CN210269485U - 一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，包括有用于牙齿正畸矫正的弓丝，实验台面，固定连接在实验台面上且固定并预紧弓丝的弓丝固定预紧机构，同时测量弓丝预紧力的预紧力测试机构，带有悬臂梁并通过悬臂梁给弓丝施加载荷的摩擦测试机构，以及通过悬臂梁的受力反馈并用于测量数据的数据采集系统；所述摩擦测试机构驱动悬臂梁沿弓丝长度方向往复摩擦弓丝；本实用新型通过数显拉力计可以量化弓丝预紧力对实验结果的影响，精确地控制实验变量，使实验结果更为可靠有效，对深入研究预紧力的变化对弓丝托槽摩擦磨损性能的影响有很大的帮助，为弓丝托槽摩擦磨损性能研究提供了一种更为可靠有效的模拟实验方法。

Description

一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置

技术领域

本实用新型涉及口腔正畸学研究设备领域，尤其涉及的是一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置。

背景技术

错颌畸形作为一种临床常见症状，不仅会导致口腔功能异常、容易引发疾病，而且严重影响美观，因而错颌畸形的矫正在文明高度发展的现代社会中越来越受人们欢迎。

在正畸治疗中，最为重要的治疗手段之一便是使用由弓丝和托槽组成的牙齿矫正器，弓丝托槽的摩擦磨损性能也因此成为了口腔正畸学的研究重点之一。通过选择合适的弓丝托槽材料、规格、表面加工方法、固定方式、载荷大小来尽可能地减小弓丝托槽间的摩擦力，可以极大地提高治疗效率、降低牙周损害。因此，模拟弓丝托槽实际工作状态时的相对滑动情况，并准确测量弓丝托槽间的摩擦力大小，可以为弓丝托槽的设计制造、口腔医生的正畸治疗与正畸学相关研究提供有力的依据。

目前的设备一般采用弓丝和托槽相互接触进行往复运动，弓丝在施加载荷和运动过程中会使预紧力等参数产生变化，对实验结果产生影响，达不到高精度测试并得到准确性数据的实验要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，旨在解决现有实验设备中弓丝受压和运动导致预紧量等参数产生变化，对实验结果产生影响，达不到高精度测试并得到准确性数据的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，包括有用于牙齿正畸矫正的弓丝，实验台面，固定连接在实验台面上且固定并预紧弓丝的弓丝固定预紧机构，固定安装在实验台面上且与所述弓丝固定预紧机构配合夹紧并绷直所述弓丝同时测量弓丝预紧力的预紧力测试机构，固定安装在实验台面上且带有悬臂梁并通过悬臂梁给所述弓丝施加载荷的摩擦测试机构，以及连接所述悬臂梁并通过悬臂梁的受力反馈后用于测量数据的数据采集系统；所述摩擦测试机构驱动悬臂梁沿弓丝长度方向往复摩擦弓丝。

进一步，所述弓丝固定预紧机构包括有位于悬臂梁同一侧且固定安装在实验台面上的底座，沿弓丝的长度方向固定连接在底座上的导轨，套设在导轨上并沿导轨滑移的预紧滑块，通过预紧滑块上开设的腰形孔把预紧滑块固定在底座上的固定螺钉，螺旋连接在预紧滑块侧面且拧紧后末端抵靠导轨的定位螺钉，固定连接在导轨表面的预紧块，通过螺纹孔连接在预紧块上且末端抵靠预紧滑块的预紧螺钉，以及固定连接在预紧滑块上并压紧弓丝末端的压块。

进一步，所述预紧力测试机构包括有固定连接在实验台面上的卧式测试机架，固定连接在卧式测试机架上的拉力计固定板，固定连接在拉力计固定板上的数显拉力计，连接在数显拉力计上的连接杆，以及固定连接在连接杆末端的夹头，所述夹头与所述弓丝固定预紧机构分别固定连接弓丝的两端并绷紧弓丝。

进一步，所述摩擦测试机构包括有固定在实验台面上的三轴位移台，固定连接在三轴位移台上并由三轴位移台驱动沿X轴、Y轴以及Z轴三个方向移动的悬臂梁，固定连接在悬臂梁的末端且呈“凹”形的放置台，固定连接在放置台的凹槽内的托槽固定块，位于放置台凹槽内部且固定连接在托槽固定块上的托槽；

