生物材料动态力学实验机的研制设计【9张图纸】【优秀】

生物材料动态力学实验机的研制设计

37页 15000字数+说明书+外文翻译+9张CAD图纸【详情如下】

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外文翻译--液压支架的最优化设计.doc

油路板.dwg

活塞.dwg

活塞杆.dwg

液压原理图.dwg

液压站装配图.dwg

生物材料动态力学实验机的研制设计说明书.doc

缸筒.dwg

论文.doc

试验台装配图.dwg

目录

摘要I

AbstractII

1 绪论1

1.1 引言1

1.2 人工髋关节模拟试验机的分析与研究1

1.3人工髋关节假体材料的性能要求1

1.4 本课题研究内容拟解决的主要问题2

2 髋关节结构及运动分析3

2.1人体髋关节结构3

2.2 髋关节运动分析3

2.3 人工髋关节结构6

2.4 试验机的工作原理6

3 液压系统设计8

3.1 液压加载系统的设计流程8

3.2 液压加载系统的工作原理8

3.3 液压加载系统的回路设计8

3.4 液压系统的参数计算9

3.4.1液压缸主要参数的确定9

3.4.2 液压泵的性能参数计算11

3.5 液压元件的选择12

3.5.1 控制阀的选择12

3.5.2 辅助元件的选择14

4 液压缸主要零部件设计15

4.1缸筒15

4.1.1 缸筒结构15

4.1.2 缸筒材料15

4.1.3 缸筒计算16

4.2 活塞18

4.2.1 活塞结构18

4.2.2 活塞与活塞杆的连接形式18

4.2.3 活塞的密封18

4.2.4 活塞材料20

4.2.5 活塞尺寸及加工公差20

4.3活塞杆20

4.3.1 活塞杆结构20

4.3.2 活塞杆的材料和技术要求21

4.3.3 活塞杆的计算21

5 液压站的设计23

5.1 液压泵站23

5.2液压泵站的类型选择23

5.3液压油箱及其附件23

5.3.1 油箱的用途与分类23

5.3.2 油箱的构造与设计要点23

5.3.3 油箱的容量及计算24

5.3.4 标准油箱的规格及外形尺寸25

5.4 油路板的设计26

5.4.1 板式集成的结构特征26

5.4.2 油路板的设计要点26

5.4.3 油路板设计说明26

结论30

致谢31

参考文献32

摘要

　　　本课题完成了人工髋关节模拟试验机液压系统及力学试验台的研制。该试验设备主要由机械传动部分、温控系统及液压加载系统组成。试验机液压系统的特性是根据模拟人工髋关节受力特点，可实现交流负载。该液压加载系统主要用于实现关节头试件的前进、后退及载荷的施加。实验台的工作原理是将股骨头和髋臼部件试样按照其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定的随时间变化的负载。该液压系统及试验台设计时考虑的主要因素是如何实现交流加载特征（交流液压站），使其提供的载荷能在试验室环境中正确模拟人体髋关节的实际受力工况，以使试验机产生的运动形式与人工关节实际使用条件相一致，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试验数据。

关键词   人体髋关节；模拟实验；液压加载系统

1 绪论

1.1 引言

人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以代替病变或损伤的关节并恢复其功能。人工关节的研制、开发是一门跨领域的交叉学科，涉及到材料学、力学、生物学、成型技术和医疗等多门学科的知识，需要多方面的科研人员不断探索。其中，对人工关节生物摩擦学特性的研究由于直接关系到置换关节的使用质量和临床寿命而备受人瞩目。人体关节属于身体活动的连接机构，接触界面间必然发生相对滑动，因此会产生摩擦、磨损和润滑等摩擦学问题。摩擦副结构设计、材料选择、摩擦磨损特性评价以及摩擦过程、磨损机理的研究都需要进行摩擦学试验。由于摩擦磨损测试涉及整个摩擦学系统，试验时外部因素（接触方式、运动类型、载荷、速度、温度、时间、介质及环境气氛等）和内部因素（材料性质、表面状态、润滑剂性能等）改变时都会导致测试结果发生变化。近期的研究工作已证明人工关节磨损时产生的磨损颗粒与置换关节的无菌性松动有直接关系。因此，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最小化研究、假体固定的微动摩擦学行为研究和关节材料磨损颗粒生成机理及有效识别等），对于提高人工关节的使用质量，延长其临床寿命和减轻患者痛苦具有重要的现实意义。

1.2 人工髋关节模拟试验机的分析与研究

人工关节的磨损，尤其是人工髋关节的磨损，是一个重要的临床问题。人工关节的磨损不仅能造成关节假体本身的破坏而引起机械性失效，还会产生大量磨损颗粒引导假体周围骨溶解。1965年以来，研究者相继开发关节模拟实验装置，曾采用销盘磨损实验、环盘磨损实验、四球磨损实验及块环磨损实验等，但实验设备由于结构限制无法进行全尺寸关节副摩擦实验，而且在试件偶副接触方式提供的运动形式以及载荷性质上，都与关节的实际工况相距甚远。因此，要求新的模拟试验机在实验室环境中能够更真实地模拟人体髋关节的运动情况及运动环境，为不同髋关节材料的临床应用提供较为准确可靠的试验数据。

困扰关节模拟试验机发展的一个重要因素是试验机工位太少。大多数试验机在一次试验过程中只能容纳一个关节摩擦副，在这种试验设备上完成2×106～3×106转（相当于关节假体在病人体内2～3年的运动量）的试验工作需要2～3个月的时间。针对这一问题，研究者提出了多工位试验机的概念。到目前为止，有各种多工位试验机乃至100工位的试验机在研究中使用。多工位试验机可同时进行多副人工关节偶件对比试验，因此试验周期短，对试验数据的对比分析可靠度高

1.3人工髋关节假体材料的性能要求