專利名稱：一種氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種人工關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，尤其是一種能夠在試驗(yàn)室環(huán)境中正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況，并能可靠地測(cè)試人工關(guān)節(jié)材料的生物摩擦學(xué)特性參數(shù)的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)
背景技術(shù)：
隨著人類社會(huì)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(huì)大量發(fā)生，因此對(duì)人工關(guān)節(jié)的需求也會(huì)日 益增加。目前，全球已有約3000萬(wàn)人植入了人工關(guān)節(jié)，每年的置換量約為200萬(wàn)例。人工關(guān)節(jié)在體內(nèi)受力是相當(dāng)惡劣的，如人工髖關(guān)節(jié)，每年要經(jīng)受約3. 6xl06次可能數(shù)倍于人體體重的載荷沖擊和磨損。同時(shí)由于正常人的骨骼在造骨細(xì)胞和噬骨細(xì)胞的復(fù)雜平衡中不斷調(diào)整其外型，來(lái)自假體摩擦表面的碎屑在關(guān)節(jié)附近積聚，會(huì)造成身體中的噬骨細(xì)胞增加，打破噬骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞之間的平衡，使假體松動(dòng)，因此，磨損和磨損顆粒播散仍是影響人工髖關(guān)節(jié)耐久性的主要問題。人工關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)對(duì)人工關(guān)節(jié)材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析人工關(guān)節(jié)材料的摩擦磨損性能，這對(duì)于提高人工關(guān)節(jié)的使用質(zhì)量，延長(zhǎng)其臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)按照所模擬運(yùn)動(dòng)方式的不同，大致可分為三類(I)擺軸型(Biaxial-Hip-Simulator) ; (2)銷盤型(Pin-on-Disk) ; (3)多軸型(Multi-Hip-Simulator)。擺軸型主要是依靠基座與斜面底座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬髖關(guān)節(jié)在三個(gè)不同平面的擺動(dòng)動(dòng)作。赫爾辛基技術(shù)大學(xué)研制的擺軸型HUT-BRM hip-jointsimulator試驗(yàn)機(jī)，由于條件的限制，設(shè)計(jì)者省略了在橫截面上的運(yùn)動(dòng)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)與可靠性工程研究所設(shè)計(jì)并制造的第一代人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)按結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理也屬于擺軸型試驗(yàn)機(jī)。銷盤型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是人工關(guān)節(jié)摩擦學(xué)常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備，以滑動(dòng)接觸方式進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，通過圓盤與加工成銷狀的試驗(yàn)樣品之間所形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)研究材料的摩擦性能和滑液的潤(rùn)滑性能，通常采用三種接觸方式，但這類試驗(yàn)機(jī)的接觸方式與人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式差別較大。多軸型主要是通過將不同軸系所形成的單個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合成來(lái)模擬人工髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。