CN204495670U - 一种人工髋关节磨损试验机 - Google Patents

Abstract

一种人工髋关节磨损试验机，属于试验设备技术领域。它包括机架，机架上设置下盖板和上面板，所述的下盖板上设置动力旋转机构，所述上面板上设置液压加载机构，所述的液压加载机构的下端与摆动机构上端相连接，摆动机构下端与动力旋转机构相互连接。本实用新型通过采用上述技术，利用液压加载机构根据要求调整不同的载荷，髋臼试件和关节头试件的大小可以根据试验要求对其尺寸形状大小进行调节，其拆卸简单易用，温度加热器可以使模拟环境保持在37℃，使磨损试验更符合临床需求，其性能稳定、性价比高、操作方便，能够在实验环境下模拟人体髋关节的运动状态和进一步研究人工关节材料的磨损特点。

Description

一种人工髋关节磨损试验机

技术领域

本实用新型属于试验设备技术领域，具体涉及一种能够在实验环境下模拟人体髋关节的运动状态和进一步研究人工关节材料的磨损特点的人工髋关节磨损试验机。

背景技术

随着人民生活逐步迈入小康社会，我国的人均寿命不断增长，人们更加注重生活质量的提高和保证。但关节炎、运动创伤、老龄化等因素导致的关节置换数量在逐年增加。目前，全世界每年约有50余万人因骨折、骨关节炎、骨肿瘤等而接受人工关节置换术，我国每年有3~5万人接受人工关节手术。植入物植入人体后，破坏了人体原生关节原有的自润滑系统，工作中相对运动面发生磨损，不可避免地要遇到由于摩擦磨损造成的失效问题。而植入人工关节后，将产生每年500万颗磨损颗粒，直接影响了人工植入物的寿命。由磨损而带来的磨屑不仅仅会影响植入体和骨界面的键合，而且会造成人体内毒性反应、无菌松动、局部肿瘤等许多问题，最终加快了人工关节的失效。目前大部分患者的人造关节只能有效工作10~15年，之后就会主要因为粘合面的磨损问题而需要更换新的人造关节。研究髋关节试验机，来分析磨损机理及影响因素，并同时预测其在具体环境下的磨损量情况，对于降低人工关节植入物的磨损、优化人工关节的设计等具有重大的意义。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种性能稳定、性价比高、操作方便的人工髋关节磨损试验机，能够在实验环境下模拟人体髋关节的运动状态和进一步研究人工关节材料的磨损特点。

所述的一种人工髋关节磨损试验机，包括机架，其特征在于所述的机架上设置下盖板和上面板，所述的下盖板上设置动力旋转机构，所述上面板上设置液压加载机构，所述的液压加载机构的下端与摆动机构上端相连接，摆动机构下端与动力旋转机构相互连接。

所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的液压加载机构包括活塞杆、滑块、活塞和液压缸体，所述的液压缸体通过通过第二螺柱固定在上面板上，活塞杆顶端连接活塞，底端套接连接滑块，滑块位于液压缸体内，液压缸体上端设置液压阀门，活塞杆底部与压力感应器连接，由压力感应器监测活塞杆的应力，并将应力反馈给液压加载机构。

所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的动力旋转机构包括步进电机、联轴器和传动轴，所述的步进电机通过第一螺柱固定在下盖板上，所述的步进电机通过联轴器与传动轴一端连接并带动传动轴传动，所述的传动轴另一端与摆动机构连接。

所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的摆动机构包括髋臼试件、关节头试件、紧定螺钉、罩筒、骨水泥、温度加热器、支撑斜板、偏心轮及摆轴，所述的偏心轮中间装有圆锥滚子轴承，摆轴穿过圆锥滚子轴承与偏心轮相连，摆轴下端用圆螺母拧紧以防止偏心轮下滑，摆轴上端通过螺钉与支撑斜板固定连接，支撑斜板底端装有封闭的阶梯结构的罩筒，并通过O型圈密封，所述的罩筒上设置进油口、出油口阀门及温度加热器，所述的支撑斜板上设置螺纹孔，紧定螺钉上装有关节头试件，所述的关节头试件中有正方形孔洞，紧定螺钉上端插入正方形孔洞中与关节头试件连接，紧定螺钉下端与支撑斜板上的螺纹孔连接，液压加载机构通过螺栓与髋臼支架连接，髋臼试件通过骨水泥固定在髋臼支架上，所述的髋臼试件与关节头试件对应连接。

