一种多功能人工髋关节磨损试验机制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能人工髋关节磨损试验机，包括机架组件、液压加载机构、动力旋转机构、髋关节模拟试验机构和销盘模拟试验机构，所述液压加载机构安装在机架组件的上方，动力旋转机构安装在机架组件的下方，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构安装在液压加载机构和动力旋转机构之间，液压加载机构为髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分提供稳定的载荷，动力旋转机构带动髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的下半部分稳定转动；本发明专利技术利用通用件和特殊件的组合，通过更换特殊件可以实现在同一个试验设备上实现人工髋关节摩擦磨损测试和销盘磨损试验，为教学及科研仪器的设计提供了一种新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能人工髋关节磨损试验机
本专利技术涉及试验设备
，更具体的说，尤其涉及一种多功能人工髋关节磨损试验机。
技术介绍
随着社会的发展，生产力水平的提高，人的生命价值被广泛地认同，在“生命高于一切”的思想指导下，医疗行业将成为继汽车、房地产、IT、互联网之后的第五个爆发式发展行业。而在疾病、战争和事故中发生的人体骨骼病变和损伤，是导致许多重大疾病甚至残疾的原因之一。在人体的所有骨骼中，髋关节是连接躯干与下肢的重要关节，也是全身负荷体重最多、受力最重的关节。髋关节在日常功能活动中承受巨大应力作用的同时，也在人类直立行走中起着特殊的力传导作用。因此，髋关节作为人体最大的负重关节，很容易受到损伤，导致诸如股骨头坏死、风湿性关节炎、退化性关节炎、僵直性脊椎炎等，严重影响正常生活。为了更好地帮助这部分人，缓解他们的痛苦，重获正常、健康的生活与身体，很多人都在研究解决人体骨骼的材料、成型、植入和再生性的问题。目前行业内有两种解决方法，一是通过人身自身的生物机能进行骨骼的再生或植入带有骨生长因子的小块异种骨诱导骨生长。这类方法效果较好，但时间长，见效慢，只适合于小块骨缺损的修复。另一种方法是用人造生物材料(高分子材料、金属、陶瓷等)制成替代骨植入人体，以解决大块缺损骨骼的修复。在此基础上，髋关节置换术应运而生。人工髋关节置换是指用生物相容性和机械性能良好的金属材料制成的一种类似人体骨关节的假体，利用手术方法将人工关节置换被疾病或损伤所破坏的关节面，其目的是切除病灶，清除疼痛，恢复关节的活动与原有的功能，这是治疗各种髋关节疾病最重要也是最有效的手术之一。美国现有总人口中的0.83％接受过人工髋关节置换术，我国的人工髋关节置换术经历了数十年的发展，特别是近20年成规模、规范化的发展，取得了巨大的进步。2014年，我国的人工关节置换术总量已达近40万例，其中近60％为人工髋关节置换，而且随着规范化手术技术的推广与普及、患者对手术接受度的提高以及医疗保障制度的完善，髋关节置换的手术量仍将以较快的速度不断增长。因此，研究人工髋关节的材料与磨损成了一个重要的课题。因为人体关节属于身体活动的连接机构，接触面间必然会发生相对滑动，产生摩擦、磨损，这种磨损不仅会破坏关节假体本身结构，引起机械性失效，还会产生大量磨损颗粒，诱导假体周围骨骼溶解，导致骨质恶化、髋臼松动甚至脱落。因此，我们需要对人工关节的强度、蠕变和磨损进行系统研究，这也是人工髋关节模拟试验机的由来，它需要在试验室环境中准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。实验室常用的磨损试验机主要分为两类，一种是摩擦测试试验机，这是人工关节摩擦学常规试验设备，以滑动接触方式进行摩擦磨损试验，通过圆盘与加工成销状的试验样品之间所形成的相对运动来研究材料的摩擦性能和滑液的润滑性能。它们专门提供所研究材料的固有特性的信息，其测试过程很快。但是该试验机不能准确的反映测试生物材料的几何特性，而其几何特性影响接触面的润滑和接触应力。