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1、人工心脏瓣膜试验机设计+CAD图纸 摘要本文研究的是“人工心脏瓣膜试验机”，随着人工心脏瓣膜在医疗领域变得日益重要，用于测试其性能的试验机也相应而生。由于必须保证人工心脏瓣膜在人体内能够二十四小时工作，不出任何故障，因此必须对人工心脏瓣膜进行试验。心脏瓣膜试验机必须有高可靠性，至少六个月内能够二十四小时工作，因此为了能够达到这个要求，必须在设计过程中考虑到许多问题，并且进行检验，如丝杠耐磨性等。该试验机主要包括：电机，人工心脏瓣膜运动机构，溶液缸升降机构。33000毕业论文关键词：人工心脏瓣膜 试验机 曲柄滑块机构。AbstractThis article is about “Testing
2、machine of heart valve prosthesis”.With the increasing importance of heart valve prosthesis,machines which can test these kinds of prostheses need to be invented urgently.Because of the performance of heart valve prostheses,prostheses cannot have any problem,so that this testing machine must continu
3、ous test prostheses without any problem in six months at least. In order to achieve this requirement,it is necessary to consider many points in the process of design and then verification them,just like the wear resistance of the lead screw.This testing machine mainly includes electric machinery,the
4、 motion mechanism of heart valve prosthesis and the lifting mechanism of tank.Key words:heart valve prosthesis testing machine slider-crank mechanism目录1.绪论11.1人工心脏瓣膜的应用与发展11.2人工心脏瓣膜的形式与其材料22.人工心脏瓣膜运动机构方案选择62.1活塞运动机构的选择62.2液压缸活塞密封圈的选择7 源自/六维:论文;网(加7位QQ32491143.人工心脏瓣膜运动机构的基本结构和工作原理94.人工心脏瓣膜运动机构的设计12 4
5、.1 曲柄滑块机构设计12 4.2 平键联接的校核计算12 4.3燕尾槽结构设计13 4.4柱塞泵功率计算13 4.5缸筒壁厚的确定14 4.6曲柄驱动电机选择155.溶液缸升降机构方案选择176.溶液缸升降机构的基本结构和工作原理187.溶液缸升降机构的设计20 7.1梯形丝杆的耐磨性计算20 7.2梯形丝杆的刚度计算22 7.3 梯形丝杆的稳定性计算23 7.4 梯形丝杆的强度计算25 7.5 螺母螺纹的弯曲和剪切强度计算268结论28致谢29参考文献301.绪论1.1人工心脏瓣膜的应用与发展人造心脏瓣膜的试制开始于二十世纪40年代后期，当时只是在试验阶段，并未实际应用。1960年美国俄勒
6、冈州波特兰 的外科医生斯塔尔和他的合作者爱德华兹首次为一名二尖瓣狭窄的心脏病患者用人造球形瓣硅胶球人工心脏瓣膜植入一位风湿性心脏病二尖瓣狭窄患者，术后长 期存活，开创了人工心脏瓣膜置换的历史。到1981年，全世界置换人造瓣膜的病例已达35万人之多。人造心瓣膜随着科学技术的进步经历了球型瓣、单叶碟型瓣、生物瓣、双叶碟型瓣（见下图）这样一个演进过程。现在人造心瓣膜的研究都以提高耐久性、减少合并症和改善瓣膜机能为目标。目前在许多地方,瓣膜置换的死亡率甚至比腹部大手术还低。数百万例的临床实践证明,在一般情况下患者的寿命得到延 长,健康也有显著改善。迄今为止,制成的人工心脏瓣膜已达100 余种,大部分已
7、被淘汰,留下为数不多的瓣膜。人造心脏瓣膜分为机械瓣与生物瓣二大类。用作机械瓣的硬质金属材料主要的为钴-铬-镍合金及钛钢;非金属硬质 材料主要为低温各向同性碳;弹性体材料由初期用于瓣膜球型阀体的硅酮橡胶发展至不易变性的“低硫化处理”的硅橡胶;缝环的纺织品则为聚四氟乙烯与涤纶长丝 织物。生物瓣主要由同种瓣和异种瓣两种。同种瓣主要有同种主动脉瓣和同种硬脑膜两种;异种瓣主要有猪瓣和牛心包瓣两种。机械瓣的特点是强度好,但需终身抗 凝;生物瓣的特点是无须抗凝,但寿命不及机械瓣。近年来人工心脏瓣膜研究主要仍集中在解决机械瓣抗凝和生物瓣的防钙化问题,但没有取得突破性进展。英国正 在用软质的复合材料来制备仿生人
