摘 要:随着人类社会的发展与进步，人们的生命价值被广泛认同。疾病、事故和战争等原因导致的大量人体骨骼病变和损伤，使得许多人成为失去基本生活能力的残疾人，给病人的家庭和社会都带来极大的影响和沉重的负担。为减轻病人的痛苦，提高他们的生活质量，医学界一直致力于人体骨骼的材料、植入、成型和再生性等问题的解决。积极开展人工关节生物摩擦学特性方面的研究，掌握置换关节材料在生物机体环境内的摩擦磨损行为规律，在人工关节的开发中引入摩擦学设计（包括基于生物力学的关节配副载荷机理及有效识别等），对于提高人工关节的使用质量，延长人工关节的临床寿命和减轻患者痛苦具有重要的现实意义。根据人类行走时髋关节的运动特点，结合人工关节结构特征，研制一种能正确模拟髋关节运动的试验机械。该机械设计时考虑的主要原因是使其在实验室环境中能够正确模拟人体髋关节的实际与运动工况，以使试件在实验过程中产生的摩擦机理、磨损形式与实际条件下一致，从而可以准确、可靠的测量人工关节材料的生物摩擦学参数，为临床应用提供指导性数据。本课题是对人体髋关节模拟试验机机械传动部分的研制。试验机的工作原理是将股骨头和髋臼部件试样按照其在人体中的正常位置安装于试验台上，通过试验装置使两者之间产生规则的随时间变化的负载及相对角运动。该机械设计时考虑的主要因素是使其在实验室环境中能够正确模拟人体髋关节的实际运动工况，从而使试件在试验过程中产生的摩擦机理、磨损形式与和实际使用条件下相一致，从而可以准确、可靠地测试人工关节材料的生物摩擦学特性参数，为临床应用提供指导性的试验数据。根据以上要求设计出试验机的总装配图。该试验机要求的最大试验载荷为1t，要求主轴转速为60rpm。假设作用在股骨头头部的载荷为1t，则可以算出最大阻力。选择直径为50mm的股骨头，求出其最大扭矩，由此确定电机的功率从而计算出最小轴径。根据最小轴径初选各个零件的尺寸。通过校核确认其安全以确保试验机正常运转。电机运转时通过联轴器带动减速器旋转，从而带动固定在减速箱输出轴轴端的偏心轮转动，试件座安装在摆轴上，与摆轴一起饶中心轴线转动。从而使固定在关节球支架上的关节球和髋臼试件之间产生摩擦，从而达到试验的目的。其中髋臼试件由骨水泥固定在髋臼座上，冲击载荷由液压缸提供作用于自定心轴上，通过髋臼支架最终作用在关节球头上，加上关节球头随试件座绕中心线转动。这样实现模拟人体髋关节的实际运动，使其产生的摩擦机理、磨损形式与实际使用条件下相一致，从而达到设计该试验机的初衷。
关键词：关节试验机 ;模拟试验 ;人体髋关节 ;摩擦机理
