CN112469986A - 用于经由脉冲式过盈接触进行摩擦的扭矩测量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于摩擦的扭矩测量的装置及其使用的方法。装置包括圆筒形芯和具有中心腔的帽。装置包括在圆筒形芯或帽中的任一者上的至少一个第一凸起，当帽绕圆筒形芯旋转时，随着所述至少一个第一凸起移动成与至少一个在圆筒形芯或帽中的另一者上的第二凸起或凹痕接触和脱离接触，所述至少一个第一凸起提供与所述第二凸起或凹痕中的至少一个的脉冲式过盈接触。装置可连接到测试设备，该测试设备被构造成测量在帽和圆筒形芯相对于彼此旋转时在帽和圆筒形芯之间的旋转扭矩。

Description

用于经由脉冲式过盈接触进行摩擦的扭矩测量的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于摩擦的测量的装置，且更具体地涉及一种测试装置，该测试装置被构造成在装置的零件之间旋转时提供脉冲式过盈接触，从而允许摩擦的扭矩测量。

背景技术

当两种材料抵靠彼此滑动时，常常期望在材料的表面之间具有光滑接触以减小接触区域处的摩擦。对于一对给定的滑动表面，摩擦的大小能够由摩擦系数给出。降低摩擦系数对于利用这样的滑动表面的装置而言总体上导致改进的磨损和容易使用。

一个需要平滑滑动材料的重要应用领域是在医疗装置中，诸如药物注射系统。笔式注射器（其用于递送治疗剂）是这样的系统的一个示例，并且包括通常由聚合物材料（诸如，热塑性材料）制成的部件。这些装置具有彼此接触的部件，这些部件在使用期间必须相对于彼此移动或滑动，从而导致部件的表面之间的摩擦。如果减小这些部件之间的摩擦，则可实现注射系统的更平滑的操作和更长的使用时间。此外，减小部件之间的摩擦可防止装置的卡住和递送治疗剂的失败，和/或防止各种锁定机构（诸如，安全防护件）移动到适当位置的失败。

聚合物技术的进步已允许制造商将塑料模制成具有精确尺寸的各种医疗零件。当前的针对摩擦的测试方法不适合于评估在高力载荷下的零件之间的摩擦和/或在这样的零件在使用中经历的多个启停循环之后的零件之间的摩擦。同样重要的是，表面之间的摩擦的大小和“感觉”是可测试的，并且是在用户（例如，医疗人员、患者）的预期范围内。因此，目前行业内需要一种装置和方法以可重复地测试由各种聚合物形成的零件之间以及在不同的力载荷下的摩擦。

发明内容

当前公开的发明提供了一种装置，其在装置的零件之间的旋转期间提供脉冲式过盈接触，从而允许可重复且准确的摩擦的扭矩测量。装置总体上包括：圆筒形芯，其具有外表面，该外表面具有至少一个凸起或凹痕（indent）；以及帽，其具有中心腔，该中心腔具有至少一个凸起或凹痕。圆筒形芯被同轴地接收在帽的中心腔内，使得圆筒形芯的顶端接近帽的第一端。装置包括在圆筒形芯或帽上的至少一个第一凸起，所述至少一个第一凸起提供与在圆筒形芯或帽中的另一者上的第二凸起或凹痕中的至少一者的脉冲式过盈接触，其中，帽可围绕芯旋转。

根据本发明的某些方面，装置可包括在圆筒形芯和帽中的每一者上的至少一个凸起。

根据本发明的某些方面，装置可包括在圆筒形芯或帽中的任一者上的至少三个凸起，以及在圆筒形芯或帽中的另一者上的至少三个凹痕。

根据本发明的某些方面，装置可包括绕帽的中心腔的表面均等地周向间隔开的至少三个凸起，其中，每个凸起沿着中心腔的表面的至少一部分轴向延伸。此外，装置可包括绕圆筒形芯的外表面均等地周向间隔开的至少三个凹痕，其中，每个凹痕沿着圆筒形芯的外表面的至少一部分轴向延伸。

根据本发明的某些方面，围绕帽的中心腔的表面的所述至少三个凸起中的至少一个是平坦表面。

根据本发明的某些方面，（一个或多个）凹痕的尺寸可与（一个或多个）凸起的尺寸大致相同。

根据本发明的某些方面，帽还可包括在中心腔的表面上接近帽的第一端的至少一个止挡部，所述至少一个止挡部的尺寸和位置确定成限制圆筒形芯在帽内的轴向深度。例如，至少一个止挡部可包括绕纵向轴线径向间隔开的至少三个突出部。根据本发明的某些方面，止挡部的底边缘可接触圆筒形芯的最上表面。

根据本发明的某些方面，帽还可包括在外表面上的帽附接元件以便接合扭矩测量装置的第一附接机构。

根据本发明的某些方面，圆筒形芯还可包括在底端上的芯附接元件以便接合扭矩测量装置的第二附接机构。

根据本发明的某些方面，圆筒形芯可包括从圆筒形芯的底端到其顶端的锥形部，该锥形部由大于零至10度的角度限定。此外，帽可包括从帽的第二端到其第一端的锥形部，其中，帽的锥形部可与圆筒形芯的锥形部相同或大致相同。

根据本发明的某些方面，当圆筒形芯被接收在帽的中心腔内时，圆筒形芯的外表面和帽的中心腔的表面之间的距离可小于0.2 mm，诸如小于0.1 mm。该第一距离或间隙容差可在帽的中心腔的表面和圆筒形芯的外表面的不包括（一个或多个）凸起或（一个或多个）凹痕的部分之间。可在这些后述表面（即，确实包括（一个或多个）凸起和（一个或多个）凹痕的区域）之间限定第二间隙容差。根据本发明的某些方面，第二间隙容差可与第一间隙容差相同或不同。

