一种膝髌股关节力学测试试验机制造技术

一种膝髌股关节力学测试试验机，它包括四个部分，即支撑架，加载装置，导轨和膝关节模型骨夹持固定装置。它们之间的位置连接关系是：支撑架直接放置于地面上，导轨均固定连接在支撑架上，加载装置和膝关节模型骨夹持固定装置均在导轨中运动。该膝髌股关节力学测试试验机是人体膝关节力学测试的基础设备，用于模拟与测试膝以及含假体膝关节模型骨屈曲0°~120°范围内任意角度下的髌股关节力学特性，也用于全膝关节置换术中置换髌骨与不置换髌骨术后随屈曲角变化髌股关节运动与力学特性的对比分析测试。它为修复与置换等术后并发症分析提供数据和方法，在生物医学以及医疗器械制造领域里具有较好的实用和参考价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膝髌股关节力学测试试验机，属于生物医学以及医疗器械制造领域。
技术介绍
膝关节为人体最大的关节，分为胫股关节和髌股骨关节两部分。髌骨是人体最大的籽骨，是伸膝结构的重要组成部分，在伸膝机制中起着重要作用，但在日常生活和体育运动中，髌骨有可能受到各种各样的创伤，如髌骨软骨症等。随着医学与科技的进步，和髌股关节有关的全膝关节置换手术实施的越来越多，全膝关节置换术后髌股关节并发症是引起术后翻修的重要因素，正确地评价人体膝髌股关节的相对运动和应力分布对于解决这些问 题有着重要意义。本专利技术在研究髌股关节运动的基础上，设计出一种膝髌股关节力学测试试验机，能测试膝关节及膝关节模型骨屈曲0° 120°范围内任意角度下的髌股关节力学数据，其目标是用于髌股关节的力学测试及力学特性分析。
技术实现思路
I、目的本专利技术的目的在于提供一种膝髌股关节力学测试试验机，来实现在不同屈曲角度下的离体膝关节及膝关节模型骨髌股关节力学测试及力学特性分析。同时，该力学测试试验机是人体膝关节力学测试的基础设备，也用于髌股关节损伤修复及全膝关节置换术后膝髌股关节的力学测试，为修复与置换等术后并发症分析提供数据和方法。2、技术方案本专利技术一种膝髌股关节力学测试试验机，它包括四个部分，即支撑架，加载装置，导轨和膝关节模型骨夹持固定装置。它们之间的位置连接关系是支撑架直接放置于地面上，导轨均固定连接在支撑架上，加载装置和膝关节模型骨夹持固定装置均在导轨中运动。所述支撑架是一个框架式结构，对整个装置起支撑连接作用。通过导轨和膝关节模型骨夹持固定装置，将膝关节模型骨固定于某一固定角度。加载时，由控制系统驱动加载装置沿着导轨运动施加载荷；并能通过加载装置中的测头转动装置，调节所施加力的大小和方向；不加载时，加载装置提供向上的拉力平衡自身重力，使整个系统保持平衡。该支撑架包括底座，薄铝板外壳，支撑杆，支撑上板，支撑杆上垫板，支撑杆下垫板和三角架，它们之间的位置连接关系是底座放置在地面上，支撑杆通过支撑杆下垫板与底座固定，支撑上板通过支撑杆上垫板与支撑杆连接，薄铝板外壳固定于支撑杆上垫板和支撑杆下垫板，三角架安装在支撑杆上垫板侧面和支撑上板底面。