人工髖關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗機(jī)機(jī)體部分設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  目        錄  人工髖關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗機(jī)機(jī)體部分設(shè)計  . 1 摘要  . 1 . 2 1 緒論  . 1 究背景 . 1 工髖關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗機(jī)的研究現(xiàn)狀 . 2 課題的目的及意義 . 3 2 方案  . 5 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及運動分析  . 5  體髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)  . 5 關(guān)節(jié)運動特性分析  . 7 工髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)  . 7 案的提出 . 8 計方案 . 9 械傳動部分的運動特性分析 . 10 3 設(shè)計計算過程  . 14 選電機(jī)功率  . 14 傳動軸的設(shè)計  . 14 擇軸的材料  . 14 的結(jié)構(gòu)設(shè)計  . 14 步選擇滾動軸承  . 15 定軸段 B 處直徑和長度  . 15 定軸段 D 處直徑和長度  . 15 定軸段 A 處直徑和長度  . 15 上零件的周向定位  . 16 定軸上倒角  . 16 選擺軸的大小 . 16 擇軸的材料  . 16 步確定軸的最小直徑  . 16 軸軸承  . 16 定軸段直徑和長度  . 16 定軸段直徑和長度  . 17 壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計  . 17 配圖及主要零件圖設(shè)計 . 17 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  配圖草圖  . 17 件圖  . 18 4 零件校核  . 22 軸上載荷  . 22 核軸的強(qiáng)度  . 22 受力簡圖  . 22 作用在軸上的支反力  . 22 核軸的強(qiáng)度  . 23 動軸上軸承的校核  . 24 軸的校核  . 25 軸上軸承的校核  . 27 結(jié)論  . 29 致    謝  . 30 參考文獻(xiàn)  . 31 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  人工髖關(guān)節(jié)摩擦 磨損試驗機(jī)機(jī)體部分設(shè)計  摘要  本課題是對人體髖關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)機(jī)械傳動部分的研制。 其 工作原理是將股骨頭和髖臼部件試樣按照其正常位置安裝于試驗臺上，通過試驗裝置使兩者之間產(chǎn)生 相對 運動。該 試驗機(jī) 設(shè)計時考慮的主要因素是使其在實驗室環(huán)境中能夠正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際運動工況，以使試件在試驗過程中產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實際使用條件下相一致，從而可以準(zhǔn)確、可靠地測試人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)特性參數(shù)，為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)性試驗數(shù)據(jù)。 根據(jù)人體運動時，股骨頭的承重可達(dá)體重的 10 或10余倍，確定 試驗機(jī) 需要的最大試驗載荷。如果 主 軸轉(zhuǎn)速為 60作用在股骨頭頭部的載荷為 1t，則可以算出最大阻力。選 擇 直徑為 50股骨頭，求出最大扭矩，由此 可 確定電機(jī)的功率從而計算出最小軸徑。根據(jù)最小軸徑初選各個零件的尺寸。通過校核確認(rèn)其安全以確保試驗機(jī)正常運轉(zhuǎn)。電機(jī)運轉(zhuǎn)時通過聯(lián)軸器帶動主軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動固定在主軸軸端的偏心輪轉(zhuǎn)動，試件座安裝在擺軸上和擺軸一起饒中心軸線轉(zhuǎn)動。使得由關(guān)節(jié)球支架固定在試件座上的關(guān)節(jié)球頭和髖臼試件之間產(chǎn)生摩擦，從而達(dá)到試驗的目的。其中髖臼試件由骨水泥固定在髖臼座上，沖擊載荷由液壓缸提供作用于自定心軸上，通過髖臼支架最終 作用在關(guān)節(jié)球頭上，加上關(guān)節(jié)球頭隨試件座繞中心線轉(zhuǎn)動。