專利名稱：牙科材料模擬磨損試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于人工牙科材料磨損試驗的模擬試驗機。它模擬在人體口腔摩擦學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境下，牙齒的咀嚼運動及其載荷、頻率、幅度等特征，從而研究人工牙科材料的耐磨性及耐磨機理，并可以通過對比試驗和變化試驗參數(shù)，綜合評定牙科材料的使用性能。
背景技術(shù)：
牙科材料作為一種特殊的功能材料，在口腔中要經(jīng)歷各種各樣的作用，譬如與各種材料的摩擦、咀嚼力的沖擊、食物漿質(zhì)以及唾液的侵蝕和腐蝕，磨損將不可避免地發(fā)生在牙科材料表面，除了它的機械力學(xué)性能、生物相容性、防腐耐蝕等性能外，其摩擦磨損特性正引起越來越多的重視。
對牙科材料摩擦磨損性能的評價通常采用臨床觀察(體內(nèi))和實驗室模擬(體外)兩類研究方法。由于臨床追蹤研究方法周期長、費用高、難以標準化，所以應(yīng)用體外模擬磨損試驗機來研究和評價牙科材料的耐磨性是一種有效手段。
很長一段時間以來，國外有關(guān)學(xué)者對專用的牙科材料模擬磨損試驗機進行了探索性研究和實踐，取得了一定進展[1]~[4]，但仍存在不少缺陷，比如運動形式單一、機構(gòu)運動原理并不符合實際，實驗結(jié)果與臨床數(shù)據(jù)相差甚遠；實驗過程不可控制、實驗效率較低；實驗參數(shù)不可調(diào)整；模擬了牙齒在咀嚼過程中所有特征，以至于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，因此很難大范圍的使用。
在國內(nèi)，目前還沒有專用的牙科材料模擬磨損試驗機，人工牙科材料的耐磨性試驗主要依靠采用現(xiàn)有的工程用摩擦磨損試驗機[5]，包括環(huán)-塊式、銷-盤式、四球式等，由于這些試驗機的運動形式，試件的受力狀態(tài)、運動速度、對磨條件等方面均不同于人體口腔的實際工況，所得實驗結(jié)果往往與臨床結(jié)論沒有很好的一致性。因此急需一種結(jié)構(gòu)既簡單，又能最大限度的模擬牙齒運動的磨損試驗機，用于牙科材料的磨損性能評估。
參考文獻[1]Cornell J A，Jordan J S，Ellis S & Rose E E.A Method of comparing the wearresistance of various materials used for artificial teeth.J Am Dent Assoc，1957，Vol.54608-614[2].Harrison A & Lewis T T.The development of an abrasion testing machine for dentalmaterials.Biomed Mater Res，1975，Vol.9341-353[3].Leinfelder K F，Beaudreau R W & Mazer R B.An in vitro device for predictingclinical wear Quint Int，1989，Vol.20755-761[4].Willems G，Celis J P，Lambrechts P，Braem M，Roos J R & Vanherle G.In vitrovibrational wear under small displacements of dental materials opposed toannealed chromium-steel counterbodi es，1992，Vol.8338-344[5].鄭靖，周仲榮，于海洋等.口腔環(huán)境因素對樹脂牙摩擦學(xué)特性的影響.摩擦學(xué)學(xué)報.2003.23(6)504~508。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可同時進行多組材料實驗的牙科材料模擬磨損試驗機，它可以模擬咀嚼運動所產(chǎn)生的摩擦、磨損，以及食物、唾液口腔介質(zhì)的腐蝕過程。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是牙科材料模擬磨損試驗機，其特征在于它包括旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)、主軸8、內(nèi)容器18、機體21、上試件連接桿、上試件夾22、下試件夾23，主軸8的上端與旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)相連，旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)固定在機體21上，主軸8的下端部設(shè)有2-20個上試件連接桿，每個上試件連接桿上設(shè)有上試件夾22，內(nèi)容器18內(nèi)設(shè)有與上試件夾個數(shù)相同的下試件夾23，上試件夾22位于下試件夾23的上方，上試件夾22和下試件夾23位于內(nèi)容器18內(nèi)；使用時，下試件1固定在下試件夾23上，上試件2固定在上試件夾22上。