该底座是带有四个支脚的长方体铸钢件，四个支脚处加工有圆形通孔，便于底座放置在地面上时定位，铸钢件两侧分别加工三个通孔，分别对四根支撑杆及两根圆柱导轨进行定位固定；该薄铝板外壳是用矩形板料折弯成凹形状，它固定在支撑杆外围，起挡尘护板的作用；该支撑杆是细长轴零件，支撑杆两端设计成轴肩定位，在端部加工外螺纹，通过螺母将底座和支撑上板连接在一起，其数量为4根，对称安装在底座两侧中靠近边缘的四个通孔处；该支撑上板是矩形板料，其上设置有6个圆形通孔供固定连接用；该支撑杆上垫板是矩形板料，其上设置有圆形通孔与支撑杆的端部的轴肩配合定位；该支撑杆下垫板也是矩形板料，其上设置有圆形通孔与支撑杆的端部轴肩配合定位；该三角架是在角钢的两端部位连接一钢板构成三角状，增加承载能力，角钢两端部各加工有两个通孔，对支撑架起加固作用。试验机中的气压缸导轨，测头导轨，圆柱导轨以及模型骨夹持固定装置导轨均固连于该支撑架上。所述加载装置包括气压缸，气压缸滑块，气压缸滑块垫板，气压缸活塞杆，活塞杆连接板，活塞杆连接侧板，测头滑块，测头和测头转动装置，其之间的关系是气压缸滑块、气压缸滑块垫板和气压缸上端通过螺栓螺母固定，气压缸和气压缸活塞杆配套使用，由气压缸滑块带动在支撑架的气压缸导轨内运动，活塞杆连接板由螺母固定在气压缸活塞杆下端轴肩处，活塞杆连接侧板上端固定于活塞杆连接板侧面，活塞杆连接侧板中部与测头滑块相固定，测头转动装置通过螺栓螺母安装在活塞杆连接侧板下端，测头安装在测头转动装置的阶梯轴上。该气压缸是SMC公司生产的型号为CGl的圆筒状气压缸，为试验机提供动力；该气压缸滑块上端截面为梯形，为在气压缸导轨内滑动的部分，下端截面为长方形，为与气压缸连接的部分，下端长方体部分加工有两个沉头孔；该气压缸滑块垫板为一长方 体块，加工有两个圆形通孔，起顶紧气压缸作用；该气压缸活塞杆是圆柱状轴零件，端部设计成轴肩定位，端部加工有外螺纹；该活塞杆连接板为一长方体板，上下面加工有通孔，两相对侧面各加工有两个螺纹孔；该活塞杆连接侧板为一长方形板材，上部、中部和下部分别加工有两个圆形通孔；该测头滑块与气压缸滑块类似，上端截面为梯形，为在测头导轨内滑动的部分，下端截面为长方形，为与活塞杆连接侧板相连接的部分，其下端长方体底面加工有两个螺纹孔；该测头是一圆柱杆，一端设有轴肩定位，轴肩上方加工有外螺纹，通过外螺纹与测头连接环将其固定到测头转动装置上，另一端装有一钢球，钢球与圆柱杆通过螺纹连接，该测头将力按照一定的倾斜角度传递施加到膝关节上。该测头转动装置包括测头转动装置前侧板，测头转动装置后侧板，齿轮轴，阶梯轴，轴承，圆柱齿轮，手轮，编码器，编码器垫片，连接环，弹性联轴器，连接轴，定位环，顶紧圆锥，端盖，齿轮套筒，固定环套筒，键，测头固定环和测头连接环。其之间的位置连接关系为齿轮轴和阶梯轴通过四个轴承安装在测头转动装置前侧板和后侧板之间，圆柱齿轮和测头固定环通过齿轮套筒、固定环套筒和键固定在阶梯轴上，测头连接环安装在测头固定环下端，顶紧圆锥装在阶梯轴伸出测头转动装置后侧板一端的端部，由键固定，两个端盖分别装在测头转动装置前侧板和后侧板上安装齿轮轴阶梯孔的外侧，手轮套在齿轮轴伸出测头转动装置前侧板一端的端部，由键固定，编码器通过编码器垫片、连接环、定位环固定在测头转动装置前侧板外侧，编码器的轴通过弹性联轴器、连接轴与阶梯轴伸出测头转动装置前侧板一端的螺纹孔连接。