一種生物骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其中,底座(1)上加工有支撐座導(dǎo)軌槽(21),支撐座(2)和中心塊(3)安裝于支撐座導(dǎo)軌槽(21)上,其中底座(1)的支撐座導(dǎo)軌槽(21)的凸臺(tái)上加工有螺紋孔,支撐座(2)與中心塊(3)兩側(cè)加工有用于鎖緊固定的腰孔,在中心塊(3)進(jìn)行對(duì)中測(cè)試后,旋緊中心塊緊固螺釘(11)將中心塊(3)固定于底座(1)上,支撐座(2)通過(guò)調(diào)節(jié)直進(jìn)式電子微分頭(4),沿底座(1)的支撐座導(dǎo)軌槽(21)滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩滾軸(6)的軸線距離調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過(guò)直進(jìn)式電子微分頭調(diào)整支撐座間的相互位置,在一定范圍內(nèi)對(duì)多種小尺寸骨骼樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)都有很好的適應(yīng)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種生物骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明主要涉及一種損傷生物力學(xué)試驗(yàn)裝置,尤其涉及一種生物骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是研究生物組織材料力學(xué)性能常用的試驗(yàn)方法之一。目前生物力學(xué)領(lǐng)域大多采用豬骨、牛骨或羊骨等制備生物骨骼樣本,其樣本尺寸一般較小,尤其在厚度方面。骨骼樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很容易受到試驗(yàn)裝置本身的影響。因此,有必要開(kāi)發(fā)一種針對(duì)骨骼類(lèi)小尺寸樣本的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,為損傷生物力學(xué)研究提供更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù),促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。
[0003]骨骼類(lèi)生物硬組織的特殊性決定了三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置不同于常規(guī)金屬材料的裝置,具體體現(xiàn)在如下幾點(diǎn):
[0004]I)鑒于骨骼微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,通常需開(kāi)展大量樣本試驗(yàn),然后結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲取樣本力學(xué)參數(shù)。另外,作為生物組織試驗(yàn),對(duì)時(shí)效性要求更高,樣本獲取后應(yīng)迅速開(kāi)展試驗(yàn)。因此,骨骼樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)要求樣本的裝夾盡可能方便、快捷。
[0005]2)采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)獲得骨骼力學(xué)性能響應(yīng)后,多結(jié)合有限元模型對(duì)材料參數(shù)進(jìn)行反演,因此對(duì)試驗(yàn)的邊界條件設(shè)置要求較高。例如:需要準(zhǔn)確定位加載位置,即在樣本正中加載,兩支撐端對(duì)稱(chēng)布置。
[0006]3)不同生物骨骼尺寸差異很大,進(jìn)行三點(diǎn)彎曲的樣本尺寸也必然不盡相同。因此,因此,要求用于生物力學(xué)試驗(yàn)的三點(diǎn)彎曲裝置的兩支撐軸間距能夠根據(jù)試樣大小進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。
[0007]目前,可查的專(zhuān)門(mén)用于生物組織材料力學(xué)性能測(cè)試的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置較少。公開(kāi)號(hào)為CN 102183408A,專(zhuān)利名稱(chēng)為“活體鼠尺骨三點(diǎn)或四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)夾具”的中國(guó)專(zhuān)利利用活體鼠進(jìn)行試驗(yàn),著力點(diǎn)明確,定位精準(zhǔn),但該專(zhuān)利涉及的樣本支撐端是固定的,在試驗(yàn)過(guò)程中樣本與支撐端間為滑動(dòng)摩擦,摩擦力較大,勢(shì)必對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定影響,且該夾具裝夾定位比較麻煩,進(jìn)行大量的樣本試驗(yàn)效率不高。