所述的旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)包括控制電機5、第一連接軸6、主動圓盤7、曲柄9、第二連接軸10、控制軸11、從動圓盤12、螺母13、皮帶14、驅(qū)動電機15、套筒16和連接頭17，控制電機5與機體21固定連接，控制電機5的輸出軸上設(shè)有主動圓盤7，主動圓盤7由第一連接軸6與曲柄9的一端相連，曲柄9的另一端由第二連接軸10與從動圓盤12相連，控制軸11的下部設(shè)有外螺紋，控制軸11的下部穿過套筒16并旋在螺母13上，控制軸11的上端部與從動圓盤12固定連接，螺母13固定在套筒16內(nèi)，螺母13的下端面固定有U形的連接頭17，連接頭17的下端面與主軸8的上端固定連接；驅(qū)動電機15與機體21固定連接，驅(qū)動電機15的輸出軸上設(shè)有皮帶輪，皮帶輪由皮帶14與套筒16相連。
所述的上試件連接桿主要由豎連桿3、橫連桿4組成，橫連桿4的一端與主軸8的下端部固定連接，橫連桿4的另一端與豎連桿3的上端固定連接，豎連桿3的下端與上試件夾22固定連接。
所述的內(nèi)容器18位于外容器19內(nèi)，外容器19與機體21固定連接，內(nèi)容器18與外容器19之間設(shè)有彈簧20。
本發(fā)明采用主軸8的上端與旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)(可以有許多形式，圖2是一個實例)相連，旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)給主軸8提供旋轉(zhuǎn)與垂直運動，主軸8帶動上試件2作旋轉(zhuǎn)與垂直運動；將上試件、下試件分別加工成帶圓角的長方體和圓環(huán)狀平面(具體實施時可以調(diào)整)，上試件2與下試件1分別代表上下牙齒，見圖1；上試件2與下試件1相接觸或相脫離(通過垂直運動)，上試件2在下試件1上旋轉(zhuǎn)(通過運動)，它可以模擬咀嚼運動所產(chǎn)生的摩擦、磨損，包括上下牙齒切割、碾壓食物的過程，上下牙齒的接觸、沖擊和對磨過程；從而既模擬了牙齒碾壓食物的過程，又模擬了上下牙齒的研磨過程，上試件、下試件接觸時保持一定進給量，同時在試件運動過程中，通過連接到主軸上的旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)施加動態(tài)負荷來模擬牙齒的咀嚼力。本發(fā)明采用上試件夾22和下試件夾23位于內(nèi)容器18內(nèi)；內(nèi)容器18內(nèi)可盛裝食物、唾液口腔介質(zhì)(可采用唾液，人工唾液，水以及其它液體)，上試件2與下試件1位于食物、唾液口腔介質(zhì)中，本發(fā)明可以模擬食物、唾液口腔介質(zhì)的腐蝕過程。
本發(fā)明的有益效果是通過對口腔生理運動及受力特征的模擬，進行牙科材料模擬磨損試驗。與現(xiàn)有的其它磨損實驗機相比，本試驗機更接近于口腔實際工況、可實現(xiàn)多種對比實驗、精度更高，同時具有結(jié)構(gòu)簡單，試驗費用低、實驗周期短等特點。它既可以用于牙科材料及摩擦副的篩選，也可用于口腔摩擦學(xué)機理的基礎(chǔ)研究。
本發(fā)明與國外同類裝置比較具有結(jié)構(gòu)簡單、可同時進行多組材料實驗，實驗效率高，費用低等的優(yōu)點；與國內(nèi)同類“裝置”比較具有模擬載荷更接近牙齒的實際咀嚼狀況，結(jié)構(gòu)簡單、可同時進行多組材料，實驗精度高等的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的運動原理2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意3是圖2的A向視中1-下試件，2-上試件，3-豎連桿，4-橫連桿，5-控制電機，6-第一連接軸，7-主動圓盤，8-主軸，9-曲柄，10-第二連接軸，11-控制軸，12-從動圓盤，13-螺母，14-皮帶，15-驅(qū)動電機，16-套筒，17-連接頭，18-內(nèi)容器，19-外容器，20-彈簧，21-機體，22-上試件夾，23-下試件夾。