一種生物骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置，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)進行對中測試后，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)通過調(diào)節(jié)直進式電子微分頭(4)，沿底座(1)的支撐座導(dǎo)軌槽(21)滑動來實現(xiàn)兩滾軸(6)的軸線距離調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過直進式電子微分頭調(diào)整支撐座間的相互位置，在一定范圍內(nèi)對多種小尺寸骨骼樣本三點彎曲試驗都有很好的適應(yīng)性。
【專利說明】
一種生物骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明主要涉及一種損傷生物力學(xué)試驗裝置，尤其涉及一種生物骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]三點彎曲試驗是研究生物組織材料力學(xué)性能常用的試驗方法之一。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。骨骼樣本三點彎曲試驗數(shù)據(jù)的準確性很容易受到試驗裝置本身的影響。因此，有必要開發(fā)一種針對骨骼類小尺寸樣本的三點彎曲試驗裝置，為損傷生物力學(xué)研究提供更為準確的試驗數(shù)據(jù)，促進該領(lǐng)域的發(fā)展。
[0003]骨骼類生物硬組織的特殊性決定了三點彎曲試驗裝置不同于常規(guī)金屬材料的裝置，具體體現(xiàn)在如下幾點:
[0004]I)鑒于骨骼微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，通常需開展大量樣本試驗，然后結(jié)合統(tǒng)計學(xué)方法獲取樣本力學(xué)參數(shù)。另外，作為生物組織試驗，對時效性要求更高，樣本獲取后應(yīng)迅速開展試驗。因此，骨骼樣本三點彎曲試驗要求樣本的裝夾盡可能方便、快捷。
[0005]2)采用三點彎曲試驗獲得骨骼力學(xué)性能響應(yīng)后，多結(jié)合有限元模型對材料參數(shù)進行反演，因此對試驗的邊界條件設(shè)置要求較高。例如:需要準確定位加載位置，即在樣本正中加載，兩支撐端對稱布置。
[0006]3)不同生物骨骼尺寸差異很大，進行三點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)試驗的三點彎曲裝置的兩支撐軸間距能夠根據(jù)試樣大小進行準確調(diào)節(jié)。
[0007]目前，可查的專門用于生物組織材料力學(xué)性能測試的三點彎曲試驗的試驗裝置較少。公開號為CN 102183408A，專利名稱為“活體鼠尺骨三點或四點彎曲疲勞試驗夾具”的中國專利利用活體鼠進行試驗，著力點明確，定位精準，但該專利涉及的樣本支撐端是固定的，在試驗過程中樣本與支撐端間為滑動摩擦，摩擦力較大，勢必對試驗結(jié)果的準確性有一定影響，且該夾具裝夾定位比較麻煩，進行大量的樣本試驗效率不高。
[0008]公開號為號CN 104007010A，發(fā)明名稱為“一種水平?jīng)_擊式損傷生物力學(xué)動態(tài)三點彎曲試驗裝置”的中國專利提供一種水平?jīng)_擊式損傷生物力學(xué)動態(tài)三點彎曲試驗裝置，能夠降低生物樣本支撐端摩擦等約束對試驗結(jié)果的影響，但該專利主要針對大件骨骼試樣，對于尺寸很小的骨骼樣本三點彎曲試驗并不適用。
[0009]公開號為CN103760037A，發(fā)明名稱為“一種軸承式損傷生物力學(xué)三點彎曲試驗裝置和試驗方法”的中國專利采用一對支撐軸和支撐軸承對生物樣本構(gòu)成支撐，降低了試驗過程中摩擦力對生物試樣自由彎曲的約束，但試驗過程中對樣本實施對中加載主要依據(jù)目測，兩支撐端及樣本擋塊移動也相對較為繁瑣，降低了測試結(jié)果的準確性和可靠性。
[0010]公開號為CN105300810A，發(fā)明名稱為“一種帶激光對中裝置的三點彎曲試驗裝置”的中國專利采用十字線激光器的光束進行對中，減少了人為主觀因素對對中的影響，但該專利主要針對金屬材料疲勞斷裂試驗，對于小尺寸骨骼樣本的三點彎曲試驗并不適用。
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計了專用壓頭和樣本支撐座，壓頭為階梯狀對稱結(jié)構(gòu)，支撐座上設(shè)有易于微調(diào)的樣本擋塊，通過壓頭與支撐座的配合，可以將壓頭精準地置于樣本中間正上方，大大減少了樣本裝夾時間，提高了三點彎曲試驗效率和精度；同時支撐座與直進式電子微分頭連為一體，可非常簡便準確的控制樣本支撐點之間的跨距;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)，試驗中滾軸會在V型槽內(nèi)隨著樣本的彎曲而轉(zhuǎn)動，保證了支撐軸對樣本的摩擦阻力盡可能小，使得測量的試驗數(shù)據(jù)更加準確可靠。

