【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膝关节假体组件力学性能验，尤其涉及一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置及测试方法。
技术介绍
1、研究表明，对于活动型膝关节假体设计而言，深度屈曲时，胫骨的轴向内旋范围可达20°。
2、在临床应用中，全膝关节置换中的衬垫部件发生过断裂。在深度屈曲时，衬垫向后脱位移动，困于股骨部件和胫骨托后边缘之间。在这种情况下，衬垫相当于胫骨托边缘成了悬臂结构。半月板状衬垫部件的断裂首要原因是缺少支撑。本试验机和实验放方法主要模拟此种状态的并进行相关疲劳试验。
3、市面上相关设备只进行正常状态下的相关屈曲试验。没有模拟深度屈曲和大角度内旋的相关设备。
4、因此，针对上述问题，提出一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置及测试方法，来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，研制一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置及测试方法，该专利技术实现对交变载荷、一定后倾角度、交变内旋角度条件下衬垫综合性能测试。
2、本专利技术解决技术问题的技术方案为：本专利技术提供了一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，包括主机框架组件、垂直加载组件、往复旋转组件及辅具组件；所述辅具组件包括下安装座、胫骨托部分、髁下夹板、股骨髁、加载轴、髁上夹板及夹紧螺钉；所述下安装座内部设置有空腔，所述胫骨托部分设置在空腔内；所述髁上夹板位于所述加载轴下侧，连接所述加载轴，所述髁上夹板至少一侧螺纹连接夹紧螺钉，所述股骨髁设置在所述髁上夹板，螺纹
3、作为优化，所述垂直加载组件包括垂向加载电动缸、压扭二分力传感器及连接套，所述压扭二分力传感器位于所述垂向加载电动缸下侧，所述压扭二分力传感器连接所述垂向加载电动缸的升降丝杆，所述连接套位于所述压扭二分力传感器一侧，所述连接套连接所述压扭二分力传感器，所述加载轴连接所述连接套。
4、作为优化，所述往复旋转组件包括由伺服电机、电机安装座、联轴器、轴承、轴承座和旋转轴座，所述电机安装座位于所述伺服电机的上侧，连接所述伺服电机，所述伺服电机的输出轴穿过所述电机安装座，所述联轴器位于所述伺服电机的上侧，连接所述伺服电机的输出轴，所述轴承位于所述联轴器外侧，其内圈连接所述联轴器，所述轴承位于所述轴承座内侧，其外圈连接所述轴承座，所述旋转轴座位于所述联轴器的上端，连接所述联轴器，所述辅具底板连接所述旋转轴座。
5、作为优化，所述主机框架组件包括支脚、工作台、立柱及上横梁，所述立柱位于所述上横梁的下侧，连接所述上横梁，所述工作台位于所述立柱的下侧，连接所述立柱，所述支脚位于所述工作台的下侧，连接所述工作台。
6、作为优化，所述垂向加载电动缸位于所述上横梁的上侧，连接所述上横梁，其升降丝杆穿过所述上横梁，所述电机安装座位于所述工作台下侧，连接所述工作台，所述轴承座连接所述工作台。
7、作为优化，所述支脚连接底板，所述底板连接地脚。
8、作为优化，所述下安装座与所述辅具底板通过螺钉相连，其一端带有角度刻线，所述下安装座可沿所述辅具底板中心轴旋转，旋转到所需角度后可将螺钉锁紧固定。
9、作为优化，所述加载轴与所述旋转轴座同轴。
10、一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：
11、s1：式样准备；
12、在辅具上对齐安装式样，使其在矢状面上给与一定的设计屈曲角和内旋角；
13、后倾角表示当胫骨托轴线向后倾斜时，胫骨轴线与胫骨托垂直轴线间的角度，取角度为5°，为固定角度不可调整，通过所述辅具组件获得；
14、最大屈曲角表示屈曲时的最大设计倾角，屈曲角角度可调整，通过调节所述股骨髁获得。
15、内旋角表示胫骨托内旋时的最大设计角度，取角度为0-20°，通过调节所述下安装座可实现角度调整；
16、s2：所述辅具组件安装；
17、所述加载轴与所述连接套通过销孔相连，所述辅具底板通过螺钉与旋转轴座相连；
18、在所述髁下夹板内放置衬垫，将胫骨部件放置在与衬垫相接触且接近衬垫后边缘位置；
19、调整所述股骨髁及所述下安装座，旋转至平衡位置，对齐所有部件，在该位置将所述股骨髁、衬垫和所述胫骨托部分在矢状面上对齐；
20、s3：试验；
21、开启所述垂向加载电动缸，通过所述股骨髁对衬垫和所述胫骨托部分施加峰值为2kn，谷值为200n的循环载荷，频率低于5hz，通过控制所述伺服电机）往复转动，对所述胫骨托部分进行±20°角度循环扭转，频率低于5hz；
22、每隔一定周期，停止所述垂向加载电动缸，查看衬垫的磨损量，磨损测量后重复上述步骤，直至试验结束；
23、s4：给定所述股骨髁和所述胫骨托部分不同的屈曲角和内旋角分别重复上述试验，统计衬垫的磨损量，根据统计结果确定在哪种角度下的磨损量最大。
24、作为优化，将所述胫骨托部分在所述下安装座内放正后灌入骨水泥固定式样，获得后倾角。
25、
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案具有如下优点或有益效果：
26、本专利技术主要适用于所有双间室膝关节设计，包括胫骨关节内约束股骨部件后侧移动机制和保持关节部件在胫骨平台上的嵌入约束机制的活动膝关节。主要用于预期模拟后髁边缘加载，类似于高屈运动（比如蹲或跪）中发生的加载形式，进行模拟实验。以测试超高分子聚乙烯衬垫材料、制造和设计参数对其疲劳或循环蠕变性能的影响。