所述托槽表面与所述弓丝接触并沿弓丝长度方向上往复摩擦。

进一步，所述三轴位移台包括有三轴平移组件，连接三轴平移组件并为沿弓丝长度方向移动轴提供动力的电动机，电性连接电动机并控制电动机的电机控制器。

进一步，所述数据采集系统包括有在悬臂梁上固定安装的若干力传感器，与力传感器电性连接的电桥盒，与电桥盒电性连接的应变放大器，与应变放大器电性连接的数据采集器，以及与数据采集器电性连接的计算机。

进一步，所述力传感器分布在悬臂梁的上表面、下表面和两侧面。

进一步，所述计算机控制所述电机控制器。

进一步，所述弓丝与所述实验台面平行，所述弓丝长度方向与悬臂梁垂直。

一种如上述的弓丝托槽摩擦磨损实验装置的测试方法，包括有以下步骤：

对托槽进行装夹和固定；

对弓丝进行装夹和固定，并通过所述弓丝固定预紧机构施加预紧力；

对托槽进行位置调整和载荷施加；

启动摩擦测试机构；

数据采集系统采集载荷信息和摩擦力信息并通过软件计算获取摩擦系数。

与现有技术相比，本实用新型通过数显拉力计可以实时测量摩擦中弓丝的预紧力大小，量化弓丝预紧力对实验结果的影响，控制托槽运动摩擦弓丝，能够精确地控制实验变量，使实验结果更为可靠有效，对深入研究预紧力的变化对弓丝托槽摩擦磨损性能的影响有很大的帮助，为弓丝托槽摩擦磨损性能研究提供了一种更为可靠有效的模拟实验方法。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中摩擦测试机构和弓丝固定预紧机构的结构局部示意图。

图4为本实用新型实施例中摩擦测试机构的结构示意图。

图5为本实施例一种基于弓丝托槽摩擦磨损实验装置的测试方法的流程图。

图中：2、弓丝；3、弓丝固定预紧机构；4、预紧力测试机构；5、摩擦测试机构；6、数据采集系统；31、底座；32、导轨；33、预紧滑块；34、腰形孔；35、预紧螺钉；36、压块；37、固定螺钉；38、预紧块；39、定位螺钉；41、卧式测试机架；42、拉力计固定板；43、数显拉力计；44、连接杆；45、夹头；51、三轴位移台；511、三轴平移组件；512、电动机；513、电机控制器；52、悬臂梁；53、放置台；54、销钉；55、托槽固定块；56、托槽；61、力传感器；62、电桥盒；63、应变放大器；64、数据采集器；65、计算机。

具体实施方式

本实用新型提供了一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示，本实用新型提供了一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，包括有用于牙齿正畸矫正的弓丝2，水平放置的实验台面（图示中未标注），固定连接在实验台面上且固定并预紧弓丝2的弓丝固定预紧机构3，测量弓丝预紧力的预紧力测试机构4，带有悬臂梁52并通过悬臂梁52给弓丝2施加载荷的摩擦测试机构5，以及通过悬臂梁52的受力反馈并用于测量数据的数据采集系统6。通过弓丝固定预紧机构3和预紧力测试机构4把弓丝2水平拉直，并通过预紧力测试机构4测量弓丝的预紧力大小，通过带悬臂梁52的摩擦测试机构5对弓丝2进行反复摩擦，使悬臂梁52受力产生形变，再通过数据采集系统6检测悬臂梁52的受力反馈从而分析得到弓丝2的摩擦磨损数据。

如图1，图3所示，弓丝固定预紧机构3通过螺钉固定安装在实验台面上，弓丝固定预紧机构3包括有位于悬臂梁52同一侧且固定安装在实验台面上的底座31，在底座31上通过螺钉固定连接有导轨32，导轨32沿弓丝2的长度方向铺设，在导轨32上套设有预紧滑块33，预紧滑块33可沿导轨32滑移，在预紧滑块33上开设有腰形孔34，穿过腰形孔34并在底座31上螺旋连接有固定螺钉37，当预紧滑块33移动到特定位置时，通过固定螺钉37把预紧滑块33固定在底座31上，在预紧滑块33的侧面通过螺纹孔连接有定位螺钉39，拧紧定位螺钉39，其末端抵靠在导轨32侧面，使预紧滑块33与导轨32位置固定；在导轨32表面通过螺钉固定连接有预紧块38，在预紧块38的两侧通过螺纹孔连接有预紧螺钉35，预紧螺钉35水平设置且预紧螺钉35末端抵靠预紧滑块33，通过预紧螺钉35旋转可推动预紧滑块33，预紧滑块33上通过螺钉固定连接有压块36，压块36用于压紧弓丝2末端，在压块36下的预紧滑块33上表面上开设有定位槽（图示中未标出），弓丝2在固定时其末端置于定位槽中。

