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摘 要:隨著人類社會的發(fā)展與進步,人們的生命價值被廣泛認(rèn)同。疾病、事故和戰(zhàn)爭等原因?qū)е碌拇罅咳梭w骨骼病變和損傷,使得許多人成為失去基本生活能力的殘疾人,給病人的家庭和社會都帶來極大的影響和沉重的負(fù)擔(dān)。為減輕病人的痛苦,提高他們的生活質(zhì)量,醫(yī)學(xué)界一直致力于人體骨骼的材料、植入、成型和再生性等問題的解決。積極開展人工關(guān)節(jié)生物摩擦學(xué)特性方面的研究,掌握置換關(guān)節(jié)材料在生物機體環(huán)境內(nèi)的摩擦磨損行為規(guī)律,在人工關(guān)節(jié)的開發(fā)中引入摩擦學(xué)設(shè)計(包括基于生物力學(xué)的關(guān)節(jié)配副載荷機理及有效識別等),對于提高人工關(guān)節(jié)的使用質(zhì)量,延長人工關(guān)節(jié)的臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現(xiàn)實意義。根據(jù)人類行走時髖關(guān)節(jié)的運動特點,結(jié)合人工關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)特征,研制一種能正確模擬髖關(guān)節(jié)運動的試驗機械。該機械設(shè)計時考慮的主要原因是使其在實驗室環(huán)境中能夠正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際與運動工況,以使試件在實驗過程中產(chǎn)生的摩擦機理、磨損形式與實際條件下一致,從而可以準(zhǔn)確、可靠的測量人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)參數(shù),為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。本課題是對人體髖關(guān)節(jié)模擬試驗機機械傳動部分的研制。試驗機的工作原理是將股骨頭和髖臼部件試樣按照其在人體中的正常位置安裝于試驗臺上,通過試驗裝置使兩者之間產(chǎn)生規(guī)則的隨時間變化的負(fù)載及相對角運動。該機械設(shè)計時考慮的主要因素是使其在實驗室環(huán)境中能夠正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際運動工況,從而使試件在試驗過程中產(chǎn)生的摩擦機理、磨損形式與和實際使用條件下相一致,從而可以準(zhǔn)確、可靠地測試人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)特性參數(shù),為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)性的試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)以上要求設(shè)計出試驗機的總裝配圖。該試驗機要求的最大試驗載荷為1t,要求主軸轉(zhuǎn)速為60rpm。假設(shè)作用在股骨頭頭部的載荷為1t,則可以算出最大阻力。選擇直徑為50mm的股骨頭,求出其最大扭矩,由此確定電機的功率從而計算出最小軸徑。根據(jù)最小軸徑初選各個零件的尺寸。通過校核確認(rèn)其安全以確保試驗機正常運轉(zhuǎn)。電機運轉(zhuǎn)時通過聯(lián)軸器帶動減速器旋轉(zhuǎn),從而帶動固定在減速箱輸出軸軸端的偏心輪轉(zhuǎn)動,試件座安裝在擺軸上,與擺軸一起饒中心軸線轉(zhuǎn)動。從而使固定在關(guān)節(jié)球支架上的關(guān)節(jié)球和髖臼試件之間產(chǎn)生摩擦,從而達到試驗的目的。其中髖臼試件由骨水泥固定在髖臼座上,沖擊載荷由液壓缸提供作用于自定心軸上,通過髖臼支架最終作用在關(guān)節(jié)球頭上,加上關(guān)節(jié)球頭隨試件座繞中心線轉(zhuǎn)動。這樣實現(xiàn)模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際運動,使其產(chǎn)生的摩擦機理、磨損形式與實際使用條件下相一致,從而達到設(shè)計該試驗機的初衷。 關(guān)鍵詞:關(guān)節(jié)試驗機 ;模擬試驗 ;人體髖關(guān)節(jié) ;摩擦機理 |