27、本专利技术可以给定一组加载条件，比如垂向加载载荷，旋转角度，后倾角度，然后测量并记录最终磨损量和疲劳次数的关系。当改变上述的加载条件后再测量并记录最终磨损量和疲劳次数的关系。当改变不同的加载条件，并将记录的数据进行综合比较后，可判定衬垫最大磨损的状态，并为后续设计改进提供依据。
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1.一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：包括主机框架组件、垂直加载组件、往复旋转组件(10)及辅具组件(11)；
2.根据权利要求1所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述垂直加载组件包括垂向加载电动缸(7)、压扭二分力传感器(8)及连接套(9)，所述压扭二分力传感器(8)位于所述垂向加载电动缸(7)下侧，所述压扭二分力传感器(8)连接所述垂向加载电动缸(7)的升降丝杆，所述连接套(9)位于所述压扭二分力传感器(8)一侧，所述连接套(9)连接所述压扭二分力传感器(8)，所述加载轴(116)连接所述连接套(9)。
3.根据权利要求2所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述往复旋转组件包括由伺服电机(101)、电机安装座(102)、联轴器(103)、轴承(104)、轴承座(105)和旋转轴座(106)，所述电机安装座(102)位于所述伺服电机(101)的上侧，连接所述伺服电机(101)，所述伺服电机(101)的输出轴穿过所述电机安装座(102)，所述联轴器(103)位于所述伺服电机(101)的上侧，连
4.根据权利要求1所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述主机框架组件包括支脚(3)、工作台(4)、立柱(5)及上横梁(6)，所述立柱(5)位于所述上横梁(6)的下侧，连接所述上横梁(6)，所述工作台(4)位于所述立柱(5)的下侧，连接所述立柱(5)，所述支脚(3)位于所述工作台(4)的下侧，连接所述工作台(4)。
5.根据权利要求4所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述垂向加载电动缸(7)位于所述上横梁(6)的上侧，连接所述上横梁(6)，其升降丝杆穿过所述上横梁(6)，所述电机安装座(102)位于所述工作台(4)下侧，连接所述工作台(4)，所述轴承座(105)连接所述工作台(4)。
6.根据权利要求4所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述支脚(3)连接底板(2)，所述底板(2)连接地脚(1)。
7.根据权利要求3所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述下安装座(112)与所述辅具底板(111)通过螺钉相连，其一端带有角度刻线，所述下安装座(112)可沿所述辅具底板(111)中心轴旋转，旋转到所需角度后可将螺钉锁紧固定。
8.根据权利要求3所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述加载轴(116)与所述旋转轴座(106)同轴。
9.根据权利要求7所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试方法，其特征是：将所述胫骨托部分(113)在所述下安装座(112)内放正后灌入骨水泥固定式样，获得后倾角。
...【技术特征摘要】
1.一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：包括主机框架组件、垂直加载组件、往复旋转组件(10)及辅具组件(11)；
2.根据权利要求1所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述垂直加载组件包括垂向加载电动缸(7)、压扭二分力传感器(8)及连接套(9)，所述压扭二分力传感器(8)位于所述垂向加载电动缸(7)下侧，所述压扭二分力传感器(8)连接所述垂向加载电动缸(7)的升降丝杆，所述连接套(9)位于所述压扭二分力传感器(8)一侧，所述连接套(9)连接所述压扭二分力传感器(8)，所述加载轴(116)连接所述连接套(9)。
3.根据权利要求2所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述往复旋转组件包括由伺服电机(101)、电机安装座(102)、联轴器(103)、轴承(104)、轴承座(105)和旋转轴座(106)，所述电机安装座(102)位于所述伺服电机(101)的上侧，连接所述伺服电机(101)，所述伺服电机(101)的输出轴穿过所述电机安装座(102)，所述联轴器(103)位于所述伺服电机(101)的上侧，连接所述伺服电机(101)的输出轴，所述轴承(104)位于所述联轴器(103)外侧，其内圈连接所述联轴器(103)，所述轴承(104)位于所述轴承座(105)内侧，其外圈连接所述轴承座(105)，所述旋转轴座(106)位于所述联轴器(103)的上端，连接所述联轴器(103)，所述辅具底板(111)连接所述旋转轴座(106)。
4.根据权利要求1所述的一种膝关节假体在高屈曲时力学性能测试装置，其特征是：所述主机...
【专利技术属性】
技术研发人员：李光中，阴元峰，安常源，陈宁，石群群，赵洪峰，冯庆航，
申请(专利权)人：济南恒瑞金试验机有限公司，
类型：发明
国别省市：
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