專利名稱：一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測膝關(guān)節(jié)假體磨損特性的試驗機。尤其涉及一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，屬于膝關(guān)節(jié)假體制造和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
老齡化產(chǎn)生的膝關(guān)節(jié)軟骨損傷、加之交通繁忙及交通事故和極限運動損傷等導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)置換病率迅速上升，同時，人體關(guān)節(jié)的一次性植入要求，使膝關(guān)節(jié)置換假體的磨損性能成為關(guān)節(jié)假體制造行業(yè)中的關(guān)鍵問題。然而，在膝關(guān)節(jié)假體制造業(yè)中，對關(guān)節(jié)假體的磨損測試的技術(shù)與設(shè)備國外尚不成熟與完善，國內(nèi)才剛剛起步。這與日趨增長的關(guān)節(jié)置換手術(shù)需求不相適應(yīng)；同時，膝關(guān)節(jié)假體的磨損性能已成為膝內(nèi)假體在體質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，由臨床隨訪結(jié)果表明膝關(guān)節(jié)置換假體在膝十年后反映出的不適應(yīng)癥，除假體松動之外，磨損失效也是其主要原因。因此，置換膝關(guān)節(jié)假體的耐磨性與使用壽命預(yù)測就成為假體制造業(yè)中的極為重要的問題。本發(fā)明依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)isol4243-l、2、3中的部分?jǐn)?shù)據(jù)要求，設(shè)計了一種基于運動合成的膝關(guān)節(jié)假體磨損試驗機，主要用于關(guān)節(jié)假體的磨損測試與壽命預(yù)測。同時，也為置換假體的磨損分析提供技術(shù)與設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供” 一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機”，它是按照人體膝脛股關(guān)節(jié)的屈伸運動特性來設(shè)計膝關(guān)節(jié)置換假體磨損試驗機，在盡可能接近人體膝關(guān)節(jié)生物環(huán)境(生物潤滑液及對磨損過程的加載)的基礎(chǔ)上測試滿足磨損次數(shù)要求的假體磨損磨痕，從而獲取置換假體的磨損特性及壽命預(yù)測，同時，也為假體磨損分析提供技術(shù)數(shù)據(jù)與方法。2、技術(shù)方案見圖1，本發(fā)明一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，它由右部件和左部件兩部分組成，它們之間的位置連接關(guān)系是右部件在本試驗機右側(cè)，是假體關(guān)節(jié)屈伸運動中的驅(qū)動結(jié)構(gòu)；左部件在本試驗機左側(cè)，是產(chǎn)生假體關(guān)節(jié)面間的屈伸磨損運動；右部件里四桿機構(gòu)中的搖桿與左部件里股骨系統(tǒng)中的主軸相連接。