這樣實現(xiàn)模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際運動，使其產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實際使用條件下相一致，以達(dá)到設(shè)計該試驗機(jī)的 目的 。  關(guān)鍵詞 ： 關(guān)節(jié)試驗機(jī)  模擬試驗  人體髖關(guān)節(jié)  摩擦機(jī)理  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  is on of is to in on a to it in a is to of so of in of of to of to up to 0 or 0 to If 0on t, 0is be in to to of by to of is of on of so of so as to of In by of by a on on of to of to of in to of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  1 緒論  究 背景  隨著人類社會步入高齡化階段，各種與高齡有關(guān)的關(guān)節(jié)疾病，如大腿骨骨折、關(guān)節(jié)炎等病癥，將會大量發(fā) 生，因此對人工關(guān)節(jié)的需求也會日益增加。目前，全球已有約  3000 萬人植入了人工關(guān)節(jié)，每年的置換量約為  200 萬例，僅在美國，每年大約有  50 萬人進(jìn)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)。針對全球的這一情況，聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織將 21 世紀(jì)第一個十年定為“骨和關(guān)節(jié)十年”。關(guān)節(jié)疾病同樣是中國人群中的高發(fā)病率病種。我國現(xiàn)在每年約進(jìn)行  89 萬例關(guān)節(jié)置換手術(shù)，進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者至少有  25 萬例，預(yù)計到  2010 年，潛在的需要進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換的患者約有  220 萬例 1。目前要求人工髖關(guān)節(jié)在人體內(nèi)工作  30 年或更長時間 2，于是新的問題出現(xiàn)了。如同 所有的人工髖關(guān)節(jié)最終都會失敗，這是一個患者壽命與假體壽命的賽跑。” 3因此，加強(qiáng)研制人工關(guān)節(jié)置換技術(shù)，提高置換關(guān)節(jié)的使用壽命，具有現(xiàn)實而深遠(yuǎn)的意義。  目前骨科學(xué)主要通過兩種方法解決骨缺損的修復(fù)問題，一是通過人身自身的生物機(jī)能進(jìn)行骨骼的再生或植入帶有骨生長因子的小塊異種骨誘導(dǎo)骨生長。這類方法效果好，但時間長，見效慢，只適合于小塊缺損骨的修復(fù)。另一種方法是用人造生物材料（金屬、塑料、陶瓷等）制成代替骨植入人體，以解決大塊缺損骨骼的修復(fù)。  1963 年英國曼徹 斯特人 先報道全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療類風(fēng)濕性髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎。他利用不銹鋼制作  徑的股骨頭，以聚四氟乙烯（ 作髖臼，用聚甲基丙烯酸（骨水泥）固定，形成 定了現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的基礎(chǔ) 4。自此以后，人 工關(guān)節(jié)置換技術(shù)發(fā)展迅速，日益成為治療關(guān)節(jié)傷痛、重建關(guān)節(jié)功能的重要手段。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界每年因各種疾病需要更換關(guān)節(jié)的人數(shù)高達(dá)  4000 萬 6000 萬人 5，僅全髖關(guān)節(jié)置換就達(dá)  80 萬例 6。其中在關(guān)節(jié)炎晚期治療 、外傷致殘和骨瘤切除手術(shù)中，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)已成為一項常規(guī)外科手術(shù)。  迄今為止，植入人工關(guān)節(jié)的替代材料，主要是高分子材料（如 陶瓷、金屬材料（如不銹鋼，鈷鉻合金，鈦及其合金等）。研究表明，鈦合金、 高分子聚乙烯 )、骨水泥等置換材料經(jīng)生物摩擦磨損的產(chǎn)物 磨屑，直接引起置換關(guān)節(jié)晚期松動，是導(dǎo)致關(guān)節(jié)置換失敗的重要原因之一。