英國(guó)Leeds大學(xué)和Durham大學(xué)的MK系制造了多軸型人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)，但設(shè)計(jì)中省略了冠狀面上的擺動(dòng)，另外中國(guó)礦業(yè)大學(xué)葛世榮，劉金龍等人設(shè)計(jì)了一種以彈簧傳動(dòng)的多軸型人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)，但由于彈簧本身的特性，存在傳動(dòng)不平穩(wěn)，隨著使用時(shí)間的增加，彈簧塑性變形增大，彈簧力減小，且彈簧力的大小不易測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的能夠?qū)崿F(xiàn)交叉狀多向復(fù)合運(yùn)動(dòng)的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)。技術(shù)方案本實(shí)用新型的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，包括由頂板、底板和連接在頂、底板之間的支柱構(gòu)成的框架，框架內(nèi)設(shè)有支撐架，支撐架內(nèi)設(shè)有上下兩端別固定在支撐架與底板上的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸上依次設(shè)有下下凸輪、渦輪、中凸輪、上凸輪，傳動(dòng)軸的兩端設(shè)有分別固定在底板和支撐架上的軸承座，支撐架的上方設(shè)有弧面軸承座，弧面軸承座上設(shè)有與其弧面相吻合的球面基座，球面基座上設(shè)有溶液盆，溶液盆內(nèi)設(shè)有嵌裝在球面基座內(nèi)的關(guān)節(jié)頭球頭座，溶液盆上設(shè)有與其盆緣相固定的動(dòng)平臺(tái)，所述的動(dòng)平臺(tái)通過鋼絲繩牽引裝置和氣壓傳動(dòng)裝置分別與三個(gè)凸輪相連；所述的頂板上設(shè)有與液壓系統(tǒng)相連的液壓缸，液壓缸的活塞桿穿過頂板，其上設(shè)有導(dǎo)向滑塊和扣在關(guān)節(jié)頭上的關(guān)節(jié)白，導(dǎo)向滑塊與關(guān)節(jié)臼之間設(shè)有柱式壓力傳感器；頂板上設(shè)有控制溶液盆內(nèi)溫度的溫度控制器；底板上設(shè)有頂在傳動(dòng)軸上的球頭頂銷。所述的弧面軸承座由開有凹形槽的座套、與座套的凹形槽過渡配合的推力軸承座圈構(gòu)成。所述的鋼絲繩牽引裝置包括固定在動(dòng)平臺(tái)角端的鋼絲繩緊固器、鋼絲繩、豎直固定在支撐架外壁上的定滑輪組，鋼絲繩通過定滑輪組改變傳動(dòng)方向，其左端通過鋼絲繩緊固器連接在動(dòng)平臺(tái)上，右端通過圓形接頭連接在雙活塞桿氣缸的左伸出桿上?！に龅臍鈮簜鲃?dòng)裝置包括固定在支撐架頂部的單作用氣缸、固定在支撐架側(cè)壁的雙活塞桿氣缸，單作用氣缸通過桿端關(guān)節(jié)軸承與動(dòng)平臺(tái)連接固定，雙活塞桿氣缸的左端進(jìn)氣口通過導(dǎo)氣管與其對(duì)應(yīng)的單作用氣缸下端進(jìn)氣口相聯(lián)，并通入壓縮氣體，雙活塞桿氣缸右端氣壓以及單作用氣缸上端氣壓均為0，雙活塞桿氣缸的右伸出桿在氣壓的作用下始終壓緊在三個(gè)凸輪的外輪廓上，單作用氣缸在氣壓的作用下完成動(dòng)平臺(tái)的復(fù)位，并保證鋼絲繩始終處于拉緊狀態(tài)。所述的支撐架為Y型結(jié)構(gòu)。所述的動(dòng)平臺(tái)為正三角形板式結(jié)構(gòu)。 所述的溶液盆為底端封閉的階梯結(jié)構(gòu)。有益效果本實(shí)用新型基于氣缸傳動(dòng)，集機(jī)、電、液于一體，適用于準(zhǔn)確、可靠地測(cè)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(yàn)數(shù)據(jù)。設(shè)備主要由框架、自復(fù)位系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)以及溫控部分組成。關(guān)節(jié)球頭試件通過球頭座固定于推力軸承的球面基座上；所述自復(fù)位系統(tǒng)，包括鋼絲繩牽引裝置和氣壓傳動(dòng)裝置，由單、雙活塞桿氣缸、凸輪、定滑輪及鋼絲繩組成，關(guān)節(jié)球頭及推力軸承的球面基座與動(dòng)平臺(tái)連接固定，單活塞桿通過桿端軸承與動(dòng)平臺(tái)連接固定，同時(shí)，鋼絲繩通過定滑輪組分別連接動(dòng)平臺(tái)的頂端與雙活塞桿的左端，雙活塞桿的左端進(jìn)氣口與單活塞桿下端進(jìn)氣口相聯(lián)，在壓縮氣體的作用下，單活塞桿氣缸完成動(dòng)平臺(tái)的復(fù)位，同時(shí)雙活塞桿氣缸的右端始終壓在凸輪輪廓上，三條鋼絲繩與三個(gè)單活塞桿氣缸在凸輪及雙活塞桿氣缸的共同作用下，利用杠桿原理，即可帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)及關(guān)節(jié)球頭完成交叉狀的多向復(fù)合滑動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；液壓加載系統(tǒng)由固定于頂板的加載油缸通過導(dǎo)向部分及壓力測(cè)量部分帶動(dòng)關(guān)節(jié)窩向關(guān)節(jié)球頭施加載荷；試驗(yàn)機(jī)的上支持板上設(shè)有溫控器。