CN109374460B - 一种人工踝关节摩擦磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人工关节摩擦磨损试验机,包括机架、人工踝关节头,所述人工踝关节头设置于踝臼杯座的空腔中,所述人工踝关节头的上端经由卡盘夹持,所述卡盘上方依次自下而上设有压力传感器和液压缸,所述液压缸的活塞杆向下对压力传感器施力;所述踝臼杯座的两端设有导向轴,所述踝臼杯座的底部经由曲柄连杆机构带动进行摆动,所述人工踝关节头的上端经由第二曲柄摇杆机构带动进行摆动。本发明结构简单、零部件少、成本低、操作简单方便、可模拟踝关节的真实运动状态,实现人工踝关节试件在相关实验中所表现出的磨损状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工关节摩擦磨损试验机,尤其适用于模拟人工踝关节实际运动特点、可对人工关节进行摩擦磨损试验的试验机。
背景技术
踝关节是人体负重的第一大关节。研究表明,人在正常走路时膝关节的负荷为体重的3至4倍,而踝关节的负荷为体重的5.5倍。在跑步时踝关节的负荷达到了体重的8倍,跳高时其负荷为人体的14-16倍。踝关节的主要运动形式为背屈和跖屈:勾起脚尖,使足背靠近小腿前方的动作叫背屈,与之相反,绷直脚尖,使足背远离小腿前方的动作叫做跖屈。背屈范围一般为20°至30°,而跖屈范围一般为30°至50°。随着未来更多的人类进入老龄化阶段,人体关节由于磨擦和磨损造成的损伤成为了一种较为常见的疾病。而其中脚踝关节损伤是当前医学研究最为关注的疾病之一,人工关节置换已成为大部分踝关节骨性关节疾病患者进行治疗的优先选择。但由于人工踝关节在进行关节活动时会产生较大的摩擦磨损,因此而产生的磨屑不但会引发病变,而且会导致人工踝关节的使用寿命期限大量减短。为了避免由于人工踝关节产品的失效给患者带来痛苦的情况发生,在进入临床应用之前,需要使用人工踝关节摩擦磨损试验机来评估产品的抗磨损性能的好坏。
在人工关节置换方面,髋关节、膝关节置换发展较早也相对成熟,也有一些针对髋、膝关节的人工摩擦磨损试验机。但踝关节置换起步相对较晚,其摩擦磨损试验机很少见到。而人工关节材料植入人体后,活动过程中容易因摩擦磨损产生磨屑,基本上所有的植入物都会产生磨损碎屑,随着时间的推移,磨屑会导致骨质溶解,大部分的关节置换失败的主要原因便是磨屑造成的。因此,对人工踝关节进行摩擦磨损实验,对置换关节材料的摩擦磨损性能进行评估,可为置换材料的选择提供可靠的参考依据,对提高置换手术成功率,减轻患者痛苦,提高人工踝关节使用寿命,具有重要的参考价值和现实意义。
发明内容
本发明根据现有人工关节摩擦磨损试验机的不足之处、人工踝关节摩擦磨损试验机研究较少的现状,提出一种结构简单、零部件少、操作方便、成本低、可模拟踝关节复合运动的人工关节摩擦磨损试验机。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种人工踝关节摩擦磨损试验机,包括机架、人工踝关节头,所述人工踝关节头设置于踝臼杯座的空腔中,所述人工踝关节头的上端经由卡盘夹持,所述卡盘上方依次自下而上设有压力传感器和液压缸,所述液压缸的活塞杆向下对压力传感器施力;所述踝臼杯座的两端设有导向轴,所述踝臼杯座的底部经由曲柄连杆机构带动进行摆动,所述人工踝关节头的上端经由第二曲柄摇杆机构带动进行摆动。
所述踝臼杯座的底部设有纵向向下延伸的座柄,座柄下方设有水平设置的双轴电机,所述双轴电机的左输出轴安装左转盘,所述左转盘的转轴处安装有左纵杆,所述左纵杆的上端与座柄的下端铰接,所述左转盘、左纵杆、座柄构成曲柄连杆机构带动踝臼杯座摆动。
所述双轴电机的右输出轴安装有右转盘,所述右转盘的转轴处安装有右纵杆,所述卡盘的边缘设有横向延伸的横杆,所述右纵杆的上方设有摆动杆,所述摆动杆的上端通过万向接头与横杆连接,下端与右纵杆的自由端铰接,所述右转盘、右纵杆、摆动杆构成曲柄摇杆机构通过横杆带动卡盘进行摆动。
所述踝臼杯座的摇摆角度为±30°。
所述试验机设有机架,所述机架的上部设有水平的上板,所述液压缸设置于上板上;所述导向轴通过机架的左、右撑板设置于机架中部且对踝臼杯座的摆动进行支撑和限位。
所述导向轴外套装有固定于左、右撑板内侧的导向轴支座,所述导向轴支座与导向轴之间设有定位销,所述导向轴上还设有用于对摆动杆进行限位的限位环。
所述压力传感器与卡盘之间设有滚动球轴承。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提出一种人工踝关节摩擦磨损试验机,其工作原理是将胫骨和距骨等假体关节试样根据人体关节位置安装于试验机架上,通过电动机驱动相关零部件使两者之间产生能够模拟人体关节的相对运动。该试验机结构简单、零部件少、成本低、操作简单方便、可模拟踝关节的真实运动状态,实现人工踝关节试件在相关实验中所表现出的磨损状态、摩擦原理与实际的踝关节的正常活动形式下的结果相同,准确测试、统计人工踝关节材料在一定条件下的摩擦磨损数据,这将为人工踝关节材料的筛选、关节结构设计、摩擦特性的研究、关节使用期限的预估提供可靠的试验数据。
附图说明
图1为本发明人工踝关节摩擦磨损试验机的结构示意图。
