髋关节仿生试验机的设计（上置式）.docx

摘要:本论文的主体内容是对人工髋关节试验机传动部分的研究和设计。要求能够依据人类正常运动时髋关节的运动特征和人工髋关节的结构特点，设计一个可以相对精确的模拟正常人类髋关节运动的试验机（股骨头下部，髋臼在上）。该试验机的工作原理是模拟人体髋关节的结构，将人工体髋关节试件和髋臼的组件安装在试验机对应的位置上，通过试验机上的机构使他们两者之间依照试验的时间承受规定的载荷并且使之产生一定角度的相对转动。在进行详细设计的时候，必须要思索试验机的工作环境能否准确的模拟人类髋关节运动的真实情况，因此使得试件在试验过程中出现的磨损情况与实际情况相一致，从而可以精确的得出人工髋关节材料的生物摩擦学特性的规律，为医学上的临床使用提供突破性试验根据。设计时先根据髋关节的运动规律提出具体方案，依据方案和已知的试验载荷和旋转参数，选择符合要求的电动机，之后跟据电动机的转矩设计主传动轴的最小直径，再由轴的最小直径设计出各个部件的大概尺寸，校核后确定初步设计的部件可以保证试验机的正常工作。电动机运动后，主传动轴因联轴器而随之转动，从而带动用支撑斜板连接的摆轴旋转，使得安装在摆轴上的试件座随之旋转，从而达成试验目的。

关键词 关节试验机 ;模拟试验 ;人工髋关节

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 人造关节-1

1.2髋关节置换术-1

1.3 人工髋关节模拟实验机的研究现状-3

2方  案-4

2.1 髋关节结构分析-4

2.2髋关节运动学-5

2.3摩擦学的基本背景-7

2.3.1表面力学-7

2.4材料选择-8

2.4.1人工髋关节材料的性能要求-8

2.4.2人工髋关节材料的种类及其特点-9

 2.5试验机的工作原理-10

2.6 方案的提出-11

2.6.1方案一：-11

2.6.2方案二-11

2.6.3方案的选择-12

2.7 设计方案-12

2.8 机械传动部分的运动特性分析-13

2.9关节假体的疲劳分析-16

2.9.1载荷和边界条件-16

2.9.2磨损模型-18

2.9.3疲劳与磨损分析-19

2.10温控装置分析-20

3设计计算过程-21

3.1初选电机功率-21

3.2主传动轴的设计-21

3.2.1选择轴的材料-21

3.2.2初步确定轴的最小直径-21

3.2.3轴的结构设计-21

3.2.4轴上零件的周向定位-23

3.2.5主传动轴的倒角-23

3.3摆轴的设计-23

3.3.1轴的材料-23

3.3.2初步确定轴的最小直径-23

3.3.3初步确定C段的尺寸-24

3.3.4初步确定B段的尺寸-24

3.3.5初步确定D段的尺寸-24

3.3.6初步确定A段的尺寸-24

3.4 扭矩测量系统的设计-24

3.5液压缸的结构尺寸设计-25

3.5.1液压缸主要参数的确定-25

3.6 装配图及主要零件图设计-28

3.6.1装配图草图-28

3.6.2零件图草图-28

4零件校核-30

4.1主传动轴的校核-30

4.2主动轴上轴承的校核-33

4.3摆轴的校核-34

4.4摆轴上轴承的校核-35

5设计说明-37

5.1重要部件加工工艺-37

5.2润滑及密封-38

结论-39

致谢-40

参考文献-41