牙科综合治疗机摆动臂结构设计

　　1 引 言

　　牙科治疗机是用于对患者牙齿进行手术的专用设备, 要求其摆动臂可在空间任意位置停留, 并保持平衡,要求整体结构简单、轻便小巧、造型美观。本文在研究国内外现有牙科综合治疗机情况的基础上, 对牙科综合治疗机的金属弹簧摆动臂进行了改进设计, 并在实际中得到了成功运用。

　　2 金属弹簧摆动臂工作原理

　　牙科综合治疗机摆动臂最重要的功能是保持平衡,且在其上下摆动的过程中在任意位置上达到平衡状态。如图 1 所示, 当摆动臂处于水平位置时, 其受力分析如下: 摆动臂前端安装器械盘及药瓶工具等, 总质量 13 kg( 重力 G) , 并对支点 B 处产生一逆时针方向的力矩; 同时, 压紧弹簧因为受压缩而具有一定的变形量, 那么压簧必然对调节螺母施压, 该水平压紧力通过螺杆就会拉紧联接销, 而联接销对小拉杆所产生的水平拉力沿小拉杆方向的分力为 F, 该分力 F 又拉紧支点 A, 对支点 B 处将产生一顺时针方向的力矩, 其大小与重力 G 所产生的逆时针方向力矩相等而相互抵消, 从而使整个机构处于平衡状态。若要求机构保持水平状态不变, 即可通过旋转锁紧螺钉锁死螺杆来实现。其它位置上的平衡分析皆类同,只是弹簧力不再是水平方向而已。

　　3 摆动臂的构成

　　牙科综合治疗机摆动臂主要由前后接头、上下拉杆、螺杆、压紧弹簧、小拉杆、调节螺母以及锁紧螺钉等组成,其示意图如图 2 所示: 其中, 上下拉杆与前后接头共同构成平行四边形机构, 它是摆动臂的重要框架, 也是牙科治疗机摆动臂的基础部分, 其它零部件都依附在上面; 小拉杆用于连接螺杆与销钉, 其作用是传递并承受弹簧力; 螺杆被置于下拉杆两限位块中间, 通过其左右移动来实现摆动臂的上下摆动, 它与压紧弹簧都是摆动臂的重要零件; 压紧弹簧为整个机构提供动力, 它因受压变形所产生的弹簧力通过螺杆作用于小拉杆上, 沿小拉杆方向的分力就会拉紧前接头联接销钉, 其作用力矩与器械盘产生的作用力矩相互平衡抵消, 保证整个摆动臂机构处于平衡状态; 调节螺母用于调节弹簧的压缩变形量, 以控制弹簧力的大小, 而锁紧螺钉则可锁死螺杆, 从而保持摆动臂在任意位置上平衡。

　　4 摆动臂设计

　　4.1 摆动臂机构模型

　　牙科综合治疗机摆动臂所采用的原始机构模型为四连杆机构当中的平行四边形机构, 它是由上下拉杆与前后接头共同组成的。其中, 以后接头作为机架, 保持不动状态, 前接头作为连杆, 并且是驱动力的受力部分, 上拉杆与下拉杆作为曲柄。之所以采用该机构, 是由于四杆机构中的运动副均为低副, 运动副元素为面接触, 故而压强较小, 承载能力较大, 且运动磨损小, 便于润滑。此外, 运动副元素的几何形状较简单, 容易加工制造。更重要的是它能够使两曲柄以相同速度做同向转动, 使连杆做平动,而这两个特点也正好满足了牙科治疗机摆动臂的运动要求。