一種牙鉆手持器械的優化設計

2012-09-19 03:44:54王成岳波

常州工學院學報 2012年6期

王成岳波

(1.蘇州經貿職業技術學院機電系，江蘇蘇州 215009;2.蘇州派克頓科技有限公司，江蘇蘇州 215000)

隨著社會經濟和醫療衛生的快速發展，人們對口腔健康問題越來越關注，當大家出現牙科方面問題前往醫院就診時，醫生都會采用一些器械對患者進行治療。本文以高速渦輪牙鉆手機的結構改進為例，闡述了該產品在軸承、人體工學、產品拆裝、安全衛生及維護和保養方面的優化問題，提出了優化措施。

1 產品存在的問題及分析

1.1 產品存在的問題

由于原牙鉆手機在使用過程中經常會出現以下一些問題，具體如下:

1)高速渦輪牙鉆手機使用一段時間后，新車頭剛裝上就鉆不動牙齒，因而氣壓調節越來越大。另外回轉精度不高、有晃動現象，所鉆區域就越來越不精確，手術時間過長、患者疼痛加重，直接導致產品壽命降低。

2)醫生在使用牙鉆手機中手臂及胳膊比較別扭，操作時手臂肌肉產生疲勞現象，手臂動作幅度偏大，缺乏人性化設計。

3)產品在車針換裝方面過于繁瑣。

1.2 原因分析

針對目前產品存在的問題分別進行分析，具體如下:

1)產品回轉精度不高、有晃動現象，主要是因為在經過一段時間的使用后，軸承部分就會出現問題，具體在于軸承內圈和軸承的滾珠和滾道發生損壞，導致新車頭剛換上就會出現鉆不動牙齒的現象，這是導致產品精度及壽命降低的主要原因。［1］

2)針對牙科醫生提出產品使用中手臂及胳臂比較別扭的情況，經分析為目前本產品在外觀整體結構上存在的一些缺陷。具體在于醫生在使用中不容易實現牙齒的打孔作業，使得手腕比較疲勞、手臂動作幅度較大。

3)針對客戶所反映的換裝問題，目前該產品確實存在換裝車針時比較麻煩、拆裝時間較長、不易操作等問題。

4)產品維護和保養說明不夠全面，以致不同程度地加劇上述問題的產生。

2 牙鉆手機的優化設計

2.1 軸承的優化設計

針對產品出現的回轉精度不高、有晃動現象的問題，經分析后提出了具體的解決方案及軸承使用防護措施。

2.1.1 軸承的結構優化

將現產品上的軸承內外套圈材料更換為具有良好耐磨性的精煉不銹鋼材料，軸承球部分采用非金屬超硬陶瓷材料，采用具有高強度、低磨阻和自潤滑等性能的聚酰亞胺材料制作保持架，使其能達到高的接觸疲勞強度、高的耐磨性、高的彈性極限和屈服強度、均勻硬度、一定的沖擊韌度、比較好的尺寸穩定性等特點的NSK軸承，如圖1所示。

圖1 牙鉆軸承

2.1.2 軸承使用的防護措施［1］

1)在安裝時渦輪軸與軸承內孔的配合過盈量最好在0.5～1.5 μm之間，軸承壓入渦輪軸中，作用力應直接加在內圈端面上，以免損壞軸承的滾珠和滾道。

2)軸承裝入渦輪軸后應將軸承與渦輪軸清洗干凈，并滴入專用潤滑油。

3)牙鉆手機每次經消毒后，再次使用前，需在進氣孔噴入適量潤滑劑，以防軸承在無油狀態下使用，降低使用壽命。

4)為了保證高速運轉時軸承的穩定性，軸承的予緊彈簧片壓力應控制在1.2±0.2 N。

2.2 主桿的優化設計

針對牙科醫生提出的外觀結構改彎的建議，結合本產品特性，將外觀結構主桿改成內角為162°的折彎結構，如圖2所示。從人體工學角度考慮，將手持主體部分與圓孔軸心線設計成162°的鈍角。醫生手腕和胳膊部分存在的角度可利用產品本身的角度補償，從而使產品易于操作，消除了疲勞感、手臂動作幅度過大問題。［2］

圖2 折彎結構

2.3 裝拆工具的優化設計

為了提升品牌影響力和產品的銷售業績，在使用便捷度上特為本產品配備了專用裝拆工具，即針頭換裝裝置和多邊型端蓋扳手，如圖3、圖4所示。［3］

圖3 針頭換裝裝置

圖4 多邊型端蓋扳手

該裝置(圖3)一段設計成開口形狀，其開口尺寸與換針頭時所要固定的外形尺寸相匹配，另一端設計成外部防滑、內部彈簧的一體式螺絲刀，外形與被擰部分相配套。［4］圖5為拆車針使用前，圖6為使用中的該裝置拆卸車針，圖7為車針拆卸后的零件圖。［3］

圖5 拆車針使用前圖

圖6 拆車針使用中圖

圖7 機頭內部零件實物圖

該裝置的設計解決了目前同類型牙鉆手機安裝拆卸鉆頭不便的問題，很大程度上方便了使用者，為使用者節省了寶貴的時間。

2.4 牙鉆機頭的結構設計

除了上述優化外，還針對醫療中醫源性交叉感染的敏感問題，特在本產品中設置了防氣、水流回吸裝置，在車針高速旋轉鉆孔時，通過某些結構作用，回氣氣流被阻止在機頭殼體外，能有效地阻止污染物回流至牙鉆手機內部，有效地避免醫源性交感染的發生，保證醫患人員不被二次感染。［5］經上述優化設計后，形成牙鉆機頭的優化結構。圖8為產品渦輪高速旋轉機頭部分裝配圖，圖9為產品機頭部分裝配分解圖，圖10為整體裝配結構效果圖，圖11為產品實物圖。