人工髋关节模拟试验机机械传动部分
的研制(上置式)
摘要
查询相关文献，收集资料，翻译相关英语文献，结合分析文献资料，提出并论证试验机结构方案，试验机机构运动分析。确定试验机总体结构，计算主要零部件尺寸确定试验机总体结构，计算主要零部件尺寸绘制试验机草图，试验机总装配图设计该试验机设计时考虑的主要因素是使其在试验室环境中能够正确模拟人体髓关节的实际运动工况，以使试件在试验过程中产生的摩擦机理、磨损形式与实际使用条件下相一致，从而可以准确、可靠地测试人工关节材料的生物摩擦学特性参数，为临床应用提供指导性试验数据。该试验设备主要由机械传动部分、温控系统及液压加载系统组成。该试验机由四个相互独立的试验单元组成，每个试验单元的结构和工作原理都完全一致。为了真实模拟天然关节的运动工况，试验时转速小能过高，这样一来势必造成试验时间很长，在多试样重复试验时这一矛盾更为突出。本试验机在一个机架上同时装配了四个试验单元，增加了试验工位，从而大大缩短了试验时间，同时也为作对比试验提供了便利。
本课题是对人体髋关节模拟试验机机械传动部分的研制。试验机的工作原理是将股骨头和髋臼部件试样按照其正常位置安装于试验台上，通过试验装置使两者之间产生规定的随时间变化的负载及相对角运动。该机械设计时考虑的主要因素是使其在实验室环境中能够正确模拟人体髋关节的实际运动工况，以使试件在试验过程中产生的摩擦机理、磨损形式与实际使用条件下相一致，从而可以准确、可靠地测试人工关节材料的生物摩擦学特性参数，为临床应用提供指导性试验数据。根据以上要求设计出试验机的总装配图。该试验机要求的最大试验载荷为1t，要求主轴转速为60rpm。假设作用在股骨头头部的载荷为1t，则可以算出最大阻力。选则直径为50mm的股骨头，求出最大扭矩，由此确定电机的功率从而计算出最小轴径。根据最小轴径初选各个零件的尺寸。通过校核确认其安全以确保试验机正常运转。电机运转时通过联轴器带动主轴旋转，从而带动固定在主轴轴端的偏心轮转动，试件座安装在摆轴上和摆轴一起饶中心轴线转动。使得由关节球支架固定在试件座上的关节球头和髋臼试件之间产生摩擦，从而达到试验的目的。其中髋臼试件由骨水泥固定在髋臼座上，冲击载荷由液压缸提供作用于自定心轴上，通过髋臼支架最终作用在关节球头上，加上关节球头随试件座绕中心线转动。这样实现模拟人体髋关节的实际运动，使其产生的摩擦机理、磨损形式与实际使用条件下相一致，以达到设计该试验机的初衷。
关键词：关节试验机 ;模拟试验 ;人体髋关节 ;摩擦机理
目 录
摘要 II
Abstract III
1 绪论 1
1.1机械智能的发展前景 1
1.2 人体关节与机械智能 1
1.3 人工关节的研究现状和发展趋势 1
2 设计背景及原理 3
3.2髋关节结构及运动分析 4
3.2.1人体髋关节结构 4
3.2.2关节运动特性分析 5
3.2.3人工髋关节的结构组成及加工方法 6
3.3 方案的提出 7
3.3.1方案一： 7
3.3.1.1 试验装置 7
3.3.3.2 测试方法 8
3.3.3.3结果与讨论 8
a. 仿生人工关节评价装置参数设计 8
b. 测试评价 9
3.3.3.4结论 10
3.3.2 方案二： 10
3.3.5 设计方案 11
3.3.6 机械传动部分的运动特的分析 12
3.3.7磨损量的测定及磨损率的计算 14
a.磨损量的测定 14
b. 临床磨损率的计算 15
c.磨损因数的计算 16
4 主要参数的计算过程 18
4.1初选电机功率 18
4.2主传动轴的设计 19
4.2.1选择轴的材料 19
4.2.2初步确定轴的最小直径 19
4.2.3轴的结构设计 19
4.2.4轴上零件的周向定位 20
4.2.5确定轴上倒角 20
4.3 初选摆轴的大小 20
4.3.1选择轴的材料 20
4.3.2初步确定轴的最小直径 20
4.4液压缸的结构尺寸设计 21
4.5 装配图及主要零件图设计 21
4.5.1 装配图草图 21
4.5.2零件图 22
5 零件的校核 24
5.1轴上载荷的计算 24
5.2校核轴的强度 25
5.2.1画受力简图 25
5.2.2求作用在轴上的支反力 25
5.2.3校核轴的强度 25
5.3主动轴上轴承的校核 27
5.4摆轴的校核 28
5.5摆轴上轴承的校核 29
结论 30
致 谢 31
参考文献 31
附录 34
参考文献
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