根据本发明的某些方面，帽和/或圆筒形芯可包括开口，该开口被构造成当圆筒形芯被接收在帽内时减轻流体压力，其中，流体压力包括空气压力。该开口可与装置的纵向轴线同轴（即，与装置的第一夹具和第二夹具同轴）。例如，帽的开口可在帽的第一端处径向居中，并且圆筒形芯的开口可与第一和第二夹具同轴，诸如沿着圆筒形芯的纵向轴线的中心孔。

根据本发明的某些方面，圆筒形芯和帽各自由聚合物材料形成。附加地，圆筒形芯的聚合物材料和帽的聚合物材料可相同，或者可具有相同的收缩率和收缩量。

本发明还涉及一种用于使用根据上文所公开的方面中的任何方面的装置进行两个表面之间的摩擦的扭矩测量的方法。该方法总体上可包括：将圆筒形芯的芯附接元件连接到测试设备的第一连接机构或零件；将帽定位在圆筒形芯上；以及经由帽附接元件将帽连接到测试设备的第二连接机构或零件。这前三个步骤可按任何顺序发生。可发起测试设备的第一连接机构或零件或者第二连接机构或零件中的任一者的旋转，使得圆筒形芯和帽相对于彼此旋转。该旋转随着在帽或圆筒形芯中的一者上的至少一个第一凸起移动成与在相对零件上的至少一个第二凸起或凹痕接触和脱离接触时在所述至少一个第一凸起和在相对零件上的所述至少一个第二凸起或凹痕之间提供脉冲式过盈接触。

根据本发明的方法的某些方面，测试设备可包括扭矩传感器，该扭矩传感器用于测量施加在第一连接零件或第二连接零件上的扭矩的量，并且该方法还可包括记录在圆筒形芯和帽相对于彼此的旋转期间测得的扭矩的量。

根据本发明的方法的某些方面，测试设备可包括：第一马达，其被构造成引起第一连接零件的旋转；以及扭矩传感器，其用于测量施加在第二连接零件上的扭矩的量，并且该方法还可包括记录在圆筒形芯和帽相对于彼此的旋转期间测得的扭矩的量。

根据本发明的方法的某些方面，测试设备还可包括被构造成在第一连接零件和第二连接零件中的一者上施加轴向压力的第二马达，并且该方法还可包括在圆筒形芯和帽相对于彼此的旋转期间在圆筒形帽和圆筒形芯之间施加固定载荷。

附图说明

关于以下描述、所附权利要求和附图，本文的实施例的方面、特征、益处和优点将显而易见。在以下附图中，相似的数字在各种视图中表示相似的特征。将注意的是，除非另有其它陈述，否则在图示本发明的实施例的视图的这些图中的特征和部件不必然按比例绘制。

图1图示了根据当前公开的发明的某些方面的用于摩擦的扭矩测量的装置的透视图。

图2图示了沿着图1中所示的装置的线2-2截取的横截面视图。

图3图示了沿着图1中所示的装置的帽部分的线2-2截取的横截面视图。

图4图示了图1中所示的装置的帽部分的底视图。

图5图示了图1中所示的装置的圆筒形芯部分的透视图。

图6图示了根据当前公开的发明的某些方面的用于摩擦的扭矩测量的装置的帽部分的底视图。

图7图示了沿着图6中所示的装置的线7-7截取的横截面视图。

图8是示出使用图6和图7中所示的装置进行的摩擦的扭矩测量的测试结果的图表，该装置由第一等级（first grade）的聚碳酸酯制成。

图9是示出使用图6和图7中所示的装置进行的摩擦的扭矩测量的测试结果的图表，该装置由第二等级（second grade）的聚碳酸酯制成。

具体实施方式

在以下描述中，本发明涉及用于摩擦的扭矩测量的装置和方法。上述发明内容和附图并不旨在描述或示出当前公开的装置和方法的每个图示的实施例或每个可能的实施方式。而是，参考一个或多个示例性实施方式描述和图示了本文中所公开的装置和方法的各个方面。如本文中所使用的，术语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”，并且不必然应被解释为比本文中所公开的装置或方法的其他变型优选或有利。“任选的”或“任选地”意指后续描述的部件、事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。另外，如本文中所使用的词语“包括”意指“包括但不限于”。

可通过描述联接、附接和/或联结在一起的部件来说明本文中所公开的装置的各种方面。如本文中所使用的，术语“联接”、“附接”和/或“联结”可互换地被用于指示两个部件之间的直接连接或在适当情况下通过中介或中间部件到彼此的间接连接中的任一者。相反，当部件被称为被“直接联接”、“直接附接”和/或“直接联结”到另一部件时，在所述示例中没有示出中介元件。

在本文中可使用诸如“下”或“底”以及“上”或“顶”的相对术语来描述一个元件与附图中所图示的另一个元件的关系。将理解的是，相对术语旨在涵盖设备的方面的除了附图中所描绘的取向之外的不同取向。通过示例的方式，如果将附图中所示的圆筒形芯的方面翻转，则被描述为在其他元件的“底”侧上的元件于是将如相关附图中所示的那样被定向在其他元件的“顶”侧上。因此，取决于附图的具体取向，术语“底”能够涵盖“底”和“顶”两种取向。

