RU212393U1

RU212393U1 - The drive of the lengthened endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb

Info

Publication number: RU212393U1
Application number: RU2021137444U
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Шилов; Андрей Александрович Ушаков; Михаил Михайлович Криштал; Александр Владимирович Колсанов; Андрей Николаевич Николаенко; Сергей Ханцасович Петерайтис
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "МЕДТЭК"
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-07-21

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для использования в области медицины, а именно в эндопротезировании, что предполагает использование биологически совместимых материалов в мышечных тканях пациента на протяжении всего периода эксплуатации. Привод удлиняемого эндопротеза трубчатой кости нижней конечности выполнен в виде волнового трехступенчатого редуктора, содержащего корпус с размещенными в нем последовательно и соединенными друг с другом генератором и тремя модулями первой, второй и третьей ступеней. На входе корпуса установлен соединенный с генератором магнитный ротор, состоящий из герметичного контейнера с неодимовым магнитом внутри. Каждая из ступеней содержит свой зубчатый венец и модуль ступени. Модуль первой ступени содержит опорные подшипники, генерирующий вал-сепаратор, в радиальные отверстия которого вложены промежуточные тела вращения, а на шейке вала-сепаратора установлен с заданным эксцентриситетом генерирующий подшипник. Модуль второй ступени по конструкции идентичен модулю первой ступени. Генератор состоит из ведущего вала с замком ротора, опорных подшипников и генерирующего подшипника для зубчатого венца первой ступени установленного на шейке ведущего вала с заданным эксцентриситетом. Модуль третьей ступени, расположенный на выходе волнового трехступенчатого редуктора, снабжен уплотнительными кольцами и содержит крышку, опорные подшипники, прижимную втулку и вал-сепаратор третьей ступени, в радиальные отверстия которого вложены промежуточные тела вращения, являющийся выходным валом редуктора и снабженный хвостовиком. Металлические детали ротора выполнены из кобальт-хром-молибденовой стали. Подшипники и тела вращения выполнены из оксида циркония. Сепараторы подшипников и контейнер ротора выполнены из полиэфирэфиркетона. Уплотнительные кольца выполнены из двухкомпонентного силоксанового эластомера. Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в надежном выполнении разработанным приводом удлиняемого эндопротеза функции по осуществлению приведения в действие штока эндопротеза для удлинения конечности при повышении безопасности его использования в удлиняемых эндопротезах за счет выполнения его биологически совместимым.

The utility model relates to devices intended for use in the field of medicine, namely in endoprosthetics, which involves the use of biologically compatible materials in the patient's muscle tissues throughout the entire period of operation. The drive of the lengthened endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb is made in the form of a three-stage wave reducer, containing a housing with a generator and three modules of the first, second and third stages placed in series and connected to each other. A magnetic rotor connected to the generator is installed at the housing inlet, consisting of a sealed container with a neodymium magnet inside. Each stage contains its own ring gear and stage module. The first stage module contains support bearings, generating a separator shaft, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, and a generating bearing is installed on the neck of the separator shaft with a given eccentricity. The second stage module is identical in design to the first stage module. The generator consists of a drive shaft with a rotor lock, support bearings and a generating bearing for the first stage ring gear mounted on the drive shaft neck with a given eccentricity. The third stage module, located at the output of the three-stage wave reducer, is equipped with sealing rings and contains a cover, support bearings, a clamping sleeve and a third-stage separator shaft, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, which is the output shaft of the reducer and equipped with a shank. The metal parts of the rotor are made of cobalt-chromium-molybdenum steel. Bearings and bodies of rotation are made of zirconium oxide. Bearing cages and rotor container are made of PEEK. O-rings are made of two-component siloxane elastomer. The technical result from the use of all the essential features of the utility model consists in the reliable performance by the developed drive of the elongated endoprosthesis of the function of actuating the endoprosthesis rod for elongation of the limb while increasing the safety of its use in elongated endoprostheses by making it biologically compatible.

Description

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для использования в области медицины, а именно в эндопротезировании, что предполагает использование биологически совместимых материалов в мышечных тканях пациента на протяжении всего периода эксплуатации.The utility model relates to devices intended for use in the field of medicine, namely in endoprosthetics, which involves the use of biologically compatible materials in the patient's muscle tissues throughout the entire period of operation.