所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的支撑斜板的倾斜角度为23°。

上述的一种人工髋关节磨损试验机，包括机架，机架上设置下盖板和上面板，所述的下盖板上设置动力旋转机构，所述上面板上设置液压加载机构，所述的液压加载机构的下端与摆动机构上端相连接，摆动机构下端与动力旋转机构相互连接。本实用新型通过采用上述技术，通过步进电机旋转带动偏心轮绕着主轴线做圆锥旋转运动，通过摆动机构实现实现关节头试件与髋臼试件之间呈现交叉状、多方向复合滑动运动，利用液压加载机构根据要求调整不同的载荷，髋臼试件和关节头试件的大小可以根据试验要求对其尺寸形状大小进行调节，其拆卸简单易用，温度加热器可以使模拟环境保持在37℃，使磨损试验更符合临床需求，其性能稳定、性价比高、操作方便，能够在实验环境下模拟人体髋关节的运动状态和进一步研究人工关节材料的磨损特点。

附图说明

图1为本实用新型的右视图结构示意图；

图2为图1的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的动力旋转机构局部结构示意图；

图4为本实用新型的摆动机构局部结构示意图；

图5为本实用新型的液压加载机构局部结构示意图。

图中：1-机架，2-动力旋转机构，3-摆动机构，4-液压加载机构，5-步进电机，6-联轴器，7-下盖板，8-第一螺柱，9-传动轴，10-圆螺母，11-偏心轮，12-摆轴，13-圆锥滚子轴承，14-螺钉，15-支撑斜板，16-O型圈，17-紧定螺钉，18-关节头试件，19-髋臼试件，20-骨水泥，21-髋臼支架，22-罩筒，23-滑块，24-活塞杆，25-活塞，26-液压阀门，27-第二螺柱，28-上面板，29-液压缸体，30-压力感应器，31-螺栓，32-进油口阀门，33-温度加热器，34-出油口阀门。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1-2所示，本实用新型的一种人工髋关节磨损试验机，包括机架1，所述的机架1上设置下盖板7和上面板28，所述的下盖板7上设置动力旋转机构2，所述上面板28上设置液压加载机构4，所述的液压加载机构4的下端与摆动机构3上端相连接，摆动机构3下端与动力旋转机构2相互连接，通过动力旋转机构2带动摆动机构3上的偏心轮11绕着主轴线做圆锥旋转运动，通过摆动机构3实现关节头试件18与髋臼试件19之间呈现交叉状、多方向复合滑动运动，并利用液压加载机构4根据要求调整不同的载荷，关节头试件18与髋臼试件19的大小可以根据试验要求对其尺寸形状大小进行调节，其拆卸简单易用。

如图3所示，所述的动力旋转机构2包括步进电机5、联轴器6和传动轴9，所述的步进电机5通过第一螺柱8固定在下盖板7上，所述的步进电机5通过联轴器6与传动轴9一端连接并带动传动轴9传动，所述的传动轴9另一端与摆动机构3连接。

如图4所示，所述的摆动机构3包括髋臼试件19、关节头试件18、紧定螺钉17、罩筒22、骨水泥20、温度加热器33、支撑斜板15、偏心轮11及摆轴12，所述的偏心轮11中间装有圆锥滚子轴承13，摆轴12穿过圆锥滚子轴承13与偏心轮11相连，摆轴12下端用圆螺母10拧紧以防止偏心轮11下滑，摆轴12上端通过螺钉14与支撑斜板15固定连接，支撑斜板15底端装有封闭的阶梯结构的罩筒22，并通过O型圈16保持支撑斜板15与罩筒22实现充分密封。所述的罩筒22上设置进油口阀门32、出油口阀门34及温度加热器33，所述的支撑斜板15上设置螺纹孔，紧定螺钉17上装有关节头试件18，所述的关节头试件18中有正方形孔洞，紧定螺钉17上端插入正方形孔洞中与关节头试件18连接，紧定螺钉17下端与支撑斜板15上的螺纹孔连接，液压加载机构4通过螺栓31与髋臼支架21连接，髋臼试件19通过骨水泥20固定在髋臼支架21上，所述的髋臼试件19与关节头试件18对应连接。

如图5所示，所述的液压加载机构4包括活塞杆24、滑块23、活塞25和液压缸体29，液压缸体29通过通过第二螺柱27固定在上面板28上，活塞杆24顶端连接活塞25，底端套接连接滑块23，滑块23位于液压缸体29内，液压缸体29上端设置液压阀门26，活塞杆24底部与压力感应器30连接，由压力感应器30监测活塞杆24的应力，并将应力反馈给液压加载机构4，所述的支撑斜板15的倾斜角度为23°。