磨屑對關(guān)節(jié)置換的影響，促使人們尋求生物摩擦磨損性能更優(yōu)異的人工關(guān)節(jié)置換材料，或?qū)Σ牧媳砻孢M(jìn)行表面改性，以達(dá)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  到提高材料耐磨性的目的。因此，研究人員在這方面開展了大量的研究 工作。這為提高人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的成功率、延長置換關(guān)節(jié)的使用年限提供了強(qiáng)有力的理論支持和技術(shù)保障。  本課題屬于自擬課題，是通過平面銷 /盤式變向摩擦試驗機(jī)和自行研制的空間交叉復(fù)合運動的球臼型人工髖關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗機(jī)對人工關(guān)節(jié)材料進(jìn)行摩擦磨損試驗，通過實驗數(shù)據(jù)分析人工關(guān)節(jié)材料的摩擦磨損性能，這對于提高人工關(guān)節(jié)的使用質(zhì)量，延長其臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現(xiàn)實意義。  工髖關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗機(jī)的研究現(xiàn)狀  在 20世紀(jì) 60年代，美國潤滑工程師學(xué)會列出了超過 200多種類型在用的磨損試驗機(jī)或設(shè)備。最近，多軸磨損試 驗機(jī)的應(yīng)用，提供了更好模擬人體內(nèi)的活動類型，這對于研究生物材料磨損具有特殊的意義。一般而言，實驗室用的磨損試驗機(jī)主要分為兩類：  （ 1）磨損測試試驗機(jī)  如圖 1是人工關(guān)節(jié)摩擦學(xué)常規(guī)試驗設(shè)備，以滑動接觸方式進(jìn)行摩擦磨損試驗，通過圓盤與加工成銷狀的試驗樣品之間所形成的相對運動來研究材料的摩擦性能和滑液的潤滑性能。 它們專門提供所研究材料的固有特性的信息，其測試過程很快。但是該試驗機(jī)不能準(zhǔn)確的反映測試生物材料的幾何特性，而其幾何特性影響接觸面的潤滑和接觸應(yīng)力。因此它只能近似的再現(xiàn)假體材料在人體內(nèi)相同磨損機(jī)制， 但是使用的是較簡化的模型而不是仿人體關(guān)節(jié)假體。因此，由于在試驗中忽略了材料形態(tài)方面的區(qū)別，該試驗機(jī)對移植關(guān)節(jié)的磨損率測試不夠準(zhǔn)確。  圖 1些常見的沒順測試試驗機(jī)  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  （ 2）關(guān)節(jié)磨損試驗機(jī)  該試驗機(jī) 主要是依靠基座與斜面底座之間的相對運動來模擬髖關(guān)節(jié)在三個不同平面的擺動動作 ， 是對真實假肢在模擬生理環(huán)境中的特性進(jìn)行測試。如圖 1所謂的髖關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)，髖關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)可以預(yù)測磨損經(jīng)過，通過測試人體磨損模式，研究假體材料的臨床性能。 該試驗機(jī)基本上能夠模擬實際環(huán)境下人體 髖關(guān)節(jié)的運動情況，能夠準(zhǔn)確地測試人工髖關(guān)節(jié)的摩擦磨損性能，對人工髖關(guān)節(jié)的選材和人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)有著重要的意義。  赫爾辛基技術(shù)大學(xué)研制的關(guān)節(jié)磨損試驗機(jī) 驗機(jī)如圖 1示。在 于條件的限制，設(shè)計者省略了在橫截面上的運動，而合成運動對于磨損量、磨粒形狀的形成、模擬步態(tài)的形態(tài)和摩擦因子的大小是十分關(guān)鍵的因素。  中國礦業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)與可靠性工程研究所設(shè)計并制造的人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)如圖  1-2 b)所示，該試驗機(jī)按結(jié)構(gòu)和運動原理也屬于擺 軸型試驗機(jī)。  a） 關(guān)節(jié)試驗機(jī)                b）人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗及  圖 1節(jié)磨損試驗機(jī)  課題的目的及意義  本試驗機(jī) 屬于關(guān)節(jié)磨損試驗機(jī)， 是對人工髖關(guān)節(jié)在模擬人體真實運動環(huán)境中的特性進(jìn)行測試。 