Известна планетарная эпициклическая передача, содержащая приводной элемент, приводящий в движение множество планетарных зубчатых колес, причем каждая планетарная передача прикреплена к планетарному держателю, вращается вокруг планетарной оси и имеет, по меньшей мере, один зубчатый участок, зацепляясь, по меньшей мере, с одной кольцевой шестерней; кольцевые шестерни или планетарный держатель, таким образом, совершают вращение вокруг центральной оси планетарной зубчатой передачи, а другая из кольцевых шестерен и планетарный держатель прикреплены к неподвижной части зубчатой передачи, причем каждая планетарная шестерня прикреплена к планетарному держателю, по меньшей мере, одним планетарным соединителем, который вращается вокруг оси, которая смещена и параллельна планетарной оси так, что поворот упомянутого, по меньшей мере, одного планетарного соединителя изменяет расстояние между центральной осью и планетарной осью с помощью эксцентрикового соединения (аналог - заявка WO №2016/193286 от 04.06.2015).A planetary epicyclic gear is known, containing a drive element that drives a plurality of planetary gears, each planetary gear is attached to the planetary holder, rotates around the planetary axis and has at least one toothed section, engaging with at least one annular gear; the annular gears or the planetary holder thus rotate about the central axis of the planetary gear, and the other of the ring gears and the planetary holder are attached to the fixed part of the gear, each planetary gear is attached to the planetary holder by at least one planetary connector, which rotates around an axis that is offset and parallel to the planetary axis so that the rotation of the said at least one planetary connector changes the distance between the central axis and the planetary axis using an eccentric connection .

Недостаток данной передачи - в высокой инерционности вращающихся деталей, присоединенных к входному валу, и низкой технологичности ее изготовления, а также использование материалов, не совместимых с мышечными тканями пациента.The disadvantage of this transmission is the high inertia of the rotating parts attached to the input shaft, and the low manufacturability of its manufacture, as well as the use of materials that are not compatible with the patient's muscle tissues.

Известен волновой двухступенчатый редуктор с промежуточными телами качения, входящий в электромеханический привод, состоящий из корпуса с левой и правой, соединенными между собой торцевыми частями, в котором концентрично относительно центральной оси размещены: волновая передача первой ступени с входным валом, имеющим, по меньшей мере, две эксцентрично расположенные цилиндрические поверхности с противоположно направленными эксцентриситетами и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях и, по меньшей мере, с одним опорным подшипником качения; сепаратор первой ступени с размещенными в нем, по меньшей мере, двумя рядами тел качения, взаимодействующими с эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями неподвижный относительно корпуса; втулка, являющаяся входным валом второй ступени, охватывающая сепаратор первой ступени, с внутренними эпициклическими поверхностями втулки, количество которых равно количеству рядов промежуточных тел качения, расположенных в сепараторе первой ступени и взаимодействующих с телами качения, с эксцентрично расположенными цилиндрическими поверхностями на втулке, эксцентриситеты которых являются противоположно направленными, и с подшипниками качения на эксцентрично расположенных цилиндрических поверхностях и с опорными подшипниками качения; сепаратор второй ступени с размещенными в нем рядами тел качения при количестве рядов, равном количеству эксцентрично расположенных на втулке цилиндрических поверхностей с подшипниками качения; выходной вал, расположенный в корпусе на двух радиально-упорных подшипниках (аналоги - патенты RU №108238 от 09.06.2010 г. и RU №108239 от 09.06.2010 г.).Known wave two-stage gearbox with intermediate rolling elements, included in the electromechanical drive, consisting of a housing with left and right, interconnected end parts, which is concentric with respect to the central axis: a wave transmission of the first stage with an input shaft having at least two eccentrically located cylindrical surfaces with oppositely directed eccentricities and with rolling bearings on eccentrically located cylindrical surfaces and at least one rolling bearing; the separator of the first stage placed in it, at least two rows of rolling elements, interacting with eccentrically arranged cylindrical surfaces fixed relative to the housing; bushing, which is the input shaft of the second stage, enclosing the first stage cage, with internal epicyclic surfaces of the bushing, the number of which is equal to the number of rows of intermediate rolling elements located in the first stage cage and interacting with the rolling bodies, with eccentrically located cylindrical surfaces on the bushing, the eccentricities of which are oppositely directed, and with rolling bearings on eccentrically located cylindrical surfaces and with rolling bearings; a separator of the second stage with rows of rolling elements placed in it with the number of rows equal to the number of cylindrical surfaces eccentrically located on the sleeve with rolling bearings; output shaft located in the housing on two angular contact bearings (analogues - patents RU No. 108238 dated 06/09/2010 and RU No. 108239 dated 06/09/2010).

Данный волновой редуктор предназначен для использования в авиа- и машиностроении и не может быть применен в эндопротезировании. This wave reducer is intended for use in aircraft and mechanical engineering and cannot be used in endoprosthetics.

