一種牙鉆手持器械的優(yōu)化設(shè)計

王成 岳波

(1.蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)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(jīng)濟(jì)和醫(yī)療衛(wèi)生的快速發(fā)展，人們對口腔健康問題越來越關(guān)注，當(dāng)大家出現(xiàn)牙科方面問題前往醫(yī)院就診時，醫(yī)生都會采用一些器械對患者進(jìn)行治療。本文以高速渦輪牙鉆手機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)為例，闡述了該產(chǎn)品在軸承、人體工學(xué)、產(chǎn)品拆裝、安全衛(wèi)生及維護(hù)和保養(yǎng)方面的優(yōu)化問題，提出了優(yōu)化措施。

1 產(chǎn)品存在的問題及分析

1.1 產(chǎn)品存在的問題

由于原牙鉆手機(jī)在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)以下一些問題，具體如下:

1)高速渦輪牙鉆手機(jī)使用一段時間后，新車頭剛裝上就鉆不動牙齒，因而氣壓調(diào)節(jié)越來越大。另外回轉(zhuǎn)精度不高、有晃動現(xiàn)象，所鉆區(qū)域就越來越不精確，手術(shù)時間過長、患者疼痛加重，直接導(dǎo)致產(chǎn)品壽命降低。

2)醫(yī)生在使用牙鉆手機(jī)中手臂及胳膊比較別扭，操作時手臂肌肉產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，手臂動作幅度偏大，缺乏人性化設(shè)計。

3)產(chǎn)品在車針換裝方面過于繁瑣。

1.2 原因分析

針對目前產(chǎn)品存在的問題分別進(jìn)行分析，具體如下:

1)產(chǎn)品回轉(zhuǎn)精度不高、有晃動現(xiàn)象，主要是因為在經(jīng)過一段時間的使用后，軸承部分就會出現(xiàn)問題，具體在于軸承內(nèi)圈和軸承的滾珠和滾道發(fā)生損壞，導(dǎo)致新車頭剛換上就會出現(xiàn)鉆不動牙齒的現(xiàn)象，這是導(dǎo)致產(chǎn)品精度及壽命降低的主要原因。［1］

2)針對牙科醫(yī)生提出產(chǎn)品使用中手臂及胳臂比較別扭的情況，經(jīng)分析為目前本產(chǎn)品在外觀整體結(jié)構(gòu)上存在的一些缺陷。具體在于醫(yī)生在使用中不容易實現(xiàn)牙齒的打孔作業(yè)，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(chǎn)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(chǎn)品維護(hù)和保養(yǎng)說明不夠全面，以致不同程度地加劇上述問題的產(chǎn)生。

2 牙鉆手機(jī)的優(yōu)化設(shè)計

2.1 軸承的優(yōu)化設(shè)計

針對產(chǎn)品出現(xiàn)的回轉(zhuǎn)精度不高、有晃動現(xiàn)象的問題，經(jīng)分析后提出了具體的解決方案及軸承使用防護(hù)措施。

2.1.1 軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將現(xiàn)產(chǎn)品上的軸承內(nèi)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(qiáng)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(dá)到高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的耐磨性、高的彈性極限和屈服強(qiáng)度、均勻硬度、一定的沖擊韌度、比較好的尺寸穩(wěn)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(hù)措施［1］

1)在安裝時渦輪軸與軸承內(nèi)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(yīng)直接加在內(nèi)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(yīng)將軸承與渦輪軸清洗干凈，并滴入專用潤滑油。

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

4)為了保證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時軸承的穩(wěn)定性，軸承的予緊彈簧片壓力應(yīng)控制在1.2±0.2 N。

2.2 主桿的優(yōu)化設(shè)計

針對牙科醫(yī)生提出的外觀結(jié)構(gòu)改彎的建議，結(jié)合本產(chǎn)品特性，將外觀結(jié)構(gòu)主桿改成內(nèi)角為162°的折彎結(jié)構(gòu)，如圖2所示。從人體工學(xué)角度考慮，將手持主體部分與圓孔軸心線設(shè)計成162°的鈍角。醫(yī)生手腕和胳膊部分存在的角度可利用產(chǎn)品本身的角度補(bǔ)償，從而使產(chǎn)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(jié)構(gòu)