[0008]公開(kāi)號(hào)為號(hào)CN 104007010A,發(fā)明名稱(chēng)為“一種水平?jīng)_擊式損傷生物力學(xué)動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置”的中國(guó)專(zhuān)利提供一種水平?jīng)_擊式損傷生物力學(xué)動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,能夠降低生物樣本支撐端摩擦等約束對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,但該專(zhuān)利主要針對(duì)大件骨骼試樣,對(duì)于尺寸很小的骨骼樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)并不適用。
[0009]公開(kāi)號(hào)為CN103760037A,發(fā)明名稱(chēng)為“一種軸承式損傷生物力學(xué)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法”的中國(guó)專(zhuān)利采用一對(duì)支撐軸和支撐軸承對(duì)生物樣本構(gòu)成支撐,降低了試驗(yàn)過(guò)程中摩擦力對(duì)生物試樣自由彎曲的約束,但試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)樣本實(shí)施對(duì)中加載主要依據(jù)目測(cè),兩支撐端及樣本擋塊移動(dòng)也相對(duì)較為繁瑣,降低了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0010]公開(kāi)號(hào)為CN105300810A,發(fā)明名稱(chēng)為“一種帶激光對(duì)中裝置的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置”的中國(guó)專(zhuān)利采用十字線激光器的光束進(jìn)行對(duì)中,減少了人為主觀因素對(duì)對(duì)中的影響,但該專(zhuān)利主要針對(duì)金屬材料疲勞斷裂試驗(yàn),對(duì)于小尺寸骨骼樣本的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)并不適用。
[0011]為了解決上述問(wèn)題,本發(fā)明設(shè)計(jì)了專(zhuān)用壓頭和樣本支撐座,壓頭為階梯狀對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),支撐座上設(shè)有易于微調(diào)的樣本擋塊,通過(guò)壓頭與支撐座的配合,可以將壓頭精準(zhǔn)地置于樣本中間正上方,大大減少了樣本裝夾時(shí)間,提高了三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)效率和精度;同時(shí)支撐座與直進(jìn)式電子微分頭連為一體,可非常簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的控制樣本支撐點(diǎn)之間的跨距;在樣本的兩支撐端采用滾軸-V型定位槽-壓片的組合結(jié)構(gòu),試驗(yàn)中滾軸會(huì)在V型槽內(nèi)隨著樣本的彎曲而轉(zhuǎn)動(dòng),保證了支撐軸對(duì)樣本的摩擦阻力盡可能小,使得測(cè)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明目的是提供一種骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,保證外力能夠?qū)颖具M(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)中加載,同時(shí)提高樣本裝卸的效率,以得到更準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,包括底座、支撐座、中心塊、直進(jìn)式電子微分頭、滾軸、V型定位槽、中心塊緊固螺釘、支撐座緊固螺釘、支撐座導(dǎo)軌槽,其特征在于:
[0014]底座上加工有支撐座導(dǎo)軌槽,支撐座和中心塊安裝于支撐座導(dǎo)軌槽上,其中底座的支撐座導(dǎo)軌槽的凸臺(tái)上加工有螺紋孔,支撐座與中心塊兩側(cè)加工有用于鎖緊固定的腰孔,在中心塊進(jìn)行對(duì)中測(cè)試后,旋緊中心塊緊固螺釘將中心塊固定于底座上,支撐座通過(guò)調(diào)節(jié)直進(jìn)式電子微分頭,沿底座的支撐座導(dǎo)軌槽滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩滾軸的軸線距離調(diào)節(jié),當(dāng)支撐座位置確定后,通過(guò)腰孔用支撐座緊固螺釘固定在底座上,在支撐座的上表面設(shè)置有光滑的V型定位槽,用于放置支撐骨骼樣本的滾軸。