【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彎曲試驗裝置，保證外力能夠?qū)颖具M行精準對中加載，同時提高樣本裝卸的效率，以得到更準確的試驗數(shù)據(jù)。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置，包括底座、支撐座、中心塊、直進式電子微分頭、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，在中心塊進行對中測試后，旋緊中心塊緊固螺釘將中心塊固定于底座上，支撐座通過調(diào)節(jié)直進式電子微分頭，沿底座的支撐座導(dǎo)軌槽滑動來實現(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彎曲試驗裝置，有如下優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)明采用對稱階梯狀壓頭、帶調(diào)節(jié)螺栓的T形擋塊和帶直進式電子微分頭的支撐座相互配合，方便骨骼小尺寸樣本對中放置在兩支撐滾軸上，可以更加簡便準確的實現(xiàn)三點彎曲試驗中測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對中的影響，提高了試驗測量精度，使試驗結(jié)果更加準確。
[0017]2、本發(fā)明可以根據(jù)骨骼樣本的尺寸，通過直進式電子微分頭調(diào)整支撐座間的相互位置，在一定范圍內(nèi)對多種小尺寸骨骼樣本三點彎曲試驗都有很好的適應(yīng)性。
[0018]3、直進式電子微分頭通過緊固螺釘固定在中心塊上，旋轉(zhuǎn)其旋扭時會帶動支撐座沿底座的導(dǎo)向槽移動，可以避免支撐座的偏移，同時，直進式電子微分頭使支撐座的相對位移得到較精確的測量，可以根據(jù)骨骼樣本的尺寸對支撐座進行精確調(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)對樣本進行支撐，使得試驗過程中摩擦力對生物試樣自由彎曲的約束盡可能小，減少了試驗過程中邊界條件對測量結(jié)果的誤差影響；同時，解決了試驗過程中滾軸飛濺。
[0020]5.本發(fā)明采用T形擋塊組合裝置，可以方便快捷的實現(xiàn)樣本的裝夾，提高了試驗效率。
[0021 ] 6、本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)合理，直觀性強，操作簡單，樣本裝夾方便快捷，試驗可重復(fù)性好。
【附圖說明】
[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)明的直進式電子測分頭立體圖
[0028]其中:
[0029]1、底座2、支撐座
[°03°]3、中心塊4、直進式電子微分頭
[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
[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、測量頭
[0036]15、固定套管16、固定套管緊固螺釘
[0037]17、測量頭緊固螺釘18、調(diào)節(jié)撥盤緊固套
[0038]19、調(diào)節(jié)撥盤緊固螺栓20、Τ形擋塊導(dǎo)向槽
[0039]21、支撐座導(dǎo)軌槽22、撥盤定位孔
【具體實施方式】
[0040]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置作進一步詳細的描述。
[0041]如圖1所示，一種骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置，包括底座1、支撐座2、中心塊
3、直進式電子微分頭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、測量頭14、固定套管15、固定套管緊固螺釘16、測量頭緊固螺釘17、調(diào)節(jié)撥盤緊固套18、調(diào)節(jié)撥盤緊固螺栓19、Τ形擋塊導(dǎo)向槽20、支撐座導(dǎo)軌槽21、撥盤定位孔22。其中，底座I中間設(shè)有支撐座導(dǎo)軌槽21，實現(xiàn)支撐座2直線滑動；在底座I的支撐座導(dǎo)軌槽21兩側(cè)分別設(shè)有凸臺，凸臺與支撐座2的底面接觸，要求底座I的凸臺和支撐座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固定于材料試驗機上。
[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，在中心塊進行對中測試后，旋緊中心塊緊固螺釘11將中心塊固定于底座上，同時根據(jù)直進式電子微分頭4的電子顯示屏讀數(shù)調(diào)整好位置后，通過腰孔用支撐座緊固螺釘12固定在底座I上，從而保證試驗過程中兩滾軸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順暢滑動且不發(fā)生偏斜，以確保一對滾軸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。試驗過程中，滾軸6通過壓片7限制在V型定位槽8內(nèi)滾動，兩者間為滾動摩擦，滾軸6的滾動阻力較小。壓片7通過壓片緊固螺釘13固定在支撐座2上。
[0044]支撐座2可通過調(diào)節(jié)直進式電子微分頭4沿底座I的支撐座導(dǎo)軌槽21滑動來實現(xiàn)兩滾軸6的軸線距離調(diào)節(jié)，以滿足骨骼樣本尺寸多樣化對試驗裝置的要求。