利用液壓系統(tǒng)提供模擬人步行時(shí)髖關(guān)節(jié)所受的載荷，利用凸輪、定滑輪、氣缸及鋼絲繩等傳統(tǒng)機(jī)械部件來(lái)替代價(jià)格昂貴的進(jìn)口電動(dòng)缸或傳動(dòng)不平穩(wěn)的彈簧，并通過壓力傳感器對(duì)施加載荷加以檢測(cè)和反饋，進(jìn)一步修正所施加的載荷。球頭座為快換零件，不同的關(guān)節(jié)球頭，只需更換不同的球頭座即可與試驗(yàn)機(jī)相連接。推力軸承的球面基座與關(guān)節(jié)球頭同心，可使關(guān)節(jié)球頭在做復(fù)合運(yùn)動(dòng)的過程中，其非垂直方向上的載荷為零。雙活塞桿氣缸的左端進(jìn)氣口通過導(dǎo)氣管與其對(duì)應(yīng)的單作用氣缸下端進(jìn)氣口相聯(lián)，并通入壓縮氣體，雙活塞桿氣缸右端氣壓以及單作用氣缸上端氣壓均為O,雙活塞桿氣缸的右伸出桿在氣壓的作用下始終壓緊在三個(gè)凸輪的外輪廓上，單作用氣缸在氣壓的作用下完成動(dòng)平臺(tái)的復(fù)位，并保證鋼絲繩始終處于拉緊狀態(tài)；非工作狀態(tài)下，還可通過調(diào)節(jié)氣體的壓力值和鋼絲繩緊固器來(lái)對(duì)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平；利用凸輪的外輪廓軌跡來(lái)模擬人的運(yùn)動(dòng)曲線，當(dāng)須增大動(dòng)平臺(tái)的擺角時(shí)，只須增大凸輪的偏心距，如需模擬不同工況條件下的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，只須更換不同外輪廓的凸輪即可；用于盛潤(rùn)滑液的溶液盆其底端封閉，可防止生物潤(rùn)滑液的泄漏。溫控部分溫控器、加熱裝置及溫度傳感器，可使溶液盆內(nèi)的生物潤(rùn)滑劑的試驗(yàn)溫度保持在37±1°C。利用凸輪、定滑輪、氣缸及鋼絲繩等傳統(tǒng)機(jī)械部件來(lái)替代價(jià)格昂貴的進(jìn)口電動(dòng)缸，可有效降低試驗(yàn)成本及維護(hù)成本，增加試驗(yàn)機(jī)的適用性。另外相較于使用彈簧傳動(dòng)時(shí)，彈簧力不可控、不可測(cè)的特點(diǎn)，使用氣缸傳動(dòng)可方便的測(cè)量出氣缸的壓力值，隨時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整，且氣缸固定在支撐架上，解決了彈簧傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)不平穩(wěn)的問題。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；·圖2是本實(shí)用新型的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖3是本實(shí)用新型的支撐架機(jī)構(gòu)俯視示意圖。圖中1- I內(nèi)六角圓柱頭螺釘，2-底板，3-雙活塞桿氣缸，4-圓形接頭，5-下凸輪，6-軸承套，7-滾動(dòng)軸承，8-球頭頂銷，9-軸端緊固螺釘，10- B60軸端擋圈，11-軸承頂圈，12-緊固螺母，13-步進(jìn)電機(jī)，14-支撐架，15-支柱，16-聯(lián)軸器，17-渦輪，18-蝸桿，19- II內(nèi)六角圓柱頭螺釘，20-氣缸固定塊，21-底座，22-座套，23-推力軸承座圈，24-法蘭，25-六角頭鉸制孔用螺栓組件，26 一溶液盆，27-緊固板，28-鋼絲繩緊固器，29-動(dòng)平臺(tái)，30- I開槽圓柱頭螺釘，31-頂板，32- II開槽圓柱頭螺釘，33、34_六角頭鉸制孔用螺栓組件，35- I緊定螺釘，36-圓柱定位銷，37-液壓缸，38-導(dǎo)向套，39-導(dǎo)向螺釘，40-導(dǎo)向滑塊，41- II緊定螺釘，42-溫度控制器，43-柱式壓力傳感器，44-關(guān)節(jié)曰，45-密封圈，46-關(guān)節(jié)頭，47-鋼絲固定軸，48-桿端關(guān)節(jié)軸承，49-鋼絲繩，50-連接頭，51-開槽防轉(zhuǎn)螺釘，52-球頭座，53-球面基座，54-單作用氣缸，55- I平鍵，56-上凸輪，57-中凸輪，58-導(dǎo)氣管，59-定滑輪組，60-傳動(dòng)軸，61- II平鍵，62-六角頭鉸制孔用螺栓組件。