如图1，图2所示，预紧力测试机构4通过螺钉固定安装在实验台面上，包括有固定连接在实验台面上的卧式测试机架41，在卧式测试机架41上通过螺钉连接有拉力计固定板42，在拉力计固定板42上通过螺钉固定连接有数显拉力计43，在数显拉力计43的作用端固定连接有连接杆44，在连接杆44的末端通过螺纹固定连接有夹头45，夹头45夹紧弓丝2的另一端，并通过与弓丝固定预紧机构3上的压块36分别固定连接弓丝2的两端并绷紧弓丝2，使弓丝2与所述实验台面平行，数显拉力计43的量程50N，分度值0.01N，精度达±0.5%，可以精确控制弓丝2的预紧程度，避免弓丝2本身的弹性形变对实验结果产生干扰。

弓丝2一端置于预紧滑块33上表面的定位槽中，并利用压块36固定，然后弓丝2另一端由夹头45夹持完成弓丝2固定；之后打开数显拉力计43开关，拧动预紧螺钉35，使其挤压并推移预紧块38，推动预紧滑块33沿导轨32滑动，进而对弓丝2进行绷直预紧，同时观察数显拉力计43的示数，当预紧力大小达到指定值时，停止拧动预紧螺钉35，并将预紧滑块33通过固定螺钉37固定在底座31上，拧动定位螺钉39使预紧滑块33与导轨32位置固定，这样保持弓丝2的预紧状态；最后松开预紧螺钉35以避免预紧螺钉35和预紧块38的机械损伤，完成弓丝2预紧。

如图1、图2、图4所示，摩擦测试机构5包括有通过螺钉固定在实验台面上的三轴位移台51，在三轴位移台51的移动输出端通过螺钉固定连接有悬臂梁52，三轴位移台51包括有三轴平移组件511，三轴平移组件511是通过手动转动X轴、Y轴以及Z轴三个方向的分厘卡而实现滑移台在X轴、Y轴以及Z轴三个方向的移动，三轴平移组件511为本领域的常规技术，具体结构不作描述，三轴平移组件511可通过手动控制使连接其上的悬臂梁52实现上下，左右以及前后的移动，本实施例中的三轴位移台51还包括有电动机512，电动机512的输出轴与三轴平移组件511在沿弓丝2长度方向移动的轴通过联轴器固定连接，在电动机512上电性连接有电机控制器513，电动机512采用三相步进电机，通过三相步进电机控制器513可以实现对电动机512的速度的精准控制，并使连接在三轴平移组件511上的悬臂梁52在沿弓丝2长度方向上实现自动平移，避免人工操作，对后续摩擦过程实现精准控制。

悬臂梁52的一端固定连接在三轴位移台51上，且另一端凸出三轴位移台51，为悬臂梁52的末端，悬臂梁52末端通过螺钉固定连接有放置台53，放置台53中间开设有凹槽，外轮廓呈“凹”形，在放置台53的凹槽内通过销钉54固定连接有托槽固定块55，销钉54贯穿凹槽两侧壁和托槽固定块55，使托槽固定块55卡嵌在放置台53的凹槽中，在托槽固定块55上粘接有托槽56，托槽56位于弓丝2的下方并与弓丝2相接触，且弓丝2长度方向与悬臂梁52垂直；在实际的牙齿矫正过程中，托槽56是粘接在牙齿面上，并通过弓丝2箍紧托槽56，使牙齿矫正。

