论文总字数：27168字

摘 要

口腔种植牙手术因为国内民众人均收入增长和对种植牙的接受程度增加越来越常见，牙种植体作为口腔牙种植手术主要耗材，有着巨大的市场空间。在牙种植体的生产过程中，疲劳磨损作为产品耐疲劳程度的数值体现，是产品稳定性和可靠性的直接影响因素。针对于目前市场上牙种植体疲劳测试成本高的现状，本文提出了一种低成本的低频低载荷疲劳测试机的设计方法。主要研究内容如下：

1）以单轴气缸、气源处理器、电磁阀、磁性开关、压力传感器等元件设计一种基于气动原理的疲劳试验机。气源处理器可控制载荷大小，电磁阀控制气缸工作状态及工作频率，磁性开关检测试样破坏用以中断气缸工作，压力传感器记录实验过程中的载荷数据。并且根据相关功能设计了该装置的电路原理图。此外还根据三维模型进行Ansys应力仿真，验证装置机械结构的可行性。同时设计了一种更换能力强、适应性好的牙种植体试样夹具。

2）根据设计内容搭建模型样机，并且用该样机实际模拟了牙种植体进行疲劳试验的过程。同时以个人计算机为上位机接收、记录数据。

3）对试验数据进行处理，同时比照国家相关标准《YY/T 0521—2009/ISO 14801:2007》，论证了该装置的可行性，总结并提出了改进意见。

关键词：疲劳试验机；疲劳试验；牙种植体；低频疲劳

Abstract

Because of the increase in the per capita income of the domestic people and the increased acceptance of dental implants, dental implant surgery is more and more common, and dental implants have a huge market space as the main consumables for dental implant surgery. In the production process of dental implants, fatigue, the numerical expression of the fatigue resistance of the product, is a direct factor affecting the stability and reliability of the product. In view of the high cost of dental implant fatigue testing in the current market, in this paper, a low-cost design method of low frequency and low load fatigue testing machine is proposed. The main research contents are as follows:

1) Design a fatigue testing machine based on aerodynamic principles with components such as single-axis cylinders, air treatment, solenoid valves, magnetic switches, pressure sensors and other components. The air treatment can control the size of the load, the solenoid valve controls the working state and working frequency of the cylinder, the magnetic switch detects the sample damage to interrupt the work of the cylinder, and the pressure sensor records the load data during the experiment. And the circuit schematic diagram of the device is designed according to related functions. In addition, Ansys stress simulation is carried out according to the three-dimensional model to verify the feasibility of the mechanical structure of the device. At the same time, a fixture for dental implant sample with strong replacement ability and good adaptability was designed.

2) According to the design content, a model prototype was built, and the fatigue test process of dental implant was simulated with the prototype. At the same time, personal computer is used to receive and record data.

3) Process the test data, and at the same time refer to the relevant national standards 《YY / T 0521-2009 / ISO 14801: 2007》, demonstrate the feasibility of the device, summarize and propose improvements.

Key words: Fatigue testing machine; fatigue test; dental implant; low frequency fatigue

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及研究意义 1

1.1.1选题背景 1

1.1.2 研究意义 3

1.2疲劳试验机的发展与研究现状 4

1.2.1 疲劳试验机的发展历史 4

1.2.2 疲劳试验机的研究 5

1.3牙种植体疲劳的研究 6

1.3.1 牙种植体介绍 6

1.3.2 国内外牙种植体疲劳的研究 7

1.4 本文的研究内容 7

第二章 试验机的机械设计 9

2.1 工作原理 9

2.2 气动系统的设计 10

2.2.1 气缸的选型 10

2.2.2 气源处理器的选型 12

2.3 机架的设计 14

2.3.1 基本工作台 14

2.3.2 导向机构 15

2.3.3 螺旋调整机构 15

2.4 夹具体的设计 16

2.5 有限元分析仿真 18

2.5.1 有限元分析介绍 18

2.5.2仿真过程 18

2.5.2仿真结果分析 20

第三章 控制系统的设计 22

3.1 气动电磁阀 22

3.2 压力传感器 22

3.3 磁性开关 23

3.4 单片机控制系统 24

3.4.1单片机最小系统 26

3.4.2数码管显示电路 26

3.4.3控制开关电路 27

3.4.4电磁阀控制电路 27

第四章 疲劳试验机制作以及疲劳试验 29

4.1 疲劳试验机样机制作 29

4.2 计算机串口软件介绍 29

4.3 疲劳试验过程及结果 30

4.5 疲劳试验结果分析以及建议 31

4.5 分析试验机设计的可行性 32

第四章 总结与展望 34

参考文献 36

致谢 37

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1选题背景

牙齿作为人体硬度最高的器官，不仅有着美观的作用，同时还有咀嚼这一重要的功能。缺牙不仅会对咀嚼功能产生不利影响，影响美观，同时长期缺牙也会给肌肉关节甚至个人健康带来不利影响^[1]。过去，由于生活条件较差，人民普遍对口腔健康问题不太关注，因此有“老掉牙”、“牙疼不是病，疼起来真要命”等俚语，但是改革开放的不断加深提高了人民的收入水平，也因此对口腔健康的重视程度逐渐提高了。根据国家相关部门的数据统计显示2008年—2017年，我国口腔患者数量、治疗率和口腔医疗市场规模在不断扩大，如图1.1.1以及1.1.2所示。与市场规模同时扩大的还有口腔医疗机构的数量，从2011年至2017年，口腔专科医院以及民营口腔医疗机构的数量都在持续增长，如图1.1.3、图1.1.4所示。

图1.1.1 口腔患者数量及治疗率 图1.1.2 口腔市场规模及市场规模赠率

图1.1.3 口腔专科医院数量 图1.1.4 民营空气医疗机构数量及增长率

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