牙科診斷治療儀座椅的設計

郭 靜

（西安鐵路職業技術學院，陜西西安710000）

0 引言

從醫學保健的角度來看，身體健康與牙齒的狀況有著直接聯系，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，研發與設計良好的牙科醫療設備就顯得刻不容緩。當前，牙科診斷治療儀座椅已經從最簡單的操作器械臺發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、光纖照明等技術都得到了發展。

1 牙科診斷治療儀座椅的構成與工作原理

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、坐墊等結構構成。其主要依靠電動機將電能轉化為機械能，依靠機械能來給四連桿、三連桿機構一個驅動力，從而使四連桿、三連桿機構按照設計的方式運動，以此實現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、三連桿等構成。在整個操作過程中，根據醫生的需要按動操作鍵盤上的按鈕，利用機械自動控制系統的過程控制來實現電動機控制，依靠直流電動機的往復工作來帶動四連桿機構，通過四連桿機構的運動來實現座椅的升降。同樣，俯仰過程控制也是由電動機帶動靠背實現，同時三連桿機構起到了很好的調整作用。

1.2 輔助裝置

為了使座椅起落的全部進程活動安穩，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、活塞和活塞桿等構成，在套筒內加入高壓空氣或高壓氮氣，因為活塞兩頭面積不等發生壓差，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電機利用，也可作為電動機利用，用作直流發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速機能，在很多調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，結構布局緊湊，安裝尺寸較小，內置限位開關（不可調），采用直徑30 mm的鋁制連接管、直徑24 mm的鋁制拉伸管。

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

3 機構強度校核

在設計時，一般在相同的強度下可以減少材料用量，優化機構設計，但材料在機構中會發生拉伸或壓縮、彎曲、剪切、扭轉及其組合等變形，所以要用簡化計算法、平衡法、疊加法、變形協調分析法等來判定強度是否符合要求。許用應力是機械設計中許可零件或構件所承受的最大應力值，在受力中我們要求使用的材質在工作情況下所承受最大載荷的工作應力要小于許用應力，這樣這個零件或構件在運轉中才是安全的，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，安全系數一般為1.5～2即可，取2，則許用應力[σ]=360÷2=180 MPa。假設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，看桿件的最大應力是否小于許用應力。

由計算可知結構安全，能承受要求的最大載荷。

4 座椅俯仰裝置

在此次俯仰裝置設計中，采用了三連桿機構，三連桿機構運動靈活，應用范圍廣，設計簡便。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，另一方面也使人在伸縮過程中不會發生滑移。

5 其他裝置

頭枕設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節式和固定式，可調節式又分為手動調節和電動調節，用以調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，本設計選擇采用可調節式頭枕，調節頭枕可以使其與患者頸背外形更加貼合，以順應不同身高患者的需求。為使頭枕能夠達到各個位置，在設計時將頭枕與靠背分開設計，在靠背的上端設計可以調節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，將頭枕調節到合適的高度后，松開頭枕按鈕，頭枕即自動鎖緊固定。用手調松頭枕調節手柄，即可調節頭枕到合適的角度，再調緊手柄，則頭枕鎖死。扶手設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到極限位置，待患者坐好后，再將右扶手逆時針旋轉到使用位置。

6 結語

本文所述座椅是基于當下牙科疾病越來越普遍，人們對就醫設備要求越來越高的前提設計的，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成、工作原理進行了描述，然后以機械設計中的四連桿機構為原型對升降裝置進行了設計，升降裝置與電動機的配合實現了座椅的升降，設計完成后通過校核來檢驗設計的合理性。升降裝置設計完成后又進行了俯仰裝置的設計，過程如同升降裝置的設計過程，通過對主要裝置的設計，大體完成了座椅的框架。此次只對機器結構、傳動方面做了一些設計，并未考慮斟酌控制以及材料選擇等方面的問題。

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