所述右部件，包含電機部分和四桿機構(gòu)，兩者之間的關(guān)系是四桿機構(gòu)中的可調(diào)曲柄固連在電機部分的電機主軸上；該電機部分中的電機由十字槽螺釘固定在電機底座上， 電機尾部由電機支撐塊托起，電機支撐塊放置在電機底座的凹槽內(nèi)，電機底座通過螺栓固定在基座上；電機主軸通過鍵連接與四桿機構(gòu)中的可調(diào)曲柄固連，由彈簧擋圈鎖緊。該電機是底腳安裝型齒輪減速三相異步電動機，額定功率0. 75kW，輸出轉(zhuǎn)速61rpm，額定轉(zhuǎn)矩 81N ·πι ；該電機底座是由型材制成的金屬支架結(jié)構(gòu)。見圖4b，該四桿機構(gòu)是由可調(diào)曲柄、連桿、搖桿、后連桿軸、后軸端擋板、深溝球軸承、連桿軸套筒、前連桿軸、前軸端擋板和鎖緊螺母組成，它們之間的位置連接關(guān)系是前連桿軸穿過可調(diào)曲柄的直槽口及連桿一端的通孔， 由一對深溝球軸承確保其相對轉(zhuǎn)動，深溝球軸承由連桿軸套筒限位，軸端由鎖緊螺母壓緊前軸端擋板；后連桿軸穿過連桿另一端的通孔及搖桿尾部的通孔，也是由一對深溝球軸承來確保其相對轉(zhuǎn)動，深溝球軸承由連桿軸套筒限位，后軸端擋板通過十字槽螺釘固定在連桿的側(cè)面上；該可調(diào)曲柄是由兩個大、小圓柱狀件構(gòu)成，其中部設(shè)置有通孔，用于連接電機主軸，大圓柱狀件距中心60mm處設(shè)置有直槽口，用于與連桿固定和連接，同時具有距離可調(diào)性；該連桿兩頭是圓柱桿件，中部通過矩形斷面件相連；該搖桿是圓弧形件，其上設(shè)置有兩個通孔，尾部孔用于與連桿相連接，中心孔用于連接股骨系統(tǒng)中的主軸。該后連桿軸是芯部為圓軸、頭部為圓盤狀的結(jié)合件；該后軸端擋板是圓盤狀件；該深溝球軸承是市購標(biāo)準(zhǔn)件；該連桿軸套筒是圓筒形件，數(shù)量是兩件；該前連桿軸是芯部為圓軸、頭部為圓盤狀的結(jié)合件；該前軸端擋板是圓盤狀件；該鎖緊螺母是市購標(biāo)準(zhǔn)件。所述左部件，包含基座、無桿氣缸、連接板、氣動擺臺、連接平臺、轉(zhuǎn)臺、支撐桿、脛骨系統(tǒng)和股骨系統(tǒng)組成，見圖1，支撐桿固連在底板基座上，無桿氣缸放置在基座上面，其上再分別放置連接板、氣動擺臺、連接平臺及轉(zhuǎn)臺，脛骨系統(tǒng)放置在轉(zhuǎn)臺上面，兩兩之間均由相應(yīng)的螺紋連接；股骨系統(tǒng)通過其主軸固定在支撐桿內(nèi)。該基座是矩形板料；該無桿氣缸是SMC公司生產(chǎn)的MY1M40-G-15-C-S-Z73，豎直方向最大允許力矩59N · m，最大允許負(fù)載 840N,由無桿氣缸控制膝關(guān)節(jié)假體在M/L(內(nèi)/外)方向上的位移；該連接板是矩形板料，其功能為連接無桿氣缸和氣動擺臺；該氣動擺臺是SMC公司生產(chǎn)的MSQA70-A93，氣動擺臺控制膝關(guān)節(jié)假體I/E (內(nèi)/外)旋轉(zhuǎn)的角度，有效輸出力矩6. 79N ·πι ；該連接平臺是圓柱形結(jié)構(gòu)，其功能為連接氣動擺臺和轉(zhuǎn)臺；該轉(zhuǎn)臺是圓盤及圓錐臺結(jié)合件；該支撐桿是頭部設(shè)置有圓孔的金屬結(jié)構(gòu)支撐架，并在側(cè)板設(shè)有加強筋板。