Известно соединительное устройство увеличивающейся длины, содержащее магнит, винт и гайку. Магнит соединен с винтом или гайкой посредством коробки передач. Приводное средство для генерирования движущегося или меняющегося электромагнитного поля расположено снаружи от пациента. Приводное средство вызывает посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства. Коробка передач включает в себя два сателлита планетарной передачи и герметизирована внутри кожуха для исключения попадания биологических жидкостей. Все части изготовлены из нержавеющей стали. Кожух для помещения постоянного магнита изготовлен из титанового сплава. Постоянный магнит предпочтительно изготовлен способом спекания, имеет кольцевую форму и плотно вставлен в блокировочную кольцевую капсулу. Known connecting device of increasing length, containing a magnet, a screw and a nut. The magnet is connected to the screw or nut by means of a gearbox. The drive means for generating the moving or changing electromagnetic field is located outside the patient. The drive means thereby causes the rotation of the magnet and the elongation of the coupling device. The gearbox includes two planetary gears and is sealed inside the casing to prevent the ingress of body fluids. All parts are made of stainless steel. The permanent magnet housing is made of titanium alloy. The permanent magnet is preferably made by sintering, has an annular shape and is tightly inserted into the blocking annular capsule.

Каждая ступень планетарной передачи имеет три идентичных сателлита планетарной передачи, которые плотно вставлены в водило в сборе, и каждый сателлит планетарной передачи на каждом конце изготовлен с небольшим встроенным штыревым валом. Коробка передач и магнит в сборе предназначены для помещения внутрь камеры на нижнем конце соединительного устройства (см. патент РФ 2272594, МПК A61B 17/72, A61B 17/70, A61F 2/28 (2006.01), 2006 г.).Each planetary gear stage has three identical planetary pinions that fit tightly into the carrier assembly, and each planetary pinion at each end is made with a small built-in pin shaft. The gearbox and magnet assembly are designed to be placed inside the chamber at the lower end of the connecting device (see RF patent 2272594, IPC A61B 17/72, A61B 17/70, A61F 2/28 (2006.01), 2006).

Недостатком устройства коробки передач для приведения в действие удлиняющего средства является ее изготовление из материалов, биологически не совместимых, которые невозможно использовать для имплантации в тело человека. Использование этих материалов вызвано необходимостью обеспечения высокой прочности элементов планетарного редуктора. Выполнение коробки передач в виде планетарного редуктора также является недостатком известного решения, т.к. не позволяет обеспечить высокую надежность и долговечность устройства.The disadvantage of the transmission device for actuating the extension means is that it is made from biologically incompatible materials that cannot be used for implantation in the human body. The use of these materials is due to the need to ensure high strength of the elements of the planetary gearbox. The execution of the gearbox in the form of a planetary gearbox is also a disadvantage of the known solution, because. does not ensure high reliability and durability of the device.

Из уровня техники не известно решения, которое можно было бы выбрать в качестве прототипа. Несмотря на то, что волновые редукторы широко известны и применяются в различных областях техники, проведенный поиск не дал результата, подтверждающего использование волнового редуктора в эндопротезировании.The prior art does not know a solution that could be chosen as a prototype. Despite the fact that wave reducers are widely known and used in various fields of technology, the search did not give a result confirming the use of a wave reducer in endoprosthetics.

Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в расширении арсенала средств для привода удлиняемых эндопротезов путем разработки надежного, биологически совместимого привода. The technical problem solved by the utility model is to expand the arsenal of means for driving elongated endoprostheses by developing a reliable, biologically compatible drive.

Решение технической проблемы достигается за счет того, что разработан привод удлиняемого эндопротеза трубчатой кости нижней конечности, выполненный в виде волнового трехступенчатого редуктора, содержащего корпус с размещенными в нем последовательно и соединенными друг с другом генератором и тремя модулями первой, второй и третьей ступеней, на входе корпуса установлен соединенный с генератором магнитный ротор, состоящий из герметичного контейнера с неодимовым магнитом внутри, каждая из ступеней содержит свой зубчатый венец и модуль ступени, причем модуль первой ступени содержит опорные подшипники, генерирующий вал-сепаратор, в радиальные отверстия которого вложены промежуточные тела вращения, а на шейке вала-сепаратора установлен с заданным эксцентриситетом генерирующий подшипник, модуль второй ступени по конструкции идентичен модулю первой ступени, генератор состоит из ведущего вала с замком ротора, опорных подшипников и генерирующего подшипника для зубчатого венца первой ступени установленного на шейке ведущего вала с заданным эксцентриситетом, модуль третьей ступени, расположенный на выходе волнового трехступенчатого редуктора, снабжен уплотнительными кольцами и содержит крышку, опорные подшипники, прижимную втулку и вал-сепаратор третьей ступени, в радиальные отверстия которого вложены промежуточные тела вращения, являющийся выходным валом редуктора и снабженный хвостовиком, причем металлические детали ротора выполнены из кобальт-хром-молибденовой стали, подшипники и тела вращения из оксида циркония, сепараторы подшипников и контейнер ротора из полиэфирэфиркетона, а уплотнительные кольца из двухкомпонентного силоксанового эластомера.The solution to the technical problem is achieved due to the fact that a drive for an elongated endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb has been developed, made in the form of a wave three-stage gearbox, containing a housing with a generator placed in series and connected to each other and three modules of the first, second and third stages, at the input of the housing, a magnetic rotor connected to the generator is installed, consisting of a sealed container with a neodymium magnet inside, each of the stages contains its own ring gear and stage module, the first stage module contains support bearings, generating a separator shaft, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, and on the neck of the separator shaft, a generating bearing is installed with a given eccentricity, the second stage module is identical in design to the first stage module, the generator consists of a drive shaft with a rotor lock, thrust bearings and a generating bearing for the gear rim of the first stage installed on the neck of the drive shaft with a given eccentricity, the third stage module, located at the output of the wave three-stage gearbox, is equipped with sealing rings and contains a cover, support bearings, a clamping sleeve and a third-stage separator shaft, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, which is the output gear shaft and equipped with a shank, wherein the metal parts of the rotor are made of cobalt-chromium-molybdenum steel, bearings and bodies of rotation are made of zirconium oxide, bearing separators and the rotor container are made of polyetheretherketone, and sealing rings are made of two-component siloxane elastomer.

Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в надежном выполнении разработанным приводом функции по осуществлению приведения в действие штока удлиняемого эндопротеза трубчатой кости нижней конечности для удлинения конечности при повышении безопасности его использования в удлиняемых эндопротезах за счет выполнения его биологически совместимым.The technical result from the use of all the essential features of the utility model consists in the reliable performance by the developed drive of the function of actuating the rod of the elongated endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb to lengthen the limb while increasing the safety of its use in elongated endoprostheses due to its biological compatibility.

Разработанный привод удлиняемого эндопротеза трубчатой кости нижней конечности, выполненный в виде волнового трехступенчатого редуктора, содержащего корпус с размещенными в нем последовательно и соединенными друг с другом генератором и тремя модулями первой, второй и третьей ступеней, на входе корпуса установлен соединенный с генератором магнитный ротор, состоящий из герметичного контейнера с неодимовым магнитом внутри, каждая из ступеней содержит свой зубчатый венец и модуль ступени, причем модуль первой ступени содержит опорные подшипники, генерирующий вал-сепаратор, в радиальные отверстия которого вложены промежуточные тела вращения, а на шейке вала-сепаратора установлен с заданным эксцентриситетом генерирующий подшипник, модуль второй ступени по конструкции идентичен модулю первой ступени, генератор состоит из ведущего вала с замком ротора, опорных подшипников и генерирующего подшипника для зубчатого венца первой ступени установленного на шейке ведущего вала с заданным эксцентриситетом, модуль третьей ступени, расположенный на выходе волнового трехступенчатого редуктора, снабжен уплотнительными кольцами и содержит крышку, опорные подшипники, прижимную втулку и вал-сепаратор третьей ступени, в радиальные отверстия которого вложены промежуточные тела вращения, являющийся выходным валом редуктора и снабженный хвостовиком, обеспечивающим передачу вращения элементу эндопротеза, выполняет свое назначение - обеспечивает удлинение эндопротеза, в который он установлен. При этом за счет выполнения металлических деталей из биологически совместимого материала - кобальт-хром-молибденовой стали, подшипников и промежуточных тел вращения из оксида циркония, сепараторов подшипников из полиэфирэфиркетона (PEEK), уплотнителей из двухкомпонентного силоксанового эластомера, так же использование неразборного герметичного контейнера для гарантированной изоляции неодимового магнита обеспечивается его биологическая совместимость и безопасность его использования.The developed drive of an elongated endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb, made in the form of a wave three-stage gearbox, containing a housing with a generator placed in series and connected to each other and three modules of the first, second and third stages, at the inlet of the housing there is a magnetic rotor connected to the generator, consisting from a sealed container with a neodymium magnet inside, each of the stages contains its own ring gear and a stage module, and the first stage module contains support bearings that generate a separator shaft, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, and is installed on the neck of the separator shaft with a given generating bearing with eccentricity, the second stage module is identical in design to the first stage module, the generator consists of a drive shaft with a rotor lock, support bearings and a generating bearing for the first stage ring gear mounted on the drive shaft neck with a given eccentricity The module of the third stage, located at the output of the three-stage wave reducer, is equipped with sealing rings and contains a cover, support bearings, a clamping sleeve and a separator shaft of the third stage, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, which is the output shaft of the reducer and is equipped with a shank that provides transfer of rotation to the element of the endoprosthesis, fulfills its purpose - it provides elongation of the endoprosthesis in which it is installed. At the same time, due to the production of metal parts from a biologically compatible material - cobalt-chromium-molybdenum steel, bearings and intermediate rotation bodies from zirconium oxide, bearing separators from polyetheretherketone (PEEK), seals from a two-component siloxane elastomer, as well as the use of a non-separable sealed container for guaranteed isolation of a neodymium magnet ensures its biological compatibility and safety of its use.