[0015]由以上可知,本發(fā)明作為一種骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、本發(fā)明采用對(duì)稱(chēng)階梯狀壓頭、帶調(diào)節(jié)螺栓的T形擋塊和帶直進(jìn)式電子微分頭的支撐座相互配合,方便骨骼小尺寸樣本對(duì)中放置在兩支撐滾軸上,可以更加簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中測(cè)試力要加載在樣本支撐端正中間的要求,減少了人為主觀因素對(duì)對(duì)中的影響,提高了試驗(yàn)測(cè)量精度,使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0017]2、本發(fā)明可以根據(jù)骨骼樣本的尺寸,通過(guò)直進(jìn)式電子微分頭調(diào)整支撐座間的相互位置,在一定范圍內(nèi)對(duì)多種小尺寸骨骼樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)都有很好的適應(yīng)性。
[0018]3、直進(jìn)式電子微分頭通過(guò)緊固螺釘固定在中心塊上,旋轉(zhuǎn)其旋扭時(shí)會(huì)帶動(dòng)支撐座沿底座的導(dǎo)向槽移動(dòng),可以避免支撐座的偏移,同時(shí),直進(jìn)式電子微分頭使支撐座的相對(duì)位移得到較精確的測(cè)量,可以根據(jù)骨骼樣本的尺寸對(duì)支撐座進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
[0019]4、本發(fā)明采用滾軸-V型定位槽-壓片的三者組合結(jié)構(gòu)對(duì)樣本進(jìn)行支撐,使得試驗(yàn)過(guò)程中摩擦力對(duì)生物試樣自由彎曲的約束盡可能小,減少了試驗(yàn)過(guò)程中邊界條件對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤差影響;同時(shí),解決了試驗(yàn)過(guò)程中滾軸飛濺。
[0020]5.本發(fā)明采用T形擋塊組合裝置,可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)樣本的裝夾,提高了試驗(yàn)效率。
[0021 ] 6、本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)合理,直觀性強(qiáng),操作簡(jiǎn)單,樣本裝夾方便快捷,試驗(yàn)可重復(fù)性好。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的壓片及滾軸放大圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的正視圖
[0025]圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)撥盤(pán)裝配結(jié)構(gòu)剖面放大圖
[0026]圖5是本發(fā)明的俯視圖
[0027]圖6是本發(fā)明的直進(jìn)式電子測(cè)分頭立體圖
[0028]其中:
[0029]1、底座2、支撐座
[°03°]3、中心塊4、直進(jìn)式電子微分頭
[0031]5、壓頭6、滾軸
[0032]7、壓片8、V型定位槽
[0033]9、T形擋塊10、調(diào)節(jié)撥盤(pán)
[0034]11、中心塊緊固螺釘12、支撐座緊固螺釘
[0035]13、壓片緊固螺釘14、測(cè)量頭
[0036]15、固定套管16、固定套管緊固螺釘
[0037]17、測(cè)量頭緊固螺釘18、調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固套
[0038]19、調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固螺栓20、Τ形擋塊導(dǎo)向槽
[0039]21、支撐座導(dǎo)軌槽22、撥盤(pán)定位孔
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0041]如圖1所示,一種骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,包括底座1、支撐座2、中心塊