当三轴位移台51启动工作，驱动悬臂梁52沿弓丝2长度方向往复运动，进而带动托槽56摩擦弓丝2，模拟摩擦环境；现有弓丝2与托槽56摩擦实验装置大多以弓丝2作为主动件，由于弓丝2的固定和预紧过程为实验准备工作的重要环节，现有技术中要得到精确数据则使弓丝固定预紧机构3的设计比较复杂，而本实施例中以托槽56作为主动件可以使弓丝固定预紧机构3的设计简单、实用，更符合实验要求。

托槽56的固定过程为：托槽56放置于托槽固定块55上，然后调节三轴位移台，使弓丝2与托槽56完成正确接触，此时用镊子夹持托槽56并调节三轴位移台51使托槽固定块55下降至与托槽56底部存在一定距离，在托槽固定块55上滴1~2滴胶水后调节三轴位移台51，使托槽固定块55与托槽56底部重新接触并保持弓丝2和托槽56的正确接触，等待胶水凝固，完成托槽56固定。

如图1、图2所示，数据采集系统6包括有在悬臂梁52上粘贴固定安装的若干力传感器61，本实施例中力传感器61设置有4个，力传感器61分布位于悬臂梁52的上、下两个表面和两侧的侧面，与力传感器61电性连接有电桥盒62，电桥盒62主要用于测量力传感器61的直流电阻值的变化，电桥盒62电性连接有应变放大器63，应变放大器63用于将电桥盒62送来的调幅电压进行不失真放大，与应变放大器63电性连接有数据采集器64，数据采集器64用于将模拟信号转换为数字信号，数据采集器64电性连接有计算机65，并通过计算机65对数据处理和分析，得到摩擦力和摩擦系数。计算机65电性连接并控制电机控制器513，从而可以通过计算机65对电动机512实现精确操控，根据数据采集系统6的需求精确控制悬臂梁52的往复运动与弓丝2产生摩擦，精确控制弓丝2与托槽56的相对位置及相对压力。

牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置的工作过程如下：

调节三轴位移台51控制悬臂梁52向上接触并顶动弓丝2，使弓丝2和托槽56之间的载荷达到某一指定值，设置电动机512的运动参数后启动，由电动机512带动三轴平移组件511的沿弓丝2长度方向的轴开始正反转动，从而通过三轴平移组件511带动悬臂梁52驱动托槽56相对于弓丝2作低速往复摩擦运动。数据采集系统6通过力传感器61上的应变片实时将悬臂梁52的受力值以电压值形式显示并记录，计算得到相应的弓丝2和托槽56间摩擦力和摩擦系数。

如图5所示，本方案中还提供一种基于上文所述的弓丝托槽摩擦磨损实验装置的测试方法，步骤如下：

S10、对托槽进行装夹和固定。具体过程为，销钉将托槽固定块固定在放置台的凹槽中，托槽放置于托槽固定块上，然后调节三轴位移台，使弓丝与托槽完成正确接触，此时用镊子夹持托槽并调节三轴位移台使托槽固定块下降至与托槽底部存在一定距离，在托槽固定块上滴1~2滴胶水后调节三轴位移台，使托槽固定块与托槽底部重新接触并保持弓丝和托槽的正确接触，等待胶水凝固，完成托槽固定。

S20、对弓丝进行装夹和固定，并通过所述弓丝固定预紧机构施加预紧力。具体过程为弓丝一端置于预紧滑块上表面的定位槽中，并利用压块固定，然后弓丝另一端由夹头夹持完成弓丝固定；之后打开数显拉力计开关，拧动预紧螺钉，使其挤压并推移预紧块，推动预紧滑块沿导轨滑动，进而对弓丝进行绷直预紧，同时观察数显拉力计的示数，当预紧力大小达到指定值时，停止拧动预紧螺钉，并将预紧滑块通过固定螺钉固定在底座上，拧动定位螺钉将预紧滑块与滑块位置保持不变，并保持弓丝的预紧状态；最后松开预紧螺钉以避免预紧螺钉和预紧块的机械损伤，完成弓丝预紧。

S30、对托槽进行位置调整和载荷施加。具体过程为调节三轴位移台控制悬臂梁向上接触并顶动弓丝，使弓丝和托槽之间的载荷达到某一指定值。

S40、启动摩擦测试机构，数据采集系统采集载荷信息和摩擦力信息；设置电动机的运动参数后启动，由电动机带动三轴平移组件的沿弓丝长度方向的轴运动，从而通过三轴平移组件带动悬臂梁驱动托槽相对于弓丝作低速往复摩擦运动。