Поскольку привод должен быть установлен внутри удлиняемого эндопротеза, используемого для изменения длины конечности, т.е. помещен в тело человека, важным фактором для его использования является его безопасность и биологическая совместимость. Since the drive must be installed inside an extendable endoprosthesis used to change the length of the limb, i.e. placed in the human body, an important factor for its use is its safety and biocompatibility.

Фиг.1 - место установки редуктора в приводе удлиняемого эндопротеза.Figure 1 - the location of the gearbox in the drive elongated endoprosthesis.

Фиг.2 - взрыв-схема редуктора трехступенчатого в сборе.Figure 2 is an explosion diagram of a three-stage gearbox assembly.

Фиг.3 - изометрический вид трехступенчатого редуктора в сборе с местными сечениями.Figure 3 is an isometric view of a three-stage gearbox assembly with local sections.

Фиг.4 - принцип работы ступеней волнового редуктора с промежуточными телами вращения.Fig.4 - the principle of operation of the steps of the wave reducer with intermediate bodies of rotation.

Пример установки привода показан на удлиняемом эндопротезе большеберцовой кости (см. фиг.1). Привод удлиняемого эндопротеза трубчатой кости нижней конечности содержит волновой трехступенчатый редуктор 1 и для использования установлен внутри головки 2 протеза, соединенной с трубой 3 протеза. Удлиняемый эндопротез снабжен штоком 5 телескопического механизма с пазом под шпонку 4 и внутренней резьбой для преобразования вращательного движения винта 6 в линейное движение штока 5. Винт 6 штока соединен с выходным валом волнового трехступенчатого редуктора 1. An example of drive installation is shown on an elongated tibial endoprosthesis (see FIG. 1). The drive of the elongated endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb contains a wave three-stage gearbox 1 and is installed for use inside the head 2 of the prosthesis connected to the pipe 3 of the prosthesis. The extendable endoprosthesis is equipped with a rod 5 of a telescopic mechanism with a groove for the key 4 and an internal thread for converting the rotational movement of the screw 6 into the linear movement of the rod 5. The screw 6 of the rod is connected to the output shaft of the wave three-stage gearbox 1.

Волновой трехступенчатый редуктор 1 содержит (см. фиг.2) корпус 7 с размещенными в нем последовательно генератором 8 тремя модулями первой, второй и третьей ступени. Модули собираются отдельно и устанавливаются в корпус 7 волнового трехступенчатого редуктора 1 в собранном виде. Генератор 8 первой ступени состоит из ведущего вала с замком ротора, опорных подшипников и генерирующего подшипника установленного на шейке ведущего вала с заданным эксцентриситетом (условно не показаны). Первая ступень состоит из зубчатого венца 9 первой ступени и модуля 10 первой ступени. Модуль 10 первой ступени содержит следующие элементы (условно не показаны):Wave three-stage gearbox 1 contains (see figure 2) housing 7 placed in series with the generator 8 three modules of the first, second and third stage. The modules are assembled separately and installed in the housing 7 of the wave three-stage gearbox 1 in the assembled form. Generator 8 of the first stage consists of a drive shaft with a rotor lock, support bearings and a generating bearing mounted on the neck of the drive shaft with a given eccentricity (conditionally not shown). The first stage consists of a first stage ring gear 9 and a first stage module 10. Module 10 of the first stage contains the following elements (conditionally not shown):

- вал-сепаратор, в радиальные отверстия которого вкладываются керамические шарики – промежуточные тела вращения, - shaft-separator, in the radial holes of which ceramic balls are inserted - intermediate bodies of rotation,

- генерирующий подшипник (генератор волн) для второй ступени, установленный на шейке вала-сепаратора модуля 10 первой ступени с заданным эксцентриситетом, - generating bearing (wave generator) for the second stage, mounted on the neck of the separator shaft module 10 of the first stage with a given eccentricity,

- опорные подшипники. - thrust bearings.