該機(jī)械設(shè)計時考慮的主要因素是使其在實驗室環(huán)境中能夠正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際運動工況，使安裝在臼杯座中的髖臼試件與關(guān)節(jié)頭試件間呈現(xiàn)交叉狀、買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  多方向復(fù)合運動，以使試件在試驗過程中產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實際使用條件下相一致，從而可以準(zhǔn)確、可靠地測試人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦 學(xué)特性參數(shù)，為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)性試驗數(shù)據(jù)。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  2 方案  自從第一例低磨損人工髖關(guān)節(jié)運用于臨床實際以來，人工關(guān)節(jié)置換技術(shù)迅速發(fā)展。醫(yī)學(xué)實踐表明，關(guān)節(jié)材料性能及其生物摩擦學(xué)特性對于關(guān)節(jié)使用質(zhì)量及臨床壽命起著決定性的作用。因此，人們在這方面開展了大量的研究工作。這為提高人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的成功率、延長置換關(guān)節(jié)的使用年限提供了強(qiáng)有力的理論支持和技術(shù)保障。從臨床醫(yī)學(xué)來看，人工關(guān)節(jié)作為一種植入器官，其制作材料一般應(yīng)滿足以下幾點要求：  、生物相容性好。要求人工關(guān)節(jié) 材料和人體組織接觸后，在材料組織界面發(fā)生一系列相互作用后最終被人體組織所接受，且材料對人體的正常生理功能無不良影響，無毒，無排異反應(yīng)；  、生物力學(xué)相容性好。植入材料和所處部位的生物組織彈性形變特性要相匹配，在負(fù)載情況下，人工關(guān)節(jié)假體與其接觸的組織所發(fā)生的形變要彼此協(xié)調(diào)；  、生物結(jié)合性能好。要求人工關(guān)節(jié)材料與周圍骨組織結(jié)合良好，使用過程中不發(fā)生相對移動和下沉；  、材料要具有一定的可降解性，可以逐漸被人體再生骨組織所替代；  、優(yōu)良的生物摩擦學(xué)性能。要求材料的摩擦系數(shù)低，耐磨損能力強(qiáng)，磨損顆粒生成率低， 以保證置換關(guān)節(jié)有較長的臨床壽命；  、良好的耐腐蝕、耐疲勞性能。要求植入假體在體內(nèi)所發(fā)生的組織反應(yīng)不引起材料的劣化，反復(fù)承受交變應(yīng)力不會引起材料的破損。  關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及運動分析  體髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)  髖關(guān)節(jié)位于人體中部，是人體中最重要的關(guān)節(jié)之一。圖  2出人體髖關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡圖。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  圖 2體髖關(guān)節(jié)  解剖學(xué)表明，髖關(guān)節(jié)可以圍繞以股頭為中心的無數(shù)軸運動（臨床醫(yī)學(xué)為研究方便，規(guī)定了水平、垂直、前后  3 個運動軸）。為了完成支持體重和負(fù)重條件下運動這兩個基本功能同時又具 備必要的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)上呈杵臼關(guān)節(jié)。髖臼及其臨近結(jié)構(gòu)可劃分為前柱、后柱兩個部分：前柱（即髂恥柱）由髂嵴前上方斜向前內(nèi)下方，經(jīng)恥骨支止于恥骨聯(lián)合，分髂骨部、髖臼部、恥骨部三段。后柱（即髂坐柱）由坐骨大切跡經(jīng)髖臼中心至坐骨結(jié)節(jié)，包括坐骨的垂直部分及坐骨上方的髂骨。后柱內(nèi)側(cè)面由坐骨體內(nèi)側(cè)的四邊形區(qū)域構(gòu)成，稱四方區(qū)。髖臼前、后兩柱呈 60相交，形成拱形結(jié)構(gòu)，橫跨于前后兩柱之間，是髖臼的主要負(fù)重區(qū)，稱臼頂，又稱負(fù)重頂，約占髖臼的  2/5，由髂骨下部構(gòu)成，厚而堅強(qiáng)。髖臼呈半球形深凹，直徑約為  下肢股骨頭相關(guān) 節(jié)。