2.3 裝拆工具的優(yōu)化設(shè)計

為了提升品牌影響力和產(chǎn)品的銷售業(yè)績，在使用便捷度上特為本產(chǎn)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(shè)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(shè)計成外部防滑、內(nèi)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(jī)頭內(nèi)部零件實物圖

該裝置的設(shè)計解決了目前同類型牙鉆手機(jī)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(jié)省了寶貴的時間。

2.4 牙鉆機(jī)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

除了上述優(yōu)化外，還針對醫(yī)療中醫(yī)源性交叉感染的敏感問題，特在本產(chǎn)品中設(shè)置了防氣、水流回吸裝置，在車針高速旋轉(zhuǎn)鉆孔時，通過某些結(jié)構(gòu)作用，回氣氣流被阻止在機(jī)頭殼體外，能有效地阻止污染物回流至牙鉆手機(jī)內(nèi)部，有效地避免醫(yī)源性交感染的發(fā)生，保證醫(yī)患人員不被二次感染。［5］經(jīng)上述優(yōu)化設(shè)計后，形成牙鉆機(jī)頭的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。圖8為產(chǎn)品渦輪高速旋轉(zhuǎn)機(jī)頭部分裝配圖，圖9為產(chǎn)品機(jī)頭部分裝配分解圖，圖10為整體裝配結(jié)構(gòu)效果圖，圖11為產(chǎn)品實物圖。

圖8 機(jī)頭裝配圖

圖9 機(jī)頭裝配分解圖

圖10 整體裝配結(jié)構(gòu)

圖11 產(chǎn)品實物圖

3 產(chǎn)品的維護(hù)和保養(yǎng)

為了讓客戶更加了解本產(chǎn)品及更好地使用和維護(hù)好該高速渦輪牙鉆手機(jī)，除了在對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征上進(jìn)行優(yōu)化后，還完成了針對本產(chǎn)品的使用說明及保養(yǎng)手冊，具體如下:

1)每天必須用專用高速手機(jī)清洗潤滑油保養(yǎng)本產(chǎn)品。

2)勿用氧化電位水(強(qiáng)酸性水)或消毒液清洗本產(chǎn)品，否則會造成早期故障。

3)在使用車針時，對本產(chǎn)品夾持車針的夾頭部分每周使用專用清洗潤滑油進(jìn)行潤滑保養(yǎng)，清除夾頭內(nèi)的殘留物，否則會因夾持力降低而造成車針的故障。［6］

4)工作氣壓應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)使用，切勿隨意加大氣壓超負(fù)荷使用，氣壓過高會使軸承破損或車針斷裂。［6］

5)每次使用后要確保將回吸到機(jī)器內(nèi)部的粉塵微粒清洗干凈，避免微粒導(dǎo)致軸承損壞。［7］

6)及時做到本產(chǎn)品內(nèi)軸承的清洗與潤滑。

7)根據(jù)本產(chǎn)品型號選用與之相對應(yīng)的驅(qū)動氣壓。

8)使用后的牙鉆應(yīng)定期進(jìn)行專業(yè)保養(yǎng)，保養(yǎng)周期一般為3個月。

［1］劉澤九.滾動軸承應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］王音特，岳波.手持式牙齒拋光機(jī)用護(hù)牙彎角結(jié)構(gòu):中國，201020530762.X［P］.2010－09－16.

［3］機(jī)械設(shè)計實用手冊編委會.機(jī)械設(shè)計實用手冊［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［4］斯克萊特·奇羅尼斯.機(jī)械設(shè)計實用機(jī)構(gòu)與裝置圖冊［M］.鄒平，譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［5］張福東.一次性使用高速渦輪牙鉆手機(jī)防回吸裝置:中國，200610200741.X［P］.2006－07－25.

［6］三泰軸承.牙科手機(jī)的滅菌和保養(yǎng):牙鉆軸承知識［EB/OL］.［2012－08 －19］.http://www.sunthaibearing.com/technologydetail.asp?id=4284.