見圖3，該脛骨系統(tǒng)是由燕尾槽導(dǎo)軌、燕尾槽滑塊、脛骨平臺鍋、夾緊鉗、薄螺母、密封圈組成，其間關(guān)系是燕尾槽導(dǎo)軌由螺釘固連在轉(zhuǎn)臺上，燕尾槽滑塊安裝在燕尾槽導(dǎo)軌內(nèi)，通過緊定螺釘及鑲條調(diào)整二者之間的預(yù)緊力，脛骨平臺鍋通過螺釘固連在燕尾槽滑塊上，夾緊鉗從鍋體側(cè)面可調(diào)孔插入并夾緊脛骨假體， 用雙螺母鎖死，密封圈進(jìn)行密封；該燕尾槽導(dǎo)軌是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的燕尾槽形導(dǎo)軌；該燕尾槽滑塊是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的燕尾槽形滑塊；該脛骨平臺鍋是圓鍋形狀，鍋內(nèi)設(shè)有凹槽，用于放置并粗定位脛骨假體，其內(nèi)壁設(shè)計了橢圓弧裝配面，和脛骨假體側(cè)面配合進(jìn)行精定位；該夾緊鉗是柄端帶有螺紋的金屬結(jié)構(gòu)件，工作面為平面；該薄螺母是市購標(biāo)準(zhǔn)件；該密封圈是環(huán)狀市購標(biāo)準(zhǔn)件。見圖2，該股骨系統(tǒng)是由股骨假體、股骨假體楔塊、ν形載荷梁、主軸、連接桿、 主軸側(cè)鍵、主軸中鍵、圓錐滾子軸承、圓螺母、止動墊圈、主軸左、右套筒、軸肩擋圈、雙頭螺柱、螺母、調(diào)整墊片、六角頭螺栓組成，主軸穿過連接桿上的通孔及股骨假體楔塊的通孔，連接桿通過兩組六角頭螺栓與ν形載荷梁固連，股骨假體與股骨假體楔塊通過小過盈配合固為-體后，再用雙頭螺柱及螺母將其固結(jié)在載荷梁上，可加入調(diào)整墊片調(diào)整其相對位置，主軸兩端穿過支撐桿上的通孔，由圓錐滾子軸承確保其相對轉(zhuǎn)動，由軸肩擋圈和主軸左、右套筒進(jìn)行限位，并由圓螺母加止動墊圈鎖死，主軸與擺桿、連接桿、股骨假體楔塊均由鍵連接。 該股骨假體是后擋穩(wěn)定型假體；該股骨假體楔塊為木質(zhì)材料，與股骨假體為過盈配合；該載荷梁是一邊開有近似V型的矩形板料；該主軸是普通臺階軸；該連接桿是矩形金屬結(jié)構(gòu)連接件；該主軸側(cè)鍵、主軸中鍵、圓錐滾子軸承、圓螺母和止動墊圈是按需要選購的標(biāo)準(zhǔn)件； 該主軸左、右套筒是心部設(shè)置有圓孔的圓柱形件；該軸肩擋圈、雙頭螺柱、螺母、和六角頭螺栓是按需要選購的標(biāo)準(zhǔn)件；該調(diào)整墊片是薄片狀環(huán)形金屬件，用于確保股骨假體與脛骨平臺呈壓緊狀態(tài)。其中，該電機的型號是YCJ-120-170 ；
其中，該基座的外形尺寸為1400X700X50 ；其中，該深溝球軸承的規(guī)格型號是內(nèi)徑7mm，軸承代號627，數(shù)量四個；其中，該圓錐滾子軸承的規(guī)格型號是內(nèi)徑25mm，軸承代號30205，數(shù)量兩個。脛骨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理是由最底部的無桿氣缸控制膝關(guān)節(jié)假體在M/L方向上的位移，位移控制范圍為士 7. 5mm，無桿氣缸與擺臺氣缸通過連接板用螺栓連接，擺臺氣缸則控制膝關(guān)節(jié)假體I/E旋轉(zhuǎn)的角度，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，其旋轉(zhuǎn)角度為-2-6°，旋轉(zhuǎn)力矩為0.6Nm/ 度；燕尾槽導(dǎo)軌約束膝關(guān)節(jié)假體在Α/Ρ方向上的隨動，位移控制范圍為士5mm;脛骨平臺鍋的內(nèi)壁設(shè)計了橢圓弧裝配面，和脛骨假體側(cè)面配合來確定脛骨平臺的安裝位置，并采用楔塊及雙螺母夾緊固定。鍋內(nèi)盛有組織特性接近人體關(guān)節(jié)液的潤滑液，淹沒脛骨平臺，使磨損試驗環(huán)境盡量接近膝關(guān)節(jié)生物環(huán)境。