Механики XXI веку №15 2016

Механики XXI веку. №15 2016 г.

164

ным суставом. Переднезаднее смещение большеберцового компонента возникает в момент переноса

нагрузки на ногу и считается положительным, когда ось осевой силы находится впереди от него, а

тотальный протез коленного сустава – в исходном положении. Осевая сила действует на большебер-

цовый компонент протеза коленного сустава в направлении, параллельном большеберцовой оси при

переносе массы тела на ногу.

Силы и смещения, действующие на коленный сустав в процессе ходьбы, описаны законами и

представлены в ГОСТ 14243-1 [2]. Объединив графики сил и смещений, приведенные в ГОСТ 14243-

1 получим полную картину нагружений, характеризующих ходьбу человека. На рисунке 2 представ-

лена зависимость сил и перемещений, действующих на коленный сустав за один цикл (шаг).

Рис. 2. Зависимости сил и смещений, действующих на сустав

В приведенном ГОСТе [2] указана методика проведения испытаний тотальных протезов ко-

ленного сустава на износ, а так же определены технические требования для машин по

этапе лабораторных исследованийдля сравнения материалов, тестирования новых конструкций, не-

обходимо создание менее дорогой, но в то же время отвечающей техническим требованиям [2] ма-

шины. В данной машине предложено заменить сложные модули с ЧПУ на более простые и доступ-

ные кулачково-рычажные механизмы, работающие от одного распределительного вала. Все пред-

ставленные кулачки в данном аппарате имеют замкнутый контур. Это необходимо для циклической

имитации ходьбы человека. Для того, чтобы спроектировать кулачки проведены необходимые расче-

ты геометрии профиля.

Рис. 3. Кинематическая схема установки

a - угол сгибания/разгибания; ПЗ - переднезаднее смещение; М - момент ротации; P - осевая сила; К1 - кулачок

переднезаднего смещения; К2 - кулачок ротации; K3 - кулачок осевой силы; К4 - кулачок угла сгибания.

Расчет параметров перемещений. В проектируемой машине кулачки определяют законы рас-

пределения нагрузок и смещений на испытываемом эндопротезе. Предполагаемая кинематическая

схема установки представлена на рисунке 3.

Относительное положение кулачков будет определять действие сил и перемещений в течение

цикла в соответствии с ГОСТ. Согласно требованиям[2] аппарат для проведения испытаний, способ-