郭 靜

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，陜西西安710000）

0 引言

從醫(yī)學保健的角度來看，身體健康與牙齒的狀況有著直接聯(lián)系，許多疾病都是由口腔問題引起的。面對當今牙科診療的巨大需求，研發(fā)與設(shè)計良好的牙科醫(yī)療設(shè)備就顯得刻不容緩。當前，牙科診斷治療儀座椅已經(jīng)從最簡單的操作器械臺發(fā)展成為機械一體化的集成裝備，從低速鉆牙、自然光到高速鉆牙、光纖照明等技術(shù)都得到了發(fā)展。

1 牙科診斷治療儀座椅的構(gòu)成與工作原理

牙科診斷治療儀座椅主要由電源插頭、底板、升降裝置、俯仰裝置、輔助裝置、靠背、頭枕、扶手、坐墊等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其主要依靠電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，依靠機械能來給四連桿、三連桿機構(gòu)一個驅(qū)動力，從而使四連桿、三連桿機構(gòu)按照設(shè)計的方式運動，以此實現(xiàn)我們要求的運動方式。同時，其采用自動控制方式，只需要在控制面板上按動按鈕選擇需要的運動，即可完成升降、俯仰動作。

1.1 升降、俯仰裝置

主要是由電動機、簡單的機械裝置如四連桿、三連桿等構(gòu)成。在整個操作過程中，根據(jù)醫(yī)生的需要按動操作鍵盤上的按鈕，利用機械自動控制系統(tǒng)的過程控制來實現(xiàn)電動機控制，依靠直流電動機的往復(fù)工作來帶動四連桿機構(gòu)，通過四連桿機構(gòu)的運動來實現(xiàn)座椅的升降。同樣，俯仰過程控制也是由電動機帶動靠背實現(xiàn)，同時三連桿機構(gòu)起到了很好的調(diào)整作用。

1.2 輔助裝置

為了使座椅起落的全部進程活動安穩(wěn)，坐臥安寧，在坐椅下安裝氣彈簧。它是一種能夠省力并且起落的彈簧，可以分成可自鎖氣彈簧、不可自鎖氣彈簧。氣彈簧由套筒、活塞和活塞桿等構(gòu)成，在套筒內(nèi)加入高壓空氣或高壓氮氣，因為活塞兩頭面積不等發(fā)生壓差，來使得活塞及活塞桿挪動、支撐人或重物。

2 座椅升降裝置

一臺直流電動機既可作為發(fā)電機利用，也可作為電動機利用，用作直流發(fā)電機可以獲得直流電源，而作為直流電動機，因為其具備杰出的調(diào)速機能，在很多調(diào)速機能請求比力高的場所獲得了普遍利用。牙科診斷治療儀座椅下方用來節(jié)制座椅起落的電動機選擇24 V DC永磁直流電機OK628，它的最大推力為6 000 N，最大拉力為4 000 N，結(jié)構(gòu)布局緊湊，安裝尺寸較小，內(nèi)置限位開關(guān)（不可調(diào)），采用直徑30 mm的鋁制連接管、直徑24 mm的鋁制拉伸管。

此次設(shè)計采用的是平行四連桿機構(gòu)，兩端鉸接，兩端固定，在兩端鉸接處給一個驅(qū)動力來使其運動。連架桿不轉(zhuǎn)動整周，在給其中一個連架桿驅(qū)動力時，此桿繞著固定的支點順時針旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)時帶連桿運動，連桿平動，同時另一連架桿也開始運動，兩連架桿的旋轉(zhuǎn)使得連桿與地面的距離變近，實現(xiàn)了降；反之則升。當平行四邊形機構(gòu)的四個桿處于一直線位置時，從動件的活動不確定，為防止產(chǎn)生這類問題，平行四邊形機構(gòu)中常連桿做成平行桿。

3 機構(gòu)強度校核

在設(shè)計時，一般在相同的強度下可以減少材料用量，優(yōu)化機構(gòu)設(shè)計，但材料在機構(gòu)中會發(fā)生拉伸或壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)及其組合等變形，所以要用簡化計算法、平衡法、疊加法、變形協(xié)調(diào)分析法等來判定強度是否符合要求。許用應(yīng)力是機械設(shè)計中許可零件或構(gòu)件所承受的最大應(yīng)力值，在受力中我們要求使用的材質(zhì)在工作情況下所承受最大載荷的工作應(yīng)力要小于許用應(yīng)力，這樣這個零件或構(gòu)件在運轉(zhuǎn)中才是安全的，否則就是不安全的。