股骨系統(tǒng)用于實現(xiàn)股骨假體的屈伸運動，主要為屈伸驅(qū)動與磨損循環(huán)加載結(jié)構(gòu)。股骨假體與假體楔塊通過小過盈配合固為一體，假體楔塊用螺栓固結(jié)在V型載荷梁上，載荷梁通過兩側(cè)側(cè)板形成龍門結(jié)構(gòu)，假體楔塊與載荷梁通過龍門兩側(cè)的連接板用螺栓固連于一體，兩側(cè)連接板均與主軸相連，主軸經(jīng)鍵連接于穿過股骨假體的楔塊，并安裝在固定支架的兩側(cè)板上；固定支架由底座與兩側(cè)板組成，為加強剛度，在側(cè)板上設(shè)置加強筋板；主軸左側(cè)與曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿連接。當(dāng)電機驅(qū)動曲柄搖桿循環(huán)擺動時，通過搖桿使主軸擺動，由主軸帶動整個龍門載荷梁擺動，由此，實現(xiàn)了股骨假體的屈伸運動與循環(huán)加載。屈伸范圍為士30°，最大屈伸范圍為士60°，頻率為1 士0. 1Hz。磨損測試循環(huán)次數(shù)為500萬次，即5 X IO6次，試驗溫度為37°C 士3°C。優(yōu)點及功效本發(fā)明一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，滿足isol4243的標(biāo)準(zhǔn)要求，盡量接近置換假體在體的生物環(huán)境進(jìn)行脛骨/股骨假體的磨損測試，磨損過程較接近在膝假體的實際磨損情況，更使磨損特性及磨損預(yù)測較為準(zhǔn)確；同時， 該試驗機主動控制的自由度較多，可調(diào)節(jié)性強；加之慣性力的加載方式，使結(jié)構(gòu)更為簡化與緊湊。


圖1.本發(fā)明一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.本發(fā)明的龍門載荷機構(gòu)示意圖；圖3.本發(fā)明的脛骨系統(tǒng)運動機構(gòu)示意圖；圖4a.本發(fā)明的曲柄搖桿驅(qū)動機構(gòu)示意圖；圖4b.本發(fā)明的曲柄搖桿驅(qū)動機構(gòu)爆炸圖；圖5.本發(fā)明的鑲條示意圖；圖6.本發(fā)明的調(diào)整墊片示意圖。圖中標(biāo)號說明如下1、基座；2、氣缸固定六角頭螺栓M14X90-C ；3、無桿氣缸；4、連接板；5、內(nèi)六角螺栓 M8X20-C ；6、六角頭螺栓M10X50-C ；7、氣動擺臺；8、連接平臺；9、內(nèi)六角螺釘M8X20-20-C ； 10、六角頭螺栓M10X20-C;11、轉(zhuǎn)臺；12、燕尾槽導(dǎo)軌；13、燕尾槽滑塊；14、緊定螺釘 M5X12-C ；15、鑲條；16、脛骨平臺鍋；17、十字槽盤頭螺釘M8X16-16-C ；18、夾緊鉗；19、密封圈；20、夾緊鉗墊圈；21、薄螺母M5-C;22、支撐桿；23、六角頭螺栓M12X30-C ;24、墊圈12 ；25、主軸；26、圓螺母M20X1. 5-C ；27、止動墊圈；28、主軸右套筒；29、圓錐滾子軸承； 30、軸肩擋圈；31、主軸側(cè)鍵；32、主軸左套筒；33、主軸中鍵；34、股骨假體楔塊；35、螺母 MlO-C ；36、雙頭螺柱M10X40-C ；37、調(diào)整墊片；38、連接桿；39、V形載荷梁；40、六角頭螺栓 M20X80-C ；41、六角頭螺栓M20X60-C ；42、搖桿；43、后連桿軸；44、深溝球軸承；45、連桿軸套筒；46、后軸端擋板；47、十字槽螺釘M3X8-6. 35 ；48、連桿；49、可調(diào)曲柄；50、前連桿軸； 51、前軸端擋板；52、鎖緊螺母M6-C ；53、彈簧擋圈；54、電機；55、內(nèi)六角螺栓M12X25-C ；56、 電機支撐塊；57、電機底座；58、六角頭螺栓M20X55-C ；59、內(nèi)六角圓柱頭螺釘M4X16-C。