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述本實(shí)用新型的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，主要由框架、設(shè)在框架內(nèi)呈三角形的動(dòng)平臺(tái)29、動(dòng)平臺(tái)29下方的傳動(dòng)軸60、凸輪、渦輪渦桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐架14、溶液盆26、球頭座52、動(dòng)平臺(tái)29上方的柱式壓力傳感器43、導(dǎo)向滑塊40、液壓缸37、鋼絲繩牽引裝置、氣壓傳動(dòng)裝置等部件構(gòu)成?？蚣軆?nèi)設(shè)有支撐架14，支撐架14為Y型結(jié)構(gòu)，支撐架14內(nèi)設(shè)有上下兩端別固定在支撐架14與底板2上的傳動(dòng)軸60，傳動(dòng)軸60上依次設(shè)有下下凸輪5、渦輪17、中凸輪57、上凸輪56，傳動(dòng)軸60的兩端設(shè)有分別固定在底板2和支撐架14上的軸承座6，支撐架14的上方設(shè)有弧面軸承座，弧面軸承座由開有凹形槽的座套22、與座套22的凹形槽過渡配合的推力軸承座圈23構(gòu)成?；∶孑S承座上設(shè)有與其弧面相吻合的球面基座53，球面基座53上設(shè)有溶液盆26，溶液盆26為底端封閉的階梯結(jié)構(gòu)，溶液盆26內(nèi)設(shè)有嵌裝在球面基座53內(nèi)的關(guān)節(jié)頭球頭座52，溶液盆26上設(shè)有與其盆緣相固定的動(dòng)平臺(tái)29，所述的動(dòng)平臺(tái)29通過鋼絲繩牽引裝置和氣壓傳動(dòng)裝置分別與三個(gè)凸輪5、57、56相連；所述的鋼絲繩牽引裝置包括固定在動(dòng)平臺(tái)29角端的鋼絲繩緊固器28、鋼絲繩49、豎直固定在支撐架14外壁上的定滑輪組59，鋼絲繩49通過定滑輪組59改變傳動(dòng)方向，其左端通過鋼絲繩緊固器28連接在動(dòng)平臺(tái)29上，右端通過圓形接頭4連接在型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的左伸出桿上。所述的氣壓傳動(dòng)裝置包括固定在支撐架14頂部的型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54、固定在支撐架14側(cè)壁的型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3，型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54通過型號(hào)為SQ78-RS的桿端關(guān)節(jié)軸承48與動(dòng)平臺(tái)29連接固定，所述的動(dòng)平臺(tái)29為正三角形板式結(jié)構(gòu)。型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的進(jìn)氣口通過導(dǎo)氣管58與型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54下端進(jìn)氣口相聯(lián)，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的右伸出桿在氣壓的作用下始終壓緊在三個(gè)凸輪5、57、56的外輪廓上，型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54在氣壓的作用下完成動(dòng)平臺(tái)29的復(fù)位，并保證鋼絲繩49始終處于拉緊狀態(tài)。所述的頂板31上設(shè)有與液壓系統(tǒng)相連的液壓缸37,液壓缸37的活塞桿穿過頂板31,其上設(shè)有導(dǎo)向滑塊40和扣在關(guān)節(jié)頭46上的關(guān)節(jié)臼44，導(dǎo)向滑塊30與關(guān)節(jié)臼44之間設(shè)有型號(hào)為MCL-Z5的柱式壓力傳感器43 ;頂板31上設(shè)有控制溶液盆26內(nèi)溫度的溫度控制器42 ;底板2上設(shè)有頂在 傳動(dòng)軸60上的球頭頂銷8。框架由頂板31、底板2以及通過I內(nèi)六角圓柱頭螺釘I連接在頂、底板之間的支柱15構(gòu)成。頂板31上設(shè)有控制溶液盆26內(nèi)溫度的溫度控制器42，可使溶液盆內(nèi)的生物潤(rùn)滑劑的試驗(yàn)溫度保持在37±1°C ;頂板31中部設(shè)有通過六角頭鉸制孔用螺栓組件34與液壓系統(tǒng)相連的液壓缸37，液壓缸37的活塞桿穿過頂板31，其上設(shè)有導(dǎo)向滑塊40和扣在關(guān)節(jié)頭46上的關(guān)節(jié)臼44，導(dǎo)向滑塊40與關(guān)節(jié)臼44之間設(shè)有型號(hào)為MCL-Z5的柱式壓力傳感器43，柱式壓力傳感器43的兩端分別通過II緊定螺釘41與關(guān)節(jié)白44和導(dǎo)向滑塊40相固定，導(dǎo)向滑塊40與液壓缸37外部設(shè)有導(dǎo)向套38，導(dǎo)向套38外壁上設(shè)有導(dǎo)向螺釘39，導(dǎo)向滑塊40外壁上開有與導(dǎo)向螺釘39頭相配合的導(dǎo)向槽；液壓缸37通過六角頭鉸制孔用螺栓34固定在頂板31上，液壓缸37的伸出端與導(dǎo)向滑塊40以螺紋連接，I緊定螺釘35固定導(dǎo)向套38，起到防轉(zhuǎn)作用，導(dǎo)向套38通過階梯孔及圓柱定位銷36固定在頂板31上，導(dǎo)向螺釘39固定在導(dǎo)向套38的側(cè)壁上，與導(dǎo)向滑塊40側(cè)壁上的導(dǎo)槽一起完成液壓缸37伸出端的導(dǎo)向功能。