Наконечник бормашины с приводом для зубоврачебного или хирургического применения - RU2372046C2
Код документа: RU2372046C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к наконечнику бормашины с приводом для зубоврачебного или хирургического применения типа, содержащего: полый вал, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси и установленный с помощью подшипников в неподвижном кожухе; зажим, установленный в переднем конце полого вала и имеющий центральный канал, предназначенный для размещения хвостовика съемного инструмента, при этом зажим имеет осевые плечи, расположенные вокруг указанной оси, каждое из которых снабжено зажимным кулачком в центральном канале; затяжной механизм, опирающийся на полый вал и расположенный с возможностью приложения центростремительной силы к опорной поверхности каждого плеча зажима для зажимания хвостовика инструмента между зажимными кулачками зажима; и электродвигатель, вал которого расположен в продолжение полого вала, при этом смежные концы этих двух валов соединены друг с другом с возможностью вращения посредством сцепления с геометрическим замыканием.
Уровень техники
Ручное устройство с приводом этого типа известно, например, из патентной заявки ЕР 670149. Полый вал, поддерживающий зажим, установлен с помощью двух подшипников в конструкции передней части наконечника бормашины, а вал электродвигателя опирается на два других подшипника в конструкции задней части. Две конструкции соединены вместе конец к концу и свинчены друг с другом в центральной части наконечника бормашины, где два коаксиальных вала соединены друг с другом конец в конец. Конструкция этого же типа с пневматическим двигателем показана на фиг.2-5 в патентной заявке US 2002/0151902 A1.
Первый недостаток этой конструкции заключается в ее длине, что особенно неудобно в случае наконечника бормашины, содержащего электрический двигатель, который является достаточно тяжелым в задней части для руки пользователя. Другой недостаток, который является более неудобным, заключается в трудности обеспечения хорошей концентричности и хорошего выравнивания двух валов. Любая ошибка в этом отношении неизбежно приводит к вибрациям и шуму при высоких скоростях вращения, достигаемых с помощью устройства этого типа.
Раскрытие изобретения
Данное изобретение имеет целью устранение указанных выше недостатков уровня техники на основе системы, которая обеспечивает упрощение расположения подшипников наконечника бормашины и получение более компактной конструкции, подвергаемой меньшей вибрации. Дополнительной целью изобретения является получение осевых предварительных напряжений, которые предпочтительно распределяются на подшипники.
На этой основе создан наконечник бормашины с приводом указанного во вводной части типа, который характеризуется тем, что смежные концы двух валов опираются оба на одно и то же внутреннее кольцо центрального подшипника. Сцепление предпочтительно расположено внутри внутреннего кольца центрального подшипника.
Таким образом, изобретение обеспечивает установку всей вращающейся части наконечника бормашины с приводом только на трех подшипниках при сохранении сцепления, которое допускает определенный осевой зазор между валом электродвигателя и валом, поддерживающим зажим и инструмент, которые выравнены коаксиально.
Таким образом, два вала всегда удерживается безупречно концентричными в зоне их соединения, и именно в этой зоне они центрируются с помощью внутреннего кольца центрального подшипника. Даже если имеется небольшая погрешность в выравнивании двух валов, то есть небольшой угол между их осями, это не приводит к вибрациям.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, первая пружина предварительного напряжения расположена с возможностью приложения постоянного осевого напряжения к полому валу через подшипник, поддерживающий этот вал спереди, в то время как вторая пружина предварительного напряжения расположена между двумя валами в зоне сцепления и выполнена с возможностью передачи осевого напряжения от одного к другому, которое меньше напряжения первой пружины, так что разница между этими осевыми напряжениями передается на центральный подшипник, в то время как напряжение второй пружины служит для предварительной нагрузки третьего подшипника.
