Stand for Tribological Studies of Hip Joint Endoprosthesis with the Possibility of Changing Acetabulum Anteversion Angle and Head Anti Torsion Angle
[ 1 ] Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
PL Stanowisko do badań tribologicznych endoprotez stawu biodrowego z możliwością zmiany kąta antewersji panewki i kąta antetorsji głowy
2022
scientific article
english
- hip joint movement simulator
- endoprosthesis
- wear
- metal-metal contact
- symulator ruchu stawu biodrowego
- endoproteza
- zużycie
- skojarzenie materiałowe metal–metal
EN The article presents the construction of a hip joint movement simulator intended for friction and wear studies of hip joint endoprostheses. The simulator's design enables the fixing of hip endoprosthesis components in accordance with the anatomical structure of the human hip joint. The endoprosthesis head is mounted on a special base in the lower position with a neck-shaft angle of 135°, while the acetabular cup of the endoprosthesis is mounted in the upper part of the mounting head with an inclination angle of 45°. The production of three heads (responsible for the anteversion angle of the acetabulum) and three special bases (responsible for the anti torsion angle of the head) with different fixing angles of the components of the hip joint endoprosthesis made it possible to carry out tribological tests with nine variants of alignment settings. The hip joint endoprosthesis tester is designed to simulate the following movements: flexion and extension, as well as loads occurring in the human hip joint while walking. Thanks to the use of control in the form of electronic cams, the simulator makes it possible to recreate the variable value of the force loading the friction pair as a function of the human walking cycle. The subject of friction and wear studies were hip joint endoprostheses with a head diameter of 44 mm, made of high-carbon Co28Cr6Mo alloy. For each of the nine variants of endoprosthesis component alignment settings, average friction coefficient values were calculated based on the recorded values of the friction torque. The results of the friction and wear studies employing the simulator confirm that the mutual angle alignment setting of the head and the cup has an impact on the value of the frictional resistance occurring in the tribological pair.
PL W artykule przedstawiono konstrukcję symulatora ruchu stawu biodrowego, przeznaczonego do badań tarciowo- zużyciowych endoprotez stawu biodrowego. Konstrukcja symulatora umożliwia mocowanie komponentów endoprotezy biodra zgodnie z anatomiczną budową stawu biodrowego człowieka. Głowa endoprotezy mocowana jest na cokole w dolnym położeniu z kątem szyjkowo-trzonowy 135° natomiast panewka endoprotezy zamontowana jest w górnej części w głowicy mocującej z zachowaniem kąta inklinacji 45°. Wykonanie trzech głowic (odpowiedzialnych za kąt antywersji panewki) oraz trzech cokołów (odpowiedzialnych za kąt antetorsji głowy) różniących się kątami osadzenia komponentów endoprotezy stawu biodrowego, umożliwiło przeprowadzenie testów tribologicznych z dziewięcioma wariantami ustawień. Tester endoprotezy stawu biodrowego przeznaczony jest do symulacji ruchów: zgięcia i wyprostu oraz obciążeń występujących w stawie biodrowym człowieka podczas chodu. Dzięki zastosowaniu sterowania w postaci krzywek elektronicznych, symulator umożliwia odtworzenie zmiennej wartości siły obciążającej węzeł tarcia w funkcji cyklu chodu człowieka. Przedmiotem badań tarciowo-zużyciowych były endoprotezy stawu biodrowego o średnicy głowy 44mm, wykonane z wysokowęglowego stopu Co28Cr6Mo. Dla każdego z dziewięciu wariantów ustawień komponentów endoprotezy obliczone zostały średnie wartości współczynnika tarcia w oparciu o rejestrowane wartości momentu tarcia. Wyniki badań tarciowo-zużyciowych z zastosowaniem symulatora potwierdzają, że wzajemny kąt ustawienia głowy i panewki ma wpływ na wartość oporów tarcia występujących w węźle tribologicznym.
103 - 113
CC BY-SA (attribution - share alike)
open journal
final published version
public
70