механизм коленного шарнира
Классы МПК: | A61F2/64 коленные суставы |
Автор(ы): | Довбня Д.Ф., Вараксин П.А., Мяков В.Н., Домашин С.В., Стукалов В.Д. |
Патентообладатель(и): | Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-07-14 публикация патента:
20.01.1995 |
Использование: изобретение относится к машиностроению в области медицинской техники, а именно к протезированию нижних конечностей. Механизм коленного шарнира протеза бедра позволяет увеличить ресурс за счет исключения воздействия максимального изгибающего момента на поступательную кинематическую, пару в фазе опирания на протез. Существо изообретения: механизм содержит верхнюю опорную площадку для крепления гильзы бедра, нижний кронштейн для крепления трубки голени, соединенных передним 8 и задним звеном 11 через вращательные и поступательные кинематические пары. Верхняя площадка и нижний кронштейн имеет выступы с опорными поверхностями, взаимодействующими между собой. Переднее звено выполнено в виде скобы, защищающей выступы площадки и кронштейна. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
МЕХАНИЗМ КОЛЕННОГО ШАРНИРА, содержащий опорную площадку для крепления гильзы бедра, кронштейн для крепления трубки голени, соединенные передним и задним звеньями при помощи вращательных и поступательных кинематических пар, отличающийся тем, что переднее звено выполнено в виде скобы, при этом на опорной площадке и кронштейне выполнены выступы с упорными поверхностями для взаимодействия между собой.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению в области медицинской техники, а именно к протезированию нижних конечностей. Известны протезы бедра, в которых механизм коленного шарнира выполнен в виде верхней опорной площадки, нижнего кронштейна, переднего и заднего звена, соединяющихся с помощью кинематических пар вращения. Недостатком данного устройства является недостаточная величина уменьшения функциональной длины протеза в фазе переноса, что пpиводит к значительным компенсаторным движениям и асимметрии при ходьбе. Известен механизм коленного шарнира протеза бедра, содержащий опорную площадку для крепления к гильзе бедра, кронштейн для крепления трубки голени и соединенных между собой с помощью переднего (кривошипа) и заднего (кулисы) звеньев через вращательные и поступательные кинематические пары. Недостатком указанного механизма коленного шарнира протеза бедра является нагружение поступательной кинематической пары (кулиса-ползун) максимальным изгибающим моментом в фазе опирания на протез. Данное явление приводит к быстрому износу (разбалтыванию) поступательной кинематической пары, появлению люфтов, стуков и т.д. в механизме коленного шарнира, делающим невозможным его дальнейшую эксплуатацию. Сущность изобретения заключается в том, что в механизме коленного шарнира, содержащего верхнюю опорную площадку для крепления гильзы бедра, нижний кронштейн для крепления трубки голени, соединенных передним и задним звеном с помощью вращательных и поступательной кинематических пар, верхняя опорная площадка и нижний кронштейн снабжены выступами с упорными поверхностями, взаимодействующими между собой, а переднее звено выполнено в виде скобы, защищающей указанные выступы с упорными поверхностями. Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание механизма коленного шарнира кулисного типа с повышенным ресурсом, за счет исключения воздействия максимального изгибающего момента на поступательную кинематическую пару в фазе опирания на протезе. На фиг. 1 изображен предлагаемый механизм коленного шарнира в сагиттальной плоскости; на фиг.2 - промежуточное положение деталей и звеньев механизма в процессе ходьбы (отклонение трубки голени на угол ); на фиг.3 - схема нагружения нижнего кронштейна с ползуном механизма коленного шарнира (кулисного типа) в фазе опирания; на фиг.4 - схема нагружения нижнего кронштейна с ползуном предлагаемого механизма коленного шарнира в фазе опирания. Механизм коленного шарнира протеза бедра состоит из верхней опорной площадки 1 с выступом 2, содержащим упорную поверхность 3, нижнего опорного кронштейна 4 с выступом 5, содержащим упорную поверхность 6, и соединяемого с трубкой голени с помощью клеммного зажима 7. Верхняя опорная площадка 1 и нижний кронштейн 4 соединены между собой передним звеном 8, выполненным в виде скобы, с помощью цилиндрических шарниров 9 и 10, а также задним звеном 11 (кулиса) с помощью цилиндрического шарнира 12 и поступательной кинематической пары в виде ползуна 13, жестко соединенного с нижним кронштейном 4. Эластичный демпфер 14 закреплен на верхней опорной площадке 1 в выступе 2 с выступанием за упорную поверхность 3, служит для исключения стука и демпфирования при динамичном соприкосновении упорных поверхностей 3 и 6 в процессе ходьбы. Декоративный колпачок 15 служит для придания необходимых внешних обводов и косметичности. В фазе опирания на протез упорные поверхности 3 и 6 механизма коленного шарнира находятся в соприкосновении, образуя силовую связь. При повороте коленного шарнира (на угол ) в фазе переноса упорные поверхности 3 и 6 перемещаются по соответствующим траекториям, не препятствуя друг другу, за счет поворота переднего 8 и заднего 11 звеньев. Подкосоустойчивость протеза бедра с данным механизмом коленного шарнира обеспечивается за счет смещения осей шарниров 9, 10 и 12 назад относительной линии действия силы тяжести. Под действием указанных на фиг.3 внешних воздействий М и Q, а также реакций R1, R2, R3 и R4 нижний кронштейн и жестко связанный с ним ползун находятся в равновесии. Уравнения равновесия имеют следующий вид:1. R1sin = R3-R2
2. R1cos = R4 + Q 3. Mb= 0 R2 h + R1 cos l1-R1 sin l3 = M
Система 3 уравнений имеет четыре неизвестных. Дополнительное уравнение, определяющее соотношение реакций R2 и R3, определяется из условия равновесия заднего звена (кулиса)
R2 l2 = R2(l2 + h) где М - изгибающий момент;
Q - масса протезируемого;
R1 - усилие от переднего звена;
R2 и R3 - усилие (боковые) на ползун от заднего звена;
R4 - осевая (упорная) сила на кронштейн от заднего звена в фазе опирания. Под действием указанных на фиг.4 внешних воздействий М и Q, а также реакций R5, R6 и Т нижний кронштейн 4 и жестко связанный с ним ползун 13 находятся в равновесии. Уравнения равновесия имеют следующий вид:
1. Q + R5 cos=R6cos+Tsin
2. R6 sin-Tcos=R5sin
3. Tl4 + R6 l5 = M где R5 - усилие от переднего звена 8;
R6 - нормальное усилие на упорную площадку 6 от упорной площадки 3;
Т - касательное усилие на упорную площадку 6. Из сравнения приведенных на фиг.3 и 4 схем нагружения видно, что в предлагаемом механизме коленного шарнира отсутствуют боковые усилия (в направлении, перпендикулярном оси поступательной кинематической пары) на ползун 13 от воздействия заднего звена (кулиса) 11. Создание в механизме коленного шарнира замкнутой силовой связи посредством упорных площадок 3 и 6 (на верхней опорной площадке 1 и нижнем кронштейне 4) исключает поперечное нагружение поступательной кинематической пары заднего звена 11 (кулиса) и ползуна 13 (жестко связанного с кронштейном 4) и, как следствие, позволяет повысить ресурс механизма (увеличить срок эксплуатации протеза).
Класс A61F2/64 коленные суставы