图中,1.液压缸,2.压力传感器,3.卡盘,4.万向接头,5.人工踝关节头,6.踝臼杯座,7.摆动杆,8.限位环,9.导向轴支座,10.定位销,11.导向轴,12.右纵杆,13.右转盘,14.右支撑板,15.底板,16.双轴电动机,17. 左转盘,18. 左纵杆,19.左支撑板,20.上板,21座柄,22横杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1,对本发明实施例中的技 术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发 明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种人工踝关节摩擦磨损试验机,包括机架包括人工踝关节头5,所述人工踝关节头5设置于踝臼杯座6的空腔中,踝臼杯座6中充满润滑油,所述人工踝关节头5的上端经由卡盘3夹持,与卡盘3一起转动,所述卡盘3上方依次自下而上设有压力传感器2和液压缸1,所述液压缸1的活塞杆向下对压力传感器2施力,通过液压油对人工踝关节头5施加载荷,在踝臼杯座6的润滑液环境中进行摩擦磨损测试;所述踝臼杯座6的两端设有导向轴11,所述踝臼杯座6的底部经由曲柄连杆机构带动进行摆动,所述人工踝关节头5的上端经由第二曲柄摇杆机构带动进行摆动。
所述踝臼杯座的底部设有纵向向下延伸的座柄21,座柄21下方设有水平设置的双轴电机16,所述双轴电机16的左输出轴安装左转盘17,所述左转盘17的转轴处安装有左纵杆18,所述左纵杆18的上端与座柄21的下端铰接,所述左转盘17、左纵杆18、座柄21构成曲柄连杆机构带动踝臼杯座6摆动。
所述双轴电机16的右输出轴安装有右转盘13,所述右转盘13的转轴处安装有右纵杆12,所述卡盘3的边缘设有横向延伸的横杆22,所述右纵杆12的上方设有摆动杆7,所述摆动杆7的上端通过万向接头4与横杆22连接,下端与右纵杆12的自由端铰接,所述右转盘13、右纵杆12、摆动杆7构成曲柄摇杆机构通过横杆22带动卡盘进行摆动。人工踝关节头5运动中,摆动杆7起到类似杠杆的作用,通过右转盘13的转动带动右纵杆12、摆动杆7底部的来回摆动,从而使得摆动杆7上部通过万向接头4带动横杆22来回转动,最终达到使人工踝关节头5转动的目的。
通过调整左纵杆18的长度,可使得所述踝臼杯座6的摇摆角度控制在±30°。
所述试验机设有机架,所述机架的上部设有水平的上板20,所述液压缸设置于上板20上;所述导向轴11通过机架的左、右撑板19、14设置于机架中部且对踝臼杯座的摆动进行支撑和限位。
所述导向轴11外套装有固定于左、右撑板19、14内侧的导向轴支座9,所述导向轴支座9与导向轴11之间设有定位销,所述导向轴11上还设有用于对摆动杆7进行限位的限位环8。
所述压力传感器2与卡盘3之间设有滚动球轴承。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种人工踝关节摩擦磨损试验机,包括机架、人工踝关节头(5),所述人工踝关节头(5)设置于踝臼杯座(6)的空腔中,其特征在于:所述人工踝关节头(5)的上端经由卡盘(3)夹持,所述卡盘(3)上方依次自下而上设有压力传感器(2)和液压缸(1),所述液压缸(1)的活塞杆向下对压力传感器(2)施力;所述踝臼杯座(6)的两端设有导向轴(11),所述踝臼杯座(6)的底部经由曲柄连杆机构带动进行摆动,所述人工踝关节头(5)的上端经由第二曲柄摇杆机构带动进行摆动;所述踝臼杯座的底部设有纵向向下延伸的座柄(21),座柄(21)下方设有水平设置的双轴电机(16),所述双轴电机(16)的左输出轴安装左转盘(17),所述左转盘(17)的转轴处安装有左纵杆(18),所述左纵杆(18)的上端与座柄(21)的下端铰接,所述左转盘(17)、左纵杆(18)、座柄(21)构成曲柄连杆机构带动踝臼杯座(6)摆动;所述双轴电机(16)的右输出轴安装有右转盘(13),所述右转盘(13)的转轴处安装有右纵杆(12),所述卡盘(3)的边缘设有横向延伸的横杆(22),所述右纵杆(12)的上方设有摆动杆(7),所述摆动杆(7)的上端通过万向接头(4)与横杆(22)连接,下端与右纵杆(12)的自由端铰接,所述右转盘(13)、右纵杆(12)、摆动杆(7)构成第二曲柄摇杆机构通过横杆(22)带动卡盘进行摆动。
2.根据权利要求1所述的一种人工踝关节摩擦磨损试验机,其特征在于:所述踝臼杯座(6)的摇摆角度为±30°。
3.根据权利要求1所述的一种人工踝关节摩擦磨损试验机,其特征在于:所述试验机设有机架,所述机架的上部设有水平的上板(20),所述液压缸设置于上板(20)上;所述导向轴(11)通过机架的左、右撑板(19、14)设置于机架中部且对踝臼杯座的摆动进行支撑和限位。
4.根据权利要求3所述的一种人工踝关节摩擦磨损试验机,其特征在于:所述导向轴(11)外套装有固定于左、右撑板(19、14)内侧的导向轴支座(9),所述导向轴支座(9)与导向轴(11)之间设有定位销,所述导向轴(11)上还设有用于对摆动杆(7)进行限位的限位环(8)。
5.根据权利要求1所述的一种人工踝关节摩擦磨损试验机,其特征在于:所述压力传感器(2)与卡盘(3)之间设有滚动球轴承。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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