【正文】 sting the fixed eccentric shaft of the spindle rotation specimen holder mounted on the pendulum and pendulum shaft axis along the central axis of rotation Rao. Ball joints so that the bracket base of the specimen head and acetabulum ball joints friction between the test piece, so as to achieve the purpose of testing. In which the specimen by the acetabular cement fixation of acetabular seat, shock load provided by a hydraulic cylinder acting on the selfcentering shaft bracket through the final act on the acetabular articular ball head, coupled with the specimen ball joint seat around the centerline of rotation. Such simulate the human body to achieve the actual movement of the hip joint, to produce the friction mechanism, wear phasor form consistent with the actual conditions of use in order to achieve the purpose of the design of the test machine. Keywords: joint test machine。這樣實(shí)現(xiàn)模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng) ，使其產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實(shí)際使用條件下相一致，以達(dá)到設(shè)計(jì)該試驗(yàn)機(jī)的 目的 。通過(guò)校核確認(rèn)其安全以確保試驗(yàn)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，股骨頭的承重可達(dá)體重的 10或 10余倍，確定 試驗(yàn)機(jī) 需要的最大試驗(yàn)載荷。 31 參考文獻(xiàn) 23 17 11 3 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 4 本課題的目的及意義 3 人工髖關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的研究現(xiàn)狀 3 研究背景 1 ABSTRACT 9 設(shè)計(jì)方案 15 18 裝配圖及主要 零件圖設(shè)計(jì) 23 該 試驗(yàn)機(jī) 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要因素是使其在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中能夠正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況，以使試件在試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實(shí)際使用條件下相一致，從而可以準(zhǔn)確、可靠地測(cè)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)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)最小軸徑初選各個(gè)零件的尺寸。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(guò)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(dòng)。人體髖關(guān)節(jié) 。 friction mechanism 1 緒論 研究 背景 隨著人類社會(huì)步入高齡化階段，各種與高齡有關(guān)的關(guān)節(jié)疾病，如大腿骨骨折、關(guān)節(jié)炎等病癥，將會(huì)大量發(fā)生，因此對(duì)人工關(guān)節(jié)的需求也會(huì)日益增加。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 20xx 年 ， 我國(guó) 進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換的患者約有 220 萬(wàn)例。 目前 關(guān)節(jié) 的修復(fù) 方法主要有兩種 ，一是通過(guò)人 體 自身的生物機(jī)能進(jìn)行骨骼的再生或植入帶有 生物化 的小塊異種骨誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)。他利用不銹鋼制作 直徑的股 骨頭，以聚四氟乙烯（ PTFE）制作髖臼，用聚甲基丙烯酸（骨水泥）固定，形成 Charnley 型低摩擦全髖關(guān)節(jié)假體，奠定了現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)實(shí)踐表明，關(guān)節(jié)材料性能及其生物摩擦學(xué)特性對(duì)于關(guān)節(jié)使用質(zhì)量及臨床壽命起著決定性 的作用。要求人工關(guān)節(jié)材料和人體組織接觸后，在材料－組織界面發(fā)生一系列相互作用后最終被人體組織所接受，且材料對(duì)人體的正常生理功能無(wú)不良影響，無(wú)毒，無(wú)排異反應(yīng)； ②、生物力學(xué)相容性好。要求植入假體在體內(nèi)所發(fā)生的組織反應(yīng)不引起材料的劣化，反復(fù)承受交變應(yīng)力不會(huì)引起材料的破損。研究人員在這方面開(kāi)展了大量的研究工作。最近，多軸磨損試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用，提供了更好模擬人體內(nèi)的活動(dòng)類型，這對(duì)于研究生物材料磨損具有特殊的意義。因此它只能近似的再現(xiàn)假體材料在人體內(nèi)相同磨損機(jī)制，但是使用的是較簡(jiǎn)化的模型而不是仿人體關(guān)節(jié)假體。 [8]該試驗(yàn)機(jī)基本上能夠模擬實(shí)際環(huán)境下人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，能夠準(zhǔn)確地測(cè)試人工髖關(guān)節(jié)的摩擦磨損性能，對(duì)人工髖關(guān)節(jié)的選材和人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)有著重要的意義。 a） HUTBRM 髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī) b）人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)及 圖 12 關(guān)節(jié)磨損試驗(yàn)機(jī) 本課題的目的及意義 本試驗(yàn)機(jī) 屬于關(guān)節(jié)磨損試驗(yàn)機(jī)， 是對(duì)人工髖關(guān)節(jié)在模擬人體真實(shí)運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的特性進(jìn)行測(cè)試。 