该测头转动装置前侧板和后侧板均为长方形板料，加工有安装轴承的阶梯孔和安装螺栓的通孔；该齿轮轴和阶梯轴材质均为45号钢，调质处理，阶梯轴一端端部底面加工有螺纹孔；该轴承是代号分别为16001和16005的深沟球轴承；该圆柱齿轮是渐开线齿轮，材质为45号钢，调制处理；该手轮结构类似于汽车方向盘，中部有一空心圆柱与齿轮轴相连接；该编码器是采用欧姆龙公司生产的型号为E6B2-C的增量型编码器；该编码器垫片是圆环状薄钢片，沿圆周均匀加工有三个螺纹通孔；该连接环由薄铝条弯折而成；该弹性联轴器是采用钜人公司生产的型号为G2-40T的弹性联轴器；该连接轴为一小阶梯轴，一端加工一平面与弹性联轴器连接，另一端加工外螺纹与阶梯轴连接；该定位环是带有一凸缘的圆环，圆环圆周上均匀加工有三个沉头孔和三个通孔；该顶紧圆锥是一空心圆台，加工有键槽；该端盖为一中心有圆柱凸起的圆形薄片，薄片圆周均匀加工有的四个沉头孔；该齿轮套筒和固定环套筒为空心圆柱件；该测头固定环是在一空心圆柱的圆柱面上连接一阶梯轴，阶梯轴端部底面圆周均匀加工有四个通孔，空心圆柱加工有键槽；该测头连接环为一圆柱底座中心有一圆柱凸起，圆柱底座和圆柱凸起中心加工有螺纹通孔，圆柱底座圆周均匀加工有四个圆形通孔；该键为A型平键。气压缸由控制系统驱动作为动力输入；气压缸通过气压缸活塞杆连接测头转动装置和测头，手动旋转手轮转动测头转动装置的齿轮轴，带动圆柱齿轮转动，进而调节压力的施加方向，测头转动装置的转动角度通过与阶梯轴相连的编码器获得。所述导轨部分包括圆柱导轨，气压缸导轨，测头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膝髌股关节力学测试试验机，其特征在于：它由支撑架，加载装置，导轨和膝关节模型骨夹持固定装置组成；支撑架直接放置于地面上，导轨均固定连接在支撑架上，加载装置和膝关节模型骨夹持固定装置均在导轨中运动；所述支撑架是一个框架式结构，对整个装置起支撑连接作用，通过导轨和膝关节模型骨夹持固定装置，将膝关节模型骨固定于预定角度；加载时，由控制系统驱动加载装置沿着导轨运动施加载荷；并能通过加载装置中的测头转动装置，调节所施加力的大小和方向；不加载时，加载装置提供向上的拉力平衡自身重力，使整个系统保持平衡；该支撑架包括底座，薄铝板外壳，支撑杆，支撑上板，支撑杆上垫板，支撑杆下垫板和三角架；底座放置在地面上，支撑杆通过支撑杆下垫板与底座固定，支撑上板通过支撑杆上垫板与支撑杆连接，薄铝板外壳固定于支撑杆上垫板和支撑杆下垫板，三角架安装在支撑杆上垫板侧面和支撑上板底面；该底座是带有四个支脚的长方体铸钢件，四个支脚处加工有圆形通孔，便于底座放置在地面上时定位，铸钢件两侧分别加工三个通孔，分别对四根支撑杆及两根圆柱导轨进行定位固定；该薄铝板外壳是用矩形板料折弯成凹形状，它固定在支撑杆外围，起挡尘护板的作用；该支撑杆是细长轴零件，支撑杆两端设计成轴肩定位，在端部加工外螺纹，通过螺母将底座和支撑上板连接在一起，其数量为4根，对称安装在底座两侧中靠近边缘的四个通孔处；该支撑上板是矩形板料，其上设置有6个圆形通孔供固定连接用；该支撑杆上垫板是矩形板料，其上设置有圆形通孔与支撑杆的端部的轴肩配合定位；该支撑杆下垫板也是矩形板料，其上设置有圆形通孔与支撑