Actual Problems in Machine Building 2017 Vol. 4 No. 3

Актуальные проблемы в машиностроении . Том 4. № 3. 2017 Технологическое оборудование, оснастка и инструменты ____________________________________________________________________ 67 УДК 62 – 03 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КОНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ «ГОЛОВКА-НОЖКА» ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА * Ю.С. СЕМЕНОВА, канд. техн. наук, доцент К.С. СЛЫВАКОВА, магистрант (НГТУ, г. Новосибирск) Слывакова К.С. – 630073,г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: K.naumova.2011@stud.nstu.ru Рассмотрена проблема обеспечения работоспособности конструкции конического соединения «головка – ножка» тазобедренного сустава. Исследуется напряженно - деформированное состояние керамического материала медицинского назначения разработанного в НГТУ. Представлены расчёты коэффициента запаса прочности, максимальных и нормальных напряжений для различной геометрии конических соединений «головка – ножка». Показан характер контактирования головки и ножки для различных вариантов конструкций соединения. В результате анализа полученных данных установлена наиболее благоприятная геометрия соединения «головка-ножка». Ключевые слова : конечно – элементный анализ, напряженно – деформированное состояние, коэффициент запаса прочности, максимальные напряжения, нормальные напряжения. Введение В настоящее время в современном эндопротезировании стоит задача обеспечения ра- ботоспособности тазобедренного сустава (ТБС) в условиях нагружения. ТБС состоит из та- зовой и бедренной частей, соединяющихся между собой с помощью трибологической пары, которая представлена модульной головкой бедренной части и вкладышем тазовой части. Го- ловка имеет посадочное место на конус шейки (ножка) бедренного компонента [1, 2]. С це- лью реализации импортозамещения в России в рамках совместного проекта ЗАО "НЭВЗ- Керамикс" и НГТУ разработан новый материал для медицинского назначения, который предполагается применять для изготовления керамических головок [3]. В ходе исследования работоспособности разработанного материала необходимо провести расчеты напряженно – деформированного состояния конического соединения керамической головки и ножки. Необходимо определить характер и величину напряжений керамической головки в диапазоне нагрузок, действующих в соединении при эксплуатации сустава. Цель исследования заключается в установлении взаимосвязи между напряженно – де- формированным состоянием керамической головки и ножки ТБС с их геометрическими ха- рактеристиками для достижения надежности сопряжения. Для достижения заданной цели необходимо с помощью метода конечного элементного (МКЭ) анализа определить коэффи- циент запаса прочности, максимальные напряжения и нормальные. Определить каким обра- * Данная работа выполнена на основе проекта между НЭВЗ – Союз и НГТУ по созданию высокотехнологичного производства по теме: «Разработка технологии производства керамики и керамических композитов для нового поколения изделий медицинского назначения, замещающих металлоимплантаты».