽底部凹设有股骨卡槽，下卡槽为顶部开口底部封闭的圆筒状构件并设置于上卡槽下方，其侧壁开设有多个径向螺纹孔，紧固螺钉一一配合螺接在径向螺纹孔内，球形铰头连接件顶端与下卡槽底部连接固定，下夹持端顶部与球形铰头连接件底端球铰连接。此股骨试验夹具能够从不同的方向对股骨进行静态和疲劳试验，结构简单，稳定可靠，使用方便。

Description

一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具
技术领域
本发明涉及一种股骨试验夹具，尤其是一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，属于试验设备技术领域。
背景技术
近年来，医工交叉逐渐成为科研工作者关注的热点问题，对于固体力学领域，与医学和生物方面的联系更加密切。生物力学成为生物和固体力学领域研究的热点问题，在生物力学领域，对于股骨的研究也越来越多。
然而，目前针对股骨力学性能测试的试验装置还比较少，因此，提供一种多自由度、结构简单、稳定可靠、使用方便的股骨力学性能试验夹具对于生物力学的发展具有重要意义。
发明内容
为了能够更好地测试股骨的各种力学性能，本发明提供一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，它能够从不同的方向对股骨进行静态和疲劳试验，结构简单，稳定可靠，使用方便。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，包括上夹持端、上滑块、中部滑块、上夹具连接件、上卡槽、下卡槽、球形铰头连接件、下夹持端、两组光杆导轨以及多个紧固螺钉，所述上夹持端底部固定有上滑块，所述中部滑块通过一组光杆导轨与所述上滑块底部水平滑动连接，所述上夹具连接件通过另一组光杆导轨与中部滑块底部水平滑动连接，且所述两组光杆导轨的方向垂直设置，上夹具连接件底部可拆卸固定有上卡槽，所述上卡槽底部凹设有股骨卡槽用于对股骨顶端卡接配合，所述下卡槽为顶部开口底部封闭的圆筒状构件并设置于上卡槽下方，其侧壁开设有多个径向螺纹孔，所述多个紧固螺钉一一配合螺接在所述多个径向螺纹孔内用于对股骨底部紧固定位，所述球形铰头连接件顶端与下卡槽底部连接固定，所述下夹持端顶部与球形铰头连接件底端球铰连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明具有多个自由度，能够从不同的方向对股骨进行静态和疲劳试验；
2.本发明针对不同形状的股骨，只需更换3D打印而成的上卡槽即可，操作简单方便；
3.本发明的下卡槽周围有多个紧固螺钉，试验之前拧紧可防止在试验过程中股骨发生滑脱；
4.本发明具有结构简单、稳定可靠、使用方便的特点。
附图说明
图1是本发明的多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具的整体结构轴测图；
图2是图1的爆炸图；
图3是本发明的上夹具的轴测图；
图4是本发明的下夹具的轴测图；
图5是本发明的上夹具连接件的底部结构轴测图；
图6是本发明的上卡槽的底部结构轴测图；
图7是本发明的下卡槽的轴测图；
图8是本发明的铰头上盖的轴测图；
图9是本发明的铰头下盖的上端结构轴测图；
图10是本发明的铰头下盖的下端结构轴测图；
图11是本发明的球形铰头的轴测图。
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，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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做出创造性劳动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。
如图1～图11所示，本发明公开了一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，包括上夹持端1、上滑块2、中部滑块3、上夹具连接件5、上卡槽7、下卡槽9、球形铰头连接件11、下夹持端16、两组光杆导轨4以及多个紧固螺钉10，上夹持端1底部固定有上滑块2，所述中部滑块3通过一组光杆导轨4与所述上滑块2底部水平滑动连接，所述上夹具连接件5通过另一组光杆导轨4与中部滑块3底部水平滑动连接，且两组光杆导轨4的方向垂直设置，上夹具连接件5底部可拆卸固定有上卡槽7，上卡槽7底部凹设有股骨卡槽20用于对股骨8顶端卡接配合，上述构件组成上夹具。下卡槽9为顶部开口底部封闭的圆筒状构件并设置于上卡槽7下方，其侧壁开设有多个径向螺纹孔19，多个紧固螺钉10一一配合螺接在径向螺纹孔19内用于对股骨8底部紧固定位，球形铰头连接件11顶端与下卡槽9底部连接固定，下夹持端16顶部与球形铰头连接件11底端球铰连接，上述构件组成下夹具。
如图2、图3和图5所示，上滑块2底部、中部滑块3顶部和底部、上夹具连接件5顶部分别水平并列设有两个导轨通孔18，光杆导轨4插装在相应导轨通孔18之间，中部滑块3和上夹具连接件5可沿着光杆导轨4进行滑动，从而调整上卡槽7与股骨8之间的接触角，为增强滑动稳定性，连接上滑块2与中部滑块3、中部滑块3与上夹具连接件5的每组光杆导轨4均包括水平并列设置的两根光杆导轨4；