圖 21 人體髖關(guān)節(jié) 股骨上部大轉(zhuǎn)子與髖骨相支承，承受了人體的大部分重量及人體活動(dòng)時(shí)的大部分載荷。為完成人體必需的運(yùn)動(dòng)及加工工藝的需要，人工關(guān)節(jié)聯(lián)接部分做成凸球－凹球形式。非骨水泥固定技術(shù)是通過(guò)改進(jìn)假體外形尺寸使之緊密嵌入髓腔或在假體外殼表面上制造出多孔結(jié)構(gòu)，以使宿主骨能夠長(zhǎng)入金屬外殼面從而達(dá)到生物學(xué)固定的目的。因此，僅就人體運(yùn)動(dòng)的不確定性而言，髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡是不可能用常規(guī)數(shù)學(xué)方法表達(dá)的。 AA 角（ Abductionadduction）和 IER 角（ Internalexternal rotation）的變化幅度同為 0～ 12176?？梢钥闯?，這些點(diǎn)的運(yùn) 動(dòng)軌跡很不規(guī)則，大致上呈橢圓形，且軌跡形狀隨選取點(diǎn)在球體上位置的不同而有所變化。向加載油缸的上腔輸入壓力油，活塞桿將向下移動(dòng)，并通過(guò)花鍵軸帶動(dòng)關(guān)節(jié)頭試件壓向臼杯試件。 支撐斜板在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，防轉(zhuǎn)桿受到試驗(yàn)機(jī)立柱的阻擋產(chǎn)生反方向阻力，通過(guò)軸承固定于支撐斜板上的臼杯座在合力作用下一邊繞試驗(yàn)機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，一邊往復(fù)擺動(dòng)。該試驗(yàn)設(shè) 備 主要 有 機(jī)械傳動(dòng)部分 和 液壓加載系統(tǒng)組成。利用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓油的壓強(qiáng)，可滿足試驗(yàn)時(shí)不同載荷要求。 機(jī)械傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)特性分析 多向復(fù)合方式：采用該方式試驗(yàn)時(shí)，偏心輪以恒角速度ω旋轉(zhuǎn)，臼杯座支承軸在其帶動(dòng)下圍繞主軸軸線作圓錐狀回轉(zhuǎn)，固定在支承軸上的防轉(zhuǎn)桿受機(jī)座限制產(chǎn)生反向阻力，在該力作用下支承軸除繞主軸軸線回轉(zhuǎn)外還 要自轉(zhuǎn)，此時(shí)試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可以表示成圖 26 所示形式（為分析方便，防轉(zhuǎn)桿與機(jī)座的點(diǎn)接觸形成的Ⅰ級(jí)運(yùn)動(dòng)副用兩個(gè)Ⅳ運(yùn)動(dòng)副及一個(gè)Ⅴ運(yùn)動(dòng)副代替）： 圖 26 試驗(yàn)機(jī)運(yùn)動(dòng)原理圖 由機(jī)械原理知，若某空間運(yùn)動(dòng)鏈由 N 個(gè)構(gòu)件組成，當(dāng)固定其中之一為機(jī)架后，所剩活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為 n=N－ 1，如果在組成運(yùn)動(dòng)鏈時(shí)共加入 P1個(gè) I 級(jí)副、 P2 個(gè)Ⅱ級(jí)副、P3個(gè)Ⅲ級(jí)副、 P4 個(gè)Ⅳ級(jí)副及 P5 個(gè)Ⅴ級(jí)副，則空間運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)于機(jī)架的自由度為： 12345 23456 PPPPPnF ?????? F≤ 0 時(shí)運(yùn)動(dòng)鏈 不可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 本試驗(yàn)機(jī)從結(jié)構(gòu)原理上看，應(yīng)屬于 雙軸 型全髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)?？梢钥闯觯S著所分析點(diǎn)在摩擦面上所處位置的不同，其運(yùn)動(dòng)軌跡相差很大。 等為驗(yàn)證該模擬結(jié)果的正確性，在髖臼試件的不同位置嵌入 17 個(gè)硬質(zhì)針頭，并將此試件與關(guān)節(jié)頭試件一同裝入 雙軸 型試驗(yàn)機(jī)，加載后運(yùn)行一個(gè)周期。 圖 28 BRM 關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡模擬圖 在自行研制的髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)上，采用與 類似的方法得關(guān)節(jié)摩擦面間的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 211 所示。因此，從理論上分析，盡管本試驗(yàn)機(jī)所 提供的運(yùn)動(dòng)形式與天然髖關(guān)節(jié)相比不盡相同，但它能夠較好地模擬關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的特殊性和復(fù)雜性，并使得在此基 礎(chǔ)上產(chǎn)生的摩擦形式、磨損機(jī)理與天然關(guān)節(jié)一致。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因軸中間安裝軸承，外伸端安裝聯(lián)軸器，故軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為直徑中間大兩頭小的的階梯軸，外伸端軸徑最小，向內(nèi)逐漸增大。 初步選擇滾動(dòng)軸承 確定 C段直徑和長(zhǎng)度。由手冊(cè)上查得 30207 的定位軸肩高度，因此bd=43mm，初步確定 B 端長(zhǎng)度為 30mm。 軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器的周向定位采用平鍵聯(lián)接，由手冊(cè)查得平鍵截面 hb? =8? 7，長(zhǎng)為 28mm，軸槽深 t=4mm,轂槽 深為 ，半聯(lián)軸器于軸的配合為 H8/f7，偏心輪與軸的配合為 H8/js7，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 擺軸軸承 由圖 32 可知擺軸的結(jié)構(gòu)和主傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)類似，因此擺軸上選用與主軸一樣的軸承，從而確定了擺軸上 C 段的直徑為 35mm，初步確定 C段的長(zhǎng)度為 39mm。 ④初選 A 段直徑為 30mm，長(zhǎng)度為 15mm。對(duì)于 30207 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查的 a=，因此作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距為 。對(duì)于零件作用與軸上的分布載荷或扭矩（因軸上零件如聯(lián)軸器有寬度）可當(dāng)作集中力作用于軸上零件的寬度中點(diǎn)。 左側(cè)： 抗彎截面模量 333 m