因此它只能近似的再现假体材料在人体内相同磨损机制，但是使用的是较简化的模型而不是仿人体关节假体。因此，由于在试验中忽略了材料形态方面的区别，该试验机对移植关节的磨损率测试不够准确。另外一种是关节磨损试验机，例如人工髋关节磨损试验机，人工髋关节模拟试验机可以在试验室环境中准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。但是，无论是哪一种磨损试验机，现有的磨损试验机都是独立存在的，即摩擦测试试验机提供摩擦测试试验的功能，关节磨损试验机提供关节磨损试验的功能，尚没有一种能够将两种试验机结合起来的装置，即所有的磨损试验机都是独立设计独立完成试验的，这对实验室来说往往是一笔极大的负担；若是有一种通用的机型，可以依靠简单的更换组件即可实现关节磨损试验机和摩擦测试试验机的切换，在同一台机器上实现关节磨损试验和关节摩擦试验，不仅能够减少科研经费的支出，而且可以为教学及科研仪器的设计提供了一种新思路。同时，现有的人工髋关节磨损试验机都是采用关节窝在上关节球在下的连接方式，虽然这种方式更贴合实际情况，但对试验的结果影响并不是很大，尤其是在加载是需要气缸提供且加载的力可控的情况下，关节窝在上和关节球在下的影响对摩擦试验的结果影响并不是很明显，然而在髋关节模拟试验的实际过程中，需要在关节球和关节窝之间加入胎牛血清作为润滑液，血清至少需要淹没摩擦面，若是关节窝倒置在关节球的上方，其必然会导致作为润滑剂的胎牛血清在注入的过程中很难淹没整个摩擦面，一方面导致了润滑液的浪费，另一方面也会导致润滑液涂抹的不均匀，对髋关节模拟试验的结果产生影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有的人工髋关节模拟试验机功能单一，润滑液容易浪费以及运动方式单一的问题，提出了一种多功能人工髋关节磨损试验机，能够在传统的通用型髋关节磨损试验机的基础上进行改造优化并集成了新功能，使之不仅能更好的在模拟人工髋关节运动状态下完成人工髋关节摩擦磨损测试，还能通过模块的变化进行销盘磨损试验。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种多功能人工髋关节磨损试验机，包括机架组件、液压加载机构、动力旋转机构、髋关节模拟试验机构和销盘模拟试验机构，所述液压加载机构安装在机架组件的上方，动力旋转机构安装在机架组件的下方，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构安装在液压加载机构和动力旋转机构之间，液压加载机构为髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分提供稳定的载荷，动力旋转机构带动髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的下半部分稳定转动；所述液压加载机构包括液压缸体、液压缸上盖、液压缸下盖、活塞、活塞杆、连接面板、滑块套筒和筒状滑块，所述液压缸体竖直设置，液压缸上盖固定在液压缸体的上端，液压缸下盖固定在液压缸体的下端，所述连接面板固定在液压缸下盖上，滑块套筒固定在连接面板的底部，活塞位于所述液压缸体内，活塞杆的一端连接活塞，另一端穿过液压缸下盖连接在筒状滑块上，筒状滑块套装在所述滑块套筒内部；所述筒状滑块的底部还连接有伸长支座，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分安装在所述伸长支座上；所述动力旋转机构包括旋转驱动电机、主传动轴、电机连接套和第一联轴器，旋转驱动电机通过电机连接套固定在机架组件上，旋转驱动电机通过第一联轴器连接主传动轴；所述髋关节模拟试验机构包括关节头试件、试件座、髋臼试件、偏心轮、摆轴、试件连接螺柱、可拆式固定销、防转杆和圆锥滚子轴承，髋关节模拟试验机构安装时关节头试件通过试件连接螺柱固定连接在液压加载机构的伸长支座的底部，关节头试件固定在试件连接螺柱的底部；所述试件座上端设置有圆柱槽，髋臼试件安装在试件座上的圆柱槽底面上，所述圆柱槽内盛有润滑液；试件座通过摆轴安装在偏心轮上，所述偏心轮固定安装在动力旋转机构的主传动轴上；所述试件座上设置有供可拆式固定销插入和拔出的连接