如图所示，所述的罩筒22为封闭的阶梯结构，用来盛装润滑液，在磨损试验进行前，可以通过进油口阀门32将润滑液加入到罩筒22当中，使用后的润滑液可以通过出油口阀门34顺利排出，温度加热器33可以使润滑液的温度保持在37℃，使磨损试验更符合临床需求。安装时将装有关节头试件18的紧定螺钉17与支撑斜板15上的螺纹孔旋转固定在一起，紧定螺钉17的下端可以通过旋转可以方便取出或者固定，关节头试件18中有正方形孔洞，紧定螺钉17的上端可插入到关节头的正方形孔洞当中实现固定，关节头试件18的大小还可以根据人体临床情况，进行个性化定制。支撑斜板15在步进电机5驱动下作匀速旋转运动和往复摇摆运动，从而实现关节头试件18与髋臼试件18之间呈现交叉状、多方向复合滑动运动。与之对磨的髋臼试件18则用骨水泥20固定在髋臼支架21上，液压加载机构4通过螺栓31与髋臼支架21固定，并根据试验要求推动髋臼支架21对关节头试件18产生压力，液压加载机构4加油时，通过液压阀门26向液压缸体29的上腔输入压力油，活塞杆24将向下移动从而带动髋臼试件19压向关节头试件18，压力感应器30可以监测活塞杆24的横向应力和纵向力，将信息反馈给液压加载机构4内的控制机构，从而指导液压加载机构4施加给活塞杆24载荷。

Claims (5)

1.一种人工髋关节磨损试验机，包括机架（1），其特征在于所述的机架（1）上设置下盖板（7）和上面板（28），所述的下盖板（7）上设置动力旋转机构（2），所述上面板（28）上设置液压加载机构（4），所述的液压加载机构（4）的下端与摆动机构（3）上端相连接，摆动机构（3）下端与动力旋转机构（2）相互连接。

2.根据权利要求1所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的液压加载机构（4）包括活塞杆（24）、滑块（23）、活塞（25）和液压缸体（29），所述的液压缸体（29）通过通过第二螺柱（27）固定在上面板（28）上，活塞杆（24）顶端连接活塞（25），底端套接连接滑块（23），滑块（23）位于液压缸体（29）内，液压缸体（29）上端设置液压阀门（26），活塞杆（24）底部与压力感应器（30）连接，由压力感应器（30）监测活塞杆（24）的应力，并将应力反馈给液压加载机构（4）。

3.根据权利要求1所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的动力旋转机构（2）包括步进电机（5）、联轴器（6）和传动轴（9），所述的步进电机（5）通过第一螺柱（8）固定在下盖板（7）上，所述的步进电机（5）通过联轴器（6）与传动轴（9）一端连接并带动传动轴（9）传动，所述的传动轴（9）另一端与摆动机构（3）连接。

4.根据权利要求3所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的摆动机构（3）包括髋臼试件（19）、关节头试件（18）、紧定螺钉（17）、罩筒（22）、骨水泥（20）、温度加热器（33）、支撑斜板（15）、偏心轮（11）及摆轴（12），所述的偏心轮（11）中间装有圆锥滚子轴承（13），摆轴（12）穿过圆锥滚子轴承（13）与偏心轮（11）相连，摆轴（12）下端用圆螺母（10）拧紧以防止偏心轮（11）下滑，摆轴（12）上端通过螺钉（14）与支撑斜板（15）固定连接，支撑斜板（15）底端装有封闭的阶梯结构的罩筒（22），并通过O型圈（16）密封，所述的罩筒（22）上设置进油口阀门（32）、出油口阀门（34）及温度加热器（33），所述的支撑斜板（15）上设置螺纹孔，紧定螺钉（17）上装有关节头试件（18），所述的关节头试件（18）中有正方形孔洞，紧定螺钉（17）上端插入正方形孔洞中与关节头试件（18）连接，紧定螺钉（17）下端与支撑斜板（15）上的螺纹孔连接，液压加载机构（4）通过螺栓（31）与髋臼支架（21）连接，髋臼试件（19）通过骨水泥（20）固定在髋臼支架（21）上，所述的髋臼试件（19）与关节头试件（18）对应连接。

5.根据权利要求4所述的人工髋关节磨损试验机，其特征在于所述的支撑斜板（15）的倾斜角度为23°。