还必须注意的是，如在本文中和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有其它明确指示，否则单数形式“一个（a）”、“一个（an）”和“该”包括复数指代。例如，尽管在本文中提及“一个”帽、“一个”开口或“该”圆筒形芯，但是能够使用一个或多个本文中所描述的这些部件和/或任何其他部件中的任何一个。

除非另有其它限定，否则本文中所使用的所有技术和科学术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明提供了一种用于摩擦的扭矩测量的简化手段，并且允许各种材料和材料的组合的快速且准确的比较。此外，装置的帽状设计提供了用于评估零件之间的摩擦力的“感觉”的合适手段，例如，允许用户使零件相对于彼此旋转以手动地判断（gauge）各种材料和材料组合之间的摩擦。

聚合物技术的进步已允许制造商产生新塑料并将这些塑料模制成具有精确尺寸的各种医疗装置。用于摩擦的标准测试方法并未充分代表过盈配合中和其中反复遇到摩擦（诸如，通过医疗装置的反复使用）的应用中发生的情况。此外，标准测试方法不适合于评估在高力载荷下的零件和/或在多个启停循环之后的零件（诸如，某些医疗装置的滑动零件）之间的摩擦。

当前公开的装置和方法提供了一种手段来产生更有用的数据以便比较这些新塑料以及证实用在形成这些医疗装置中的塑料和聚合物的改进。例如，当前公开的装置提供了一种手段来测试内部特征发生的滑动摩擦，诸如当帽在安全注射器中的触发机构或配合零件中的脊部或隆起上滑动时。在该前述示例中，如果在挠曲指状件（其在卡入止动部（detent）中以锁定机构之前滑动一段距离）之间的摩擦过大以至于不能够由弹簧一致地驱动机构整段距离，则机构将无法锁定。这能够导致意外的针刺和后续的健康担忧。

当前公开的发明包括一种装置，该装置包括被设计成配合在一起的一对零件。所述零件中的至少一者包括凸起，该凸起在零件相对于彼此旋转时在这些零件之间提供脉冲式过盈接触。具体地，这些零件包括可接收在帽的中心轴向孔内的圆筒形芯。圆筒形芯和帽之间的配合表面被构造成在帽相对于圆筒形芯的每360度旋转期间提供至少一个过盈点。

一般地，选择过盈点的数量以确保力的均等分布。因而，根据本发明的某些方面，可包括三个或更多个均等地间隔开的过盈点。

帽和圆筒形芯被设计成接合扭矩测试器以测量对呈脉冲（诸如，每旋转一个或多个脉冲）形式的扭矩的摩擦阻力。能够在各等级的塑料之间比较扭矩的峰值以确定初始摩擦和在任何数量的脉冲（例如，帽相对于圆筒形芯的旋转）之后的摩擦之间的差异。

现在参考附图，在图1-7中示出了根据当前公开的发明的各种方面的装置，该装置总体上由附图标记10表示。图1图示了装置10，其包括圆筒形帽12，该圆筒形帽12具有中心腔，圆筒形芯14被接收在该中心腔中，使得帽12和圆筒形芯14沿着纵向轴线（箭头20）彼此同轴。

图1中也示出了在帽12的外表面上的脊部11以及在圆筒形芯14的基部上的凸缘。用户可抓持脊部11和凸缘以致动帽12相对于圆筒形芯14的旋转，并因此“感觉”零件之间的摩擦（即，对旋转的阻力）。用户可比较由不同聚合物制成或包括不同添加剂的零件。尽管示出了用于手动地参与零件之间的旋转的特定手段（例如，脊部11和凸缘），但是其他实施方式是可能的并且在本发明的范围内。例如，能够在帽12上设置凹痕或粗糙表面，和/或能够在圆筒形芯14上设置具有脊部、凹痕或粗糙表面的手柄或延伸基部。

图2示出了沿着图1的线2-2截取的装置10的横截面视图。帽12被示为具有被接收在其中的圆筒形芯14，使得圆筒形芯14的顶端13接近帽12的第一端21。圆筒形芯14在帽12的中心腔内的轴向位置或深度可由至少一个止挡部19限制，所述止挡部19定位在中心腔的表面上，接近帽的第一端。止挡部19的尺寸和位置可确定成邻接圆筒形芯14的顶端13。例如，止挡部19可径向向内延伸（即，径向突出），使得止挡部19的底端接触圆筒形芯14的顶端13。

继续参考图2，圆筒形芯14被示为包括中心孔15，该中心孔延伸穿过圆筒形芯14的整个轴向长度。此外，帽12被示为在第一端21处具有开口。圆筒形芯14的中心孔15和在帽12的第一端21处的开口中的任一者或两者都可被包括在装置10中，以在圆筒形芯14被接收在帽12中时提供通达通路来减轻流体压力（例如，空气压力）。此外，可包括任一个或两个通路以帮助制造装置10的帽12和圆筒形芯14。

根据本发明的某些方面，圆筒形芯14的中心孔15和在帽12的第一端21处的开口两者都不包括在装置10中。在这种情况下，帽12的中心腔的内表面和圆筒形芯14的外表面之间的间隙可足够大，使得当连接零件时在这些零件之间捕获的空气可逸出（即，可不被捕获在其间）。附加地，尽管示出了这些开口（15、21）的特定位置，但是其他位置是可能的并且在当前公开的发明的范围内。

