[实用新型]一种基于钢丝绳传动的髋关节试验机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人工关节试验机，尤其是一种能够在试验室环境中正确模拟人体髋关节的实际运动工况，并能可靠地测试人工关节材料的生物摩擦学特性参数的基于钢丝绳传动的人工关节试验机。 

背景技术

随着人类社会步入高龄化阶段，各种与高龄有关的关节疾病，如大腿骨骨折、关节炎等病症，将会大量发生，因此对人工关节的需求也会日益增加。目前，全球已有约3000万人植入了人工关节，每年的置换量约为200万例。人工关节在体内受力是相当恶劣的，如人工髋关节，每年要经受约3.6×10⁶次可能数倍于人体体重的载荷冲击和磨损。同时由于正常人的骨骼在造骨细胞和噬骨细胞的复杂平衡中不断调整其外型，来自假体摩擦表面的碎屑在关节附近积聚，会造成身体中的噬骨细胞增加，打破噬骨细胞和成骨细胞之间的平衡，使假体松动，因此，磨损和磨损颗粒播散仍是影响人工髋关节耐久性的主要问题。人工关节试验机对人工关节材料进行摩擦磨损试验，通过实验数据分析人工关节材料的摩擦磨损性能，这对于提高人工关节的使用质量，延长其临床寿命和减轻患者痛苦具有重要的现实意义。 

目前髋关节模拟试验机按照所模拟运动方式的不同，大致可分为三类：(1)摆轴型(Biaxial-Hip-Simulator)；(2)销盘型(Pin-on-Disk)；(3)多轴型(Multi-Hip-Simulator)。摆轴型主要是依靠基座与斜面底座之间的相对运动来模拟髋关节在三个不同平面的摆动动作。赫尔辛基技术大学研制的摆轴型HUT-BRM hip-joint simulator试验机，由于条件的限制，设计者省略了在横截面上的运动。中国矿业大学摩擦学与可靠性工程研究所设计并制造的第一代人工髋关节模拟试验机按结构和运动原理也属于摆轴型试验机。销盘型摩擦磨损试验机是人工关节摩擦学常规试验设备，以滑动接触方式进行摩擦磨损试验，通过圆盘与加工成销状的试验样品之间所形成的相对运动来研究材料的摩擦性能和滑液的润滑性能，通常采用三种接触方式，但这类试验机的接触方式与人体髋关节的运动方式差别较大。多轴型主要是通过将不同轴系所形成的单个运动进行合成来模拟人工髋关节的运动形态。英国Leeds大学和Durham大学的MK系制造了多轴型人工髋关节模拟实验机，设计中同样省略了冠状面上的摆动。 

发明内容

本实用新型的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、性能稳定、价格低廉的能够实现交叉状多向复合运动的基于钢丝绳传动的髋关节试验机，该试验机在原理 上属于多轴型人工关节模拟实验机。 

为实现上述目的，本实用新型的基于钢丝绳传动的髋关节试验机，包括由顶板、底板和连接在顶、底板之间的支柱构成的框架，框架内设有支撑架，支撑架内设有上下两端分别固定在支撑架与底板上的传动轴，传动轴上依次设有下凸轮、涡轮涡杆、中凸轮、上凸轮，传动轴的两端设有分别固定在底板和支撑架上的轴承座，支撑架的上方设有弧面轴承座，弧面轴承座上设有与其弧面相吻合的球面基座，球面基座上设有溶液盆，溶液盆内设有嵌装在球面基座内的关节球头球座，溶液盆上设有与其盆缘相固定的动平台，动平台的边缘上设有分别与上、中、下凸轮相连接的钢丝绳牵引装置；顶板上设有与液压系统相连的液压缸，液压缸的活塞杆穿过顶板，其上设有导向滑块和扣在关节球头上的关节窝，导向滑块与关节窝之间设有柱式压力传感器；顶板与动平台之间设有弹簧装置；顶板上设有控制溶液盆内温度的温度控制器；底板上设有顶在转动轴上的球头顶销。 

所述的弧面轴承座由开有凹形槽的座套、与座套的凹形槽过渡配合的推力轴承座圈构成；所述的丝绳牵引装置包括固定在动平台底部的钢丝绳紧固器、水平设在支撑架内侧的凸轮挡杆，凸轮挡杆上设有压缩弹簧，凸轮挡杆的尾部与钢丝绳紧固器之间连接有钢丝绳，支撑架的外侧设有钢丝绳定滑轮；所述的弹簧装置包括固定在动平台上的弹簧座、设在弹簧座上的弹簧，弹簧上部设有固定在顶板底部的弹簧导套，弹簧顶部设有固定在顶板上的微调螺栓；所述的动平台为正三角形板式结构；所述的溶液盆为底端封闭的阶梯结构。