髖臼邊緣的關(guān)節(jié)盂唇可使髖臼加深加寬，并使臼口變小，使髖臼包容股骨頭的一半以上。在髖臼表面上有一層約厚  2透明軟骨，呈半月形分布于髖臼的前、后、上壁。軟骨的組成中固態(tài)物質(zhì)占  20% 40%，其余為水。固態(tài)物質(zhì)中膠原纖維約占  60%，蛋白多糖占  40%，軟骨細(xì)胞占  2%。關(guān)節(jié)軟骨的這種多相結(jié)構(gòu)使得它在載荷之下呈現(xiàn)粘彈性響應(yīng)，在外界力作用下發(fā)生蠕變和應(yīng)力松馳，從而保護(hù)髖關(guān)節(jié)免受沖擊。髖臼中央無關(guān)節(jié)軟骨覆蓋的臼窩由哈佛森腺充填，它可隨關(guān)節(jié)內(nèi)壓力的培養(yǎng)而被擠出或吸入，從而維持關(guān)節(jié)內(nèi)壓力的平衡。髖關(guān)節(jié)周圍包 圍著強(qiáng)大的韌帶及豐厚的肌肉，使得該關(guān)節(jié)穩(wěn)定性較強(qiáng)。正常情況下髖關(guān)節(jié)的最大活動度是在矢狀面上，屈曲幅度可達(dá)  0 140，伸展  0 15；在冠狀面上能外展  0 45，內(nèi)收  0 30；在橫截面上，當(dāng)髖關(guān)節(jié)屈曲時，能夠外旋  0 45，內(nèi)旋  0 50。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  關(guān)節(jié)運動特性分析  由于人體下肢運動的多樣性（走、跑、跳等），使得髖關(guān)節(jié)的運動呈現(xiàn)出很強(qiáng)的復(fù)雜性。由上一節(jié)解剖學(xué)分析知，股骨頭根據(jù)運動需要，可在髖臼中圍繞其球心向任何方向轉(zhuǎn)動。因此，僅就人體運動的不確定性而言，髖關(guān)節(jié)的運動軌跡是不可能用常規(guī)數(shù)學(xué) 方法表達(dá)的。考慮到關(guān)節(jié)置換病人的特殊性，此處僅討論人體正常行走時股骨頭在髖臼中的運動軌跡。 的研究結(jié)果表明，人體正常行走時，髖關(guān)節(jié)在一個步態(tài)中的主要運動角度變化如圖  2示。 （ 變化幅度為  0 46， （   （ 變化幅度同為  0 12。 和  的相位相差 /2。在足跟離地前  ， 關(guān)節(jié)彎曲度達(dá)到最大；腳尖離地前  關(guān)節(jié)拉伸度達(dá)到最（ 位：秒）。 根據(jù)圖  2示運動曲線，利用計算機(jī)模擬技術(shù)對髖關(guān)節(jié)摩擦面上隨機(jī)選取點的運動軌跡進(jìn)行了相應(yīng)計算，其結(jié)果如圖  2示?？梢钥闯?，這些點的運動軌跡很不規(guī)則，大致上呈橢圓形，且軌跡形狀隨選取點在球體上位置的不同而有所變化。這一結(jié)果表明，天然髖關(guān)節(jié)間的相對運動 為交叉狀、多方向性復(fù)合轉(zhuǎn) 動摩擦 。  圖 2體步態(tài)運動波形圖              圖 2取點的 運 動軌跡 圖  工髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)  股骨上部大轉(zhuǎn)子與髖骨相支承，承受了人體的大部分重量及人體活動時的大部分載荷。當(dāng)股骨上部發(fā)生創(chuàng)傷時，在臨床骨科醫(yī)學(xué)上，常常采用植入人工髖關(guān)節(jié)來代替買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  原先破損的髖關(guān)節(jié)，以達(dá)到支撐點的目的。圖  2出了人工髖關(guān)節(jié)的實物照片。與天然髖關(guān)節(jié)相對應(yīng)，人工關(guān)節(jié)也分為股骨球頭和關(guān)節(jié)臼窩。為完成人體必需的運動及加工工藝的需要，人工關(guān)節(jié)聯(lián)接部分做成凸球凹球形式。臨床上常用球頭半徑為  252628323842  圖 2 工髖關(guān)節(jié)照片  人工關(guān)節(jié)在體內(nèi)的固定方式分為兩種：骨水泥固定和非骨水泥固定。骨水泥固定時利用甲基丙烯酸甲酯 (骨水泥 )將人工假體與自然骨粘結(jié)固化后達(dá)到固定目的。非骨水泥固定技術(shù)是通過改進(jìn)假體外形尺寸使之緊密嵌入髓腔或在假體外殼表面上制造出多孔結(jié)構(gòu)，以使宿主骨能夠長入金屬外殼面從而達(dá)到生物學(xué)固定的目的。人工關(guān)節(jié)植入體內(nèi)后，承擔(dān)原人體髖關(guān)節(jié)的功能，其運動方式與人體自然髖關(guān)節(jié)基本一致。  案的提出  關(guān)節(jié)頭試件由夾具夾持固定于試驗機(jī)主軸上。試驗時載荷的施加由加載油缸完成。向加載油缸的上腔輸入壓力油，活塞桿將向 下移動，并通過花鍵軸帶動關(guān)節(jié)頭試件壓向臼杯試件。利用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓油的壓強(qiáng)，可滿足試驗時不同載荷要求。