图3图示了沿着相对于图2中所示的视图旋转的轴向平面截取的帽12的横截面视图。帽12的中心腔的内表面22被示为包括至少一个轴向延伸的凸起18。还示出的是止挡部19，其定位在帽12的中心腔的内表面25上，接近帽12的第一端21。

如图4中所示，该图是从开放的第二或底端所见的帽12的内腔的视图，帽12可包括多于一个止挡部（19a、19b、19c）和多于一个轴向延伸的凸起（18a、18b、18c）。这些止挡部可在帽12的内表面25上周向间隔开。根据本发明的某些方面，止挡部（19a、19b、19c）可绕帽12的圆周均匀地间隔开，如图4中所示，并且可被构造为突出部。此外，轴向延伸的凸起（18a、18b、18c）可在帽12的内表面22上周向间隔开。根据本发明的某些方面，凸起（18a、18b、18c）可绕帽12的圆周均匀地间隔开。

圆筒形芯14可在外表面上包括至少一个轴向延伸的凹部或凹痕30，如图5中所示。圆筒形芯14上的至少一个凹痕30的尺寸可与帽12上的至少一个凸起18的尺寸大致相同，使得圆筒形芯14和帽12绕纵向轴线20相对于彼此的旋转随着至少一个凸起18移动成与至少一个凹痕30接触和脱离接触时在其间提供脉冲式过盈接触。

圆筒形芯14可包括绕圆筒形芯的外表面周向间隔开的任何数量的轴向延伸的凹痕30。此外，帽12可包括绕帽12的中心腔周向间隔开的任何数量的轴向延伸的凸起18。这些互补的表面被构造成在帽12和圆筒形芯14相对于彼此旋转时提供过盈点。

如图中所示，装置10可包括三个凹痕30和三个凸起18，所述三个凹痕和三个凸起提供了三个过盈点。虽然在图中被示为包括三个凹痕30和三个凸起18，但是装置10可包括任何数量的过盈点，这些过盈点可在圆筒形芯14和帽12中的每一者上提供力（即，在用于扭矩测量时在零件的连接和/或旋转期间的力）。根据本发明的某些方面，圆筒形芯14和帽12可各自包括一数量和定位的过盈点（即，凹痕30和凸起18），这些过盈点可在其间提供力的均等分布。

因而，根据本发明的某些方面，可包括三个或更多个过盈点，诸如四个、五个、六个、七个、八个、九个等。在优选实施例中，装置10包括绕圆筒形芯14的外表面的圆周的三个均等地间隔开的轴向延伸的凹痕30，以及绕帽12的中心腔的内表面22的圆周的三个均等地间隔开的轴向延伸的凸起18，这提供了力的均匀分布以及在帽12和圆筒形芯14相对于彼此旋转时扭矩读数之间的清晰分离（见图8和图9）。

如图中所示，装置10包括在圆筒形芯14上的三个凹痕30以及在帽12的中心腔的表面上的三个凸起18。然而，装置10可包括在圆筒形芯14上的凸起和/或凹痕以及在帽12上的凸起和/或凹痕，只要装置10包括至少一个凸起即可。例如，装置10可包括在圆筒形芯14和帽12中的每一者上的至少一个凸起并且没有凹痕，或者还可包括在圆筒形芯14和帽12中的任一者或两者上的凹痕。替代地，装置10可包括在圆筒形芯14上的凸起以及在帽12的中心腔的表面上的凹痕。凸起和凹痕的任何组合都被预想到并且在当前公开的发明的范围内，只要圆筒形芯14或帽12中的一者包括至少一个突出部。

帽12和圆筒形芯14被设计成接合扭矩测试器以测量对呈脉冲形式的扭矩的摩擦阻力，诸如在一个或多个凸起18和/或凹痕30旋转脱离彼此的对准（即，旋转成使得零件之间存在过盈接触）时每360度旋转的一个或多个脉冲。能够在各等级的塑料之间比较测得的扭矩的峰值以确定初始摩擦和在任何数量的脉冲之后的摩擦之间的差异。圆筒形芯14可包括芯附接元件17，该芯附接元件17被构造成接合扭矩测试器上的第一连接机构或者提供到扭矩测试器上的第一连接机构的附接。例如，如图5中所示，芯附接元件17可以是被定位在圆筒形芯14的与顶端13相对的底端上的周向凸缘。凸缘可在扭矩测试器的第一连接机构上被夹持到位。芯附接元件17可以是圆筒形芯14的被设计和构造成提供与扭矩测试器上的一系列标准连接机构中的任一者的连接的任何部分。

帽12可在其第一端的外表面上包括帽附接元件21，该帽附接元件21被构造成接合测试设备上的第二连接机构或提供到测试设备上的第二连接机构的连接。帽附接元件21可以是例如径向居中的六角形开口，如图1中所示。帽附接元件21可以是帽12的被设计和构造成提供与扭矩测试器上的一系列标准连接机构中的任一者的连接的任何部分。

一旦帽12和圆筒形芯14接合在测试设备上，第一连接机构和第二连接机构中的一者或两者的旋转就可提供帽12相对于圆筒形芯14的旋转。例如，来自弗吉尼亚州（Virginia）斯特林（Sterling）的Mecmesin Corporation的扭矩测量设备包括马达，该马达提供第一附接机构的旋转，且因此提供圆筒形芯14的旋转。该测试设备还包括扭矩传感器，该扭矩传感器测量在第一连接机构旋转时（诸如，当帽12绕圆筒形芯14旋转时）施加到第二连接机构的扭矩的量。