此次四連桿采用45鋼制材料，45鋼制材料的屈服極限是360 MPa，安全系數(shù)一般為1.5～2即可，取2，則許用應(yīng)力[σ]=360÷2=180 MPa。假設(shè)該座椅能承受的最大載荷F=400 N，桿長L=250 mm，桿的直徑d=15 mm，則桿件能否承受最大載荷，是否存在發(fā)生彎曲變形或者斷裂的可能，需要進行校核，看桿件的最大應(yīng)力是否小于許用應(yīng)力。

由計算可知結(jié)構(gòu)安全，能承受要求的最大載荷。

4 座椅俯仰裝置

在此次俯仰裝置設(shè)計中，采用了三連桿機構(gòu)，三連桿機構(gòu)運動靈活，應(yīng)用范圍廣，設(shè)計簡便。在俯仰裝置中，電動機帶動連桿兩端，電動機的伸縮可使三連桿機構(gòu)隨之伸縮來完成座椅靠背的俯仰，這一方面保證了俯仰的實現(xiàn)，另一方面也使人在伸縮過程中不會發(fā)生滑移。

5 其他裝置

頭枕設(shè)計分為固定式和活動式兩種。在高靠背座椅中，頭枕與靠背做成一體，頭枕不能拆卸；在低靠背座椅中，頭枕與靠背是可分離的，頭枕是一個獨立的構(gòu)件，用單插銷或雙插銷插入座椅靠背的插座，牢牢固定在靠背上。低靠背座椅的頭枕分為可調(diào)節(jié)式和固定式，可調(diào)節(jié)式又分為手動調(diào)節(jié)和電動調(diào)節(jié)，用以調(diào)整頭枕的上下高度和左右角度。

從患者就診時的舒適性和便利性出發(fā)，本設(shè)計選擇采用可調(diào)節(jié)式頭枕，調(diào)節(jié)頭枕可以使其與患者頸背外形更加貼合，以順應(yīng)不同身高患者的需求。為使頭枕能夠達到各個位置，在設(shè)計時將頭枕與靠背分開設(shè)計，在靠背的上端設(shè)計可以調(diào)節(jié)頭枕高度和角度的裝置，按下靠背上端的頭枕按鈕，頭枕鎖緊即松開，將頭枕調(diào)節(jié)到合適的高度后，松開頭枕按鈕，頭枕即自動鎖緊固定。用手調(diào)松頭枕調(diào)節(jié)手柄，即可調(diào)節(jié)頭枕到合適的角度，再調(diào)緊手柄，則頭枕鎖死。扶手設(shè)計考慮到了便于患者上、下牙科椅，右扶手為活動扶手，患者上、下牙科椅時，可將右扶手順時針旋轉(zhuǎn)到極限位置，待患者坐好后，再將右扶手逆時針旋轉(zhuǎn)到使用位置。

6 結(jié)語

本文所述座椅是基于當下牙科疾病越來越普遍，人們對就醫(yī)設(shè)備要求越來越高的前提設(shè)計的，它可以在牙科治療或保健時減輕病人痛苦，使得患者更加舒適，也使得醫(yī)生操作起來更加便捷。

本文首先對牙科診斷治療儀座椅的構(gòu)成、工作原理進行了描述，然后以機械設(shè)計中的四連桿機構(gòu)為原型對升降裝置進行了設(shè)計，升降裝置與電動機的配合實現(xiàn)了座椅的升降，設(shè)計完成后通過校核來檢驗設(shè)計的合理性。升降裝置設(shè)計完成后又進行了俯仰裝置的設(shè)計，過程如同升降裝置的設(shè)計過程，通過對主要裝置的設(shè)計，大體完成了座椅的框架。此次只對機器結(jié)構(gòu)、傳動方面做了一些設(shè)計，并未考慮斟酌控制以及材料選擇等方面的問題。

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