孔，可拆式固定销的插入试件座时试件座和可拆式固定销连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能人工髋关节磨损试验机，其特征在于：包括机架组件、液压加载机构、动力旋转机构、髋关节模拟试验机构和销盘模拟试验机构，所述液压加载机构安装在机架组件的上方，动力旋转机构安装在机架组件的下方，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构安装在液压加载机构和动力旋转机构之间，液压加载机构为髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分提供稳定的载荷，动力旋转机构带动髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的下半部分稳定转动；所述液压加载机构包括液压缸体(1)、液压缸上盖(2)、液压缸下盖(3)、活塞(4)、活塞杆(5)、连接面板(6)、滑块套筒(7)和筒状滑块(8)，所述液压缸体(1)竖直设置，液压缸上盖(2)固定在液压缸体(1)的上端，液压缸下盖(3)固定在液压缸体(1)的下端，所述连接面板(6)固定在液压缸下盖(3)上，滑块套筒(7)固定在连接面板(6)的底部，活塞(4)位于所述液压缸体(1)内，活塞杆(5)的一端连接活塞(4)，另一端穿过液压缸下盖(3)连接在筒状滑块(8)上，筒状滑块(8)套装在所述滑块套筒(7)内部；所述筒状滑块(8)的底部还连接有伸长支座(9)，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分安装在所述伸长支座(9)上；所述动力旋转机构包括旋转驱动电机(10)、主传动轴(11)、电机连接套(13)和第一联轴器(12)，旋转驱动电机(10)通过电机连接套(13)固定在机架组件上，旋转驱动电机(10)通过第一联轴器(12)连接主传动轴(11)；所述髋关节模拟试验机构包括关节头试件(14)、试件座(15)、髋臼试件(16)、偏心轮(17)、摆轴(18)、试件连接螺柱(19)、可拆式固定销(20)、防转杆(21)和圆锥滚子轴承(22)，髋关节模拟试验机构安装时关节头试件(14)通过试件连接螺柱(19)固定连接在液压加载机构的伸长支座(9)的底部，关节头试件(14)固定在试件连接螺柱(19)的底部；所述试件座(15)上端设置有圆柱槽，髋臼试件(16)安装在试件座(15)上的圆柱槽底面上，所述圆柱槽内盛有润滑液(23)；试件座(15)通过摆轴(18)安装在偏心轮(17)上，所述偏心轮(17)固定安装在动力旋转机构的主传动轴(11)上；所述试件座(15)上设置有供可拆式固定销(20)插入和拔出的连接孔，可拆式固定销(20)的插入试件座(15)时试件座(15)和可拆式固定销(20)连接为一个整体，所述防转杆(21)固定在机架组件上且防转杆(21)安装在可拆式固定销(20)转动时的运动路径上；可拆式固定销(20)未插入试件座(15)时受旋转驱动电机(10)带动的主传动轴(11)转动时通过偏心轮(17)带动试件座(15)沿主传动轴(11)的轴心线转动，可拆式固定销(20)插入试件座(15)时受旋转驱动电机(10)带动的主传动轴(11)转动时通过偏心轮(17)带动试件座(15)和可拆式固定销(20)构成的整体转动，可拆式固定销(20)被防转杆(21)挡住无法绕主传动轴(11)的轴心线转动，试件座(15)改绕摆轴(18)的轴心线转动且可拆式固定销(20)在防转杆(21)与可拆式固定销(20)中心线所在的平面内做弧形摆动；所述销盘模拟试验机构包括盘座(24)、试件盘(25)、夹具(27)、试件销(28)和夹块(26)，销盘模拟试验机构安装时盘座(24)固定在动力旋转机构的主传动轴(11)上，夹具(27)固定在液压加载机构的伸长支座(9)的底部，夹具(27)通过夹件将试件销(28)装夹在夹具(27)上，试件盘(25)安装在所述盘座(24)上。