臼杯座中可安裝不同規(guī)格（ 20 50髖臼試件，并通過組合軸承 部件固定在支撐斜板上。裝配有臼杯座的軸即可以圍繞其軸線自由轉(zhuǎn)動。   支撐斜板在電機(jī)驅(qū)動下作勻速旋轉(zhuǎn)運動，防轉(zhuǎn)桿受到試驗機(jī)立柱的阻擋產(chǎn)生反方向阻力，通過軸承固定于支撐斜板上的臼杯座在合力作用下一邊繞試驗機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，一邊往復(fù)擺動。安裝在臼杯座中的髖臼試件與關(guān)節(jié)頭試件間呈現(xiàn)交叉狀、多方向復(fù)合運動。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  圖 2驗 機(jī)草圖  計方案  人體關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)是一臺集機(jī)、電、液技術(shù)于一體的專用臺架試 驗設(shè)各。該試驗機(jī)設(shè)計時考慮的主要因素是使其在試驗室環(huán)境中能夠正確模擬人體髓關(guān)節(jié)的實際運動土況，以使試件在試驗過程中產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實際使用條件卜相一致，從而可以準(zhǔn)確、可靠地測試人土關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)特性參數(shù)，為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)性試驗數(shù)據(jù)。該試驗設(shè)各主要山機(jī)械傳動部分、溫控系統(tǒng)及液壓加載系統(tǒng)組成。該試驗機(jī)由四個相互獨立的試驗單元組成，每個試驗單元的結(jié)構(gòu)和土作原理都完全一致。為了真實模擬大然關(guān)節(jié)的運動土況，試驗時轉(zhuǎn)速小能過高，這樣一來勢必造成試驗時間很長，在多試樣重復(fù)試驗時這一矛盾更為突出。木試驗機(jī) 在一個機(jī)架上同時裝配了四個試驗單元，增加了試驗土位，從而大大縮短了試驗時間，同時也為作對比試驗提供了便利。  關(guān)節(jié)頭試件由夾具夾持固定于試驗機(jī)主軸上。試驗時載荷的施加由加載油缸買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  完成。向加載油缸的上腔輸入壓力油，活塞桿將向下移動，并通過花鍵軸帶動關(guān)節(jié)頭試件壓向臼杯試件。利用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓油的壓強(qiáng)，可滿足試驗時不同載荷要求。臼杯座中可安裝不同規(guī)格（ 20 50髖臼試件，并通過組合軸承部件固定在支撐斜板上。支撐斜板在電機(jī)驅(qū)動下作勻速旋轉(zhuǎn)運動，防轉(zhuǎn)桿受到試驗機(jī)立柱的阻擋產(chǎn)生反方向阻力，通過軸承 固定于支撐斜板上的臼杯座在合力作用下一邊繞試驗機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，一邊往復(fù)擺動。安裝在臼杯座中的髖臼試件與關(guān)節(jié)頭試件間呈現(xiàn)交叉狀、多方向復(fù)合運動；  械傳動部分的運動特性分析  多向復(fù)合方式：采用該方式試驗時，偏心輪以恒角速度旋轉(zhuǎn)，臼杯座支承軸在其帶動下圍繞主軸軸線作圓錐狀回轉(zhuǎn)，固定在支承軸上的防轉(zhuǎn)桿受機(jī)座限制產(chǎn)生反向阻力，在該力作用下支承  軸除繞主軸軸線回轉(zhuǎn)外還要自轉(zhuǎn)，此時試驗機(jī)的運動簡圖可以表示成圖  2示形式（為分析方便，防轉(zhuǎn)桿與機(jī)座的點接觸形成的級運動副用兩個運動副及一個運動副代替）：  圖 2驗機(jī)運動原理圖  由機(jī)械原理知，若某空間運動鏈由  N 個構(gòu)件組成，當(dāng)固定其中之一為機(jī)架后，所買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  ?；顒訕?gòu)件數(shù)為  n=N 1，如果在組成運動鏈時共加入  I 級副、 副、副、 副及  副，則空間運動鏈相對于機(jī)架的自由度為：    F=6 0 時運動鏈不可能產(chǎn)生相對運動。對  F 0 的運動鏈，當(dāng)原動件數(shù)小于機(jī)構(gòu)自由度時，構(gòu)件間的相對運動是無規(guī)則的；原動件數(shù)大于  F 時，機(jī)構(gòu)不能運動；只有當(dāng)原動件數(shù) 等于  F 時，構(gòu)件之間才能獲得確定的相對運動。