一种人工髋关节疲劳测试装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种人工髋关节疲劳测试装置，包括：框架、运动机构、加载机构和试件。框架通过螺钉与运动机构相连；加载机构固定于与框架之上；试件位于加载机构与运动机构中间；加载机构里设有力传感器以及螺纹调节机构，用于在线测定加载力及调节加载力的大小；通过电机带动连杆机构使得中间活动平台上下往复运动，上部有弹簧加载，测试在运动状态下的假体疲劳性能。本发明的测试装置能够对通过往复运动模拟人体的运动情况；可测试在不同载荷情况下人工髋关节假体的疲劳特性；制造及维护成本低、操作方便、易于推广应用。
【专利说明】一种人工髋关节疲劳测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及矫形外科植入假体的疲劳测试装置，具体地说，是一种人工髋关节疲劳测试装置。
【背景技术】
[0002]人工髋关节是矫形外科中重要的支撑技术，通过人工关节置换术用以替代病变或损伤的髋关节，能够帮助患者恢复关节运动，提高其生命质量。
[0003]疲劳性能是人工髋关节假体技术中一项重要参数指标，直接影响假体的可靠性与长期稳定性。国际标准化组织(ISO)及美国材料与测试协会(ASTM)均对于人工关节的疲劳性能制定了相关体外测试标准。欧美多国食品和药物管理局均将疲劳性能测试作为人工关节在临床使用之前的强制检测项目。
[0004]疲劳实验机作为人工髋关节体外疲劳测试与实验的执行载体，是人工宽解关节设计与可靠性评价中的关键装置。目前，人工髋关节疲劳性能评价主要借助通用型商业疲劳实验机。由于此类装置为通用型或万能型设备，所覆盖力学测试类型众多，设备价格高昂。此外，对于人工髋关节等疲劳试验，其具有低频循环(<5Hz )与高循环次数(>500万次)等特点，因此在通用型测试装置上运行该类试验的成本高且维护复杂，不利于人工髋关节的研发与可靠性测试。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种人工髋关节疲劳测试装置。该机器能够通过旋转顶部手柄，改变弹簧的压缩量，进而调节在测试过程中的压力，并通过压力传感器显示出来。在测试过程前，在假体上贴上应变片，在测试完成后，通过对应变片的测量来获得试验假体的疲劳特性。
[0006]本发明构思是:疲劳试验机包括机台框架、运动模块、时间模块和加载模块。运动模块通过电机及轴承座由螺钉固定于框架模块的底板上，运动模块的中间活动平台通过直线轴承与框架模块的三根导向立柱连接，使中间活动平台能沿导向立柱上下滑动。试件模块中股骨柄容器通过螺钉固定于中间活动平台上，试件模块上部通过股骨柄假体与加载模块中的减摩机构接触。加载模块通过弹簧套筒由螺钉固定于框架的上平板上。
[0007]为达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
一种人工髋关节疲劳测试装置，包括框架、运动机构、加载机构和试件；所述运动机构通过螺钉固定于框架的底座上，所述运动机构的中间活动平台通过第一直线轴承与框架的导向立柱连接，使中间活动平台能沿导向立柱上下滑动；所述加载机构通过螺钉固定于框架的上平板上；所述试件下端通过螺钉固定于运动机构的中间活动平台上，试件上端与加载机构中的减摩部件接触。进一步地，所述的框架的结构包括上平板、导向立柱、底座、圆螺母和固定套，三根导向立柱通过固定套垂直固定于底座上，三根导向立柱的中心分别位于假想的等边三角形的顶点上，所述上平板通过圆螺母固定于三根导向立柱的顶端。[0008]进一步地，所述的运动机构的结构包括中间活动平台、第一直线轴承、底部轴承座、电机、连杆、摆杆、滚轮、活动槽和曲柄；所述曲柄与电机的输出轴相连接，摆杆与曲柄间由连杆相连接，摆杆与中间活动平台通过将摆杆上端的滚轮放置于中间活动平台底部的活动槽内形成连接，摆杆下端连接底部轴承座；在运动的过程中，电机的转动通过输出轴传递给摆杆，由于摆杆顶端的摆动，经由滚轮来控制中间活动平台的上下往复运动，并由此来模拟人体的运动。
