基于扭转振动的骨钻研究

发布时间：2024-05-08 23:20

　　在骨科手术中,往往需要对骨骼进行钻孔。在骨外科手术过程中一般都使用高速医用骨钻,因此可能会产生大量切削热引起周围组织温度升高,一旦温度超过47℃,骨组织就开始坏死。同时手术钻削效果对于提高手术质量,减轻病人出血至关重要。因此如何降低骨温升和钻削力对病人的伤害,成为医用骨钻器械研究的热点。本文提出的扭转振动骨钻,可以有效地解决上述问题。本文的主要创新性研究成果为:1.通过对振动钻削的研究,设计并成功研制了扭转振动骨钻样机,并且设计了一套扭振骨钻的控制系统,实现骨钻的智能化控制。2.对扭振骨钻样机建立了扭振平台模型,通过对模型的动力学分析和振动测试实验以及仿真,验证了扭振骨钻样机实现扭转振动的可行性。3.搭建了实验平台,研究了钻削速度、进给速度和激振频率对钻削轴向力、扭矩和钻削温度的影响,观察了骨钻孔表面加工质量。结果表明随着主轴转速增大,轴向力和扭矩逐渐变小,骨温升逐渐变大;随着进给速度的逐渐增大,轴向力和扭矩逐渐增大,骨温升逐渐减小;随着激振频率的增加,轴向力、扭矩和骨温升都逐渐减小;振动骨钻相比于普通骨钻能获得更好的骨钻孔表面加工质量。

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1轴向力与温度的关系图

直是骨科手术中所不能避免的一个环节，而在骨钻孔过组织和细胞机能的影响是至关重要的。为此，国内外许生的切削力和切削热的变化进行了大量的研究，从不同究现状Hirsch和Matthews等[3]对人体的皮质骨进行了体外骨，发现在没有特定的冷却液的情况下，皮质骨温升高于1m的A....

图1.2钻削温度仿真分布图

究结果表明钻削速度、钻头直径和进给速度对速的增大，钻孔温度升高。随着进给速度逐渐增大度的影响并不明显。wsA.R等[10]使用铣床对马掌骨进行实验，结果表升呈下降趋势，随着主轴钻削速度逐渐增加，钻削皮质骨越厚，钻削时的骨温升越高。O等[11]对牛肋骨进行钻孔实验，实验发现主....

图1.4钻削实验平台[16]

图1.4钻削实验平台，筱克等[16]在21℃的室温环境下，采用V型骨钻和传统的孔实验。他们研究钻头参数、轴向力、钻削速度与钻孔温别加载三种不同的钻削速度和进给速度，通过测力仪测量实验结果表明，当转速低于1500r/min时，普通麻花钻引钻所引起的温升；随着不断增大进....

图1.5皮质骨标本在张应力试验中的应力-应变曲线

1.5皮质骨标本在张应力试验中的应力-应切削已广泛应用在金属切削中[20]，根据振动钻削应用到骨钻孔上，利用振动钻少骨钻孔过程中热损伤。按照振动的方、（b）扭转振动钻削和（c）复合振动图1.6按照振动方向的三种分类出了轴向超声振动钻削的形式，即在普构成新的轴向超声振动复合钻....

本文编号：3967974