具體實施例方式結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案見圖1，本發(fā)明一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，它是由右部件和左部件兩部分組成，它們之間的位置連接關(guān)系是左部件在本試驗機左側(cè)，右部件在本試驗機右側(cè)，右部件里曲柄搖桿機構(gòu)中的搖桿與左部件里股骨系統(tǒng)中的主軸相連接。左部件產(chǎn)生假體關(guān)節(jié)面間的屈伸磨損運動，右部件是假體關(guān)節(jié)屈伸運動中的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。左部件的技術(shù)方案及原理左部件主要包括主軸25，股骨假體楔塊34，ν形載荷梁39，支撐桿22，脛骨平臺鍋 16、夾緊鉗18、燕尾槽導(dǎo)軌12、燕尾槽滑塊13、氣動擺臺7、無桿氣缸3、連接板4、連接平臺 8和基座1組成。從底向上左部件又分為脛骨/股骨系統(tǒng)，兩系統(tǒng)匯集于假體接觸面，按照置換脛骨/股骨的在膝要求，股骨假體安裝在脛骨聚乙烯襯墊的髁間窩內(nèi)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)纳烨ラg隙。脛骨系統(tǒng)如圖3所示，脛骨假體被固定在脛骨平臺鍋16內(nèi)，通過脛骨平臺鍋16內(nèi)側(cè)橢圓弧與脛骨假體側(cè)面配合來定位，從鍋體側(cè)面可調(diào)孔插入夾緊鉗18夾緊脛骨假體，并用薄螺母M5-C 21備緊夾緊鉗18來連接固定，薄螺母M5-C 21下部墊有夾緊鉗墊圈20及密封圈19，以水、合成潤滑劑或關(guān)節(jié)液為潤滑劑進(jìn)行潤滑磨損試驗，或以干接觸條件進(jìn)行磨損試驗。脛骨平臺鍋16通過底部通孔與下方的燕尾槽滑塊13用十字槽盤頭螺釘M8X16-16-C 17固連，燕尾槽滑塊13安裝在燕尾槽導(dǎo)軌12內(nèi)，通過緊定螺釘M5X12-C 14及鑲條15調(diào)整二者之間的預(yù)緊力。燕尾槽導(dǎo)軌12保證膝關(guān)節(jié)假體在A/P(前/后)方向上的位移。燕尾槽導(dǎo)軌12通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘M4X16-C 59固定在下方的轉(zhuǎn)臺11上，轉(zhuǎn)臺11與其下方的氣動擺臺7通過連接平臺8采用內(nèi)六角螺釘M8X20-20-C 9及六角頭螺栓M10X20-C10固連在一起，氣動擺臺7帶動其上的部件做回轉(zhuǎn)運動，控制膝關(guān)節(jié)假體的I/E旋轉(zhuǎn)運動，根據(jù) ISO標(biāo)準(zhǔn)，隨股骨假體的屈伸運動，控制其旋轉(zhuǎn)角度為-2-6°，旋轉(zhuǎn)力矩為0. 6Nm。氣動擺臺 7與最底部的無桿氣缸3也通過連接板4用內(nèi)六角螺栓M8X20-C 5和六角頭螺栓M10X50-C 6固連在一起，無桿氣缸3通過氣缸固定六角頭螺栓M14X90-C 2固連在基座1上，無桿氣缸3帶動其上面所有部件做平移運動，控制膝關(guān)節(jié)假體在M/L(內(nèi)/外)方向上的位移，隨股骨假體的屈伸運動，M/L的位移控制在士7. 