[0009]进一步地，所述的加载机构的结构包括顶端手柄、顶端固定环、导向块、力传感器、第一活塞、弹簧、第二活塞、力传递杆、弹簧套筒、第二直线轴承、平面轴承、圆块和圆环形挡块；弹簧套筒的顶端通过螺钉连接着顶端固定环，顶端手柄穿过顶端固定环，与压力传感器上端相接触；弹簧套筒内部放置有一弹簧，弹簧上端有第一活塞，第一活塞上端与压力传感器下端通过螺纹连接，弹簧下端与第二活塞连接，第二活塞下端连接力传递杆，力传递杆下端接减摩部件；弹簧套筒下端通过螺钉固定一个第二直线轴承，力传递杆穿过第二直线轴承，并在第二直线轴承的导向下上下运动；减摩部件中，平面轴承一端与力传递杆接触，另一端与圆块接触，圆环形挡块将圆块顶住并通过螺钉固定在力传递杆上；中间活动平台上下运动带动试件及力传递杆上下运动，进而是弹簧压缩，产生加载力，通过旋转顶端手柄控制弹簧的压缩量，并以此来调节测试过程中的载荷，所施加载荷通过压力传感器读出。
[0010]进一步地，所述的试件的结构包括股骨柄容器、中间介质、股骨柄假体；股骨柄假体通过中间介质以要求的姿态和位置安装在股骨柄容器中。
[0011]与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著地优点:
本发明装置通过往复运动模拟人体的运动情况，可测试在不同载荷情况下，假体的疲劳特性，测试过程简单，机器使用方便，易于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明测试装置结构图。
[0013]图2是本发明测试装置框架结构图。
[0014]图3是本发明测试装置运动机构结构图。
[0015]图4是本发明测试装置加载机构结构图。
[0016]图5是本发明测试装置试件结构图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明的具有实施方式做进一步的说明。
[0018]如图1所示，一种人工髋关节疲劳测试装置，包括框架1、运动机构2、加载机构3和试件4 ;所述运动机构2通过螺钉固定于框架I的底座12上，所述运动机构2的中间活动平台7通过第一直线轴承9与框架I的导向立柱6连接，使中间活动平台7能沿导向立柱6上下滑动；所述加载机构3通过螺钉固定于框架I的上平板5上；所述试件4下端通过螺钉固定于运动机构2的中间活动平台7上，试件4上端与加载机构3中的减摩部件8接触。
[0019]如图2所示，所述的框架I的结构包括上平板5、导向立柱6、底座12、圆螺母13和固定套35,三根导向立柱6通过固定套35垂直固定于底座12上,三根导向立柱6的中心分别位于假想的等边三角形的顶点上，所述上平板5通过圆螺母13固定于三根导向立柱6的顶端。
[0020]如图3所示，所述的运动机构2的结构包括中间活动平台7、第一直线轴承9、底部轴承座10、电机11、连杆14、摆杆15、滚轮16、活动槽17和曲柄18 ;所述曲柄18与电机11的输出轴相连接，摆杆15与曲柄18间由连杆14相连接，摆杆15与中间活动平台7通过将摆杆15上端的滚轮16放置于中间活动平台7底部的活动槽17内形成连接，摆杆15下端连接底部轴承座10 ;在运动的过程中，电机11的转动通过输出轴传递给摆杆15，由于摆杆15顶端的摆动，经由滚轮16来控制中间活动平台7的上下往复运动，并由此来模拟人体的运动。
[0021]如图4所示，所述的加载机构3的结构包括顶端手柄19、顶端固定环20、导向块21、力传感器22、第一活塞23、弹簧24、第二活塞25、力传递杆26、弹簧套筒27、第二直线轴承28、平面轴承29、圆块30和圆环形挡块31 ;弹簧套筒27的顶端通过螺钉连接着顶端固定环20，顶端手柄19穿过顶端固定环20，与压力传感器22上端相接触；弹簧套筒27内部放置有一弹簧24，弹簧24上端有第一活塞23，第一活塞23上端与压力传感器22下端通过螺纹连接，弹簧24下端与第二活塞25连接，第二活塞25下端连接力传递杆26，力传递杆26下端接减摩部件8 ;弹簧套筒27下端通过螺钉固定一个第二直线轴承28，力传递杆26穿过第二直线轴承28，并在第二直线轴承28的导向下上下运动；减摩部件8中，平面轴承29 —端与力传递杆26接触，另一端与圆块30接触，圆环形挡块31将圆块30顶住并通过螺钉固定在力传递杆26上；中间活动平台7上下运动带动试件4及力传递杆26上下运动，进而是弹簧24压缩，产生加载力，通过旋转顶端手柄19控制弹簧24的压缩量，并以此来调节测试过程中的载荷，所施加载荷通过压力传感器22读出。