分析圖  2知，該空間運動鏈的構(gòu)件數(shù)  N 5，共包括  3 個  V 級副和  2 個 副，因此其自由度為：  F 6（ 5 1） 5 3 4 2 1 關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)運轉(zhuǎn)時，只有一個原動件，即偏心輪的旋轉(zhuǎn)運動，因此可知，該空間機(jī)構(gòu)能夠獲得確定的相對運動。  盡管從理論上講，有確定相對運動的運動軌跡可以用數(shù)學(xué)方程來唯一表達(dá)，然而，由于髖關(guān)節(jié)運動時所固有的復(fù)雜性，人們在研究摩擦表面的運動特性時，往往采用模擬軌跡法或刻痕軌跡法，以達(dá)到簡單、形象地描繪出運動軌跡的目的 。  本試驗機(jī)從結(jié)構(gòu)原理上看，應(yīng)屬于 雙軸 型全髖關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)。該類型試驗機(jī)運行時主要依靠下試件相對于上試件作往復(fù)式圓弧狀擺動以實現(xiàn)摩擦面間的交叉狀復(fù)合運動。在運行過程中，下試件摩擦表面上的任一點均相對于水平、垂直二軸作周期性轉(zhuǎn) 動。若以與其中一軸的夾角為 另一軸的夾角為  摩擦面上任一點的運動波形可以表達(dá)成圖  2示形式：  圖 2驗機(jī)的運動波形分析  以此運動波形為基礎(chǔ)，在摩擦面上隨機(jī)地挑選幾個點計算其運動軌跡，模擬結(jié)果買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  如圖  2示?？梢钥闯?，隨著所分析點在摩擦面 上所處位置的不同，其運動軌跡相差很大。在球的端部出現(xiàn)一個標(biāo)準(zhǔn)圓周軌跡，該軌跡所對應(yīng)的點恰為臼杯座支承軸軸線與關(guān)節(jié)副對摩表面的交點。因該點位于臼杯試件自轉(zhuǎn)軸線上，在試驗過程中不會因臼杯試件的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生水平方向的相對位移，因此其運動軌跡為一個標(biāo)準(zhǔn)圓。從該點依次向外，點的軌跡逐漸變成非對稱橢圓形，且隨著與球頂點距離的增大，運動軌跡越來越不規(guī)則，當(dāng)點到達(dá)試件邊緣時，其運動軌跡變?yōu)椤?8”字型。 為驗證該模擬結(jié)果的正確性，在髖臼試件的不同位置嵌入  17 個硬質(zhì)針頭，并將此試件與關(guān)  節(jié)頭試件一同裝入 雙軸 型 試驗機(jī)，加載后運行一個周期。在顯微鏡下觀察關(guān)節(jié)頭試件的表面劃痕并用墨水描出軌跡。  如圖  2示。比較圖  2  2發(fā)現(xiàn)，兩種模擬結(jié)果的對應(yīng)性非常好。  圖 2節(jié)試驗機(jī)運動軌跡模擬圖  在自行研制的髖關(guān)節(jié)模擬試驗機(jī)上，采用與  似的方法得關(guān)節(jié)摩擦面間的運動軌跡如圖  2示。與圖  2  2較后可看出，它們的運動 相同。  圖 2節(jié)試驗機(jī)運動實測圖  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  研究 資料表明，為了準(zhǔn)確、逼真地再現(xiàn)人體髖關(guān)節(jié)的運動特性，模擬試驗機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)滿足以下兩點要求： 1、偶副對摩面在實驗過程中應(yīng)呈交叉狀 、多方向性相對 運動； 2、對摩面上任一點的 運 動軌跡在運動過程中應(yīng)持續(xù)改變。通過以上模擬結(jié)果可知，本試驗機(jī)可以較好地實現(xiàn)這兩種功能。因此，從理論上分析，盡管本試驗機(jī)所提供的運動形式與天然髖關(guān)節(jié)相比不盡相同，但它能夠較好地模擬關(guān)節(jié)運動的特殊性和復(fù)雜性，并使得在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的摩擦形式、磨損機(jī)理與天然關(guān)節(jié)一致。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  3 設(shè)計計算過程  選電機(jī)功率  選擇關(guān)節(jié)球頭的直徑為 50知最大試驗載荷為 1t，主軸轉(zhuǎn)速為 60  取摩擦系數(shù)   最大正壓力  F=1000800N 因此摩擦力  得出最大扭矩  T=80 公式 6109 5 5 0n=60轉(zhuǎn) /出  P 機(jī)械手冊知，初 擬使用 極電動機(jī)  選用 4， P= n=1390轉(zhuǎn)    M=17傳動軸的設(shè)計  擇軸的材料  選擇軸的材料為 45鋼 ,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 ,其機(jī)械性能由表查得 =60b =6401 =2751 =155初步確定軸的最小直徑  按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計算軸的最小直徑 . 