渦輪渦桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)13、與電機(jī)13相連的聯(lián)軸器16、與聯(lián)軸器16相連的渦桿18和渦輪17構(gòu)成。支撐架14用螺釘固定在框架的底板2上，支撐架14內(nèi)設(shè)有立式傳動(dòng)軸60，傳動(dòng)軸60上依次設(shè)有下凸輪5、渦輪17、中凸輪57、上凸輪56、上、下兩端分別連接有型號(hào)為6404的滾動(dòng)軸承7 ;渦輪17和中凸輪57以I平鍵55、軸肩端面以及兩端設(shè)置的緊固螺母12固定在傳動(dòng)軸60上，上凸輪56和下凸輪5以II平鍵61、軸肩端面以及兩端設(shè)置的軸承頂圈11固定在傳動(dòng)軸60上；型號(hào)為6404的滾動(dòng)軸承7通過軸端緊固螺釘9、型號(hào)為B60的軸端擋圈10以及設(shè)在下凸輪5的下端和上凸輪56的上端的軸承頂圈11安放在軸承座6內(nèi)，軸承座6通過螺釘分別固定在支撐架14的下表面和底板2上，底板2上設(shè)有頂在轉(zhuǎn)動(dòng)軸60上的球頭頂銷8，起輔助支撐作用。支撐架14的上方設(shè)有弧面軸承座，弧面軸承座由開有凹形槽的座套22、與座套22的凹形槽過渡配合的推力軸承座圈23構(gòu)成。推力軸承座圈23上設(shè)有與其弧面相吻合的球面基座53，球面基座53上設(shè)有溶液盆26，球面基座53與溶液盆26之間以緊固板27連接固定，溶液盆26為底端封閉的階梯結(jié)構(gòu)，可有效防止實(shí)驗(yàn)過程中組織液的泄漏，球頭座52嵌裝在溶液盆26內(nèi)，以II開槽圓柱頭螺釘32連接固定，關(guān)節(jié)頭46嵌裝在球頭座52內(nèi)，其側(cè)壁上的開槽防轉(zhuǎn)螺釘51起到防轉(zhuǎn)作用，球面基座53與推力軸承座圈23滑動(dòng)配合，同時(shí)，關(guān)節(jié)頭46的球心與球面基座53的外球面球心在同一位置，以保證在工作過程中，液壓缸37施加的載荷正好通過關(guān)節(jié)頭46的球心，且在非豎直方向上載荷為零。溶液盆26上設(shè)有通過六角頭鉸制孔用螺栓組件33與其端面相固定的動(dòng)平臺(tái)29，溶液盆26與動(dòng)平臺(tái)29接觸面設(shè)有密封圈45，動(dòng)平臺(tái)29為正三角形板式結(jié)構(gòu)，三個(gè)頂角分別開有雙向T型槽。動(dòng)平臺(tái)29的三個(gè)雙向T型槽內(nèi)設(shè)有分別與上、中、下3個(gè)凸輪相連接的鋼絲繩牽引裝置，鋼絲繩牽引裝置包括分別固定在動(dòng)平臺(tái)29的三個(gè)雙向T型槽內(nèi)的鋼絲固定軸47、固定在動(dòng)平臺(tái)29底部的鋼絲繩緊固器28、鋼絲繩49以及固定在支撐架14外側(cè)的定滑輪組59，鋼絲繩49 一端通過鋼絲固定軸47固定在雙向T型槽中，可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩49的快速拆卸，另一端通過圓型接頭4與氣壓傳動(dòng)裝置中型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的左伸出桿相連。氣壓傳動(dòng)裝置的連接孔在動(dòng)平臺(tái)29上均勻布置，氣壓傳動(dòng)裝置包括經(jīng)六角頭鉸制孔用螺栓組件25固定在支撐架14頂部的型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54、固定在支撐架14側(cè)壁的型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3，型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54通過型號(hào)為FB的法蘭24以六角頭鉸制孔用螺栓25固定在支撐架14上，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3通過型號(hào)為L(zhǎng)B的底座21、氣缸固定塊20 