[0022]如图5所示，所述的试件4的结构包括股骨柄容器32、中间介质33、股骨柄假体34 ;股骨柄假体34通过中间介质33以要求的姿态和位置安装在股骨柄容器32中。
【权利要求】
1.一种人工髋关节疲劳测试装置，包括框架(I)、运动机构(2)、加载机构(3)和试件(4);其特征在于:所述运动机构(2)通过螺钉固定于框架(I)的底座(12)上，所述运动机构(2)的中间活动平台(7)通过第一直线轴承(9)与框架(I)的导向立柱(6)连接，使中间活动平台(7)能沿导向立柱(6)上下滑动；所述加载机构(3)通过螺钉固定于框架(I)的上平板(5)上；所述试件(4)下端通过螺钉固定于运动机构(2)的中间活动平台(7)上，试件(4)上端与加载机构(3)中的减摩部件(8)接触。
2.根据权利要求1所述的一种人工髋关节疲劳测试装置，其特征在于，所述的框架(I)的结构包括上平板(5)、导向立柱(6)、底座(12)、圆螺母(13)和固定套(35)，三根导向立柱(6)通过固定套(35)垂直固定于底座(12)上，三根导向立柱(6)的中心分别位于假想的等边三角形的顶点上，所述上平板(5)通过圆螺母(13)固定于三根导向立柱(6)的顶端。
3.根据权利要求1所述的一种人工髋关节疲劳测试装置，其特征在于，所述的运动机构(2 )的结构包括中间活动平台(7 )、第一直线轴承(9 )、底部轴承座(10 )、电机(11)、连杆(14)、摆杆(15 )、滚轮(16 )、活动槽(17 )和曲柄(18 );所述曲柄(18 )与电机(11)的输出轴相连接，摆杆(15)与曲柄(18)间由连杆(14)相连接，摆杆(15)与中间活动平台(7)通过将摆杆(15)上端的滚轮(16)放置于中间活动平台(7)底部的活动槽(17)内形成连接，摆杆(15)下端连接底部轴承座(10);在运动的过程中，电机(11)的转动通过输出轴传递给摆杆(15)，由于摆杆(15)顶端的摆动，经由滚轮(16)来控制中间活动平台(7)的上下往复运动，并由此来模拟人体的运动。
4.根据权利要求1所述的一种人工髋关节疲劳测试装置，其特征在于，所述的加载机构(3)的结构包括顶端手柄(19)、顶端固定环(20)、导向块(21)、力传感器(22)、第一活塞(23)、弹簧(24)、第二活塞(25)、力传递杆(26)、弹簧套筒(27)、第二直线轴承(28)、平面轴承(29)、圆块(30)和圆环形挡块(31);弹簧套筒(27)的顶端通过螺钉连接着顶端固定环(20)，顶端手柄(19)穿过顶端固定环(20)，与压力传感器(22)上端相接触；弹簧套筒(27)内部放置有一弹簧(24)，弹簧(24)上端有第一活塞(23)，第一活塞(23)上端与压力传感器(22)下端通过螺纹连接，弹簧(24)下端与第二活塞(25)连接，第二活塞(25)下端连接力传递杆(26 )，力传递杆(26 )下端接减摩部件(8 );弹簧套筒(27 )下端通过螺钉固定一个第二直线轴承(28)，力传递杆(26)穿过第二直线轴承(28)，并在第二直线轴承(28)的导向下上下运动；减摩部件(8)中，平面轴承(29) —端与力传递杆(26)接触，另一端与圆块(30)接触，圆环形挡块(31)将圆块(30)顶住并通过螺钉固定在力传递杆(26)上；中间活动平台(7)上下运动带动试件(4)及力传递杆(26)上下运动，进而是弹簧(24)压缩，产生加载力，通过旋转顶端手柄(19)控制弹簧(24)的压缩量，并以此来调节测试过程中的载荷，所施加载荷通过压力传感器(22)读出。
5.根据权利要求1所述的一种人工髋关节疲劳测试装置，其特征在于，所述的试件(4)的结构包括股骨柄容器(32)、中间介质(33)、股骨柄假体(34);股骨柄假体(34)通过中间介质(33)以要求的姿态和位置安装在股骨柄容器(32)中。
【文档编号】G01N3/00GK103760006SQ201410000359
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】华子恺, 潘邵斌, 张欢欢 申请人:上海大学