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖1、圖2、圖3所示，牙科材料模擬磨損試驗機，它包括旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)、主軸8、內(nèi)容器18、機體21、上試件連接桿、上試件夾22、下試件夾23，主軸8的上端與旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)相連，旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)固定在機體21上，主軸8的下端部設(shè)有2-20個上試件連接桿，每個上試件連接桿上設(shè)有上試件夾22，內(nèi)容器18內(nèi)設(shè)有與上試件夾個數(shù)相同的下試件夾23，上試件夾22位于下試件夾23的上方，上試件夾22和下試件夾23位于內(nèi)容器18內(nèi)；使用時，下試件1固定在下試件夾23上，上試件2固定在上試件夾22上。
所述的旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)包括控制電機5、第一連接軸6、主動圓盤7、曲柄9、第二連接軸10、控制軸11、從動圓盤12、螺母13、皮帶14、驅(qū)動電機15、套筒16和連接頭17，控制電機5與機體21固定連接，控制電機5的輸出軸上設(shè)有主動圓盤7，主動圓盤7由第一連接軸6與曲柄9的一端相連，曲柄9的另一端由第二連接軸10與從動圓盤12相連，控制軸11的下部設(shè)有外螺紋，控制軸11的下部穿過套筒16并旋在螺母13上，控制軸11的上端部與從動圓盤12固定連接，螺母13固定在套筒16內(nèi)，螺母13的下端面固定有U形的連接頭17，連接頭17的下端面與主軸8的上端固定連接；驅(qū)動電機15與機體21固定連接，驅(qū)動電機15的輸出軸上設(shè)有皮帶輪，皮帶輪由皮帶14與套筒16相連。
所述的上試件連接桿主要由豎連桿3、橫連桿4組成，橫連桿4的一端與主軸8的下端部固定連接，橫連桿4的另一端與豎連桿3的上端固定連接，豎連桿3的下端與上試件夾22固定連接。
所述的內(nèi)容器18位于外容器19內(nèi)，外容器19與機體21固定連接，內(nèi)容器18與外容器19之間設(shè)有彈簧20。
圖1是摩擦副(上試件2與下試件1)的運動和負荷的基本原理示意圖。為模擬人體咀嚼時的牙齒運動，上試件代表下頜齒作進給咬合運動，為實現(xiàn)牙齒的碾磨，上試件同時做旋轉(zhuǎn)運動，下試件代表上頜齒靜止不動。動態(tài)或靜態(tài)負荷通過試件或借助于模擬食物介質(zhì)作用在摩擦副間的承載面上。
本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上設(shè)計有多組工位(2-20個上試件夾22，2-20個下試件夾23)，既可以進行多樣本的一對一的磨損實驗，也可以同時進行相同試驗條件下的多樣本的對比磨損試驗。根據(jù)上下試件是否為一對一，可將磨損實驗分為兩大類一類是上下試件的配對始終不變，每個工位上的摩擦副是一對一的，可用于考察不同材料間配對時的磨損特性；另一類是多樣本的上試件依次與設(shè)定的下試件配對，不同樣本試件面對的是相同的試驗環(huán)境，此類試驗可用于考察不同樣本材料在相同對磨物材料條件下的磨損特性。在不同的實驗方法下，試件繞主軸的運動和上下進給運動，都可以通過調(diào)整電機轉(zhuǎn)速而變化。
圖2中，驅(qū)動電機15通過皮帶14帶動套筒16旋轉(zhuǎn)，螺母13固定在套筒16內(nèi)，連接頭17的下端面與主軸8的上端固定連接，實現(xiàn)主軸與驅(qū)動電機的同步旋轉(zhuǎn)；同時，控制電機5帶動主動圓盤7旋轉(zhuǎn)，利用曲柄連桿的運動原理，實現(xiàn)從動圓盤12的往復(fù)旋轉(zhuǎn)，以及控制軸11的往復(fù)旋轉(zhuǎn)，再通過控制軸上的螺桿與螺母13旋合，從而將控制軸的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為連接頭及主軸的往復(fù)直線運動。只要統(tǒng)一、精確控制系統(tǒng)中二部電機的轉(zhuǎn)速，就能夠保證旋轉(zhuǎn)運動和直線運動之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，即上試件在旋轉(zhuǎn)過程中恰好能夠“接觸”到下試件；由于垂直運動的行程量和產(chǎn)生的力矩很小，驅(qū)動電機15由皮帶14帶動套筒16的旋轉(zhuǎn)運動與垂直運動相互之間的影響不大。圖2中加裝了彈簧來實現(xiàn)試驗中交變載荷的加載，也可采用機械、氣動或伺服液壓的加載方式，使負荷平穩(wěn)和準確。
