基于仿生人工关节的评价装置及磨损试验研究-摩擦学学报.PDFVIP

第 26 卷　第 1 期 摩 擦 学 学 报 26, 　 1 V o l N o 2006 年 1 月 TR IBOL O GY J an , 2006 基于仿生人工关节的评价装置及磨损试验研究 张建华, 苏世虎, 陶德华 (上海大学 机电工程与自动化学院, 上海　200072) 摘要: 基于仿生人工关节结构, 利用连杆机构模拟关节弯曲拉伸运动方式建立了仿生人工关节评价装置, 同时对以 小牛血清作为润滑介质的氧化锆超高分子量聚乙烯( ) 人工关节配副进行磨损性能测试. 结果表明: ZrO U HMW PE 所建立的装置不仅可以加速考察人工关节配副的磨损特性, 还能够加速评价仿生关节囊的动态疲劳性能, 同时实现转 速、载荷以及运动角度等参数可调并具有较强可操作性; U HMW PE 的磨损量与运动周期近似呈线性关系, U HMW PE 的体积磨损率相对稳定, 约为 70～ 80 mm 3106 周期, 且具有较好的重复性与可靠性. 关键词: 超高分子量聚乙烯(U HMW PE ) ; 仿生人工关节; 仿生关节囊; 磨损评价 中图分类号: TH 117. 3 文献标识码: A 文章编号: (2006) 0 1003204 　　人的关节既传递载荷又传递运动, 是十分奇妙和 分以及机架组成, 其主要单元组织结构的平面图参见 ( ) 性能优异的生物摩擦润滑系统, 其摩擦系数极小且几 图 1. 采用连杆模拟关节 囊 的弯曲伸缩, 关节球 乎无磨损, 通常能工作 70 年以上. 当然也会出现事 臼与连杆末端采用机械固定并可拆卸装配. 在球臼 故, 严重时要换装人工关节. 全世界每年约有 80 万人 与连杆相连部位配有附件可机械密封关节囊的两端, 进行人工髋关节手术, 进行膝关节置换手术的人次与 以防止润滑介质泄漏. 仿生关节评价装置采取可调砝 [ 1 ] 此相当 . 因此, 人工关节在减轻患者痛苦和改善生 码加载, 载荷范围为 294～ 1 960 N . 设计中采用 3 个 活质量等方面有着举足轻重的作用. 垂直导轨支撑砝码的上下运动, 由连杆给人工关节配 目前, 人工关节系统中所产生的磨损颗粒, 特别 副加载. 连杆连接在从动齿轮端面, 在电机驱动下进 是超高分子量聚乙烯磨粒是产生异物反应、导致人工 行拉伸弯曲运动. 通过调节连杆在齿轮端面的径向 [2, 3 ] ( ) 关节松动和缩短人工关节寿命的主要原因 . 我们 位置来调节关节配副的运动角度 设计为 0～ 110 ° [4 ]