Análise aprofundada da tecnologia de patentes da Mingxu Machinery: componente ajustável auto-confiabilidade de alta confiabilidade para dispositivos médicos (patente no.: ZL 2023 2 3463961.x)

Antecedentes técnicos e pontos problemáticos da indústria

Em dispositivos médicos de precisão (como dispositivos de tração ortopédica e braços robóticos cirúrgicos minimamente invasivos), a estabilidade dinâmica de lubrificação de componentes ajustáveis ​​afeta diretamente a vida útil do equipamento e a segurança operacional. Tradicional Rolamentos auto-lubrificantes geralmente têm dois defeitos principais:

l Falha estrutural: A força de ligação interfacial entre o bloco auto-lubrificante sinterizado em pó e o substrato é insuficiente (tipicamente ≤15 MPa), tornando-o propenso a micro-cracking e destacamento sob cargas alternadas (fonte de dados: J. Tribol. 2023, 145 (3), 031702).

l Deterioração da lubrificação: A reposição de lubrificante depende da manutenção manual e, após 300 horas de operação contínua, o coeficiente de atrito aumenta em mais de 40% (teste padrão ASTM G99).

Análise de Inovação Tecnológica Principal

I. Estrutura de intertravamento topológico resistente a cisalhamento e desapego

1,1 sistema de limitação tridimensional

Módulo de travamento de anel externo:

• Uma ranhura circular de colocação (101) é fornecida na parede externa do corpo do anel de ajuste (10), com 3 conjuntos de orifícios limitantes de φ2,5 mm (102) (tolerância ± 0,01 mm) distribuídos uniformemente dentro da ranhura.

• O primeiro bloco auto-lubrificante (20) adota um material composto de grafite-cobre (Cu-15%SN-8%GR). A parte anular (201) e os pinos limitadores (202) são formados integralmente através da usinagem de descarga elétrica. Os pinos e orifícios limitantes adotam uma transição H7/G6 ajustada para obter restrição radial (veja a figura abaixo).

Módulo de reforço do anel interno:

O segundo bloco auto-lubrificante (30) é incorporado na ranhura de instalação (103), com seu segundo pino limitante (301) penetrando na parede lateral do anel de ajuste para formar um intertravamento axial com o orifício limitante (102), construindo uma rede de restrição tridimensional (veja a figura abaixo).

1.2 Aprimoramento das propriedades mecânicas

• A análise de elementos finitos mostra que essa estrutura aumenta a resistência ao cisalhamento interfacial para 38,7 MPa (em comparação com 12,4 MPa para processos tradicionais de ligação).

• O teste de vibração (padrão ISO 10816-1) revela que, com menos de 50 Hz/5 g, o deslocamento do bloco lubrificante é <5 μm (média da indústria> 50 μm).

Ii. Design do sistema de lubrificação auto-sustentável

2.1 Arquitetura de guia de óleo de microcanal

• Doze sulcos guia de óleo em espiral (105) com uma largura de 0,8 mm e uma profundidade de 0,5 mm são usinados na parede interna do anel de ajuste, permitindo o reabastecimento automático da graxa através da ação capilar.

• As ranhuras orientadoras de óleo são conectadas às ranhuras de instalação (103), formando uma rede "Caminho de óleo do ramo de petróleo principal", que aumenta a velocidade de difusão do lubrificante em 3,2 vezes (consulte o gráfico de nuvem de simulação de velocidade de fluxo abaixo).

2.2 Otimização de material sinérgico

• O bloco auto-lubrificante adota um processo de sinterização de gradiente: a camada de superfície é uma camada de grafite porosa (porosidade 25% ± 2%) e a camada inferior é uma densa liga de cobre-tin, equilibrando a capacidade de armazenamento de óleo e a resistência mecânica.

• Após o teste de bloco-a-ring (carga 200N, velocidade 60rpm), o coeficiente de atrito se estabiliza na faixa de 0,08-0,12, com uma taxa de desgaste de apenas 3,2 × 10⁻⁶ mm³/n · m (em comparação com 9,7 × 10⁻⁶ para estruturas tradicionais).

Iii. Mecanismo de ajuste ergonômico

3.1 Posicionamento aprimorado da engrenagem

• A parede externa foi projetada com 12 ranhuras de ajuste em forma de arco (104) com um raio de curvatura de r = 1,5 mm, emparelhado com bolas de aço com mola para obter uma precisão de indexação de ± 0,5 °.

• Os testes de torque mostram que o torque de mudança de engrenagem é de 0,15-0,25n · m (de acordo com o padrão ISO 10993 para forças operacionais médicas).

3.2 Design substituível modular

• O bloco auto-lubrificante e a base são mecanicamente interligados em vez de ligados quimicamente, suportando a substituição in situ (força de remoção ≤20N, força de instalação ≥50N).

• O ciclo de manutenção é estendido a 5.000 ciclos (em comparação com 800 ciclos para estruturas tradicionais).

Tabela de comparação de parâmetros técnicos

Verificação típica do cenário de aplicação

Caso 1: articulação rotativa do dispositivo de tração ortopédica

• Após operação contínua por 2000 horas sob uma carga dinâmica de 200N, não houve descolamento de bloco de lubrificação, e a flutuação do torque foi <5% (as estruturas tradicionais tiveram flutuações> 30%).

• O feedback clínico indica que a taxa de reparo do equipamento diminuiu de 1,2 vezes/ano para 0,3 vezes/ano (fonte de dados: relatório do departamento de equipamentos de um hospital terciário no leste da China em 2023).

Caso 2: mecanismo de ajuste de ângulo do endoscópio

• Em um ambiente com 90%de umidade de RH, a taxa de retenção de lubrificante foi> 85%(os projetos tradicionais tinham <60%).

• A precisão operacional foi melhorada para ± 0,3 °, atendendo ao padrão EN 60601-2-18 para equipamentos elétricos médicos.

Através das três vias técnicas do projeto de estrutura de intertravamento topológico, controle de lubrificação microfluídica e engenharia de material de gradiente, nossa patente redefiniu os padrões de confiabilidade para componentes ajustáveis ​​em dispositivos médicos. De acordo com uma pesquisa de novidade (Derwent Innovation), essa estrutura está liderando internacionalmente em termos de capacidades de anti-detalhamento e auto-manutenção.

Se você gostaria de saber mais, entre em contato Máquinas Mingxu Para obter o relatório completo de patente: [email protected]