杆的端部轴肩配合定位；该三角架是在角钢的两端部位连接一钢板构成三角状，增加承载能力，角钢两端部各加工有两个通孔，对支撑架起加固作用；试验机中的气压缸导轨，测头导轨，圆柱导轨以及模型骨夹持固定装置导轨均固连于该支撑架上；所述加载装置包括气压缸，气压缸滑块，气压缸滑块垫板，气压缸活塞杆，活塞杆连接板，活塞杆连接侧板，测头滑块，测头和测头转动装置；气压缸滑块、气压缸滑块垫板和气压缸上端通过螺栓螺母固定，气压缸和气压缸活塞杆配套使用，由气压缸滑块带动在支撑架的气压缸导轨内运动，活塞杆连接板由螺母固定在气压缸活塞杆下端轴肩处，活塞杆连接侧板上端固定于活塞杆连接板侧面，活塞杆连接侧板中部与测头滑块相固定，测头转动装置通过螺栓螺母安装在活塞杆连接侧板下端，测头安装在测头转动装置的阶梯轴上；该气压缸的型号为CG1的圆筒状气压缸，为试验机提供动力；该气压缸滑块上端截面为梯形，为在气压缸导轨内滑动的 部分，下端截面为长方形，为与气压缸连接的部分，下端长方体部分加工有两个沉头孔；该气压缸滑块垫板为一长方体块，加工有两个圆形通孔，起顶紧气压缸作用；该气压缸活塞杆是圆柱状轴零件，端部设计成轴肩定位，端部加工有外螺纹；该活塞杆连接板为一长方体板，上下面加工有通孔，两相对侧面各加工有两个螺纹孔；该活塞杆连接侧板为一长方形板材，上部、中部和下部分别加工有两个圆形通孔；该测头滑块上端截面为梯形，为在测头导轨内滑动的部分，下端截面为长方形，为与活塞杆连接侧板相连接的部分，其下端长方体底面加工有两个螺纹孔；该测头是一圆柱杆，一端设有轴肩定位，轴肩上方加工有外螺纹，通过外螺纹与测头连接环将其固定到测头转动装置上，另一端装有一钢球，钢球与圆柱杆通过螺纹连接，该测头将力按照预定的倾斜角度传递施加到膝关节上；该测头转动装置包括测头转动装置前侧板，测头转动装置后侧板，齿轮轴，阶梯轴，轴承，圆柱齿轮，手轮，编码器，编码器垫片，连接环，弹性联轴器，连接轴，定位环，顶紧圆锥，端盖，齿轮套筒，固定环套筒，键，测头固定环和测头连接环；齿轮轴和阶梯轴通过四个轴承安装在测头转动装置前侧板和后侧板之间，圆柱齿轮和测头固定环通过齿轮套筒、固定环套筒和键固定在阶梯轴上，测头连接环安装在测头固定环下端，顶紧圆锥装在阶梯轴伸出测头转动装置后侧板一端的端部，由键固定，两个端盖分别装在测头转动装置前侧板和后侧板上安装齿轮轴阶梯孔的外侧，手轮套在齿轮轴伸出测头转动装置前侧板一端的端部，由键固定，编码器通过编码器垫片、连接环、定位环固定在测头转动装置前侧板外侧，编码器的轴通过弹性联轴器、连接轴与阶梯轴伸出测头转动装置前侧板一端的螺纹孔连接；该测头转动装置前侧板、后侧板均为长方形板料，加工有安装轴承的阶梯孔和安装螺栓的通孔；该齿轮轴和阶梯轴材质均为45号钢，调质处理，阶梯轴一端端部底面加工有螺纹孔；该轴承是代号分别为16001和16005的深沟球轴承；该圆柱齿轮是渐开线齿轮，材质为45号钢，...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄荣瑛，卫晓东，郑海东，祝汉歧，张高龙，朱君，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：