一种牙钻手持器械的优化设计

2012-09-19王成岳波

常州工学院学报 2012年6期

王成岳波

(1.苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州 215009;2.苏州派克顿科技有限公司，江苏苏州 215000)

随着社会经济和医疗卫生的快速发展，人们对口腔健康问题越来越关注，当大家出现牙科方面问题前往医院就诊时，医生都会采用一些器械对患者进行治疗。本文以高速涡轮牙钻手机的结构改进为例，阐述了该产品在轴承、人体工学、产品拆装、安全卫生及维护和保养方面的优化问题，提出了优化措施。

1 产品存在的问题及分析

1.1 产品存在的问题

由于原牙钻手机在使用过程中经常会出现以下一些问题，具体如下:

1)高速涡轮牙钻手机使用一段时间后，新车头刚装上就钻不动牙齿，因而气压调节越来越大。另外回转精度不高、有晃动现象，所钻区域就越来越不精确，手术时间过长、患者疼痛加重，直接导致产品寿命降低。

2)医生在使用牙钻手机中手臂及胳膊比较别扭，操作时手臂肌肉产生疲劳现象，手臂动作幅度偏大，缺乏人性化设计。

3)产品在车针换装方面过于繁琐。

1.2 原因分析

针对目前产品存在的问题分别进行分析，具体如下:

1)产品回转精度不高、有晃动现象，主要是因为在经过一段时间的使用后，轴承部分就会出现问题，具体在于轴承内圈和轴承的滚珠和滚道发生损坏，导致新车头刚换上就会出现钻不动牙齿的现象，这是导致产品精度及寿命降低的主要原因。［1］

2)针对牙科医生提出产品使用中手臂及胳臂比较别扭的情况，经分析为目前本产品在外观整体结构上存在的一些缺陷。具体在于医生在使用中不容易实现牙齿的打孔作业，使得手腕比较疲劳、手臂动作幅度较大。

3)针对客户所反映的换装问题，目前该产品确实存在换装车针时比较麻烦、拆装时间较长、不易操作等问题。

4)产品维护和保养说明不够全面，以致不同程度地加剧上述问题的产生。

2 牙钻手机的优化设计

2.1 轴承的优化设计

针对产品出现的回转精度不高、有晃动现象的问题，经分析后提出了具体的解决方案及轴承使用防护措施。

2.1.1 轴承的结构优化

将现产品上的轴承内外套圈材料更换为具有良好耐磨性的精炼不锈钢材料，轴承球部分采用非金属超硬陶瓷材料，采用具有高强度、低磨阻和自润滑等性能的聚酰亚胺材料制作保持架，使其能达到高的接触疲劳强度、高的耐磨性、高的弹性极限和屈服强度、均匀硬度、一定的冲击韧度、比较好的尺寸稳定性等特点的NSK轴承，如图1所示。

图1 牙钻轴承

2.1.2 轴承使用的防护措施［1］

1)在安装时涡轮轴与轴承内孔的配合过盈量最好在0.5～1.5 μm之间，轴承压入涡轮轴中，作用力应直接加在内圈端面上，以免损坏轴承的滚珠和滚道。

2)轴承装入涡轮轴后应将轴承与涡轮轴清洗干净，并滴入专用润滑油。

3)牙钻手机每次经消毒后，再次使用前，需在进气孔喷入适量润滑剂，以防轴承在无油状态下使用，降低使用寿命。

4)为了保证高速运转时轴承的稳定性，轴承的予紧弹簧片压力应控制在1.2±0.2 N。

2.2 主杆的优化设计

针对牙科医生提出的外观结构改弯的建议，结合本产品特性，将外观结构主杆改成内角为162°的折弯结构，如图2所示。从人体工学角度考虑，将手持主体部分与圆孔轴心线设计成162°的钝角。医生手腕和胳膊部分存在的角度可利用产品本身的角度补偿，从而使产品易于操作，消除了疲劳感、手臂动作幅度过大问题。［2］

图2 折弯结构

2.3 装拆工具的优化设计

为了提升品牌影响力和产品的销售业绩，在使用便捷度上特为本产品配备了专用装拆工具，即针头换装装置和多边型端盖扳手，如图3、图4所示。［3］

图3 针头换装装置

图4 多边型端盖扳手

该装置(图3)一段设计成开口形状，其开口尺寸与换针头时所要固定的外形尺寸相匹配，另一端设计成外部防滑、内部弹簧的一体式螺丝刀，外形与被拧部分相配套。［4］图5为拆车针使用前，图6为使用中的该装置拆卸车针，图7为车针拆卸后的零件图。［3］

图5 拆车针使用前图

图6 拆车针使用中图

图7 机头内部零件实物图

该装置的设计解决了目前同类型牙钻手机安装拆卸钻头不便的问题，很大程度上方便了使用者，为使用者节省了宝贵的时间。

2.4 牙钻机头的结构设计

除了上述优化外，还针对医疗中医源性交叉感染的敏感问题，特在本产品中设置了防气、水流回吸装置，在车针高速旋转钻孔时，通过某些结构作用，回气气流被阻止在机头壳体外，能有效地阻止污染物回流至牙钻手机内部，有效地避免医源性交感染的发生，保证医患人员不被二次感染。［5］经上述优化设计后，形成牙钻机头的优化结构。图8为产品涡轮高速旋转机头部分装配图，图9为产品机头部分装配分解图，图10为整体装配结构效果图，图11为产品实物图。