Analyse approfondie de la technologie des brevets de Mingxu Machinery: composant réglable auto-lubrifiant pour les dispositifs médicaux (n ° de brevet: ZL 2023 2 3463961.x)

Contexte technique et points douloureux de l'industrie

Dans les dispositifs médicaux de précision (tels que les dispositifs de traction orthopédique et les bras robotiques chirurgicaux peu invasifs), la stabilité de lubrification dynamique des composants réglables affecte directement la durée de vie de l'équipement et la sécurité opérationnelle. Traditionnel Roulements d'auto-lubrification ont généralement deux défauts majeurs:

l Échec structurel: la résistance à la liaison interfaciale entre le bloc d'auto-lubrification fritté en poudre et le substrat est insuffisante (généralement ≤ 15 MPa), ce qui le rend sujette à la micro-crackage et le détachement sous des charges alternées (source de données: J. Tribol. 2023, 145 (3), 031702).

l Détérioration de la lubrification: le réapprovisionnement du lubrifiant repose sur l'entretien manuel, et après 300 heures de fonctionnement continu, le coefficient de frottement augmente de plus de 40% (test standard ASTM G99).

Analyse de l'innovation de la technologie de base

I. Structure entre verrouillage topologique résistant au cisaillement et au détachement

1.1 Système limitant tridimensionnel

Module de verrouillage de l'anneau extérieur:

• Une rainure de placement circulaire (101) est fournie sur la paroi extérieure du corps de l'anneau de réglage (10), avec 3 ensembles de trous limitant φ2,5 mm (102) (tolérance ± 0,01 mm) uniformément répartis dans la rainure.

• Le premier bloc d'auto-lubrification (20) adopte un matériau composite de graphite-Copper (CU-15% SN-8% GR). La partie annulaire (201) et les broches limitantes (202) sont formées intégralement par l'usinage à décharge électrique. Les épingles et trous limitants adoptent une transition H7 / G6 pour atteindre une contrainte radiale (voir la figure ci-dessous).

Module de renforcement de l'anneau intérieur:

Le deuxième bloc d'auto-lubrification (30) est intégré dans la rainure d'installation (103), avec sa deuxième broche limite (301) pénétrant à travers la paroi latérale de l'anneau de réglage pour former un verrouillage axial avec le trou limite (102), en construisant un réseau de contraintes tridimensionnel (voir la figure ci-dessous).

1.2 Amélioration des propriétés mécaniques

• L'analyse par éléments finis montre que cette structure augmente la résistance au cisaillement interfaciale à 38,7 MPa (par rapport à 12,4 MPa pour les processus de liaison traditionnels).

• Les tests de vibration (norme ISO 10816-1) révèlent que dans des conditions de 50 Hz / 5 g, le déplacement du bloc de lubrification est <5 μm (moyenne de l'industrie> 50 μm).

Ii Conception de système de lubrification autonome

2.1 Architecture de guidage d'huile de microcanal

• Douze rainures de guidage d'huile en spirale (105) avec une largeur de 0,8 mm et une profondeur de 0,5 mm sont usinées sur la paroi intérieure de l'anneau de réglage, permettant une réapprovisionnement automatique de la graisse par l'action capillaire.

• Les rainures de guidage de l'huile sont connectées aux rainures d'installation (103), formant un réseau de trajet d'huile du chemin d'huile du chemin d'huile ", qui augmente la vitesse de diffusion du lubrifiant de 3,2 fois (voir le tableau des nuages ​​de simulation de vitesse de flux ci-dessous).

2.2 Optimisation synergique des matériaux

• Le bloc d'auto-lubrification adopte un processus de frittage de gradient: la couche de surface est une couche de graphite poreuse (porosité 25% ± 2%), et la couche inférieure est un alliage de cuivre dense, équilibrant la capacité de stockage d'huile et la résistance mécanique.

• Après les tests de blocage sur le ring (charge 200N, vitesse 60 tr / min), le coefficient de frottement se stabilise dans la plage de 0,08-0,12, avec un taux d'usure de seulement 3,2 × 10⁻⁶ mm³ / n · m (par rapport à 9,7 × 10⁻⁶ pour les structures traditionnelles).

Iii. Mécanisme d'ajustement ergonomique

3.1 Positionnement amélioré du matériel

• La paroi extérieure est conçue avec 12 rainures de réglage en forme d'arc (104) avec un rayon de courbure de R = 1,5 mm, associé à des boules en acier à ressort pour atteindre une précision d'indexation de ± 0,5 °.

• Les tests de couple montrent que le couple de changement de vitesse est de 0,15-0,25 N · m (conformément à la norme ISO 10993 pour les forces opérationnelles médicales).

3.2 Design modulaire remplaçable

• Le bloc d'auto-lubrification et la base sont mécaniquement verrouillés au lieu de liés chimiquement, prenant en charge le remplacement in situ (force de retrait ≤ 20N, force d'installation ≥50n).

• Le cycle de maintenance est étendu à 5 000 cycles (par rapport à 800 cycles pour les structures traditionnelles).

Tableau de comparaison des paramètres techniques

Vérification typique du scénario d'application

Cas 1: Joint rotatif du dispositif de traction orthopédique

• Après un fonctionnement continu pendant 2000 heures sous une charge dynamique de 200 N, il n'y avait pas de détachement de bloc de lubrification et la fluctuation du couple était <5% (les structures traditionnelles avaient des fluctuations> 30%).

• La rétroaction clinique indique que le taux de réparation de l'équipement est passé de 1,2 fois / an à 0,3 fois / an (source de données: rapport du département de l'équipement d'un hôpital tertiaire dans l'est de la Chine en 2023).

Cas 2: Mécanisme de réglage de l'angle de l'endoscope

• Dans un environnement avec une humidité de 90% RH, le taux de rétention du lubrifiant était> 85% (les conceptions traditionnelles avaient <60%).

• La précision opérationnelle a été améliorée à ± 0,3 °, remplissant la norme EN 60601-2-18 pour les équipements électriques médicaux.

Grâce aux trois voies techniques de la conception de la structure entre verrouillage topologique, du contrôle de la lubrification microfluidique et de l'ingénierie des matériaux de gradient, notre brevet a redéfini les normes de fiabilité des composants réglables dans les dispositifs médicaux. Selon une recherche de nouveauté (Derwent Innovation), cette structure mène à l'échelle internationale en termes de capacités anti-démontage et d'auto-entretien.

Si vous souhaitez en savoir plus, veuillez contacter Machinerie Mingxu Pour obtenir le rapport complet des brevets: enquê[email protected]