Вторая ступень идентична по конструкции первой. Третья ступень состоит из зубчатого венца 11 и модуля 12 третьей ступени. Модуль 12 третьей ступени содержит вал-сепаратор 13 третьей ступени (см. фиг.3), опорный радиальный подшипник, опорный радиально-упорный подшипник, прижимную втулку и комплект шариков - промежуточных тел вращения, устанавливаемых в радиальные отверстия вала-сепаратора 13. (Подшипники, прижимная втулка и промежуточные тела вращения на фиг.2 условно не показаны.) Вал-сепаратор 13 третьей ступени является выходным валом редуктора 1 и имеет хвостовик 14 в виде квадрата, предназначенный для передачи вращения на ходовой винт 6 эндопротеза (см. фиг.1, 3). Крышка 15 предназначена для поджима внешнего кольца радиально-упорного подшипника. Два уплотнительных кольца 16 и 17 выполняют функцию герметизации внутренней полости редуктора.The second stage is identical in design to the first. The third stage consists of a ring gear 11 and a module 12 of the third stage. The module 12 of the third stage contains the separator shaft 13 of the third stage (see figure 3), thrust radial bearing, thrust angular contact bearing, clamping sleeve and a set of balls - intermediate bodies of rotation installed in the radial holes of the separator shaft 13. (Bearings , the clamping sleeve and the intermediate body of rotation in figure 2 is conventionally not shown.) The separator shaft 13 of the third stage is the output shaft of the gearbox 1 and has a shank 14 in the form of a square, designed to transmit rotation to the lead screw 6 of the endoprosthesis (see figure 1 , 3). Cover 15 is designed to press the outer ring of the angular contact bearing. Two sealing rings 16 and 17 perform the function of sealing the internal cavity of the gearbox.

Генератор 8 через генерирующий подшипник связан с зубчатым венцом 9 первой ступени, преобразующим заданное генератором радиальное перемещение шариков - промежуточных тел вращения в тангенциальное, приводящее во вращательное движение обойму с отверстиями, являющуюся конструктивным элементом вал-сепаратора первой ступени. Установленные последовательно модули первой, второй и третьей ступени также соединены между собой посредством вала-сепаратора предыдущей ступени и зубчатого венца последующей ступени. The generator 8 through the generating bearing is connected with the gear rim 9 of the first stage, which converts the radial movement of the balls - intermediate bodies of revolution given by the generator into a tangential, rotational movement of the cage with holes, which is a structural element of the first stage separator shaft. The modules of the first, second and third stages installed in series are also interconnected by means of a separator shaft of the previous stage and a ring gear of the next stage.

На входе волнового трехступенчатого редуктора расположен генератор 8, в котором выполнен замок для присоединения магнитного ротора 18, состоящего из герметичного контейнера 19 с неодимовым магнитом внутри. Магнитный ротор 18 фиксируется в замке генератора 8 волнового трехступенчатого редуктора 1 планкой 20 с помощью двух винтов 21.At the input of the three-stage wave reducer, a generator 8 is located, in which a lock is made for attaching a magnetic rotor 18, consisting of a sealed container 19 with a neodymium magnet inside. The magnetic rotor 18 is fixed in the lock of the generator 8 of the wave three-stage gearbox 1 by the bar 20 with the help of two screws 21.

Все детали редуктора выполнены из материалов, соответствующих ГОСТ ISO 14602-2012 «Неактивные хирургические имплантаты. Имплантаты для остеосинтеза. Технические требования». Все металлические детали выполнены из кобальт-хром-молибденовой стали ГОСТ Р ИСО5832-12-2009 (кобальт - основа, хром - 28%, молибден - 6%). Уплотнительные кольца 16, 17 выполнены из двухкомпонентного силоксанового эластомера ГОСТ Р ИСО 14949-2014. Применяемые в приводе керамические подшипники качения и промежуточные тела качения изготовлены из оксида циркония (ZrO₂), материалом сепараторов подшипников и контейнера 19 магнитного ротора 18 является полиэфирэфиркетон (PEEK). При сборке редуктора (операция установки шариков в обойму) предполагается использовать в качестве вязкого связующего компонента вазелин медицинский ГОСТ 3582-84, основной объем которого вымывается после сборки. All gearbox parts are made of materials that comply with GOST ISO 14602-2012 “Inactive Surgical Implants. Implants for osteosynthesis. Technical requirements". All metal parts are made of cobalt-chromium-molybdenum steel GOST R ISO5832-12-2009 (cobalt is the base, chromium is 28%, molybdenum is 6%). O-rings 16, 17 are made of two-component siloxane elastomer GOST R ISO 14949-2014. Used in the drive ceramic rolling bearings and intermediate rolling elements are made of zirconium oxide (ZrO ₂ ), the material of the bearing separators and the container 19 of the magnetic rotor 18 is polyetheretherketone (PEEK). When assembling the gearbox (the operation of installing balls in a cage), it is supposed to use medical vaseline GOST 3582-84 as a viscous binder, the main volume of which is washed out after assembly.