以II內(nèi)六角圓柱頭螺釘19固定在支撐架14的外壁上，氣缸固定塊20通過六角頭鉸制孔用螺栓組件62與型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3相固定，型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54通過連接頭50、I開槽圓柱頭螺釘30以及型號(hào)為SQ78-RS的桿端關(guān)節(jié)軸承48與動(dòng)平臺(tái)29連接固定，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的左伸出桿通過圓形接頭4與凸輪外輪廓相連，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的左端進(jìn)氣口通過導(dǎo)氣管58與其對(duì)應(yīng)的型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54下端進(jìn)氣口相聯(lián)，并通入壓縮氣體，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3右端氣壓以及型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54上端氣壓均為O。蝸桿18通過聯(lián)軸器16與步進(jìn)電機(jī)13相連，步進(jìn)電機(jī)13即可帶動(dòng)上、中、下三個(gè)凸輪以相同的速率轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以中凸輪57為例，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的活塞在氣壓的作用下向右運(yùn)動(dòng)，右伸出桿的通過圓型接頭4始終壓緊在三個(gè)凸輪5、57、56的外輪廓上，由于鋼絲繩49作用在動(dòng)平臺(tái)29上的力矩大于型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54作用在動(dòng)平臺(tái)29上的力矩，左伸出桿通過圓型接頭及鋼絲繩49可帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)29向下運(yùn)動(dòng)，型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54活塞向下運(yùn)動(dòng)，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3左端壓力增大，進(jìn)一步迫使型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3右伸出桿通過圓型接頭4壓緊在三個(gè)凸輪5、57、56的外輪廓上，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，型號(hào)為TQGA. 2的雙活塞桿氣缸3的活塞在凸輪輪廓的作用下向左運(yùn)動(dòng)，型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54活塞在氣壓的作用向上運(yùn)動(dòng)，完成動(dòng)平臺(tái)29的復(fù)位，由于型號(hào)為TQGA的單作用氣缸54的作用點(diǎn)在動(dòng)平臺(tái)29的中部，根據(jù)比例關(guān)系可知，鋼絲繩49能始終處于拉緊狀態(tài)。在三套鋼絲繩牽引裝置和氣壓傳動(dòng)裝置的共同作用下，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)便可帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)29實(shí)現(xiàn)交叉狀多向復(fù)合運(yùn)動(dòng)。非工作狀態(tài)下，還可通過調(diào)節(jié)氣體的壓力值和鋼絲繩緊固器28來(lái)對(duì)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平，凸輪的外輪廓可根據(jù)實(shí)際要求的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行加工，當(dāng)須增大動(dòng)平臺(tái)29的擺角時(shí)，只須增大凸輪的偏心距，在模擬不同工況條件下的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只須更換不同外輪廓的凸輪。溶液盆26為底端封閉的階梯結(jié)構(gòu)，可有效防止實(shí)驗(yàn)過程中組織液的泄漏。