该测试设备还可在帽12上提供测得的轴向力（例如，沿着装置的轴线20向下或向上），或者在替代方案中，在圆筒形芯14上提供测量的轴向力，以在零件之间提供附加摩擦，且因此在第一连接机构和/或第二连接机构上提供扭矩的可测量的增加。

虽然关于特定设备类型（即，来自Mecmesin Corporation的扭矩测量设备）以及用于将装置10连接到测试设备的手段（即，使圆筒形芯14旋转同时保持帽12处于恰当位置）进行了讨论，但用于测量扭矩的其他设备和手段被预想到并且在当前公开的发明的范围内。例如，可使帽12旋转，同时保持圆筒形芯14处于恰当位置。替代地，圆筒形芯14和帽12两者都可旋转，诸如沿相对方向，或者沿相同方向但以不同速度。

帽12的内腔的尺寸和构造可适合于接受圆筒形芯14并且其间具有一小段距离（即，圆筒形芯14的外表面和帽12的中心腔的内表面之间的距离）。该距离或间隙可在圆筒形芯14的外直径和帽12的中心腔的内直径之间限定第一间隙容差。第一间隙容差已被发现影响在帽12相对于圆筒形芯14的旋转期间测得的扭矩的量或大小。注意，第一间隙容差是针对圆筒形芯和/或帽的内腔分别在未被凹痕或凸起占据的区域中测得的。

除了第一间隙容差之外，圆筒形芯14上的凹痕30和帽12的内腔上的凸起18的尺寸和形状也可影响在帽12相对于圆筒形芯14的旋转期间测得的扭矩的大小。此外，被选择用于制造装置10的帽12和圆筒形芯14的材料也将影响在其间的旋转期间测量的扭矩的大小。

根据本发明的某些方面，并且参考图3，凸起18可在帽的内腔的纵向长度“j”上延伸，该纵向长度是内腔总长度的至少30％，诸如至少40％、或50％、或60％、或甚至70％。凸起18可具有宽度“k”，该宽度是帽12的内腔的周长的至少2％，诸如4％、或6％、或8％、或甚至10％。

根据本发明的某些方面，凸起18可表示内腔上的平坦化区域，如图4中所示。即，凸起18可以是平坦区域，其从帽的内腔壁上的第一点“m”到内腔壁上的第二相邻点“n”延伸宽度k。例如，凸起18可表示在帽12的中心腔内的内接多边形的边的子集。

圆筒形芯14上的凹痕30可具有与凸起18的长度j和宽度k大致相同的长度和宽度。根据本发明的某些方面，凹痕30可被构造为圆筒形芯14上的平坦化区域，其与帽12上的平坦化区域互补。当匹配时（即，当圆筒形芯14被接收在帽12内使得凹痕30和凸起18对准时），凹痕和凸起之间的距离可限定第二间隙容差。

根据本发明的某些方面，第二间隙容差可与第一间隙容差相同，或者可与第一间隙容差不同。根据本发明的某些方面，第一间隙容差可小于1 mm，诸如小于0.5 mm、0.4 mm、0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm、0.05 mm、或甚至小于0.01 mm，但是非零。因而，在零件旋转脱离对准（即，凹痕30和凸起18不对准，使得零件之间存在过盈接触）时在零件之间测得的扭矩将具有最大值，且在零件旋转成对准（即，凹痕30和凸起18对准使得在零件之间不存在过盈）时在零件之间测得的扭矩可具有为零的最小值。如上文所讨论的，扭矩的最大值可取决于间隙容差、装置的聚合物、以及（一个或多个）凹痕30和（一个或多个）凸起18的尺寸和形状中的任一者。

根据本发明的某些方面，第一间隙容差和第二间隙容差可为零，或者即使当凹痕30和凸起18对准时，零件之间也可存在过盈。在该后述情况下，当零件旋转成对准（即，凹痕30和凸起18对准）时零件之间测得的扭矩将具有不为零的最小值。某些医疗装置在这样的压力下操作，其中零件被放置成在两个非零值之间振荡的过盈配合。理解对于在这样的压力下的零件的摩擦力的能力是当前公开的装置的优点。

根据本发明的某些方面，可改变第一间隙容差和第二间隙容差以针对装置之间的不同摩擦水平提供测试。例如，对于由在其间具有高摩擦力的聚合物材料形成的装置而言，第一间隙容差和第二间隙容差可更大。替代地，对于由低摩擦聚合物材料形成的装置而言，第一间隙容差和第二间隙容差可更小。

如图3中所示，在帽12的第二端附近的内直径“e”可大于在帽12的第一端附近的内直径“d”，以形成具有角度“x”的锥形部。角度x可偏离纵向轴线，即，比零度大多达10度，诸如大多达8度、或多达6度、或多达5度、或多达4度、或多达3度、或多达2度、或多达1度。同样地，如图5中所示，在圆筒形芯14的底端附近的外直径“h”可大于在圆筒形芯14的顶端附近的外直径“g”，以形成具有角度“y”的锥形部。角度y可偏离纵向轴线，即，比零度大多达10度，诸如大多达8度、或多达6度、或多达5度、或多达4度、或多达3度、或多达2度、或多达1度。

根据本发明的某些方面，帽12的锥形部可与圆筒形芯14的锥形部大致相同，使得第一间隙容差和/或第二间隙容差在零件之间的接触的长度上保持不变。

装置10的帽12和圆筒形芯14可由聚合物材料形成。用于每个零件（12、14）的聚合物材料可相同或者可不同。用于每个零件（12、14）的聚合物材料可具有相同的收缩率或者可具有不同的收缩率。

