一種新型正畸摩擦力實驗裝置

張玉華，梁甲興，林 立，李 多，林 斌

一種新型正畸摩擦力實驗裝置

張玉華，梁甲興，林 立，李 多，林 斌

力學；結(jié)扎術(shù)；牙科設備；牙；牙移動；正畸矯正器；正畸學，矯正

托槽與弓絲間的相對滑動所產(chǎn)生的摩擦阻力是眾多正畸學者所關注的問題。矯治力必須先克服摩擦力，才能作用于牙齒，使牙周組織發(fā)生反應直至牙齒移動［1］。如何控制摩擦力一直是學者們研究的熱點所在［2］。

既往有關正畸摩擦力的實驗多在萬能材料試驗機上進行，托槽固定在底座或底盤上，彈力結(jié)扎圈或結(jié)扎絲將弓絲結(jié)扎入托槽，然后牽引弓絲進行勻速滑動［3－7］。由于摩擦力的大小直接受結(jié)扎壓力的影響，結(jié)扎力增大，摩擦力隨之增大［8］，而直接使用結(jié)扎絲或結(jié)扎圈使結(jié)扎壓力難以準確控制和測量，導致摩擦力研究結(jié)果差異較大甚至相互矛盾，因此，如何控制結(jié)扎因素對實驗的影響成為正畸摩擦力實驗的關鍵所在。

為克服以往實驗裝置難以調(diào)控結(jié)扎壓力的問題，筆者設計一種新型的正畸摩擦力實驗裝置，以符合摩擦力規(guī)律，滿足正畸摩擦力實驗需要［9－11］，現(xiàn)介紹如下。

1 臨床資料

1.1 實驗裝置 由托槽標尺板、托槽標尺板基座及雙導軌等效結(jié)扎力加載裝置組成（圖1，2）。

1.1.1 托槽標尺板 由普通灰鑄鐵定制而成，外形尺寸為4mm×4mm×65mm，可定制多個托槽標尺板以便實驗中快速更換托槽樣本。

1.1.2 托槽標尺板基座與砝碼懸掛裝置 托槽標尺板基座由普通灰鑄鐵定制成，外形尺寸30mm×12mm×130mm，基座正面正中有一縱向凹槽，凹槽寬4mm，深2mm。基座上端兩側(cè)各有一孔，直徑2mm，兩孔左右對稱，基座背面與砝碼懸掛裝置相連，砝碼懸掛裝置由白色合成樹脂板加不銹鋼絲定制而成，上端可通過滑輪懸掛砝碼，下端固定于托槽標尺板基座背面。

圖1 實驗裝置正、側(cè)面圖Fig 1 The front and profile view of the experimental device

圖2 實驗裝置示意圖Fig 2 The diagram of the experimental device

1.1.3 雙導軌等效結(jié)扎力加載裝置 由白色合成樹脂板加不銹鋼絲定制而成，是摩擦力的加載結(jié)構(gòu)，承載結(jié)扎絲并與砝碼相連，并由此施加結(jié)扎壓力，雙導軌間距與托槽標尺板基座的孔距一致。雙導軌等效結(jié)扎力加載裝置保證結(jié)扎壓力的穩(wěn)定性，砝碼的調(diào)節(jié)實現(xiàn)結(jié)扎壓力的可控性。

1.1.4 拉力實驗機 萬能材料實驗機（HT-9102型，臺灣宏達公司）。

1.2 工作原理 托槽用釉質(zhì)粘結(jié)劑粘結(jié)于托槽標尺板將托槽標尺板卡入托槽標尺板基座，基座固定于實驗機下部夾具。弓絲上端固定于實驗機上夾具，下端位于托槽槽溝內(nèi)。將雙導軌等效結(jié)扎力加載裝置的導軌安放于托槽標尺板基座相應的孔內(nèi)，結(jié)扎力加載裝置的結(jié)扎絲就位于托槽兩側(cè)的弓絲上，后根據(jù)實驗所需的結(jié)扎壓力加載砝碼進行實驗。