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能人工髋关节磨损试验机，其特征在于：包括机架组件、液压加载机构、动力旋转机构、髋关节模拟试验机构和销盘模拟试验机构，所述液压加载机构安装在机架组件的上方，动力旋转机构安装在机架组件的下方，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构安装在液压加载机构和动力旋转机构之间，液压加载机构为髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分提供稳定的载荷，动力旋转机构带动髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的下半部分稳定转动；所述液压加载机构包括液压缸体(1)、液压缸上盖(2)、液压缸下盖(3)、活塞(4)、活塞杆(5)、连接面板(6)、滑块套筒(7)和筒状滑块(8)，所述液压缸体(1)竖直设置，液压缸上盖(2)固定在液压缸体(1)的上端，液压缸下盖(3)固定在液压缸体(1)的下端，所述连接面板(6)固定在液压缸下盖(3)上，滑块套筒(7)固定在连接面板(6)的底部，活塞(4)位于所述液压缸体(1)内，活塞杆(5)的一端连接活塞(4)，另一端穿过液压缸下盖(3)连接在筒状滑块(8)上，筒状滑块(8)套装在所述滑块套筒(7)内部；所述筒状滑块(8)的底部还连接有伸长支座(9)，髋关节模拟试验机构或销盘模拟试验机构的上半部分安装在所述伸长支座(9)上；所述动力旋转机构包括旋转驱动电机(10)、主传动轴(11)、电机连接套(13)和第一联轴器(12)，旋转驱动电机(10)通过电机连接套(13)固定在机架组件上，旋转驱动电机(10)通过第一联轴器(12)连接主传动轴(11)；所述髋关节模拟试验机构包括关节头试件(14)、试件座(15)、髋臼试件(16)、偏心轮(17)、摆轴(18)、试件连接螺柱(19)、可拆式固定销(20)、防转杆(21)和圆锥滚子轴承(22)，髋关节模拟试验机构安装时关节头试件(14)通过试件连接螺柱(19)固定连接在液压加载机构的伸长支座(9)的底部，关节头试件(14)固定在试件连接螺柱(19)的底部；所述试件座(15)上端设置有圆柱槽，髋臼试件(16)安装在试件座(15)上的圆柱槽底面上，所述圆柱槽内盛有润滑液(23)；试件座(15)通过摆轴(18)安装在偏心轮(17)上，所述偏心轮(17)固定安装在动力旋转机构的主传动轴(11)上；所述试件座(15)上设置有供可拆式固定销(20)插入和拔出的连接孔，可拆式固定销(20)的插入试件座(15)时试件座(15)和可拆式固定销(20)连接为一个整体，所述防转杆(21)固定在机架组件上且防转杆(21)安装在可拆式固定销(20)转动时的运动路径上；可拆式固定销(20)未插入试件座(15)时受旋转驱动电机(10)带动的主传动轴(11)转动时通过偏心轮(17)带动试件座(15)沿主传动轴(11)的轴心线转动，可拆式固定销(20)插入试件座(15)时受旋转驱动电机(10)带动的主传动轴(11)转动时通过偏心轮(17)带动试件座(15)和可拆式固定销(20)构成的整体转动，可拆式固定销(20)被防转杆(21)挡住无法绕主传动轴(11)的轴心线转动，试件座(15)改绕摆轴(18)的轴心线转动且可拆式固定销(20)在防转杆(21)与可拆式固定销(20)中心线所在的平面内做弧形摆动；所述销盘模拟试验机构包括盘座(24)、试件盘(25)、夹具(27)、试件销(28)和夹块(26)，销盘模拟试验机构安装时盘座(24)固定在动力旋转机构的主传动轴(11)上，夹具(27)固定在液压加载机构的伸长支座(9)的底部，夹具(27)通过夹件将试件销(28)装夹在夹具(27)上，试件盘(25)安装在所述盘座(24)上。2.根据权利要求1所述的一种多功能人工髋关节磨损试验机，其特征在于：所述机架组件包括由铝型材构成的立方形框架(29)和中部安装板(30)，所述中部安装板(30)均水平设置，中部安装板(30)通过螺栓固定在立方形框架(29)的中下部。3.根据权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍雨梅，陈贺，吴霄，张志斌，王成武，周威，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33