根据本发明的装置10可提供一种手段以使用许多标准测量或测试设备中的任一者（诸如，来自弗吉尼亚州（Virginia）斯特林（Sterling）的Mecmesin Corporation的扭矩测量设备）来测量旋转扭矩。

一种将当前公开的装置用于摩擦的扭矩测量的方法包括将圆筒形芯14的第一夹具17连接到测试设备的第一连接零件，这总体上为允许将凸缘夹持于恰当位置的阶段。帽12可被定位在圆筒形芯14上，使得圆筒形芯14被接收在中心腔内达到由帽12上的（一个或多个）止挡部19限定的深度。帽12可经由帽12的第二夹具21连接到测试设备的第二连接零件。例如，测试设备可包括被构造为六角扳手的第二连接零件，该第二连接零件可被定位在帽12的第一端处的六角形开口（图1）内。可以任何顺序执行这三个步骤，即，将帽和芯连接到测试设备以及将芯连接到帽。

测试设备的第一连接机构或其一部分或者第二连接机构或其一部分中的任一者可被构造成旋转，且因此分别提供圆筒形芯或帽中的任一者的旋转。因而，使用装置10的方法可包括发起测试设备的第一连接零件或第二连接零件中的任一者的旋转，使得圆筒形芯14或帽12中的任一者相对于彼此旋转。第一连接机构或零件或者第二连接机构或零件中的不旋转的另一者可包括扭矩传感器，该扭矩传感器用于测量在圆筒形芯14和帽12相对于彼此的旋转期间施加在该连接机构或零件上的扭矩的量。

圆筒形芯相对于帽的旋转将使（一个或多个）凹痕30与帽中的（一个或多个）凸起18接触和脱离接触，且因此在其间提供脉冲式过盈接触。扭矩传感器将该脉冲测量为随旋转的数量（即，在零件之间的旋转之后零件上的磨损）而变的扭矩的峰值，所述峰值与装置10的圆筒形芯14和帽12之间的摩擦相关。这些值可被记录并制成图表（见示例以及图8和图9）。

示例

根据当前公开的发明的装置10由两种不同等级的低摩擦聚合物材料（等级A和等级B）形成。在图8和图9中示出了对于形成有如参考图6和图7所讨论的尺寸的零件的测试结果。尽管本文中示出并讨论了所得扭矩测量的具体尺寸和范围，但是扭矩测量的范围广泛的其他尺寸和大小在当前公开的发明的范围内。

参考图6和图7，形成具有为0.08英寸（0.2 cm）的壁厚“t”、为1.225英寸（3.1 cm）的轴向高度“p”以及圆顶形第二端的帽12，第二端具有为0.294英寸（0.75 cm）的内半径。也示出的是为第二夹具21的一部分的开口“c”。注意，图7是沿着来自图6的线7-7截取的横截面视图，其中，横截面将凸起18a和止挡部19c一分为二。圆筒形芯14的壁厚（图2的“u”）可与帽12的壁厚t大致相同，使得任一零件的收缩率和/或收缩量可相同或大致相同。

帽12的内腔在底端处的直径“e”为0.588英寸（1.5 cm），同时在顶端处的直径“d”小1度或为0.567英寸（1.44 cm）。凸起18a可从轴向地距帽12的底端或第二端23为0.4英寸的距离“r”处开始。该凸起可从中心腔的内壁径向向内延伸距离“s”，该距离在凸起18a的最宽点处为0.005英寸（0.0127 cm）。在图7中也示出了在帽12的外表面上沿着其底边缘定位的脊部，其具有可变的厚度“a”并且被提供以帮助用户连接帽12和圆筒形芯14。

如图6中所示，止挡部19c可从中心腔的内壁径向向内延伸距离“b”，该距离在止挡部19c的最宽点处为0.06英寸（0.015 cm）。图6中提供的虚线示出了设置在帽12的第一端处的第一夹具21的轮廓。

对于每个装置，帽12和圆筒形芯14均由相同的低摩擦聚合物材料形成（即，装置A具有由等级A形成的帽12和圆筒形芯14，而装置B具有由等级B形成的帽12和圆筒形芯14）。然而，如上所述，帽12和圆筒形芯14能够由不同的聚合物材料形成。

如图8和图9中所示，当根据当前公开的方法进行测试时，由等级A聚合物形成的装置（图8，峰值为约34 Nm）展示出比由等级B聚合物形成的装置（图9，峰值为约15 Nm）更大的旋转扭矩。即，圆筒形芯14被附接到Mecmesin Corporation Vortex-i测试设备的基部平台或台，并被夹持于恰当位置。然后，帽12被放置在圆筒形芯14上，并且测试设备的六角形连接零件定位在帽12的第一端上的六角形开口内。

以15 rpm（每分钟转数）发起基部的旋转以开始圆筒形芯14的旋转，并且连接到测试设备的六角形连接零件的扭矩传感器随着时间或基部的旋转的度数的变化来测量帽12上的扭矩。如图6和图7中所示，帽12包括三个凸起18，并且圆筒形芯14包括三个匹配的凹痕30。因而，对于每360度旋转，扭矩载荷的三个脉冲是显而易见的，这三个脉冲表示当凸起18和凹痕30彼此不对准时帽12和圆筒形芯14之间的旋转的点。如上文所指示的，针对每个等级的聚合物测得的扭矩与装置的帽和圆筒形芯之间的摩擦力有关。因此，相比于等级B聚合物，等级A聚合物在帽12和圆筒形芯14之间具有更高的摩擦阻力。

