专利名称：一种正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及正畸弓丝托槽摩擦磨损研究领域，更具体地说，特别涉及一种正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置，适用于干燥环境和人工唾液环境中弓丝与托槽摩擦磨损性能的研究。
背景技术：
畸齿矫正是牙科的一个分支，它用于矫正位置不当的牙齿与下颚。随着社会的发展和进步，人们之间的交流和交往日益广泛，口齿的美观和健康不仅影响人的语言、咀嚼等基本的口腔功能，而且在很大程度上影响其社交和个体的身心成长。因此，对畸齿的矫正也越来越受到人们的重视。在正畸治疗中，用于畸齿矫正的弓丝与托槽的摩擦磨损性能始终是一个研究的重点，其目的是为了通过改进弓丝和托槽的结构、材料以及表面处理工艺等方法来尽可能地减少这个系统的滑动阻力，进而有效的缩短治疗时间，减小超限应力对牙周的损害并提高治疗效果。因此，准确测量不同状态下弓丝和托槽间的滑动阻力，研究不同的正畸弓丝托槽的摩擦磨性能，可以为改善弓丝和托槽的设计提供依据，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置，它能够模拟弓丝和托槽工作的口腔唾液环境，实现弓丝托槽的低速相对往复摩擦运动，并且能够设定摩擦的参数。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。一种正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，包括人工唾液环境模拟子装置和弓丝托槽摩擦磨损测试子装置；所述人工唾液环境模拟子装置包含恒温水浴锅、烧瓶、定量蠕动泵、溶液滴加机构、红外测温仪以及废液收集槽，以上各组成部分通过硅胶管依次连接并形成通路；所述弓丝托槽摩擦磨损测试子装置包含三维位移台、精密电控平移台，力传感器，传感器夹持机构，托槽及托槽夹持机构，弓丝及弓丝夹持机构；力传感器安装在传感器夹持机构上，传感器夹持机构安装在三维位移台上；弓丝夹持机构安装在精密电控平移台上；通过三维位移台的三个调节旋钮将弓丝放入托槽的槽沟中；精密电控平移台带动弓丝作直线往复运动；传感器夹持机构和托槽夹持机构共同调节弓丝和托槽之间的夹角；通过力传感器检测弓丝和托槽之间的压力和摩擦力；溶液滴加机构流出的溶液通过与硅胶管相连的滴管流到托槽中.本发明的进一步改进和特点在于所述托槽夹持机构包含环境模拟槽、托槽固定块、引流板；溶液滴加机构流出的溶液不断滴入环境模拟槽和引流板形成的空间中并不断沿引流板溢出。所述传感器夹持机构和托槽夹持机构均为角度可调夹持机构；传感器夹持机构中的传感器夹具可以绕转轴转动；所述托槽夹持机构中的环境模拟槽底部为圆柱结构，托槽夹持机构通过该结构固定在传感器端部的圆孔中，可以在圆孔中自由旋转。所述弓丝托槽摩擦磨损测试子装置还包括两套角度刻度盘和指针，第一指针安装于传感器夹持机构上，与第一角度刻度盘一起用于显示托槽槽沟侧壁与弓丝侧壁之间的夹角；第二指针安装于托槽夹持机构上，与第二角度刻度盘一起用于显示托槽槽沟与弓丝之间的夹角。所述カ传感器包含压カ测试应变梁和摩擦力测试应变梁以及贴在这两段梁上的应变片，压カ测试应变梁和摩擦力测试应变梁均为双臂结构。所述弓丝夹持机构中的两个弓丝固定块上有与弓丝等宽的定位槽沟，所述两个弓丝固定块与弓丝连接的每个固定端的压板各有两块。所述弓丝夹持机构中有预紧螺钉，可以带动弓丝固定块沿导向定位板滑动，实现对弓丝的预紧，预紧程度由定位螺钉控制。所述精密电控平移台在电机控制箱的控制下可以带动弓丝相对于托槽做速度为
3-10mm/min的低速直线往复运动。所述溶液滴加机构中的滴管与定量蠕动泵之间有过滤器；环境模拟槽的两端的引流板下方有废液收集槽。本发明的正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置具有以下有益效果(I)能够形成连续稳定的恒温人工唾液环境。由恒温水浴锅将烧杯中配制的人工唾液加热到所需的温度并保持恒温；加热后的人工唾液被定量蠕动泵以一定的流速抽取出来，经过过滤器过滤后由滴管滴加到环境模拟槽中，在环境模拟槽内形成一种连续稳定的恒温人工唾液环境；从环境模拟槽中溢出的溶液经引流板进入废液收集槽中。(2)三维位移台通过上下移动可以调节正畸弓丝托槽摩擦学系统之间的正压カ； 精密电控平移台在电机控制箱的控制下可以调节弓丝相对托槽的滑动速度和往复运动的频率。(3)传感器夹具绕转轴旋转可以调节托槽槽沟侧壁与弓丝侧壁间的夹角；托槽夹持机构在传感器摩擦力测试应变梁端部的圆孔中转动可以调节托槽槽沟与弓丝之间的夹角。