取 材料系數(shù) 0 =112 d 0     =112       輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，此外，此軸上要求安裝一個平鍵，開有鍵槽應(yīng)放大 3%左右，即  經(jīng)圓整后取此軸的最小軸徑為 25 的結(jié)構(gòu)設(shè)計  因軸中間安裝軸承，外伸端安裝聯(lián)軸器，故軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計為直徑中間大兩頭 小的的階梯軸，外伸端軸徑最小，向內(nèi)逐漸增大。左軸承用軸肩和套筒固定，右軸承用套筒和緊固螺母固定，兩軸承的周向固定采用過盈配合，聯(lián)軸器安裝在軸的右端采用平鍵作周向固定。如下圖所示：  3 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  圖 3傳動軸的結(jié)構(gòu)  根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度，確定軸段 出軸的最小直徑顯然是安裝在聯(lián)軸器處的直徑 25據(jù)半聯(lián)軸器長度初步確定40 步選擇滾動軸承  確定 軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) 25表 擇單列圓錐滾子軸承7207E，故 35T=72mm,48 定軸段 B 處 直徑和長度  因左端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊上查得 7207 的定位軸肩高度，因此3步確定 0 定軸段 D 處直徑和長度  因右端軸承采用圓螺母鎖緊，根據(jù)軸承的尺寸要求查表 30 d=48mm,m=10mm 30端開長度為 5 定軸段 A 處直徑和長度  輪配合，需靠軸肩進(jìn)行軸向定位，因此初選 3530此已初步確定軸的各段直徑和長度。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  上零件的周向定位  半聯(lián)軸器的周向定位采用平鍵聯(lián)接，由手冊查得平鍵截面 =8 7，長為 28槽深 t=4槽深為 聯(lián)軸器于軸的配合為 H8/心輪與軸的配合為 H8/動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為  定軸上倒角  取軸端倒角為 1 45 。  選擺軸的大小  擇軸的材料  選 擇 軸 的 材 料 為 45 鋼 , 經(jīng) 調(diào) 質(zhì) 處 理 , 其 機(jī) 械 性 能 由 表 查 =60b =6401 =2751 =155 初步確定軸的最小直徑  按彎曲應(yīng)力初步計算軸的最小直徑 . 查手冊知其 55,600 1 b  所以最大彎距 N m  8 1 4 62023s a x  由公式：最小直徑  因軸中間安裝軸承，故軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計為直徑中間大兩頭小的的階梯軸，外伸端軸徑最小，向內(nèi)逐漸增大。左軸承用軸肩和套筒固定，右軸承用套筒和緊固螺母固定，兩軸承的周向固定采用過盈配合。  軸軸承  由圖 3知擺軸的結(jié)構(gòu)和主傳動軸的結(jié)構(gòu)類似，因 此擺軸上選用與主軸一樣的軸承，從而確定了擺軸上 5步確定 9 定軸段直徑和長度  因左端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。查表 31買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  7107E，故 35T=18=62 =4842步確定 0 定軸段直徑和長度  因右端軸承采用圓螺母鎖緊，根據(jù)軸承的尺寸要求查表 33 52 m=10,20端開長度為 5 初選 0度為 15 至此已初步確定擺軸各段長度和直徑。  壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計  （ 1）選擇液壓缸的類型：選擇活塞式液壓缸  選擇液壓缸的安裝方式：頭部法蘭型  （ 2）液壓缸體尺寸計算  缸內(nèi)徑 D:  公式  D= F 液 壓缸推力（ ,F=10 選定的工作壓力（ 手冊知 p=以 D=        =圓整后取內(nèi)徑 5活塞桿直徑 : 由公式： d; 其中 為活塞桿的許用應(yīng)力，選用 45號碳素鋼，取 120d                =17上式可得活塞桿的直徑只需 大于 17 由液壓鋼的結(jié)構(gòu)選取活塞桿的直徑為 50配圖及主要零件圖設(shè)計  配圖草圖   F紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設(shè)計，答辯無憂，值得下載！  圖 3驗機(jī)草圖                                       件圖 &nbs