在本申请中公开了以下方面：

方面1. 一种用于摩擦的扭矩测量的装置，所述装置包括：圆筒形芯，其包括外表面，所述外表面具有至少一个凸起或凹痕；以及帽，其具有中心腔，所述圆筒形芯被同轴地接收在所述中心腔中，使得所述圆筒形芯的顶端接近所述帽的第一端，所述帽包括在所述中心腔的表面上的至少一个凸起或凹痕，其中，所述装置包括在所述圆筒形芯或所述帽中的任一者上的至少一个第一凸起，其中，当所述帽可绕所述芯旋转时，所述至少一个第一凸起提供与在所述圆筒形芯或所述帽中的另一者上的第二凸起或凹痕中的至少一者的脉冲式过盈接触。

方面2. 根据方面1所述的装置，其中，所述装置包括在所述圆筒形芯和所述帽中的每一者上的至少一个凸起。

方面3. 根据方面1或2所述的装置，其中，所述装置包括在所述圆筒形芯或所述帽中的任一者上的至少三个凸起，以及在所述圆筒形芯或所述帽中的另一者上的至少三个凹痕。

方面4. 根据方面1至3中任一项所述的装置，其中，所述装置包括绕所述帽的中心腔的表面均等地周向间隔开的至少三个凸起，其中，每个凸起沿着所述中心腔的表面的至少一部分轴向延伸。

方面5. 根据方面1至4中任一项所述的装置，其中，绕所述帽的中心腔的表面的（一个或多个）凸起中的至少一个是平坦表面。

方面6. 根据方面1至5中任一项所述的装置，其中，所述装置包括绕所述圆筒形芯的外表面均等地周向间隔开的至少三个凹痕，其中，每个凹痕沿着所述圆筒形芯的外表面的至少一部分轴向延伸。

方面7. 根据方面1至6中任一项所述的装置，其中，所述（一个或多个）凹痕的尺寸与所述（一个或多个）凸起的尺寸大致相同。

方面8. 根据方面1至7中任一项所述的装置，其中，所述帽还包括在所述中心腔的表面上接近所述帽的第一端的至少一个止挡部，所述至少一个止挡部的尺寸和位置确定成限制所述圆筒形芯在所述帽内的轴向深度。

方面9. 根据方面1至8中任一项所述的装置，其中，所述帽还包括在外表面上的帽附接元件以便接合扭矩测量装置的第一附接机构。

方面10. 根据方面1至9中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯还包括在底端上的芯附接元件以便接合扭矩测量装置的第二附接机构。

方面11. 根据方面1至10中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯包括从所述圆筒形芯的底端到其顶端的锥形部，所述锥形部由大于零至10度的角度限定。

方面12. 根据方面1至11中任一项所述的装置，其中，所述帽包括从所述帽的第二端到其第一端的锥形部，其中，所述帽的锥形部与所述圆筒形芯的锥形部大致相同。

方面13. 根据方面1至12中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯的外表面和所述帽的中心腔的表面之间的距离小于0.1 mm。

方面14. 根据方面1至13中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯和所述帽中的任一者或两者包括开口，所述开口被构造成当所述圆筒形芯被接收在所述帽内时减轻流体压力，其中，所述流体压力包括空气压力。

方面15. 根据方面1至14中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯和所述帽各自由聚合物材料形成。

方面16. 根据方面1至14中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯和所述帽各自由聚合物材料形成，其中，所述圆筒形芯的聚合物材料和所述帽的聚合物材料相同，或者具有相同的收缩率和收缩量。

方面17. 一种用于两个表面之间的摩擦的扭矩测量的方法，所述方法包括：将圆筒形芯的芯附接元件连接到测试设备的第一连接零件，其中，所述圆筒形芯包括在外表面上的至少一个凸起或凹痕；将帽定位在所述圆筒形芯上，其中，所述帽包括中心腔，所述圆筒形芯被同轴地接收在所述中心腔中，使得所述圆筒形芯的顶端接近所述帽的第一端，其中，所述帽包括在所述中心腔的表面上的至少一个凸起或凹痕；以及将所述帽的帽附接元件连接到所述测试设备的第二连接零件。可以任何顺序执行这前三个步骤，此后，所述方法包括：发起所述测试设备的所述第一连接零件或所述第二连接零件中的任一者的旋转，使得所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此旋转，其中，所述圆筒形芯和所述帽中的至少一者包括至少一个第一凸起，使得所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转随着所述至少一个第一凸起移动成与在另一零件上的第二凸起或凹痕中的至少一个接触和脱离接触时在所述至少一个第一凸起和在另一零件上的至少一个第二凸起或凹痕之间提供脉冲式过盈接触。

方面18. 一种用于两个表面之间的摩擦的扭矩测量的方法，所述方法包括：将根据方面1至15中任一项所述的装置的圆筒形芯的芯附接元件连接到测试设备的第一连接零件；将根据权利要求1至15中任一项所述的装置的帽定位在所述圆筒形芯上；以及将所述帽的帽附接元件连接到所述测试设备的第二连接零件。可以任何顺序执行这前三个步骤，此后，所述方法包括：发起所述测试设备的所述第一连接零件或所述第二连接零件中的任一者的旋转，使得所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此旋转。

方面19. 根据方面17或18所述的方法，其中，所述测试设备包括扭矩传感器，所述扭矩传感器用于测量施加在所述第一连接零件或所述第二连接零件上的扭矩的量，并且所述方法还包括记录在所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转期间测得的扭矩的量。

