摘 要:隨著人類社會的發展與進步，人們的生命價值被廣泛認同。疾病、事故和戰爭等原因導致的大量人體骨骼病變和損傷，使得許多人成為失去基本生活能力的殘疾人，給病人的家庭和社會都帶來極大的影響和沉重的負擔。為減輕病人的痛苦，提高他們的生活質量，醫學界一直致力于人體骨骼的材料、植入、成型和再生性等問題的解決。積極開展人工關節生物摩擦學特性方面的研究，掌握置換關節材料在生物機體環境內的摩擦磨損行為規律，在人工關節的開發中引入摩擦學設計（包括基于生物力學的關節配副載荷機理及有效識別等），對于提高人工關節的使用質量，延長人工關節的臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現實意義。根據人類行走時髖關節的運動特點，結合人工關節結構特征，研制一種能正確模擬髖關節運動的試驗機械。該機械設計時考慮的主要原因是使其在實驗室環境中能夠正確模擬人體髖關節的實際與運動工況，以使試件在實驗過程中產生的摩擦機理、磨損形式與實際條件下一致，從而可以準確、可靠的測量人工關節材料的生物摩擦學參數，為臨床應用提供指導性數據。本課題是對人體髖關節模擬試驗機機械傳動部分的研制。試驗機的工作原理是將股骨頭和髖臼部件試樣按照其在人體中的正常位置安裝于試驗臺上，通過試驗裝置使兩者之間產生規則的隨時間變化的負載及相對角運動。該機械設計時考慮的主要因素是使其在實驗室環境中能夠正確模擬人體髖關節的實際運動工況，從而使試件在試驗過程中產生的摩擦機理、磨損形式與和實際使用條件下相一致，從而可以準確、可靠地測試人工關節材料的生物摩擦學特性參數，為臨床應用提供指導性的試驗數據。根據以上要求設計出試驗機的總裝配圖。該試驗機要求的最大試驗載荷為1t，要求主軸轉速為60rpm。假設作用在股骨頭頭部的載荷為1t，則可以算出最大阻力。選擇直徑為50mm的股骨頭，求出其最大扭矩，由此確定電機的功率從而計算出最小軸徑。根據最小軸徑初選各個零件的尺寸。通過校核確認其安全以確保試驗機正常運轉。電機運轉時通過聯軸器帶動減速器旋轉，從而帶動固定在減速箱輸出軸軸端的偏心輪轉動，試件座安裝在擺軸上，與擺軸一起饒中心軸線轉動。從而使固定在關節球支架上的關節球和髖臼試件之間產生摩擦，從而達到試驗的目的。其中髖臼試件由骨水泥固定在髖臼座上，沖擊載荷由液壓缸提供作用于自定心軸上，通過髖臼支架最終作用在關節球頭上，加上關節球頭隨試件座繞中心線轉動。這樣實現模擬人體髖關節的實際運動，使其產生的摩擦機理、磨損形式與實際使用條件下相一致，從而達到設計該試驗機的初衷。

關鍵詞：關節試驗機 ;模擬試驗 ;人體髖關節 ;摩擦機理