Design and optimization of a play-free rotary magneto-rheological fluid brake for enhanced performance and durability

Abstract

This study investigates the performance and durability of the Össur NAVii knee prosthetic through the optimization of spline geometry and the evaluation of various material compositions under accelerated aging conditions. The research focuses on the impact of an involute spline profile and the incorporation of ferromagnetic steel on torque performance. Results demonstrate that the involute profile significantly reduces mechanical play, maintaining user satisfaction over extended use. Among the materials tested, 304 stainless steel exhibited the least mechanical play, whereas titanium and ceramic materials showed higher wear rates. Ferromagnetic steel did not significantly affect torque performance, suggesting potential for further exploration. The study was limited by time constraints, which restricted the number of test runs per sample and led to occasional jig failures. Nonetheless, the findings indicate that uncoated aluminum with an involute profile is a cost-effective solution, with the possibility of enhancing performance through additional hard coatings or alternative materials. Future work will focus on completing the accelerated aging process and further refining spline design and material selection to develop more reliable and durable prosthetic knees.

Þessi rannsókn kannar afköst og endingu á Össur NAVii gervilimshné með því að besta rílur í hnénu og bera endingu mismunandi efna við hraðaðar öldrunaraðstæður. Rannsóknin beinist að áhrifum involute rílum og áhríf bætingu segulmagnaðs stáls á vægi í hnénu.Niðurstöður sýna að involute rílur draga verulega úr vélrænum bakslag, sem heldur notendum ánægðum yfir notkunar tíma vörunar. Meðal þeirra efna sem voru prófuð sýndi 304 ryðfrítt stál minnst af vélrænum bakslag, en títan og keramikefni sýndu mikil slit. Segulmagnað stál hafði ekki veruleg áhrif á vægist getu á hnénu, sem bendir til möguleika á frekari rannsóknum. Niðurstöðurnar benda til þess að óhúðað ál með involute rílum sé hagkvæmasta lausnin, með möguleika á að bæta afköst en meira með viðbótarhúð eða öðrum efnum. Framtíðarvinna mun einbeita sér að því að ljúka fleiri tilraunum á prófuðum efnum til að hafa skýrari niðurstöður og frekari fínstillingu á rílu hönnun og efnisvali til að þróa áreiðanlegri og endingarbetri gervilimshné.