摘要:本论文的课题是对人体髋关节模拟器的探求与设计。髋关节仿生模拟试验机是由电动机部分、传动部分、仿生部分以及液压缸部分组成，是集机、电、液一体的专用实验设备。试验机的工作原理是模拟人体的构造，将类似于人体股骨头和髋臼的组件安装在仿生试验机的相关位置上，使得整个仿生试验机承受一定量的载荷，并保证仿生组件按照一定的时间和规则规律运动。该试验机可以在机器的操作环境下模拟式实际运动情况，为了使式样的磨损情况与实际情况相似，我们可以先通过测试人工材料的性能，通过实验，对临床应用提供相应的数据，从而促进人类对医学的研究。根据上述的要求，我们试验机确定最大载荷为1t，主轴转速确定为60rpm，并且在这组数据上计算阻力。选择直径约为50mm的模拟骨头，确定最大转矩，从而决定机电正常的运行功率，计算最小直径，并根据上述数据确定主要部分的最佳尺寸。确定尺寸后，根据实验确定其安全性，保证试验机的运行。通过电机的运转，利用联轴器带动主轴传动，并带动偏心轮转动，带动试件绕中心轴转动。通过球头的转动与固定在试座上的髋臼之间的摩擦，模拟人体髋关节的磨损实验。

关键词 关节试验机 ;模拟试验 ;人体髋关节 ;摩擦机理

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1研究背景-1

1.2人造关节-1

1.3髋关节置换术-2

1.4人工髋关节模拟实验机的研究现状-2

2方  案-5

2.1摩擦学的基本背景-5

2.1.1表面力学-5

2.2材料选择-5

2.2.1金属材料-6

2.2.2高分子材料-7

2.2.3陶瓷材料-7

2.2.4碳材料-7

2.3髋关节结构及运动分析-8

2.3.1人体髋关节结构-8

2.3.2人工髋关节结构-9

2.4 设计方案-10

2.4.1:方案一：-11

2.4.2方案二-12

2.5 机械传动部分的运动特性分析-14

2.6关节假体的疲劳分析-17

2.6.1载荷和边界条件-18

2.6.2磨损模型-20

2.6.4疲劳与磨损分析-21

2.7温控装置分析-22

3设计计算过程-24

3.1初选电机功率-24

3.2主传动轴的设计-24

3.2.1选择轴的材料-24

3.2.2初步确定轴的最小直径-24

3.2.3轴的结构设计-24

3.2.4轴上零件的周向定位-25

3.2.5主传动轴的倒角-26

3.3摆轴的设计-26

3.3.1轴的材料-26

3.3.2初步确定轴的最小直径-26

3.3.3初步确定C段的尺寸-27

3.3.4初步确定B段的尺寸-27

3.3.5初步确定D段的尺寸-27

3.3.6初步确定A段的尺寸-27

3.4液压缸的结构尺寸设计-27

3.4.1液压缸主要参数的确定-27

3.5 装配图及主要零件图设计-30

3.5.1装配图草图-30

3.5.2零件图草图-31

4零件校核-33

4.1主传动轴的校核-33

4.1.1求轴上载荷-33

4.1.2按弯扭合成应力校核轴的强度-33

4.2主动轴上轴承的校核-36

4.3摆轴的校核-37

4.4摆轴上轴承的校核-38

5设计说明-40

5.1重要部件加工工艺-40

5.2润滑及密封-40

5.3试验机的使用说明-41

结论-42

致谢-43

参考文献-44