Волновой трехступенчатый редуктор 1 выполнен с возможностью обратного вращения.Wave three-stage gearbox 1 is made with the possibility of reverse rotation.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

За основу работы привода взят принцип работы синхронного двигателя и систем его управления. Магнитный ротор 18 (фиг.2), приводится в движение (вращение) за счет магнитного поля, генерируемого внешней катушкой (статором, который условно не показан). The principle of operation of a synchronous motor and its control systems is taken as the basis for the operation of the drive. The magnetic rotor 18 (figure 2) is set in motion (rotation) due to the magnetic field generated by the external coil (stator, which is not shown conventionally).

Магнитный ротор 18 через замок жестко связан с ведущим валом генератора 8, имеющим шейку с заданным эксцентриситетом относительно базовых опор, на которую установлен подшипник 22 (см. фиг.4). Подшипник 22, выполняющий функцию генератора волн первой ступени, вращаясь, вызывает радиальные перемещения промежуточных тел вращения 23 (шариков), размещенных в пазах обоймы 24 вала-сепаратора модуля 10 первой ступени. Промежуточные тела вращения 23 контактируют с поверхностями зубчатого венца 9 первой ступени. Разность количества промежуточных тел вращения 23 и зубьев зубчатого венца 9 первой ступени, равная единице, обеспечивает редукцию (уменьшение) движения выходного звена - вала-сепаратора модуля первой ступени. Зубчатый венец 9 неподвижен относительно корпуса 7 волнового трехступенчатого редуктора 1 и вращение передается обойме 24 являющейся составной частью вала-сепаратора модуля 10 второй ступени. На вале-сепараторе модуля 10 второй ступени имеется шейка с заданным эксцентриситетом относительно базовых опор с подшипником, который является генератором волн для третьей ступени. Разность числа шариков 23 и зубьев зубчатого венца 9 второй ступени, равная единице, обеспечивает редукцию (уменьшение) движения выходного звена - вала сепаратора модуля второй ступени. Промежуточные тела вращения 23 контактируют с поверхностями зубчатого венца 11 третьей ступени. Зубчатый венец 11 неподвижен относительно корпуса 7 волнового трехступенчатого редуктора 1 и вращение передается обойме 24 являющейся составной частью вала-сепаратора 13 модуля 12 третьей ступени. Таким образом, выходные звенья (валы-сепараторы с установленными на их шейках подшипниками) предыдущих ступеней являются генератором волн для последующих. На выходе вала-сепаратора 13 модуля 12 третьей ступени вместо эксцентричной шейки выполнен квадратный хвостовик 14 (см. фиг.3) для передачи вращения ходовому винту 6 эндопротеза (см. фиг.1). Волновой трехступенчатый редуктор 1 обладает функцией реверса.The magnetic rotor 18 through the lock is rigidly connected to the drive shaft of the generator 8, having a neck with a given eccentricity relative to the base supports, on which the bearing 22 is installed (see Fig.4). The bearing 22, which performs the function of the wave generator of the first stage, rotating, causes radial displacement of the intermediate bodies of rotation 23 (balls) placed in the grooves of the cage 24 of the separator shaft of the module 10 of the first stage. The intermediate bodies of rotation 23 are in contact with the surfaces of the ring gear 9 of the first stage. The difference in the number of intermediate bodies of rotation 23 and the teeth of the ring gear 9 of the first stage, equal to one, provides a reduction (decrease) in the movement of the output link - the separator shaft of the first stage module. The ring gear 9 is fixed relative to the housing 7 of the wave three-stage gearbox 1 and the rotation is transmitted to the cage 24, which is an integral part of the separator shaft of the module 10 of the second stage. On the separator shaft of module 10 of the second stage there is a neck with a given eccentricity relative to the base bearings with a bearing, which is a wave generator for the third stage. The difference in the number of balls 23 and the teeth of the ring gear 9 of the second stage, equal to one, provides a reduction (decrease) in the movement of the output link - the separator shaft of the second stage module. Intermediate bodies of rotation 23 are in contact with the surfaces of the ring gear 11 of the third stage. The ring gear 11 is fixed relative to the body 7 of the wave three-stage gearbox 1 and the rotation is transmitted to the cage 24, which is an integral part of the separator shaft 13 of the module 12 of the third stage. Thus, the output links (separator shafts with bearings mounted on their necks) of the previous stages are the wave generator for the subsequent ones. At the output of the separator shaft 13 of the module 12 of the third stage, instead of an eccentric neck, a square shank 14 (see Fig.3) is made to transmit rotation to the lead screw 6 of the endoprosthesis (see Fig.1). Wave three-stage gearbox 1 has a reverse function.