S50、数据采集系统采集载荷信息和摩擦力信息并通过软件计算获取摩擦系数；数据采集系统通过力传感器上的应变片实时将悬臂梁的受力值以电压值形式显示并记录，并通过软件分析计算得到相应的弓丝和托槽间摩擦力和摩擦系数。

在本实用新型的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置上进行不同规格、材料的弓丝和托槽在不同实验参数条件下的低速往复摩擦运动，可以探究多种因素对弓丝和托槽间摩擦力的影响，数显拉力计可以实时测量摩擦过程中弓丝的预紧力大小，量化弓丝预紧力对实验结果的影响，控制托槽运动摩擦弓丝，能够精确地控制实验变量，避免弓丝运动对预紧量等参数产生变化，对实验结果产生影响，导致达不到高精度测试并得到准确性数据的问题；本实用新型使实验结果更为可靠有效，对深入研究预紧力的变化对弓丝托槽摩擦磨损性能的影响有很大的帮助，为弓丝托槽摩擦磨损性能研究提供了一种更为可靠有效的模拟实验方法。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，包括有用于牙齿正畸矫正的弓丝，实验台面，其特征在于，还包括有固定连接在实验台面上且固定并预紧弓丝的弓丝固定预紧机构，固定安装在实验台面上且与所述弓丝固定预紧机构配合夹紧并绷直所述弓丝同时测量弓丝预紧力的预紧力测试机构，固定安装在实验台面上且带有悬臂梁并通过悬臂梁给所述弓丝施加载荷的摩擦测试机构，以及连接所述悬臂梁并通过悬臂梁的受力反馈后用于测量数据的数据采集系统；

所述摩擦测试机构驱动悬臂梁沿弓丝长度方向往复摩擦弓丝。

2.根据权利要求1所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述弓丝固定预紧机构包括有位于悬臂梁同一侧且安装在实验台面上的底座，沿弓丝的长度方向固定连接在底座上的导轨，套设在导轨上并沿导轨滑移的预紧滑块，通过预紧滑块上开设的腰形孔把预紧滑块固定在底座上的固定螺钉，螺旋连接在预紧滑块侧面且拧紧后末端抵靠导轨的定位螺钉，固定连接在导轨表面的预紧块，通过螺纹孔连接在预紧块上且末端抵靠预紧滑块的预紧螺钉，以及固定连接在预紧滑块上并压紧弓丝末端的压块。

3.根据权利要求1所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述预紧力测试机构包括有固定连接在实验台面上的卧式测试机架，固定连接在卧式测试机架上的拉力计固定板，固定连接在拉力计固定板上的数显拉力计，连接在数显拉力计上的连接杆，以及固定连接在连接杆末端的夹头，所述夹头与所述弓丝固定预紧机构分别固定连接弓丝的两端并绷紧弓丝。

4.根据权利要求1所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述摩擦测试机构包括有固定在实验台面上的三轴位移台，固定连接在三轴位移台上并由三轴位移台驱动沿X轴、Y轴以及Z轴三个方向移动的悬臂梁，固定连接在悬臂梁的末端且呈“凹”形的放置台，固定连接在放置台的凹槽内的托槽固定块，位于放置台凹槽内部且固定连接在托槽固定块上的托槽；

所述托槽表面与所述弓丝接触并沿弓丝长度方向上往复摩擦。

5.根据权利要求4所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述三轴位移台包括有三轴平移组件，连接三轴平移组件并为沿弓丝长度方向移动轴提供动力的电动机，电性连接电动机并控制电动机的电机控制器。

6.根据权利要求5所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括有在悬臂梁上固定安装的若干力传感器，与力传感器电性连接的电桥盒，与电桥盒电性连接的应变放大器，与应变放大器电性连接的数据采集器，以及与数据采集器电性连接的计算机。

7.根据权利要求6所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述力传感器分布在悬臂梁的上表面、下表面和两侧面。

8.根据权利要求6所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述计算机控制所述电机控制器。

9.根据权利要求8所述的牙齿正畸矫正弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，所述弓丝与所述实验台面平行，所述弓丝长度方向与悬臂梁垂直。

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