3、直進(jìn)式電子微分頭4、壓頭5、滾軸6、壓片7、V型定位槽8、T形擋塊9、調(diào)節(jié)撥盤(pán)10、中心塊緊固螺釘11、支撐座緊固螺釘12、壓片緊固螺釘13、測(cè)量頭14、固定套管15、固定套管緊固螺釘16、測(cè)量頭緊固螺釘17、調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固套18、調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固螺栓19、Τ形擋塊導(dǎo)向槽20、支撐座導(dǎo)軌槽21、撥盤(pán)定位孔22。其中,底座I中間設(shè)有支撐座導(dǎo)軌槽21,實(shí)現(xiàn)支撐座2直線滑動(dòng);在底座I的支撐座導(dǎo)軌槽21兩側(cè)分別設(shè)有凸臺(tái),凸臺(tái)與支撐座2的底面接觸,要求底座I的凸臺(tái)和支撐座2的底面加工成光滑平面,盡可能減少兩者之間的摩擦力。底座I固定于材料試驗(yàn)機(jī)上。
[0042]底座I上加工有支撐座導(dǎo)軌槽21,支撐座2和中心塊3安裝于支撐座導(dǎo)軌槽21上,其中底座I的支撐座導(dǎo)軌槽21的凸臺(tái)上加工有螺紋孔,支撐座2與中心塊3兩側(cè)加工有用于鎖緊固定的腰孔,在中心塊進(jìn)行對(duì)中測(cè)試后,旋緊中心塊緊固螺釘11將中心塊固定于底座上,同時(shí)根據(jù)直進(jìn)式電子微分頭4的電子顯示屏讀數(shù)調(diào)整好位置后,通過(guò)腰孔用支撐座緊固螺釘12固定在底座I上,從而保證試驗(yàn)過(guò)程中兩滾軸6的軸間距保持不變。要求支撐座2能夠沿支撐座導(dǎo)軌槽21順暢滑動(dòng)且不發(fā)生偏斜,以確保一對(duì)滾軸6平行。
[0043]在支撐座2的上表面設(shè)置有光滑的V型定位槽8,用于放置支撐骨骼樣本的滾軸6。試驗(yàn)過(guò)程中,滾軸6通過(guò)壓片7限制在V型定位槽8內(nèi)滾動(dòng),兩者間為滾動(dòng)摩擦,滾軸6的滾動(dòng)阻力較小。壓片7通過(guò)壓片緊固螺釘13固定在支撐座2上。
[0044]支撐座2可通過(guò)調(diào)節(jié)直進(jìn)式電子微分頭4沿底座I的支撐座導(dǎo)軌槽21滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩滾軸6的軸線距離調(diào)節(jié),以滿(mǎn)足骨骼樣本尺寸多樣化對(duì)試驗(yàn)裝置的要求。
[0045]直進(jìn)式電子微分頭4通過(guò)固定套管緊固螺釘16將直進(jìn)式電子微分頭4的固定套管15緊固與支撐座2上,同時(shí)將直進(jìn)式電子微分頭4的測(cè)量頭14通過(guò)測(cè)量頭緊固螺釘17緊固與中心塊3上。因測(cè)量頭14及固定套管15分別緊固在中心塊3與支撐座2上,而中心塊3與支撐座2無(wú)法相對(duì)旋轉(zhuǎn),故而選用直進(jìn)式微分頭,普通微分頭在旋進(jìn)測(cè)量時(shí)測(cè)量頭14會(huì)相對(duì)固定套管15進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0046]在每個(gè)支撐座2的上部開(kāi)有T形擋塊導(dǎo)向槽20,在T形擋塊導(dǎo)向槽20內(nèi)安裝有可通過(guò)調(diào)節(jié)撥盤(pán)10調(diào)節(jié)沿T形擋塊導(dǎo)向槽20滑動(dòng)的T形擋塊9,防止試驗(yàn)過(guò)程中骨骼樣本在其長(zhǎng)度方向上來(lái)回串動(dòng)。其中調(diào)節(jié)撥盤(pán)10通過(guò)調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固套18及調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固螺栓19安裝于支撐座2的撥盤(pán)定位孔22。
[0047]可以根據(jù)生物試樣的大小,通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)撥盤(pán)10方便快速地調(diào)節(jié)T形擋塊9的位置。其中T形擋塊9及調(diào)節(jié)撥盤(pán)10通過(guò)調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固套18與調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固螺栓19安裝于支撐座2上。
[0048]壓頭5與樣本接觸的部分是一根確定直徑的圓柱軸。
[0049]壓頭5的上面部分加工成左右對(duì)稱(chēng)的階梯狀。在安裝壓頭5時(shí),首先將壓頭最下端圓柱軸與中心塊3上的中心標(biāo)記對(duì)準(zhǔn),然后通過(guò)移動(dòng)支撐座2使得支撐座的端面同壓頭5的階梯部分緊密貼合,從而保證壓頭5上的圓柱軸的軸線與兩滾軸7平行,使兩滾軸7以圓柱軸的軸線對(duì)稱(chēng)分布。