方面20. 根据方面17或18所述的方法，其中，所述测试设备包括：第一马达，其被构造成引起所述第一连接零件的旋转；以及扭矩传感器，其用于测量施加在所述第二连接零件上的扭矩的量，并且所述方法还包括记录在所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转期间测得的扭矩的量。

方面21. 根据方面17至20中任一项所述的方法，其中，所述测试设备还包括被构造成在所述第一连接零件和第二连接零件中的一者上施加轴向压力的第二马达，并且所述方法还包括在所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转期间在所述圆筒形帽和所述圆筒形芯之间施加固定载荷。

方面22. 根据方面17至21中任一项所述的方法，其中，所述帽包括至少三个凸起，并且所述圆筒形芯包括至少三个凹痕，并且所述至少三个凹痕的尺寸与所述至少三个凸起的尺寸大致相同。

Claims (15)

1. 一种用于摩擦的扭矩测量的装置，所述装置包括：

圆筒形芯，其包括外表面，所述外表面具有至少一个凸起或凹痕；以及

帽，其具有中心腔，所述圆筒形芯被同轴地接收在所述中心腔中，使得所述圆筒形芯的顶端接近所述帽的第一端，所述帽包括在所述中心腔的表面上的至少一个凸起或凹痕，

其中，所述装置包括在所述圆筒形芯或所述帽中的任一者上的至少一个第一凸起，

其中，当所述帽可绕所述芯旋转时，所述至少一个第一凸起提供与所述圆筒形芯或所述帽中的另一者上的第二凸起或凹痕中的至少一个的脉冲式过盈接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括在所述圆筒形芯和所述帽中的每一者上的至少一个凸起，优选地包括在所述圆筒形芯或所述帽中的任一者上的至少三个凸起，且最优选地包括在所述圆筒形芯或所述帽中的另一者上的至少三个凹痕。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述装置包括绕所述帽的中心腔的表面均等地周向间隔开的至少三个凸起，其中，每个凸起沿着所述中心腔的表面的至少一部分轴向延伸，并且优选地其中，每个凹痕沿着所述圆筒形芯的外表面的至少一部分轴向延伸。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，绕所述帽的中心腔的表面的所述至少三个凸起中的至少一个是平坦表面，并且优选地其中，所述至少三个凹痕的尺寸具有与所述至少三个凸起的尺寸大致相同的尺寸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述帽还包括在所述中心腔的表面上接近所述帽的第一端的至少一个止挡部，所述至少一个止挡部的尺寸和位置确定成限制所述圆筒形芯在所述帽内的轴向深度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述帽还包括在外表面上的帽附接元件以便接合扭矩测量装置的第一附接机构。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯还包括在底端上的芯附接元件以便接合扭矩测量装置的第二附接机构。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯包括从所述圆筒形芯的底端到其顶端的锥形部，所述锥形部由大于零至10度的角度限定，优选地其中，所述帽包括从所述帽的第二端到其第一端的锥形部，并且其中，所述帽的锥形部与所述圆筒形芯的锥形部大致相同。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯和所述帽中的任一者或两者包括开口，所述开口被构造成当所述圆筒形芯被接收在所述帽内时减轻流体压力，其中，所述流体压力包括空气压力。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述圆筒形芯和所述帽各自由聚合物材料形成，其中，所述圆筒形芯的聚合物材料和所述帽的聚合物材料相同，或者具有相同的收缩率和收缩量。

11.一种用于两个表面之间的摩擦的扭矩测量的方法，所述方法包括：

（a）将圆筒形芯的芯附接元件连接到测试设备的第一连接零件，其中，所述圆筒形芯包括在外表面上的至少一个凸起或凹痕；

（b）将帽定位在所述圆筒形芯上，其中，所述帽包括中心腔，所述圆筒形芯被同轴地接收在所述中心腔中，使得所述圆筒形芯的顶端接近所述帽的第一端，其中，所述帽包括在所述中心腔的表面上的至少一个凸起或凹痕；

（c）将所述帽的帽附接元件连接到所述测试设备的第二连接零件；以及

（d）发起所述测试设备的所述第一连接零件或所述第二连接零件中的任一者的旋转，使得所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此旋转，

其中，可以任何顺序执行（a）-（c），并且

其中，所述圆筒形芯和所述帽中的至少一者包括至少一个第一凸起，使得所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转随着所述至少一个第一凸起移动成与另一零件上的至少一个第二凸起或凹痕接触和脱离接触时在所述至少一个第一凸起和在另一零件上的第二凸起或凹痕中的至少一个之间提供脉冲式过盈接触。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述测试设备包括扭矩传感器，所述扭矩传感器用于测量施加在所述第一连接零件或所述第二连接零件上的扭矩的量，并且所述方法还包括：

记录在所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转期间测得的所述扭矩的量。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述测试设备包括：第一马达，其被构造成引起所述第一连接零件的旋转；以及扭矩传感器，其用于测量施加在所述第二连接零件上的扭矩的量，并且所述方法还包括：

记录在所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转期间测得的所述扭矩的量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述测试设备还包括被构造成在所述第一连接零件和所述第二连接零件中的一者上施加轴向压力的第二马达，并且所述方法还包括：

在所述圆筒形芯和所述帽相对于彼此的旋转期间在所述圆筒形帽和所述圆筒形芯之间施加固定载荷。

15.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，所述帽包括至少三个凸起，并且所述圆筒形芯包括至少三个凹痕，并且所述至少三个凹痕的尺寸与所述至少三个凸起的尺寸大致相同。

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