Другие признаки и преимущества данного изобретения следуют из приведенного ниже описания различных вариантов выполнения, являющихся не ограничивающими изобретения примерами, со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На чертежах изображено:
фиг.1 - наконечник бормашины согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг.2а и 2b - продольный разрез первого варианта выполнения наконечника бормашины согласно фиг.1, содержащего зажим, соединенный с затяжным механизмом шарикового типа;
фиг.3-5 - зажим, показанный на фиг.2, соответственно, в изометрической проекции, в продольном разрезе и на виде сверху;
фиг.6 - управляющее устройство для зажимания зажима, в изометрической проекции;
фиг.7 - сцепление между двумя валами ручного устройства;
фиг.8 - промежуточная часть сцепления;
фиг.9 - продольный разрез второго варианта выполнения, полученного в результате модификации зажимного механизма шарикового типа, показанного на фиг.2, в увеличенном масштабе.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан наконечник 1 бормашины для зубоврачебного или хирургического применения, в котором можно видеть различные варианты выполнения, описание которых приведено ниже. Наконечник бормашины снабжен съемным вращающимся инструментом 2 с цилиндрическим хвостовиком 3, который зажат во вращающемся зажиме указанного наконечника 1. Он содержит двигатель, т.е. электрический двигатель, для приведения инструмента 2 во вращение с высокой скоростью. Двигатель расположен в главном корпусе 4 наконечника бормашины и снабжается энергией и управляется из внешнего блока через электрический кабель 5, соединенный с задней частью наконечника бормашины. Оператор управляет затягиванием и освобождением зажима посредством поворота втулки 6, установленной с возможностью вращения на корпусе 4, в одном или другом направлении. Позициями 7 и 8 обозначены вентиляционные отверстия. Такой инструмент находит применение, в частности, в зубоврачебной практике, стоматологических лабораториях и в микрохирургии. В показанных здесь примерах, наконечник бормашины является инструментом для стоматологической лаборатории с использованием инструментов, имеющих хвостовик диаметром 2,35 мм.
Ниже приводится описание первого варианта выполнения зажима 10 для зажимания инструмента и затягивающего и освобождающего механизмов этого зажима со ссылками на фиг.2-5. Зажим 10 расположен в переднем конце наконечника бормашины внутри полого вращаемого вала 11, соединенного с валом 12 электродвигателя 13. Вал 11 опирается на шариковые подшипники 14 и 15 в кожухе 16, прикрепленном к корпусу 4 наконечника бормашины, и таким образом может вращаться со скоростями порядка до 50000 об/мин в показанном устройстве. Однако захватный зажим, такой как зажим 10, можно использовать также в устройствах, в которых инструмент может вращаться со скоростью в несколько сотен тысяч оборотов в минуту, в частности, с помощью привода от воздушной турбины.
Механизм 17 для затягивания зажима 10 установлен на валу 11 и вращается вместе с ним. Механизм 18 для освобождения зажима, который управляется посредством поворота втулки 7, установлен на не вращающемся кожухе 16 и выполнен с возможностью воздействия на затяжной механизм 17 с целью освобождения инструмента, когда вращение остановлено. Описание этих механизмов будет приведено ниже.
На фиг.3 и 5 показан, в частности, первый вариант выполнения зажима 10, который в этом случае имеет три зажимных кулачка 20, равномерно распределенных вокруг центрального канала 19 зажима для размещения хвостовика 3 инструмента. Каждый зажимной кулачок 20 имеет часть 21 с цилиндрической поверхностью, предназначенную для контакта с хвостовиком инструмента.
Спереди зажим 10 имеет по существу цилиндрическую входную трубу 22, снабженную осевым отверстием 23, калиброванным с высокой точностью для возможно точной центровки инструмента. Как показано на фиг.2, задняя направляющая труба 24 зафиксирована в вале 11 сзади зажима 10 и имеет центральное отверстие 25, предназначенное для направления конца хвостовика инструмента.
Каждый зажимной кулачок 20 образует интегральную часть соответствующего рычага 26, который проходит в осевом направлении к задней части трубы 22, к которой он прикреплен с помощью гибкой части 27, образующей соединение, вокруг которого может поворачиваться рычаг 26 в направлении оси 30 вращения вала. На каждом рычаге 26 расположен зажимной кулачок 20 ближе к упругой части 27, чем к свободному концу 28 рычага, так что радиальная сила, приложенная к рычагу вблизи его конца 28, создает большую зажимную силу на уровне зажимного кулачка 20.