5mm范圍內(nèi)。股骨系統(tǒng)如圖2所示，股骨系統(tǒng)由股骨假體、股骨假體楔塊34、v形載荷梁39及主軸25組成股骨假體與股骨假體楔塊34通過小過盈裝配于一體，利用股骨假體上的圓錐銷定位。股骨假體楔塊34與V型載荷梁39有同軸螺紋孔，二者通過雙頭螺柱M10X40-C36和螺母M10-C35固定，V型載荷梁39用慣性力將股骨假體壓緊在脛骨假體聚乙烯襯墊上，選取壓力約400N，它接近于在膝內(nèi)置換假體面間的壓力，加入調(diào)整墊片37調(diào)整預(yù)緊力；同時， 主軸25穿過股骨假體楔塊34，采用主軸中鍵33連接，可減小膝關(guān)節(jié)假體屈伸過程中的彎矩。V型載荷梁39通過六角頭螺栓M20X80-C 40及六角頭螺栓M20X60-C 41固連兩側(cè)連接桿38，構(gòu)成龍門結(jié)構(gòu)；連接桿38與主軸25通過主軸側(cè)鍵31連接，主軸25兩側(cè)安裝在支撐桿22上，選用圓錐滾子軸承四為主軸25與支撐桿22的裝配連接，支撐桿22通過六角頭螺栓M12X30-C23及墊圈12M固連在基座1上。圓錐滾子軸承四內(nèi)圈依靠軸肩擋圈30定位，外圈依靠套主軸左、右筒32、觀定位，主軸25右側(cè)通過主軸側(cè)鍵31連接搖桿42，軸端均采用止動墊圈27加圓螺母M20X1. 5-C 26鎖死。右部件的技術(shù)方案及原理右部件實現(xiàn)股骨屈伸驅(qū)動，主要由電機54，電機底座57，可調(diào)曲柄49，連桿48，搖桿42等元件組成。 右部件的技術(shù)方案如圖4所示可調(diào)曲柄49，連桿48及搖桿42共同構(gòu)成可調(diào)的曲柄搖桿機構(gòu)，搖桿42與主軸25相連接，通過圓錐滾子軸承四及孔軸配合保持其搖桿42與主軸25的傳動關(guān)系；后連桿軸43穿過連桿48 —端的通孔及搖桿42尾部的通孔，通過深溝球軸承44及孔軸配合保持兩者相對轉(zhuǎn)動，深溝球軸承44由連桿軸套筒45限位，后軸端擋板46通過十字槽螺釘M3X8-6. 3547固定在連桿48的側(cè)面上；前連桿軸50穿過可調(diào)曲柄49 的直槽口及連桿48另一端的通孔，通過深溝球軸承44及孔軸配合保持兩者相對轉(zhuǎn)動，軸端由鎖緊螺母M6-C 52壓緊前軸端擋板51鎖死，可調(diào)曲柄49通過彈簧擋圈53連接在電機M 的主軸上。曲柄搖桿機構(gòu)由電機M驅(qū)動，帶動V型載荷梁39及股骨假體做正弦擺動，實現(xiàn)假體關(guān)節(jié)面間的屈伸運動，屈伸范圍為士30°，最大屈伸范圍為士60°，頻率為1 士0. IHz; 電機討由內(nèi)六角螺栓M12X25-C 55固定在電機底座57上，電機尾部由電機支撐塊56托起， 電機支撐塊56放置在電機底座57的凹槽內(nèi)，電機底座57通過六角頭螺栓M20X55-C 58固定在基座1上。 本發(fā)明的可控參數(shù)有循環(huán)次數(shù)500萬次，即5 X IO6次；屈伸角度士30°，最大屈伸角度范圍士60° ；負(fù)載400N，調(diào)節(jié)范圍為0 1000N。以記錄摩擦扭矩、脛骨平臺摩擦面積及磨損程度來評估膝關(guān)節(jié)假體的摩擦特性。
權(quán)利要求
