專利名稱：一種多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多向運(yùn)動(dòng)磨損性能試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域，特別是一種多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)。
二背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，對(duì)醫(yī)療水平的要求也越來越高，許多醫(yī)療器械、植入器官和置換與修復(fù)材料在機(jī)體環(huán)境內(nèi)負(fù)重運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式多為復(fù)雜多向，復(fù)雜多向運(yùn)動(dòng)下的摩擦磨損性能影響其使用壽命和可靠性。合適模擬體內(nèi)摩擦磨損試驗(yàn)裝置如人工關(guān)節(jié)模擬器對(duì)高可靠、長(zhǎng)壽命人工關(guān)節(jié)的研發(fā)具有重要意義。但人工關(guān)節(jié)模擬器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試驗(yàn)成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，不適用于快速評(píng)價(jià)材料摩擦磨損性能以作為第一步篩選；另外，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式和銷盤往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)又不能實(shí)現(xiàn)多向復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即不能確切模擬人工關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
三
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠模擬人體關(guān)節(jié)復(fù)雜多向運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試效率高的多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為:一種多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，包括底座14、主動(dòng)曲柄6、從動(dòng)曲柄9、旋轉(zhuǎn)底盤12、液池11、盤5、銷4、加載臂3和砝碼1，所述底座14固定于機(jī)架13的底部，旋轉(zhuǎn)底盤12通過下方的支撐架10置于底座14上面，旋轉(zhuǎn)底盤12的上表面固定有圓形的液池11，液池11的數(shù)量大于I個(gè)，旋轉(zhuǎn)底盤12的下表面與每個(gè)液池11垂直對(duì)應(yīng)的位置固定有長(zhǎng)度相同的曲柄:其中一個(gè)曲柄設(shè)為主動(dòng)曲柄6，其余設(shè)為從動(dòng)曲柄9 ;所述從動(dòng)曲柄9的轉(zhuǎn)軸固定于底座14上面，主動(dòng)曲柄6的轉(zhuǎn)軸穿過底座14和機(jī)架13的底部后，與 變速裝置7相連，變速裝置7與電機(jī)8相連；所述每個(gè)液池11中放置一個(gè)盤5,與盤5--對(duì)應(yīng)的銷4固定于各個(gè)加載臂3的
下端，且銷4與盤5表面相切；所有加載臂3按從下向上順序，先從固定在機(jī)架13上的直線軸套2中穿過，再穿出機(jī)架13的上表面，并且各個(gè)加載臂3的上端分別裝有砝碼I。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，所述支撐架10為固定于底座14上面的滾珠摩擦支架，且靠近旋轉(zhuǎn)底盤12的兩側(cè)邊緣處，旋轉(zhuǎn)底盤12可以在支撐架10上面旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)底盤12為矩形或者圓形。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，所述主動(dòng)曲柄6與處于旋轉(zhuǎn)底盤12中心的一個(gè)液池11垂直對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，主動(dòng)曲柄6和從動(dòng)曲柄9的長(zhǎng)度小于液池半徑。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(I)使用曲柄機(jī)構(gòu)，將銷-盤摩擦試驗(yàn)機(jī)的單向運(yùn)動(dòng)變?yōu)槎嘞蜻\(yùn)動(dòng)，多向運(yùn)動(dòng)的摩擦充分模擬人工關(guān)節(jié)實(shí)際工作環(huán)境，從而可評(píng)價(jià)人工關(guān)節(jié)摩擦副和關(guān)節(jié)軟骨等的耐磨性能，篩選出有價(jià)值的新型人工關(guān)節(jié)材料和關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料；(2)把旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，在模擬滑液(或體液)下運(yùn)動(dòng)，并容易實(shí)現(xiàn)多工位；(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠高效地進(jìn)行磨損性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
