Analisi approfondita della tecnologia di brevetto di Mingxu Machinery: componente regolabile auto-lubrificante ad alta affidabilità per dispositivi medici (n. Brevetto: ZL 2023 2 3463961.x)

Background tecnico e punti deboli del settore

In dispositivi medici di precisione (come dispositivi di trazione ortopedica e bracci robotici chirurgici minimamente invasivi), la stabilità di lubrificazione dinamica dei componenti regolabili influisce direttamente sulla durata della vita e della sicurezza operativa dell'attrezzatura. Tradizionale cuscinetti auto-lubrificanti generalmente hanno due difetti principali:

l Insufficienza strutturale: la forza di legame interfacciale tra il blocco auto-lubrificante sinterizzato in polvere e il substrato è insufficiente (tipicamente ≤15 MPa), rendendolo soggetto a micro-cracking e distacco sotto carichi alternati (fonte di dati: J. Tribol. 2023, 145 (3), 031702).

l Deterioramento della lubrificazione: il rifornimento del lubrificante si basa sulla manutenzione manuale e, dopo 300 ore di funzionamento continuo, il coefficiente di attrito aumenta di oltre il 40% (test standard ASTM G99).

Analisi dell'innovazione tecnologica principale

I. Struttura topologica di interblocco resistente al taglio e al distacco

1.1 Sistema di limitazione tridimensionale

Modulo di bloccaggio ad anello esterno:

• Una scanalatura circolare (101) è fornita sulla parete esterna del corpo dell'anello di regolazione (10), con 3 set di fori di limitazione di φ2,5 mm (102) (tolleranza ± 0,01 mm) distribuiti uniformemente all'interno della scanalatura.

• Il primo blocco auto-lubrificante (20) adotta un materiale composito di grafite-concoper (Cu-15%SN-8%GR). La parte anulare (201) e i pin limitanti (202) sono formati integralmente attraverso la lavorazione di scarico elettrico. I pin e i fori limitanti adottano una transizione H7/G6 per ottenere un vincolo radiale (vedere la figura seguente).

Modulo di rinforzo ad anello interno:

Il secondo blocco auto-lubrificante (30) è incorporato nella scanalatura di installazione (103), con il suo secondo pin limitante (301) che penetra attraverso la parete laterale dell'anello di regolazione per formare un interblocco assiale con il foro limitante (102), costruendo una rete di vincoli tridimensionali (vedere la figura sotto).

1.2 Miglioramento delle proprietà meccaniche

• L'analisi degli elementi finiti mostra che questa struttura aumenta la resistenza al taglio interfacciale a 38,7 MPa (rispetto a 12,4 MPa per i processi di legame tradizionali).

• Test di vibrazione (standard ISO 10816-1) rivela che sotto le condizioni di meno di 50 Hz/5 g, lo spostamento del blocco lubrificante è <5 μm (media dell'industria> 50 μm).

Ii. Design del sistema di lubrificazione autosufficiente

2.1 Architettura guida al petrolio microcanale

• Dodici scanalature di guida a spirale (105) con una larghezza di 0,8 mm e una profondità di 0,5 mm sono lavorate sulla parete interna dell'anello di regolazione, consentendo il rifornimento automatico del grasso attraverso l'azione capillare.

• Le scanalature guida all'olio sono collegate alle scanalature di installazione (103), formando una rete di "principale percorso del percorso dell'olio", che aumenta la velocità di diffusione del lubrificante di 3,2 volte (vedere la tabella delle nuvole di simulazione di flusso di seguito).

2.2 Ottimizzazione del materiale sinergico

• Il blocco auto-lubrificante adotta un processo di sinterizzazione del gradiente: lo strato superficiale è uno strato di grafite poroso (porosità 25% ± 2%) e lo strato inferiore è una fitta lega di rame, bilanciando la capacità di conservazione dell'olio e la resistenza meccanica.

• Dopo i test di blocco su anello (carico 200n, velocità 60 giri/min), il coefficiente di attrito si stabilizza nell'intervallo di 0,08-0,12, con una velocità di usura di soli 3,2 × 10⁻⁶ mm³/n · m (rispetto a 9,7 × 10⁻⁶ per le strutture tradizionali).

Iii. Meccanismo di aggiustamento ergonomico

3.1 Posizionamento degli ingranaggi migliorati

• La parete esterna è progettata con 12 scanalature di regolazione a forma di arco (104) con un raggio di curvatura di r = 1,5 mm, abbinato a sfere in acciaio a molla per ottenere una precisione di indicizzazione di ± 0,5 °.

• I test di coppia mostrano che la coppia di spostamento degli ingranaggi è 0,15-0,25N · m (in linea con lo standard ISO 10993 per le forze operative mediche).

3.2 design sostituibile modulare

• Il blocco auto-lubrificante e la base sono meccanicamente interbloccati anziché legati chimicamente, supportano la sostituzione in situ (forza di rimozione ≤20n, forza di installazione ≥50N).

• Il ciclo di manutenzione è esteso a 5.000 cicli (rispetto agli 800 cicli per le strutture tradizionali).

Tabella di confronto dei parametri tecnici

Verifica tipica dello scenario dell'applicazione

Caso 1: giunto rotante del dispositivo di trazione ortopedica

• Dopo un funzionamento continuo per 2000 ore sotto un carico dinamico di 200N, non vi era distacco di blocchi di lubrificazione e la fluttuazione della coppia era <5% (le strutture tradizionali presentavano fluttuazioni> 30%).

• Il feedback clinico indica che il tasso di riparazione delle apparecchiature è diminuito da 1,2 volte/anno a 0,3 volte/anno (fonte di dati: rapporto del dipartimento delle attrezzature da un ospedale terziario nella Cina orientale nel 2023).

Caso 2: meccanismo di regolazione dell'angolo dell'endoscopio

• In un ambiente con umidità di RH al 90%, il tasso di ritenzione del lubrificante era> 85%(i progetti tradizionali avevano <60%).

• L'accuratezza operativa è stata migliorata a ± 0,3 °, soddisfacendo lo standard EN 60601-2-18 per le apparecchiature elettriche mediche.

Attraverso i tre percorsi tecnici della progettazione della struttura di interblocco topologico, il controllo della lubrificazione microfluidica e l'ingegneria dei materiali a gradiente, il nostro brevetto ha ridefinito gli standard di affidabilità per i componenti regolabili in dispositivi medici. Secondo una ricerca di novità (Derwent Innovation), questa struttura è in testa a livello internazionale in termini di capacità anti-detachment e auto-manutenzione.

Se desideri saperne di più, contatta MACCHINE MINGXU Per ottenere il rapporto di brevetto completo: [email protected]