[0045]直進式電子微分頭4通過固定套管緊固螺釘16將直進式電子微分頭4的固定套管15緊固與支撐座2上，同時將直進式電子微分頭4的測量頭14通過測量頭緊固螺釘17緊固與中心塊3上。因測量頭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無法相對旋轉(zhuǎn)，故而選用直進式微分頭，普通微分頭在旋進測量時測量頭14會相對固定套管15進行旋轉(zhuǎn)。
[0046]在每個支撐座2的上部開有T形擋塊導(dǎo)向槽20，在T形擋塊導(dǎo)向槽20內(nèi)安裝有可通過調(diào)節(jié)撥盤10調(diào)節(jié)沿T形擋塊導(dǎo)向槽20滑動的T形擋塊9，防止試驗過程中骨骼樣本在其長度方向上來回串動。其中調(diào)節(jié)撥盤10通過調(diào)節(jié)撥盤緊固套18及調(diào)節(jié)撥盤緊固螺栓19安裝于支撐座2的撥盤定位孔22。
[0047]可以根據(jù)生物試樣的大小，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)撥盤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10通過調(diào)節(jié)撥盤緊固套18與調(diào)節(jié)撥盤緊固螺栓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稱的階梯狀。在安裝壓頭5時，首先將壓頭最下端圓柱軸與中心塊3上的中心標記對準，然后通過移動支撐座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以圓柱軸的軸線對稱分布。
[0050]盡管參考附圖詳細地公開了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，這些描述僅僅是示例性的，并非用來限制本發(fā)明的應(yīng)用。本發(fā)明的保護范圍由附加權(quán)利要求限定，并可包括在不脫離本發(fā)明保護范圍和精神的情況下針對發(fā)明所作的各種變型、改型及等效方案。
【主權(quán)項】
1.一種骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置，包括底座(I)、支撐座(2)、中心塊(3)、直進式電子微分頭(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)進行對中測試后，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)通過調(diào)節(jié)直進式電子微分頭(4)，沿底座(I)的支撐座導(dǎo)軌槽(21)滑動來實現(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彎曲試驗裝置，其特征在于:還包括:壓片(7)、壓片緊固螺釘(13)，試驗過程中，滾軸(6)通過壓片(7)限制在V型定位槽(8)內(nèi)滾動，壓片(7)通過壓片緊固螺釘(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彎曲試驗裝置，其特征在于:直進式電子微分頭(4)通過固定套管緊固螺釘(16)將直進式電子微分頭(4)的固定套管(15)緊固與支撐座(2)上，同時將直進式電子微分頭(4)的測量頭(14)通過測量頭緊固螺釘(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彎曲試驗裝置，其特征在于:還包括T形擋塊(9)和調(diào)節(jié)撥盤(10)，在每個支撐座(2)的上部開有T形擋塊導(dǎo)向槽(20)，在T形擋塊導(dǎo)向槽(20)內(nèi)安裝有可通過調(diào)節(jié)撥盤(10)調(diào)節(jié)沿T形擋塊導(dǎo)向槽(20)滑動的T形擋塊(9)，防止試驗過程中骨骼樣本在其長度方向上來回串動。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置，其特征在于:其中調(diào)節(jié)撥盤(10)通過調(diào)節(jié)撥盤緊固套(18)及調(diào)節(jié)撥盤緊固螺栓(19)安裝于支撐座(2)的撥盤定位孔(22)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨骼小尺寸樣本三點彎曲試驗裝置，其特征在于:根據(jù)生物試樣的大小，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)撥盤(10)來調(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(10)通過調(diào)節(jié)撥盤緊固套(18)與調(diào)節(jié)撥盤緊固螺栓(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彎曲試驗裝置，其特征在于:壓頭(5的上面部分加工成左右對稱的階梯狀。
【文檔編號】G01N3/04GK105891009SQ201610298642
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】官鳳嬌, 胡海峰, 譚幸運, 錢彥嶺, 葛哲學(xué), 羅旭
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)