四
圖1是本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)底盤俯視運(yùn)動(dòng)原理圖。圖3是本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)的液池運(yùn)動(dòng)示意圖。其中:1-砝碼，2-直線軸套，3-加載臂，4-銷，5-盤，6-主動(dòng)曲柄，7_變速裝置，8-電機(jī)，9-從動(dòng)曲柄，10-支撐架，11-液池，12-旋轉(zhuǎn)底盤，13-機(jī)架，14-底座
五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，包括底座14、主動(dòng)曲柄6、從動(dòng)曲柄9、旋轉(zhuǎn)底盤12、液池11、盤5、銷4、加載臂3和砝碼1，所述底座14固定于機(jī)架13的底部，旋轉(zhuǎn)底盤12通過下方的支撐架10置于底座14上面，旋轉(zhuǎn)底盤12的上表面固定有圓形的液池11，液池11的數(shù)量大于I個(gè)，旋轉(zhuǎn)底盤12的下表面與每個(gè)液池11垂直對(duì)應(yīng)的位置固定有長(zhǎng)度相同的曲柄:其中一個(gè)曲柄設(shè)為主動(dòng)曲柄6，其余設(shè)為從動(dòng)曲柄9 ;所述從動(dòng)曲柄9的轉(zhuǎn)軸固定于底座14上面，主動(dòng)曲柄6的轉(zhuǎn)軸穿過底座14和機(jī)架13的底部后，與變速裝置7相連，變速裝置7與電機(jī)8相連；所述每個(gè)液池11中放置一個(gè)盤5,與盤5--對(duì)應(yīng)的銷4固定于各個(gè)加載臂3的
下端，且銷4與盤5表面相切；所有加載臂3按從下向上順序，先從固定在機(jī)架13上的直線軸套2中穿過，再穿出機(jī)架13的上表面，并且各個(gè)加載臂3的上端分別裝有砝碼I。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，所述支撐架10為固定于底座14上面的滾珠摩擦支架，且靠近旋轉(zhuǎn)底·盤12的兩側(cè)邊緣處，旋轉(zhuǎn)底盤12可以在支撐架10上面旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)底盤12為矩形或者圓形。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，所述主動(dòng)曲柄6與處于旋轉(zhuǎn)底盤12中心的一個(gè)液池11垂直對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，主動(dòng)曲柄6和從動(dòng)曲柄9的長(zhǎng)度小于液池半徑。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作出進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體裝置及工作原理。如圖1所示，一種3工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，包括底座14、主動(dòng)曲柄6、從動(dòng)曲柄
9、旋轉(zhuǎn)底盤12、液池11、盤5、銷4、加載臂3和砝碼1，其中底座14固定于機(jī)架13的底部，旋轉(zhuǎn)底盤12通過主動(dòng)曲柄6和從動(dòng)曲柄9的支撐置于底座14上面，旋轉(zhuǎn)底盤同時(shí)也受支撐架10的支撐，旋轉(zhuǎn)底盤12的上表面固定有3個(gè)圓形的液池11，旋轉(zhuǎn)底盤12的下表面與每個(gè)液池11垂直對(duì)應(yīng)的位置固定有一個(gè)曲柄，且所有曲柄長(zhǎng)度相同:其中處于旋轉(zhuǎn)底盤12中心的Iv曲柄設(shè)為王動(dòng)曲柄6,其余2個(gè)設(shè)為為從動(dòng)曲柄9 ;所述從動(dòng)曲柄9的轉(zhuǎn)軸固定于底座14上面，主動(dòng)曲柄6的轉(zhuǎn)軸穿過底座14和機(jī)架13的底部，在機(jī)架13外部，主動(dòng)曲柄6的轉(zhuǎn)軸與變速裝置7相連，變速裝置7與電機(jī)8相連；每個(gè)液池11中放置一個(gè)盤5，與盤5 —一對(duì)應(yīng)的銷4固定于各個(gè)加載臂3的下端，且銷4與盤5表面相切；所有加載臂3向上先從固定在機(jī)架13上的直線軸套2中穿過，再穿出機(jī)架13的上表面，且各個(gè)加載臂3的上端分別裝有砝碼1，其中直線軸套2對(duì)受到彎矩作用的加載臂3起到保護(hù)作用。