1. 一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，其特征在于它是由右部件和左部件兩部分組成，右部件在本試驗機右側(cè)，是假體關(guān)節(jié)屈伸運動中的驅(qū)動結(jié)構(gòu)；左部件在本試驗機左側(cè)，是產(chǎn)生假體關(guān)節(jié)面間的屈伸磨損運動；右部件里四桿機構(gòu)中的搖桿與左部件里股骨系統(tǒng)中的主軸相連接；所述右部件，包含電機部分和四桿機構(gòu)，四桿機構(gòu)里的可調(diào)曲柄固連在電機部分的主軸上；該電機部分中的電機由十字槽螺釘固定在電機底座上，電機尾部由電機支撐塊托起， 電機支撐塊放置在電機底座的凹槽內(nèi)，電機底座通過螺栓固定在基座上；電機主軸通過鍵連接與四桿機構(gòu)中的可調(diào)曲柄固連，由彈簧擋圈鎖緊；該電機是YCJ-120-170底腳安裝型齒輪減速三相異步電動機；該電機底座是由型材制成的金屬支架結(jié)構(gòu)；該四桿機構(gòu)是由可調(diào)曲柄、連桿、搖桿、后連桿軸、后軸端擋板、深溝球軸承、連桿軸套筒、前連桿軸、前軸端擋板和鎖緊螺母組成，前連桿軸穿過可調(diào)曲柄的直槽口及連桿一端的通孔，由一對深溝球軸承確保其相對轉(zhuǎn)動，深溝球軸承由連桿軸套筒限位，軸端由鎖緊螺母壓緊前軸端擋板；后連桿軸穿過連桿另一端的通孔及搖桿尾部的通孔，也是由一對深溝球軸承來確保其相對轉(zhuǎn)動，深溝球軸承由連桿軸套筒限位，后軸端擋板通過十字槽螺釘固定在連桿的側(cè)面上；該可調(diào)曲柄是由兩個大、小圓柱狀件構(gòu)成，其中部設(shè)置有通孔，用于連接電機主軸，大圓柱狀件距中心60mm處設(shè)置有直槽口，用于與連桿固定和連接并具有距離可調(diào)性；該連桿兩頭是圓柱桿件，中部通過矩形斷面件相連；該搖桿是圓弧形件，其上設(shè)置有兩個通孔，尾部孔用于與連桿相連接，中心孔用于連接股骨系統(tǒng)中的主軸；該后連桿軸是芯部為圓軸、頭部為圓盤狀的結(jié)合件；該后軸端擋板是圓盤狀件；該連桿軸套筒是圓筒形件，數(shù)量是兩件；該前連桿軸是芯部為圓軸、頭部為圓盤狀的結(jié)合件；該前軸端擋板是圓盤狀件；所述左部件，包含基座、無桿氣缸、連接板、氣動擺臺、連接平臺、轉(zhuǎn)臺、支撐桿、脛骨系統(tǒng)和股骨系統(tǒng)，支撐桿固連在底板基座上，無桿氣缸放置在基座上面，其上再分別放置連接板、氣動擺臺、連接平臺及轉(zhuǎn)臺，脛骨系統(tǒng)放置在轉(zhuǎn)臺上面，兩兩之間均由相應(yīng)的螺紋連接， 股骨系統(tǒng)通過其主軸固定在支撐桿內(nèi)；該基座是矩形板料；該無桿氣缸是SMC公司生產(chǎn)的 MY1M40-G-15-C-S-Z73,由無桿氣缸控制膝關(guān)節(jié)假體在內(nèi)、外方向上的位移；該連接板是矩形板料，其功能為連接無桿氣缸和氣動擺臺；該氣動擺臺是SMC公司生產(chǎn)的MSQA70-A93， 氣動擺臺控制膝關(guān)節(jié)假體內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)的角度；該連接平臺是圓柱形結(jié)構(gòu)，其功能為連接氣動擺臺和轉(zhuǎn)臺；該轉(zhuǎn)臺是圓盤及圓錐臺結(jié)合件；該支撐桿是頭部設(shè)置有圓孔的金屬結(jié)構(gòu)支撐架，并在側(cè)板設(shè)有加強筋板；該脛骨系統(tǒng)是由燕尾槽導(dǎo)軌、燕尾槽滑塊、脛骨平臺鍋、夾緊鉗、薄螺母和密封圈組成，其間關(guān)系是燕尾槽導(dǎo)軌由螺釘固連在轉(zhuǎn)臺上，燕尾槽滑塊安裝在燕尾槽導(dǎo)軌內(nèi)，通過緊定螺釘及鑲條調(diào)整二者之間的預(yù)緊力，脛骨平臺鍋通過螺釘固連在燕尾槽滑塊上，夾緊鉗從鍋體側(cè)面可調(diào)孔插入并夾緊脛骨假體，用雙螺母鎖死，密封圈進(jìn)行密封；該燕尾槽導(dǎo)軌是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的燕尾槽形導(dǎo)軌；該燕尾槽滑塊是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的燕尾槽形滑塊；該脛骨平臺鍋是圓鍋形狀，鍋內(nèi)設(shè)有凹槽，用于放置并粗定位脛骨假體，其內(nèi)壁設(shè)計了橢圓弧裝配面，和脛骨假體側(cè)面配合進(jìn)行精定位；該夾緊鉗是柄端帶有螺紋的金屬結(jié)構(gòu)件，工作面為平面；該股骨系統(tǒng)是由股骨假體、股骨假體楔塊、ν形載荷梁、主軸、連接桿、 主軸側(cè)鍵、主軸中鍵、圓錐滾子軸承、圓螺母、止動墊圈、主軸左、右套筒、軸肩擋圈、雙頭螺柱、螺母、調(diào)整墊片和六角頭螺栓組成，主軸穿過連接桿上的通孔及股骨假體楔塊的通孔， 連接桿通過兩組六角頭螺栓與ν形載荷梁固連，股骨假體與股骨假體楔塊通過小過盈配合固為一體后，再用雙頭螺柱及螺母將其固結(jié)在載荷梁上，加入調(diào)整墊片調(diào)整其相對位置，主軸兩端穿過支撐桿上的通孔，由圓錐滾子軸承確保其相對轉(zhuǎn)動，由軸肩擋圈和主軸左、右套筒進(jìn)行限位，并由圓螺母加止動墊圈鎖死，主軸與擺桿、連接桿、股骨假體楔塊均由鍵連接； 該股骨假體是后擋穩(wěn)定型假體；該股骨假體楔塊為木質(zhì)材料，與股骨假體為過盈配合；該載荷梁是一邊開有近似V型的矩形板料；該主軸是普通臺階軸；該連接桿是矩形金屬結(jié)構(gòu)連接件；該主軸左、右套筒是心部設(shè)置有圓孔的圓柱形件；該調(diào)整墊片是薄片狀環(huán)形金屬件，用于確保股骨假體與脛骨平臺呈壓緊狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，其特征在于該基座的外形尺寸為1400X700X50。
全文摘要
一種兩轉(zhuǎn)兩移運動合成膝置換假體脛股關(guān)節(jié)磨損試驗機，它是由右部件和左部件兩部分組成，右部件在本試驗機右側(cè)，是假體關(guān)節(jié)屈伸運動中的驅(qū)動結(jié)構(gòu)；左部件在本試驗機左側(cè)，是產(chǎn)生假體關(guān)節(jié)面間的屈伸磨損運動；右部件里四桿機構(gòu)中的搖桿與左部件里股骨系統(tǒng)中的主軸相連接；本發(fā)明滿足了iso14243的標(biāo)準(zhǔn)要求，盡量接近置換假體在體的生物環(huán)境進(jìn)行脛骨/股骨假體的磨損測試，磨損過程接近在膝假體的實際磨損情況，更使磨損特性及磨損預(yù)測較為準(zhǔn)確；同時，該試驗機主動控制的自由度較多，可調(diào)節(jié)性強；加之慣性力的加載方式，使結(jié)構(gòu)更為簡化與緊湊。它在膝關(guān)節(jié)假體制造和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的實用價值和廣闊地應(yīng)用前景。
文檔編號A61F2/76GK102319131SQ20111028016
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者鄭海東, 鄭紅光, 郭云飛, 黃榮瑛 申請人:北京航空航天大學(xué)