Редуктор обеспечивает регулируемый исходящий момент на валу от 0 до 2,5Нм, что при использовании передачи «Винт-Гайка» с резьбой М8х1 обеспечит силу раздвижения эндопротеза до 1600Н при моменте на роторе 0,0003 Нм.The gearbox provides an adjustable outgoing torque on the shaft from 0 to 2.5 Nm, which, when using the “Screw-Nut” gear with M8x1 thread, will provide an endoprosthesis extension force of up to 1600 N with a torque on the rotor of 0.0003 Nm.

Минимальное значение силы раздвижения эндопротеза зависит от момента магнитного ротора привода вращения редуктора и определяется (регулируемым) током внешней катушки (статором), генерирующей магнитное поле.The minimum value of the extension force of the endoprosthesis depends on the moment of the magnetic rotor of the gearbox rotation drive and is determined by the (adjustable) current of the external coil (stator) that generates the magnetic field.

Скорость регулируемого вращения выходного вала 0,19 до 0,46 об/мин, что обеспечивает раздвижение эндопротеза на 1 мм за время от 2,2 до 5,2 минут соответственно.The speed of adjustable rotation of the output shaft is 0.19 to 0.46 rpm, which ensures the extension of the endoprosthesis by 1 mm in 2.2 to 5.2 minutes, respectively.

Общее передаточное отношение редуктора равно произведению чисел волн внутренних профилированных эпициклических поверхностей 25, 25 и 21 и составляет 13125.The total gear ratio of the gearbox is equal to the product of the numbers of waves of the internal profiled epicyclic surfaces 25, 25 and 21 and is 13125.

Основная осевая нагрузка на редуктор со стороны ходового винта эндопротеза воспринимается керамическим упорно-радиальным подшипником 10х22х6-7000 (8x16x5) с допустимой статической нагрузкой 2030Н, динамической - 1260Н.The main axial load on the gearbox from the endoprosthesis lead screw is taken by a ceramic thrust radial bearing 10x22x6-7000 (8x16x5) with a permissible static load of 2030N, dynamic - 1260N.

Способы соединения и фиксации деталей и узлов редуктора выбраны из условия отсутствия необходимости (и возможности) ремонта и обслуживания механического устройства: детали фиксируются методом завальцовки и лазерной сварки.Methods for connecting and fixing parts and assemblies of the gearbox are chosen from the condition that there is no need (and possibility) for repair and maintenance of the mechanical device: the parts are fixed by rolling and laser welding.

Вращение ротора передается на входной вал генератора первой ступени волнового трехступенчатого редуктора. Использование редуктора с высоким передаточным числом необходимо из-за сложности передачи необходимого количества энергии для работы раздвижного механизма. Связано это в первую очередь с тем, что присутствуют большие потери электромагнитной энергии при передаче ее на ротор.The rotation of the rotor is transmitted to the input shaft of the generator of the first stage of the wave three-stage gearbox. The use of a gearbox with a high gear ratio is necessary due to the difficulty of transferring the required amount of energy to operate the sliding mechanism. This is due primarily to the fact that there are large losses of electromagnetic energy when it is transferred to the rotor.

Все детали заявляемого привода удлиняемого эндопротеза могут быть изготовлены на современном оборудовании. Материалы деталей приведены выше.All details of the proposed drive of an elongated endoprosthesis can be manufactured using modern equipment. Part materials are shown above.

Заявляемый привод удлиняемого эндопротеза может быть использован в области медицины при эндопротезировании. The inventive drive of an elongated endoprosthesis can be used in the field of medicine for endoprosthesis replacement.

Claims

The drive of the elongated endoprosthesis of the tubular bone of the lower limb, made in the form of a three-stage wave reducer, containing a housing with a generator placed in series and connected to each other and three modules of the first, second and third stages, at the inlet of the housing there is a magnetic rotor connected to the generator, consisting of a sealed container with a neodymium magnet inside, each of the stages contains its own ring gear and stage module, and the first stage module contains support bearings that generate a separator shaft, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, and is installed on the neck of the separator shaft with a given eccentricity generating bearing, the second stage module is identical in design to the first stage module, the generator consists of a drive shaft with a rotor lock, support bearings and a generating bearing for the first stage ring gear mounted on the drive shaft neck with a given eccentricity, the module of the third stage, located at the output of the three-stage wave reducer, is equipped with sealing rings and contains a cover, thrust bearings, a clamping sleeve and a separator shaft of the third stage, in the radial holes of which intermediate bodies of rotation are inserted, which is the output shaft of the gearbox and equipped with a shank, moreover, the metal parts of the rotor are made of cobalt-chromium-molybdenum steel, bearings and rotation bodies are made of zirconium oxide, bearing cages and rotor container are made of polyetheretherketone, and sealing rings are made of two-component siloxane elastomer.