1.3 拉力實驗 將萬能材料實驗機設置為定速模式，測試開始前實驗機自動歸零，實驗裝置就位后測試開始，以10mm／min的速度拉弓絲沿托槽槽溝勻速滑動，位移10mm后測試結(jié)束。記錄托槽弓絲間滑動時的摩擦力和位移。全部實驗均在恒溫恒濕實驗室完成。

1.4 結(jié)果 電腦軟件記錄的典型摩擦力—位移波形圖：弓絲開始滑動時出現(xiàn)第一個峰值，該值為最大靜摩擦力值；弓絲勻速運動后，摩擦力呈略小于第1個峰值的波浪形，滑動開始后，每隔2mm讀取1次摩擦力值，共5次，取5次的平均值作為平均滑動摩擦力值（圖3）。

圖3 弓絲沿托槽槽溝滑動過程中的摩擦力數(shù)值記錄圖Fig 3 The frictional force recording when the wire slided along the bracket slot

2 討 論

當兩物體間有相對滑動或相對滑動的趨勢時，物體表面之間存在阻礙物體相對滑動的相對作用力稱為滑動摩擦力，其大小與正壓力成正比，并受接觸物體的材料性質(zhì)及接觸表面的狀況所影響［12］。托槽與弓絲發(fā)生相互滑動時，結(jié)扎方式和結(jié)扎的松緊度直接影響兩者間的壓力，結(jié)扎壓力越大，摩擦力越大，兩者成線性關系［8］。

在既往有關正畸摩擦力的研究中，較多學者使用彈力結(jié)扎圈將弓絲結(jié)扎入托槽內(nèi)［3－5］，由于不同廠家的結(jié)扎圈的材質(zhì)、彈性和大小有差異，且不同托槽弓絲組合的外形尺寸不同導致結(jié)扎圈的牽拉程度不同，實驗中結(jié)扎壓力難以定量和調(diào)節(jié)；也有學者使用不銹鋼絲結(jié)扎［13－14］，結(jié)扎力度完全由實驗者手感控制，不能精確定量，如何控制結(jié)扎因素的影響成為正畸摩擦力實驗的重點和難點所在。

本研究設計的新型正畸摩擦力實驗裝置是在總結(jié)以往正畸摩擦力實驗裝置優(yōu)缺點的基礎上進行改進完成的，主要由托槽標尺板基座和等效結(jié)扎力加載裝置組成，等效結(jié)扎力加載結(jié)構(gòu)承載結(jié)扎絲并與砝碼相連，對弓絲施加正壓力，調(diào)節(jié)砝碼即可調(diào)節(jié)對弓絲的壓力，避免正畸摩擦力實驗直接使用結(jié)扎圈或結(jié)扎絲導致結(jié)扎壓力難以準確控制和調(diào)節(jié)。

采用本實驗裝置進行的摩擦力實驗結(jié)果顯示，弓絲開始滑動時出現(xiàn)第一個峰值為最大靜摩擦力值；弓絲勻速運動后，摩擦力呈略小于第一個峰值的波浪形，該值為平均動摩擦力數(shù)值。經(jīng)反復實驗并多次運用于正畸摩擦力的實驗研究，本實驗裝置的實驗結(jié)果符合摩擦力規(guī)律，并對Free-edge矯治技術(shù)的評價起關鍵作用［9－11］。

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（編輯：張慧茹）

R783.5；R197.39；R322.41

B

1672-4194（2014）01-0063-02

2013-12-19

福建省教育廳基金（JA01068）

福建醫(yī)科大學 附屬協(xié)和醫(yī)院口腔科，福州 350001

張玉華（1971－），女，副主任醫(yī)師，醫(yī)學碩士

梁甲興.Email：liangjxaa＠m(xù)e.com