所述機(jī)架13為一個(gè)密閉的外殼，其中底座14、支撐架10、從動(dòng)曲柄9、旋轉(zhuǎn)底盤12、液池11、盤5、銷4、加載臂3和直線軸套2位于機(jī)架13內(nèi)部，砝碼1、變速裝置7和電機(jī)8位于機(jī)架13外部，載臂3向上穿出機(jī)架13的頂部，而主動(dòng)曲柄6的轉(zhuǎn)軸向下穿過底座14和機(jī)架13的底部。所述支撐架10為固定于底座14上面的滾珠摩擦支架，且靠近旋轉(zhuǎn)底盤12的兩側(cè)邊緣處，旋轉(zhuǎn)底盤12可以在支撐架10上面旋轉(zhuǎn)，確保裝置旋轉(zhuǎn)摩擦過程的穩(wěn)定性；所述旋轉(zhuǎn)底盤12根據(jù)實(shí)際需要，可以設(shè)為矩形、圓形或者其它形狀；所述主動(dòng)曲柄6與處于旋轉(zhuǎn)底盤12中心的一個(gè)液池11垂直對(duì)應(yīng)；所述主動(dòng)曲柄6和從動(dòng)曲柄9的長(zhǎng)度小于液池半徑；所述變速裝置7如圖1所示，黑色的是帶，在它的兩端畫出的白色方形塊是套在帶里面的帶輪，由于兩邊帶輪的直徑不同使得從電機(jī)傳出的轉(zhuǎn)動(dòng)速度在傳遞到主動(dòng)曲柄6的轉(zhuǎn)軸時(shí)發(fā)生改變。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)的工作原理如圖2、圖3所示:圖2為旋轉(zhuǎn)底盤俯視運(yùn)動(dòng)原理圖，平面四桿機(jī)構(gòu)中的雙曲柄機(jī)構(gòu)，CD為相對(duì)固定不動(dòng)的機(jī)構(gòu)即機(jī)架，AD, BC為曲柄，能繞其轉(zhuǎn)軸線整圈轉(zhuǎn)動(dòng)，AB為連桿即是應(yīng)用在本實(shí)用新型中的旋轉(zhuǎn)底盤。如圖2所示，當(dāng)使AD做繞點(diǎn)D主動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，AB始終與CD保持平行，作剛體平動(dòng)，其上每一點(diǎn)都作如A點(diǎn)繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的繞定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)性質(zhì)使得可以在旋轉(zhuǎn)底盤上安置多個(gè)液池實(shí)現(xiàn)多工位。為使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，在圖2左邊的機(jī)構(gòu)中加上虛約束EF并采用EF作為主動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2右側(cè)所示，右側(cè)AB運(yùn)動(dòng)方式與左側(cè)相同，曲柄長(zhǎng)度為AD、BC、EF長(zhǎng)度。圖3中灰色部分表示液池或盤，其上白色的圓表示與其接觸的銷。虛線為曲柄端點(diǎn)即圖2中的A或B或E旋轉(zhuǎn)的軌跡，亦為液池或盤圓心運(yùn)動(dòng)軌跡。本圖取兩個(gè)位置示意盤運(yùn)動(dòng)對(duì)銷有多向摩擦作用。01、01分別為兩盤在兩個(gè)位置時(shí)的圓心，分別以其建立直角坐標(biāo)系有X101Y1、X202Y2如圖，而V1、V2分別為盤在不同位置時(shí)與銷相接觸處的速度方向。顯然，Vl、V2異向，故對(duì)銷的摩擦具有多向性。本實(shí)用新型多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)的工作過程如下:步驟一、將盤5裝入液池11中，將銷4裝在加載臂3上，在液池11中加入模擬人體內(nèi)部環(huán)境的組織液；步驟二、電機(jī)8接通電源后，通過變速裝置7調(diào)節(jié)主動(dòng)曲柄6轉(zhuǎn)速；步驟三、曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)底盤12實(shí)現(xiàn)軌跡為圓周的剛體平動(dòng)；步驟四、盤與銷之間產(chǎn)生多向運(yùn)動(dòng)摩擦，模擬實(shí)際人工關(guān)節(jié)的工作環(huán)境，進(jìn)行多工位同步試驗(yàn)。實(shí)施例2與實(shí)施例1相比不同之處在于:旋轉(zhuǎn)底盤12的上表面固定有2個(gè)圓形的液池11，相應(yīng)的曲柄、盤5、銷4、加載臂3、直線軸套2和砝碼I都為2個(gè)，其具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程與實(shí)施例1相同。實(shí) 施例3[0041]與實(shí)施例1相比不同之處在于:旋轉(zhuǎn)底盤12的上表面固定有4個(gè)圓形的液池11，相應(yīng)的曲柄、盤5、銷4、加載臂3、直線軸套2和砝碼I都為4個(gè)，其具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程與實(shí)施例1相同。本實(shí)用新型使用 曲柄機(jī)構(gòu)，將銷-盤摩擦試驗(yàn)機(jī)的單向運(yùn)動(dòng)變?yōu)槎嘞蜻\(yùn)動(dòng)，多向運(yùn)動(dòng)的摩擦充分模擬人工關(guān)節(jié)實(shí)際工作環(huán)境，從而可評(píng)價(jià)人工關(guān)節(jié)摩擦副和關(guān)節(jié)軟骨等的耐磨性能，篩選出有價(jià)值的新型人工關(guān)節(jié)材料和關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料；并且把旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，在模擬滑液(或體液)下運(yùn)動(dòng)，并容易實(shí)現(xiàn)多工位；此外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠高效地進(jìn)行磨損性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
權(quán)利要求1.一種多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:包括底座(14)、主動(dòng)曲柄￠)、從動(dòng)曲柄(9)、旋轉(zhuǎn)底盤(12)、液池(11)、盤(5)、銷(4)、加載臂(3)和砝碼(I)，所述底座(14)固定于機(jī)架(13)的底部，旋轉(zhuǎn)底盤(12)通過下方的支撐架(10)置于底座(14)上面，旋轉(zhuǎn)底盤(12)的上表面固定有圓形的液池(11)，液池(11)的數(shù)量大于I個(gè)，旋轉(zhuǎn)底盤(12)的下表面與每個(gè)液池(11)垂直對(duì)應(yīng)的位置固定有長(zhǎng)度相同的曲柄:其中一個(gè)曲柄設(shè)為主動(dòng)曲柄￠)，其余設(shè)為從動(dòng)曲柄(9);所述從動(dòng)曲柄(9)的轉(zhuǎn)軸固定于底座(14)上面，主動(dòng)曲柄(6)的轉(zhuǎn)軸穿過底座(14)和機(jī)架(13)的底部后，與變速裝置(7)相連，變速裝置(7)與電機(jī)⑶相連； 所述每個(gè)液池(11)中放置一個(gè)盤(5)，與盤(5) —一對(duì)應(yīng)的銷(4)固定于各個(gè)加載臂(3)的下端，且銷(4)與盤(5)表面相切；所有加載臂(3)按從下向上順序，先從固定在機(jī)架(13)上的直線軸套⑵中穿過，再穿出機(jī)架(13)的上表面，并且各個(gè)加載臂(3)的上端分別裝有砝碼(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述支撐架(10)為固定于底座(14)上面的滾珠摩擦支架，且靠近旋轉(zhuǎn)底盤(12)的兩側(cè)邊緣處，旋轉(zhuǎn)底盤(12)可以在支撐架(10)上面旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)底盤(12)為矩形或者圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述主動(dòng)曲柄(6)與處于旋轉(zhuǎn)底盤(12)中心的一個(gè)液池(11)垂直對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:主動(dòng)曲柄(6)和從動(dòng)曲柄(9)的長(zhǎng)度小于液池(11)的半徑。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多工位多向運(yùn)動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)，包括底座、主動(dòng)曲柄、從動(dòng)曲柄、旋轉(zhuǎn)底盤、液池、盤、銷、加載臂和砝碼，底座固定于機(jī)架的底部，并通過下方的支撐架置于底座上面，旋轉(zhuǎn)底盤的上表面固定有液池，下表面與每個(gè)液池垂直對(duì)應(yīng)的位置固定有長(zhǎng)度相同的曲柄其中一個(gè)為主動(dòng)曲柄，其余為從動(dòng)曲柄；從動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)軸固定于底座，主動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)軸與變速裝置相連，變速裝置與電機(jī)相連；每個(gè)液池中放置一個(gè)盤，與盤一一對(duì)應(yīng)的銷固定于各個(gè)加載臂的下端，且銷與盤表面相切；所有加載臂向上從固定在機(jī)架上的直線軸套中穿過并穿出機(jī)架的上表面，且各個(gè)加載臂的上端分別裝有砝碼。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠高效地進(jìn)行磨損性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/56GK203117062SQ20132002319
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者熊黨生, 胡入丹, 陳玉章, 李玲針, 王琨 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)