开题报告-髋关节仿生试验机的设计(下置式).docx

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1、开题报告课题 名称麒关节仿生试验机的设计（下置式）课题 来源A.教师科研课题类型工程设计类1 .选题的背景及意义：由疾病、事故和战争等原因导致的大量人体骨骼病变和损伤，使得许多人 成为残疾而失去基本生活能力，给病人的家庭及社会都带来极大的影响和沉重 的负担。为减轻病人痛苦，提高他们的生活质量，科学界一直致力于解决人工 关节置换技术问题。目前，全世界每年因各种疾病需要更换关节的人数高达 40006000万人，仅全懿关节置换就达80万例。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

2、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，对人工关节仿生力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。积极开展人工关节生物力学特性方面的研 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，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。2 .研究内容拟解决的主要问题:根据人类行走时能关节的运动特点，结合人工关节结构特征，研制一种股 骨头在上、髓臼在下，能正确模拟人类股关节运动的试验机械。该机械设计时 考虑的主要因素是使其在试验室环境中能够正确模拟人体酸关节的实际运动 工况，使试件在试验过程中产生的摩擦机理、磨损形

3、式与实际使用相一致，从 而可以准确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。3 .研究方法技术路线：该试验机设计时考虑的主要因素是使其在试验室环境中能够正确模拟人 体貌关节的实际运动工况，以使试件在试验过程中产生的摩擦机理、磨损形式 与实际使用条件下相一致，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。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。该试验机由四个相互独立的试验单元组 成，每个试验单元的结构和工作原理都完全一致。为了真实模拟天然关节的运 动工况，试验时转速小能过高，这样一来势必造成试验时间很长

4、，在多试样重 复试验时这一矛盾更为突出。本试验机在一个机架上同时装配了四个试验单 元，增加了试验工位，从而大大缩短了试验时间，同时也为作对比试验提供了 便利。关节头试件由夹具夹持固定于试验机主轴上。试验时载荷的施加由加载 油缸完成。向加载油缸的上腔输入压力油，活塞杆将向下移动，并通过花键轴 带动关节头试件压向臼杯试件。利用液压系统调节液压油的压强，可满足试验 时不同载荷要求。臼杯座中可安装不同规格（巾20nlm 50mm）的酸臼试件， 并通过组合轴承部件固定在支撑斜板上。支撑斜板在电机驱动下作匀速旋转运 动，防转杆受到试验机立柱的阻挡产生反方向阻力，通过轴承固定于支撑斜板 上的臼杯座在合力作用

5、下一边绕试验机主轴旋转，一边往复摆动。安装在臼杯 座中赣臼试件与关节头试件间呈现交叉状、多方向复合滑动运动。4 .研究的总体安排和进度计划:根据人类行走时懿关节的运动特点，结合人工关节结构特征，研制一种股骨头 在上、酸臼在下，能正确模拟人类髓关节运动的试验机械。1、设计出试验机传动机构的装配图及主要零部件图；2、编排指定的试验机主要零件的制造工艺一份；3、设计说明书一份（字数不少于15000字）；4、翻译不少于4000单词量的相关英语文献；5、参考文献不少于15篇。第1周 查询相关文献，收集资料；第2周 查询相关文献，收集资料，翻译相关英语文献；第3周 综合分析文献资料，提出试验机运动方案；第

6、4周 提出并论证试验机结构方案，试验机机构运动分析；第5周 确定试验机总体结构，计算主要零部件尺寸；第6周试验机总装配图设计；第7周试验机总装配图设计；第8周 根据试验机总装配图，拆画，设计零件图；第9周 根据试验机总装配图，拆画，设计零件图；第10周对试验机的运动进行虚拟仿真分析；第11周 编排指定的试验机主要零件的制造工艺；第12周 完善总体结构，整理图纸资料和毕业论文；第13周整理图纸资料和毕业论文，准备答辩。5.主要参考文献:1葛世荣，熊党生，王纪湘.人工关节的摩擦学问题及其研究现状仃.生 物摩擦学与人工关节学术研讨会论文集.上海，2000年9月：27-30.2黄传辉.人工懿关节的磨损

7、行为及磨粒形态研究D.中国优秀博硕士学位 论文.2004年.3张亚平，高家成，王勇.人工关节材料的研究与进展J.世界科技研究 与发展,22(1) : 47-50. 2006 年.4邱宣怀等，机械设计M,高等教育出版社.2007年.5朱龙根等，简明机械设计零件设计手册M,朱龙根主编，机械工业出版 社.2001年.6谢铁邦等，互换性与技术测量M,华中科技大学出版社.2002年.7Pariente. J. L, etal. The Biocompatibility of Cathelers and Stents used on UrologyJ. Prog Urol .Apr. 1994, 8(2)

8、:181.8孟昭琴.人工关节材料的仿生性能及临床运用J.中国组织工程研究与临 床康复第14卷第22期2010 - 05 - 28出版9陈长春.酸关节置换用股骨假体材料的研究与应用J.材料导报，1998, 12(6) :110濮良贵.陈国定.吴立言机械设计(第九版)机械类M,高等教育 出版社.2007年.11戴振东.弓娟琴.人工关节摩擦学的研究J.生物医学工程学杂志， 2006,23(3) : 669-673.12王成煮.天然与人工关节中的摩擦学问题J.医用生物力学200924 (5) :317-32513 Jacobs, Joshua. J. S, Anastasia. K, etal. 3-

9、year prospective study of serum titanium levels in patients with primary total hip replacementsJ. ASTM Special Technical 123 Publication, 1996, 1272(5): 400-408.14 C. Desai H. Hirani A. Chawla, Life Estimation of Hip Joint J. Prosthesis , Received: 7 September 2012/Accepted: 28 October 2014/Publishe

10、d online: 26 November 2014 The Institution of Engineers (India) 201415叶霞，陈菊芳,王江涛,等.人工关节材料及其表面改性研究进展J .江苏 技术师范学院学报,2007, 13(4) : 48-52.16亢晋勇，张美芳，范书勋.人工关节置换与关节的运动性损伤J.中国组 织工程研究与临床康复,2008, 12 (52) : 10347-10350.17李业海，徐俊杰.人工酸关节假体材料的生物相容性问题分析J.中国 组织工程研究与临床康复,2008, 12(39) :7699-7702.指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日教研室意见：通过，同意开题教研室主任签名： 年 月 日学院意见：教学院长签名： 年 月 日