如图2、图5和图6所示，上卡槽7及其底部的股骨卡槽20是根据股骨8顶端的形状进行3D打印而成，当进行不同形状的股骨8静态与疲劳试验时，仅需要更换不同的3D打印上卡槽7即可，上卡槽7与上夹具连接件5周围分别对应设有多个上卡槽连接螺纹孔17并配合有上卡槽固定螺钉6，上卡槽7通过上卡槽固定螺钉6可拆卸固定在上夹具连接件5底部；
如图4和图7所示，下卡槽9侧壁开设有12个径向螺纹孔19，紧固螺钉10穿过径向螺纹孔19与股骨8接触，防止试验过程中股骨8发生运动；
如图4、图7和图11所示，球形铰头连接件11顶端设置有螺纹，通过下卡槽9底部中心设置的下卡槽连接螺纹孔25与下卡槽9螺接固定，球形铰头连接件11底端设置有螺纹，通过球形铰头12中心位置设置的球形铰头连接件螺纹孔24与球形铰头12螺接固定；
如图4、图8～图10所示，铰头上盖14与铰头下盖15周围分别对应设有多个上下盖连接螺纹孔21，与其一一对应的上下盖固定螺钉13穿过上下盖连接螺纹孔21将铰头上盖14与铰头下盖15连接在一起，铰头下盖15下端面中心设置有下夹持端螺纹孔23，下夹持端16顶部设置有螺纹，通过下夹持端螺纹孔23与铰头下盖15螺接固定；
如图4、图8、图9、图11所示，铰头下盖15上端面设有球形铰孔22容纳球形铰头12，铰头上盖14中心开设有球铰接孔，球形铰头12位于铰头上盖14和铰头下盖15之间，球形铰头12可以在铰头上盖14和铰头下盖15中进行转动，从而调整股骨8的受力角度。
本发明获得国家自然科学基金(项目批准号：11772105)的支持，试验对象是股骨8，可以进行股骨8的静态与疲劳试验，股骨8的底端固定在下卡槽9中，并用紧固螺钉10锁紧，股骨8顶端与上卡槽7底部的股骨卡槽20接触，上卡槽7及股骨卡槽20是根据股骨8顶端的形状进行3D打印而成，通过上卡槽固定螺钉6将上卡槽7可拆卸固定在上夹具连接件5底部，通过球形铰头12实现股骨8受力方向的调整，此股骨试验夹具可以从不同的方向对股骨8进行静态与疲劳试验，从而探究股骨8的力学性能，对于骨生物力学的发展具有重要意义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：包括上夹持端(1)、上滑块(2)、中部滑块(3)、上夹具连接件(5)、上卡槽(7)、下卡槽(9)、球形铰头连接件(11)、下夹持端(16)、两组光杆导轨(4)以及多个紧固螺钉(10)，所述上夹持端(1)底部固定有上滑块(2)，所述中部滑块(3)通过一组光杆导轨(4)与所述上滑块(2)底部水平滑动连接，所述上夹具连接件(5)通过另一组光杆导轨(4)与中部滑块(3)底部水平滑动连接，且所述两组光杆导轨(4)的方向垂直设置，上夹具连接件(5)底部可拆卸固定有上卡槽(7)，所述上卡槽(7)底部凹设有股骨卡槽(20)用于对股骨(8)顶端卡接配合，所述下卡槽(9)为顶部开口底部封闭的圆筒状构件并设置于上卡槽(7)下方，其侧壁开设有多个径向螺纹孔(19)，所述多个紧固螺钉(10)一一配合螺接在所述多个径向螺纹孔(19)内用于对股骨(8)底部紧固定位，所述球形铰头连接件(11)顶端与下卡槽(9)底部连接固定，所述下夹持端(16)顶部与球形铰头连接件(11)底端球铰连接。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述下夹持端(16)顶部固定有铰头下盖(15)，所述铰头下盖(15)上端面设有球形铰孔(22)并容纳球形铰头(12)，铰头下盖(15)上部固定有铰头上盖(14)且其中心开设有球铰接孔，所述球形铰头连接件(11)底端穿过所述铰头上盖(14)的球铰接孔与所述球形铰头(12)连接固定。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述球形铰头(12)中心位置设置有球形铰头连接件螺纹孔(24)，所述球形铰头连接件(11)底端对应设置有螺纹并与所述球形铰头连接件螺纹孔(24)螺接固定。
4.根据权利要求2所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述铰头下盖(15)下端面中心设置有下夹持端螺纹孔(23)，所述下夹持端(16)顶部对应设置有螺纹并与所述下夹持端螺纹孔(23)螺接固定。
5.根据权利要求1所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述下卡槽(9)底部中心设置有下卡槽连接螺纹孔(25)，所述球形铰头连接件(11)顶端对应设置有螺纹并与所述下卡槽连接螺纹孔(25)螺接固定。
6.根据权利要求1所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述多个紧固螺钉(10)的数量为12个。
7.根据权利要求1所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述上卡槽(7)及其底部的股骨卡槽(20)根据股骨(8)顶端的形状进行3D打印而成。
8.根据权利要求1所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：所述上卡槽(7)通过上卡槽固定螺钉(6)可拆卸固定在上夹具连接件(5)底部。
9.根据权利要求1所述的一种多自由度的股骨静态与疲劳试验夹具，其特征在于：每组所述光杆导轨(4)均包括水平并列设置的两根光杆导轨(4)。
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