图I为本发明正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置的结构示意图。图2为人工唾液环境模拟子装置的结构示意图。图3为弓丝托槽摩擦磨损测试子装置主要结构的示意图。图4为图3的局部结构示意图。图5为精密电控平移台的结构示意图。图6为弓丝夹持机构的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进ー步详细说明。结合图I、图2、图3，參照图4，本发明实施的正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置由人工唾液环境模拟子装置和弓丝托槽摩擦磨损测试子装置组成。具体来说，人工唾液环境模拟子装置包含恒温水浴锅I、烧瓶2、定量蠕动泵4、溶液滴加机构5、红外测温仪20以及废液收集槽15，以上各组成部分通过硅胶管3连接并形成通路；弓丝托槽摩擦磨损测试子装置包含实验台6，三维位移台9、精密电控平移台7，力传感器11，传感器夹持机构12，托槽 19及托槽夹持机构10，弓丝18及弓丝夹持机构8、电机控制箱13、数据采集卡14以及角度刻度盘16和17 ；如图4所示托槽夹持机构10包含环境模拟槽1001、托槽固定块1002、引流板 1003和第二指针1004。在人工唾液环境模拟子装置中，烧瓶2中配置好的人工唾液溶液在恒温水浴锅I 中经过充分加热，到达设定温度，过程中保持水浴锅中的液面高出烧瓶底部8-lOcm，以保证溶液受热充分均匀。加热后的溶液经硅胶管3被定量蠕动泵4从烧瓶2中以一定的流速抽取出来，经过过滤器502过滤后由滴管501滴加到环境模拟槽1001中。溶液不断滴入环境模拟槽1001和引流板1003形成的空间中并不断沿引流板1003溢出，形成了一种连续稳定的恒温人工唾液环境。模拟环境的具体温度由红外测温仪20测得，溢出后的溶液最后流入废液收集槽15中。在弓丝托槽摩擦磨损测试子装置中，三维位移台9和精密电控平移台7固定在实验台6上。传感器夹持机构12和第一角度刻度盘16固定在三维位移台9中可以上下移动的滑块上。传感器11的压力测试应变梁1101 —端由两个螺钉固定在传感器夹具1201上， 摩擦力测试应变梁1102 —端通过圆孔和销钉与托槽夹持机构10连接来固定托槽19。通过三维位移台9的3个调节旋钮可以调整托槽19相对于弓丝18的位置，将弓丝18放入托槽 19的槽沟中；三维位移台9的上下移动还可以调节托槽19和弓丝18之间的正压力。弓丝夹持机构8通过螺钉固定在精密电控平移台7上。精密电控平移台7在电机控制箱13的控制下做直线往复运动，进而带动固定在弓丝夹持机构8上的弓丝18相对于托槽19做摩擦运动。参照图4，传感器夹具1201可以绕转轴1202旋转，进而通过传感器11和托槽夹持机构10带动托槽19转动，第一指针1204固定在传感器夹具1201上，手动转动传感器夹具1201来调节托槽19槽沟侧壁与弓丝侧壁之间的夹角，并通过第一指针1204和第一角度刻度盘16显示该夹角。环境模拟槽1001的底部为圆柱结构，可以在传感器11端部的圆孔中转动，手动转动环境模拟槽1001来调节托槽19槽沟与弓丝之间的夹角，并通过第二指针 1004和第二角度刻度盘17显示该夹角。上述两个夹角都是根据在畸齿矫正时，弓丝18和托槽19之间所需的夹角进行调节。托槽19的固定方法如下首先将托槽固定块1002放入环境模拟槽1001中，用螺钉固定好，然后将托槽19用结扎钢丝固定在弓丝18上，将弓丝18安装到弓丝夹持机构8 上之后，在托槽19的底部和托槽固定块1002的上表面涂上光固化溶胶，通过调节三维位移台9的三个调节旋钮将两者对正后粘合在一起，最后用紫光灯将溶胶固化，完成托槽19的固定。这样可以保证加载正压力时托槽19的槽沟与弓丝18的方向一致。参照图5，精密电控平移台7包含电机701、底座702、联轴器703、螺杆支架704、 螺杆705、直线导轨706，和移动平台707。电机701在电机控制箱13的控制下通过联轴器 703带动螺杆支架704中的螺杆705转动。螺杆705与移动平台707的螺纹孔相连，通过螺杆705的转动可以带动整个移动平台707沿直线导轨706做直线往复运动。參照图6，弓丝夹持机构8包含弓丝固定块801和809、压板802、底座803、导向定位板804、预紧块805、预紧螺钉806、定位螺钉807和定位销808。弓丝18的固定方法如下首先将弓丝固定块801用螺钉固定在底座803上，并将弓丝18放入两个弓丝固定块的定位槽沟中，然后用压板802将弓丝固定在弓丝固定块801和809上，之后旋转预紧螺钉 806对弓丝18进行预紧，预紧程度由定位螺钉807控制，完成预紧后，通过定位销808将弓丝固定块801和809与导向定位板804紧贴在一起,利用导向定位板804的定位面将两个弓丝固定块的定位槽沟完全对齐，最后用螺钉将弓丝固定块809固定在底座803上。整个弓丝夹持机构8通过螺钉固定在精密电控平移台7的移动平台707上，随移动平台707 — 起运动，实现弓丝相对于托槽的摩擦运动。通过上述机构的运动，传感器11可以检测在不同參数弓丝与托槽之间的压力、 弓丝与托槽之间的偏移角度等情况下，不同结构和材料的弓丝18和托槽19之间的摩擦力， 从而为畸齿的矫正提供了ー种体外的模拟实验方法，可以为弓丝和托槽的设计研究提供依据。