[0050]盡管參考附圖詳細(xì)地公開(kāi)了本發(fā)明,但應(yīng)理解的是,這些描述僅僅是示例性的,并非用來(lái)限制本發(fā)明的應(yīng)用。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附加權(quán)利要求限定,并可包括在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍和精神的情況下針對(duì)發(fā)明所作的各種變型、改型及等效方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,包括底座(I)、支撐座(2)、中心塊(3)、直進(jìn)式電子微分頭(4)、滾軸(6)、V型定位槽(8)、中心塊緊固螺釘(11)、支撐座緊固螺釘(12)、支撐座導(dǎo)軌槽(21),其特征在于: 底座(I)上加工有支撐座導(dǎo)軌槽(21),支撐座(2)和中心塊(3)安裝于支撐座導(dǎo)軌槽(21)上,其中底座(I)的支撐座導(dǎo)軌槽(21)的凸臺(tái)上加工有螺紋孔,支撐座(2)與中心塊(3)兩側(cè)加工有用于鎖緊固定的腰孔,在中心塊(3)進(jìn)行對(duì)中測(cè)試后,旋緊中心塊緊固螺釘(11)將中心塊(3)固定于底座(I)上,支撐座(2)通過(guò)調(diào)節(jié)直進(jìn)式電子微分頭(4),沿底座(I)的支撐座導(dǎo)軌槽(21)滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩滾軸(6)的軸線距離調(diào)節(jié),當(dāng)支撐座(2)位置確定后,通過(guò)腰孔用支撐座緊固螺釘(12)固定在底座(I)上,在支撐座(2)的上表面設(shè)置有光滑的V型定位槽(8),用于放置支撐骨骼樣本的滾軸(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其特征在于:還包括:壓片(7)、壓片緊固螺釘(13),試驗(yàn)過(guò)程中,滾軸(6)通過(guò)壓片(7)限制在V型定位槽(8)內(nèi)滾動(dòng),壓片(7)通過(guò)壓片緊固螺釘(13)固定在支撐座(2)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其特征在于:直進(jìn)式電子微分頭(4)通過(guò)固定套管緊固螺釘(16)將直進(jìn)式電子微分頭(4)的固定套管(15)緊固與支撐座(2)上,同時(shí)將直進(jìn)式電子微分頭(4)的測(cè)量頭(14)通過(guò)測(cè)量頭緊固螺釘(17)緊固與中心塊(3)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其特征在于:還包括T形擋塊(9)和調(diào)節(jié)撥盤(pán)(10),在每個(gè)支撐座(2)的上部開(kāi)有T形擋塊導(dǎo)向槽(20),在T形擋塊導(dǎo)向槽(20)內(nèi)安裝有可通過(guò)調(diào)節(jié)撥盤(pán)(10)調(diào)節(jié)沿T形擋塊導(dǎo)向槽(20)滑動(dòng)的T形擋塊(9),防止試驗(yàn)過(guò)程中骨骼樣本在其長(zhǎng)度方向上來(lái)回串動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其特征在于:其中調(diào)節(jié)撥盤(pán)(10)通過(guò)調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固套(18)及調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固螺栓(19)安裝于支撐座(2)的撥盤(pán)定位孔(22)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其特征在于:根據(jù)生物試樣的大小,通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)撥盤(pán)(10)來(lái)調(diào)節(jié)T形擋塊(9)的位置,其中T形擋塊(9)及調(diào)節(jié)撥盤(pán)(10)通過(guò)調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固套(18)與調(diào)節(jié)撥盤(pán)緊固螺栓(19)安裝于支撐座(2)上。7.根據(jù)權(quán)利要求6述的骨骼小尺寸樣本三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置,其特征在于:壓頭(5的上面部分加工成左右對(duì)稱(chēng)的階梯狀。
【文檔編號(hào)】G01N3/04GK105891009SQ201610298642
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】官鳳嬌, 胡海峰, 譚幸運(yùn), 錢(qián)彥嶺, 葛哲學(xué), 羅旭
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)