根據(jù)口腔的生理學(xué)特點，在實例中取人體咀嚼的平均頻率1Hz作為試驗機的循環(huán)頻率，取正弦交變載荷作為試驗機的動態(tài)負荷。試件的垂直進給量設(shè)定為0mm~20mm，正弦半波交變載荷設(shè)定在30N~300N之間。
權(quán)利要求
1.牙科材料模擬磨損試驗機，其特征在于它包括旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)、主軸(8)、內(nèi)容器(18)、機體(21)、上試件連接桿、上試件夾(22)、下試件夾(23)，主軸(8)的上端與旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)相連，旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)固定在機體(21)上，主軸(8)的下端部設(shè)有2-20個上試件連接桿，每個上試件連接桿上設(shè)有上試件夾(22)，內(nèi)容器(18)內(nèi)設(shè)有與上試件夾個數(shù)相同的下試件夾(23)，上試件夾(22)位于下試件夾(23)的上方，上試件夾(22)和下試件夾(23)位于內(nèi)容器(18)內(nèi)；使用時，下試件(1)固定在下試件夾(23)上，上試件(2)固定在上試件夾(22)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科材料模擬磨損試驗機，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)包括控制電機(5)、第一連接軸(6)、主動圓盤(7)、曲柄(9)、第二連接軸(10)、控制軸(11)、從動圓盤(12)、螺母(13)、皮帶(14)、驅(qū)動電機(15)、套筒(16)和連接頭(17)，控制電機(5)與機體(21)固定連接，控制電機(5)的輸出軸上設(shè)有主動圓盤(7)，主動圓盤(7)由第一連接軸(6)與曲柄(9)的一端相連，曲柄(9)的另一端由第二連接軸(10)與從動圓盤(12)相連，控制軸(11)的下部設(shè)有外螺紋，控制軸(11)的下部穿過套筒(16)并旋在螺母(13)上，控制軸(11)的上端部與從動圓盤(12)固定連接，螺母(13)固定在套筒(16)內(nèi)，螺母(13)的下端面固定有U形的連接頭(17)，連接頭(17)的下端面與主軸(8)的上端固定連接；驅(qū)動電機(15)與機體(21)固定連接，驅(qū)動電機(15)的輸出軸上設(shè)有皮帶輪，皮帶輪由皮帶(14)與套筒(16)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科材料模擬磨損試驗機，其特征在于所述的上試件連接桿主要由豎連桿(3)、橫連桿(4)組成，橫連桿(4)的一端與主軸(8)的下端部固定連接，橫連桿(4)的另一端與豎連桿(3)的上端固定連接，豎連桿3的下端與上試件夾22固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科材料模擬磨損試驗機，其特征在于所述的內(nèi)容器(18)位于外容器(19)內(nèi)，外容器(19)與機體(21)固定連接，內(nèi)容器(18)與外容器(19)之間設(shè)有彈簧(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于人工牙科材料磨損試驗的模擬試驗機。牙科材料模擬磨損試驗機，其特征在于它包括旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)、主軸(8)、內(nèi)容器(18)、機體(21)、上試件連接桿、上試件夾(22)、下試件夾(23)，主軸(8)的上端與旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)相連，旋轉(zhuǎn)垂直運動機構(gòu)固定在機體(21)上，主軸(8)的下端部設(shè)有2－20個上試件連接桿，每個上試件連接桿上設(shè)有上試件夾(22)，內(nèi)容器(18)內(nèi)設(shè)有與上試件夾個數(shù)相同的下試件夾(23)，上試件夾(22)位于下試件夾(23)的上方，上試件夾(22)和下試件夾(23)位于內(nèi)容器(18)內(nèi)；使用時，下試件(1)固定在下試件夾(23)上，上試件(2)固定在上試件夾(22)上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、可同時進行多組材料實驗。
文檔編號G01N17/00GK1834613SQ20061001876
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者嚴新平, 周新聰, 辜勇, 李愛農(nóng), 呂植勇, 熊菲, 劉劍鋒 申請人:武漢理工大學(xué)