权利要求
1.一种正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置，其特征在于，包括人工唾液环境模拟子装置和弓丝托槽摩擦磨损测试子装置；所述人工唾液环境模拟子装置包含恒温水浴锅(I)、烧瓶(2)、定量蠕动泵(4)、溶液滴加机构(5)、红外测温仪(20)以及废液收集槽(15)，以上各组成部分通过硅胶管(3)依次连接并形成通路；所述弓丝托槽摩擦磨损测试子装置包含三维位移台(9)、精密电控平移台(7)，力传感器(11)，传感器夹持机构(12)，托槽(19)及托槽夹持机构(10)，弓丝(18)及弓丝夹持机构(8);力传感器(11)安装在传感器夹持机构(12)上，传感器夹持机构(12)安装在三维位移台(9)上；弓丝夹持机构⑶安装在精密电控平移台(7)上；通过三维位移台(9)的三个调节旋钮将弓丝(18)放入托槽(19)的槽沟中；精密电控平移台(7)带动弓丝(18)作直线往复运动；传感器夹持机构(12)和托槽夹持机构(10)共同调节弓丝和托槽之间的夹角； 通过力传感器(11)检测弓丝(18)和托槽(19)之间的压力和摩擦力；溶液滴加机构(5)流出的溶液通过与硅胶管(3)相连的滴管(501)流到托槽(19)中。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述托槽夹持机构(10)包含环境模拟槽(1001)、托槽固定块(1002)、引流板(1003);溶液滴加机构(5)流出的溶液不断滴入环境模拟槽(1001)和引流板(1003)形成的空间中并不断沿引流板(1003)溢出。
3.根据权利要2所述的装置，其特征在于所述传感器夹持机构(12)和托槽夹持机构 (10)均为角度可调夹持机构；传感器夹持机构(12)中的传感器夹具(1201)可以绕转轴 (1202)转动；所述托槽夹持机构(10)中的环境模拟槽(1001)底部为圆柱结构，托槽夹持机构(10)通过该结构固定在传感器(11)端部的圆孔中，可以在圆孔中自由旋转。
4.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述弓丝托槽摩擦磨损测试子装置还包括两套角度刻度盘和指针，第一指针(1204)安装于传感器夹持机构(12)上，与第一角度刻度盘(16) —起用于显示托槽(19)槽沟侧壁与弓丝侧壁之间的夹角；第二指针(1004)安装于托槽夹持机构(10)上，与第二角度刻度盘(17) —起用于显示托槽(19)槽沟与弓丝之间的夹角。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述力传感器(11)包含压力测试应变梁 (1101)和摩擦力测试应变梁(1102)以及贴在这两段梁上的应变片(1103)，压力测试应变梁(1101)和摩擦力测试应变梁(1102)均为双臂结构。
6.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述弓丝夹持机构(8)中的两个弓丝固定块(801、809)上有与弓丝(18)等宽的定位槽沟，所述两个弓丝固定块(801、809)与弓丝 (18)连接的每个固定端的压板(802)各有两块。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述弓丝夹持机构(8)中有预紧螺钉 (806)，可以带动弓丝固定块(809)沿导向定位板(804)滑动，实现对弓丝(18)的预紧，预紧程度由定位螺钉(807)控制。
8.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述精密电控平移台(7)在电机控制箱(13)的控制下可以带动弓丝(18)相对于托槽(19)做速度为3-10mm/min的低速直线往复运动。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述溶液滴加机构(5)中的滴管(501)与定量蠕动泵(4)之间有过滤器(502);环境模拟槽(1001)的两端的引流板(1003)下方有废液收集槽(15)。
全文摘要
本发明涉及正畸弓丝托槽摩擦磨损研究领域，更具体地说，公开了一种正畸弓丝托槽摩擦磨损实验装置，它包括人工唾液环境模拟子装置和弓丝托槽摩擦磨损测试子装置。该装置可以调节正畸弓丝和托槽之间的偏移角度，实现弓丝和托槽之间的低速摩擦运动，适用于干燥环境和人工唾液环境中弓丝托槽摩擦磨损性能的研究。
文档编号G01N3/56GK102590005SQ20121008797
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者刁东风, 黄世友, 黄杰杰 申请人:西安交通大学