8、工心脏瓣膜。不少国家也在研究组织工程心脏瓣膜,但尚处于实验室阶段。我国每年置换人工心脏瓣膜约2万例,其中进口瓣占 70 %80 %。国内北京思达医用装置公司和兰州飞控集团公司生产侧倾蝶瓣。最近,这两个公司和上海久灵医疗器械公司开发出双叶机械瓣，正处于临床研究阶段。同时北京 佰仁思生物工程公司开发出中心包瓣和猪心瓣,努力改变我国生物瓣使用量很低(约5 %) 的现象。西南交通大学正在研究通过各向同性碳表面喷涂TiN2 和TiO来提高械瓣的抗凝血性能。 : 第三代人工机械瓣膜：双叶瓣。双叶瓣有2个叶片，瓣叶打开合理，开口面积大，为中心血流型，是目前应用最广泛的机械瓣。由于不同公司的设计不同，双叶瓣在
9、材料选择和结构设计上稍微有所差别，有的是金属瓣环配合热解碳瓣叶、有的是瓣环瓣叶全为热解碳涂层、有的是瓣环瓣叶为全热解碳、有的是瓣叶为含钨热解碳。 热解碳是截至目前公认最好的制作机械瓣膜的材料，是利用流化床沉积炉高温热解碳源气体、产生游离的C原子、C原子再通过共价结合的方式沉积在石墨基体上制备而成，其硬度和强度很高、耐磨性好、生物相容性好、质量轻、加工性能好，因此很适合做机械瓣膜4-5。所以，目前市场上主要产品的瓣架和瓣叶完全采用热解碳材料来制备，其中，以热解碳涂层最为广泛。纯热解碳产品把涂层做的很厚，最后再去掉基体，理论上防止了涂层脱落的可能，但是热解碳涂层太厚就很难保证性能，对工艺的要求也较
10、高，因而会增加成本。钨化热解碳或者加入其它重金属元素的热解碳是为了增加显影效果，这些不同种类的热解碳在本质上并无大的区别。 热解碳性能的好坏完全取决于制备工艺的选择，工艺不同，制备出来的热解碳性能差别很大，包括强度、硬度，各向异性因子都会有所差异。制作机械瓣膜的热解碳性能必学满足一定条件，比如弯曲强度不得低于170MPa、热解碳必须为各向同性。制备热解碳的设备为流化床沉积炉，保证绝佳热解碳工艺的方法就是提供准确的温度、合适的碳源气体浓度以及稳定的床层面积，其中，温度和气体浓度是比较好控制的因素、床层面积会随着沉积的进行逐渐变大，因此需要采取措施调节变化的床层面积，只有这样才能制备出物理性能达标
11、的热解碳。 另外，报道中已有三叶瓣的设计，设计思路类似于双叶瓣，瓣架上有3个瓣叶开启闭合起到单向阀的作用，理论上，与人体中的三尖瓣在形态上更接近，血流动力学更好，但是因为多出一个叶片增加了瓣膜潜在的不稳定性，并且没有绝对性的性能提高，因此并没有进入市场。 机械瓣膜作为目前应用最为广泛的瓣膜置换假体之一，存在一个较严重的缺点，就是在置入了机械瓣膜后，病人需要终生服用抗凝血栓药物；不过机械瓣膜的优点是经久耐用，一般的设计是50100年。1.2.2生物瓣膜 生物瓣膜分为同种生物瓣和异种生物瓣，一般具有非常好的生物相容性和血液动力学特点，因此在人工瓣膜市场中占有很重要的地位。 同种生物瓣膜的应用比异种
12、瓣要早10年，采用移植新鲜的人体瓣膜来达到治疗病变瓣膜的目的。目前，临床应用的同种生物瓣膜包括主动脉瓣、肺动脉瓣和二尖瓣，均采用抗生素灭菌及营养介质4保存或液氮-196冰冻保存方法，其优点主要为接近正常解剖、血流动力学特性优良、可成功重塑心室、具有抗感染性、血栓栓塞并发症发生率低、无需抗凝治疗，但取材限制及远期狭窄问题使其使用受到限制。 临床主要应用的生物瓣膜为异种生物瓣膜，此种瓣膜是把牛心包或猪心包组织提取出来，经过化学处理脱去细胞组织，以防止排异反应，经戊二醛处理过的心包组织还能够使胶原纤维绞链增加组织强度。50年来，随着瓣膜固定技术及抗钙化处理的不断发展改进，新型生物瓣不断涌现6-7。
13、由于机械瓣膜存在不可克服的缺点，即易于产生血栓栓塞等，病人在植入机械瓣膜后需终生服用抗血栓药物，给病人带来很多痛苦。而生物瓣作为人造心脏瓣膜的第二大系列，为完全中心血流，血流动力学性能优良，血栓栓塞发生率低，病人在置入生物瓣后只需服用3个月左右的抗凝血药物即可，为患者减少了很多痛苦。但是生物瓣的寿命相对于机械瓣膜要短得多，一般的生物瓣服役年限为10年，最好的也只有15年左右，因此多数病人面临二次手术的危险8-9。 源自/六维:论文;网(加7位QQ3249114 基于2种瓣膜的特点，生物瓣多用于60岁以上的老年人或者特殊的病人，目前国外一般生物瓣的使用率占30%40%。另外生物瓣膜的造价较机械瓣
14、膜要贵很多，加上生物瓣衰坏病例增多，目前我国的生物瓣使用率尚不足10%。虽然生物瓣较机械瓣的市场占有率要少得多，但是，生物瓣的临床应用地位是无法被替代的。1.2.3组织工程心脏瓣膜 机械瓣和生物瓣历经50年的发展，无论在材料、血流动力学特性以及外形设计上都已日臻完善，这2种瓣膜在临床上都得到了广泛的应用。但无论是机械瓣还是生物瓣，都不是理想的心脏瓣膜移植物。机械瓣膜置换术后需终生抗凝，可能发生与抗凝有关的出血并发症。化学改性的异种生物瓣由于缺乏生命活性，使用10年左右后将因组织退行性变、钙化而导致瓣膜衰坏、功能障碍；同种心脏瓣膜 组织工程心脏瓣膜的研制已取得很大进展，研制的瓣膜已经成功植入动物体内，其功能在不断提高，部分学者已开始将其用于人体，近期效果良好。但目前也存在着较多问题，因此受到限制，比如：支架材料不理想，细胞