權(quán)利要求1.一種氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，包括由頂板(31)、底板(2)和連接在頂、底板之間的支柱(15)構(gòu)成的框架，框架內(nèi)設(shè)有支撐架(14)，支撐架(14)內(nèi)設(shè)有上下兩端別固定在支撐架(14 )與底板(2 )上的傳動(dòng)軸(60 )，傳動(dòng)軸(60 )上依次設(shè)有下凸輪(5 )、蝸輪(17 )、中凸輪(57 )、上凸輪(56 )，傳動(dòng)軸(60 )的兩端設(shè)有分別固定在底板(2 )和支撐架(14 )上的軸承座(6)，支撐架(14)的上方設(shè)有弧面軸承座，弧面軸承座上設(shè)有與其弧面相吻合的球面基座(53)，球面基座(53)上設(shè)有溶液盆(26)，溶液盆(26)內(nèi)設(shè)有嵌裝在球面基座(53)內(nèi)的關(guān)節(jié)頭球頭座(52)，溶液盆(26 )上設(shè)有與其盆緣相固定的動(dòng)平臺(tái)(29)，其特征在于所述的動(dòng)平臺(tái)(29)通過鋼絲繩牽引裝置和氣壓傳動(dòng)裝置分別與三個(gè)凸輪(5、57、56)相連；所述的頂板(31)上設(shè)有與液壓系統(tǒng)相連的液壓缸(37)，液壓缸(37)的活塞桿穿過頂板(31)，其上設(shè)有導(dǎo)向滑塊(40)和扣在關(guān)節(jié)頭(46)上的關(guān)節(jié)白(44)，導(dǎo)向滑塊(30)與關(guān)節(jié)白(44)之間設(shè)有柱式壓力傳感器(43);頂板(31)上設(shè)有控制溶液盆(26)內(nèi)溫度的溫度控制器(42);底板(2 )上設(shè)有頂在傳動(dòng)軸(60 )上的球頭頂銷(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的弧面軸承座由開有凹形槽的座套(22)、與座套(22)的凹形槽過渡配合的推力軸承座圈(23)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的鋼絲繩牽引裝置包括固定在動(dòng)平臺(tái)(29)角端的鋼絲繩緊固器(28)、鋼絲繩(49)、豎直固定在支撐架(14)外壁上的定滑輪組(59)，鋼絲繩(49)通過定滑輪組(59)改變傳動(dòng)方向，其左端通過鋼絲繩緊固器(28)連接在動(dòng)平臺(tái)(29)上，右端通過圓形接頭(4)連接在雙活塞桿氣缸(3)的左伸出桿上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的氣壓傳動(dòng)裝置包括固定在支撐架(14)頂部的單作用氣缸(54)、固定在支撐架(14)側(cè)壁的雙活塞桿氣缸(3)，單作用氣缸(54)通過桿端關(guān)節(jié)軸承(48)與動(dòng)平臺(tái)(29)連接固定，雙活塞桿氣缸(3 )的進(jìn)氣口通過導(dǎo)氣管(58 )與單作用氣缸(54)下端進(jìn)氣口相聯(lián)，雙活塞桿氣缸(3 )的右伸出桿在氣壓的作用下始終壓緊在三個(gè)凸輪(5、57、56)的外輪廓上，單作用氣缸(54)在氣壓的作用下完成動(dòng)平臺(tái)(29)的復(fù)位，并保證鋼絲繩(49)始終處于拉緊狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的支撐架(14)為Y型結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的動(dòng)平臺(tái)(29)為正三角形板式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的溶液盆(26)為底端封閉的階梯結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種氣缸自復(fù)位型髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，包括由頂板、底板和支柱構(gòu)成的框架，框架內(nèi)設(shè)有支撐架，支撐架內(nèi)設(shè)有固定有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸上依次設(shè)有下下凸輪、蝸輪、中凸輪、上凸輪，支撐架的上方設(shè)有弧面軸承座，弧面軸承座上設(shè)有與其弧面相吻合的球面基座，球面基座上設(shè)有溶液盆，溶液盆內(nèi)設(shè)有嵌裝在球面基座內(nèi)的關(guān)節(jié)頭球頭座，溶液盆上設(shè)有與其盆緣相固定的動(dòng)平臺(tái)，動(dòng)平臺(tái)通過鋼絲繩牽引裝置和氣壓傳動(dòng)裝置分別與三個(gè)凸輪相連；頂板上設(shè)有液壓缸，液壓缸的活塞桿穿過頂板，頂板上設(shè)有控制溶液盆內(nèi)溫度的溫度控制器；底板上設(shè)有頂在傳動(dòng)軸上的球頭頂銷。結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，操作方便，能在試驗(yàn)室環(huán)境中正確模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況。
文檔編號(hào)A61F2/46GK202568535SQ20122003156
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者劉金龍, 陳煊, 程剛 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)