Показанный на чертежах зажим предпочтительно выполнен из одного куска металла, например стали. Рычаги 26 отделены друг от друга осевыми прорезями 31, каждая из которых продолжается через паз 32 в заднюю часть трубы 22. Штифт 33, который удерживает с возможностью вращения зажим 10 и полый вал 11, входит в каждый паз 32. Поперечные прорези 34 уменьшают толщину рычагов 26 у их основания и тем самым задают гибкие части 27 в трех периферийных зонах поперечного сечения зажима. Впереди входной трубы 22 выполнена внутренняя кольцевая канавка 35 для кольца 36 круглого сечения и наружная кольцевая канавка 37 для выступов фиксированной крышки 38 и винта 39, ввинченного в вал 11 для осевого удерживания зажима 10. Винт 39 снабжен вентиляционными ребрами 39а, предназначенными для создания небольшого воздушного давления под крышкой 38 с целью предотвращения прохождения загрязнений через щель между крышкой и трубой 22. Дополнительно к этому, винт 39 прижимает в радиальном направлении конец 11а полого вала 11 к трубе 22, при этом этот конец является тонким и разделен на упругие лепестки с помощью осевых прорезей. Это обеспечивает центровку зажима 10 без зазора в полом вале.
В варианте выполнения, не показанном здесь, входная труба 22 может быть отдельной деталью, которая не образует часть зажима 10. Торец указанного зажима в этом случае образует короткая кольцевая часть, к которой с помощью соединения прикреплены рычаги 26. Эта кольцевая часть может быть выполнена, при необходимости, в виде отдельной от рычагов детали, но обычно предпочтительной является состоящая из одной детали конструкция.
Затяжной механизм 17 содержит втулку 40, которая установлена с возможностью скольжения вокруг полого вала 11, на котором она удерживается с возможностью вращения с помощью поперечины 41, входящей в продольные прорези вала 11 и втулки 40. Пружина 42 сжатия, опирающаяся на заднюю направляющую трубу 24, толкает поперечину 41 в осевом направлении назад. Передний конец втулки 40 имеет внутреннюю канавку 43, образованную спереди конической поверхностью 44. Три шарика 45 установлены в соответствующих отверстиях полого вала 11 и имеют диаметр, соответствующий расстоянию между внутренней поверхностью вала 11 и основанием канавки 43 втулки 40. Каждый шарик 45 опирается на наружную поверхность одного из рычагов 26 зажима 10 вблизи конца 28 рычага.
Когда втулка 40 освобождается освобождающим механизмом 18, то она стремится скользить назад под действием осевого давления пружины 42, так что ее коническая поверхность 44 толкает конец каждого рычага 26 радиально внутрь с помощью соответствующего шарика 45. В результате поворота рычага на гибкой части 27, эта сила передается с многократным усилением на зажимной кулачок 20 рычага и, таким образом, очень плотно и постоянно зажимает хвостовик инструмента во время работы. Для специалистов в данной области техники известно, что рычаги 26 зажима в таком затягивающем механизме могут быть жесткими или слегка гибкими. Если они являются жесткими, то радиальные перемещения их концов являются просто слишком короткими, и то же относится к осевому перемещению втулки 40. В обоих случаях постоянно сохраняется большая зажимная сила на уровне зажимного кулачка, даже если сила пружины 42 является сравнительно небольшой, как результат действия рычага зажима, а также как результат небольшого наклона конической поверхности 44 относительно оси 30. Этот наклон также означает, что центробежная сила, действующая на рычаг 26, не способна преодолеть действие пружины 42. Следует дополнительно отметить, что передача усилий через шарики 45 осуществляется с очень небольшим трением, и это также способствует сохранению заданной зажимной силы. Однако эти шарики не являются обязательными и могут быть заменены любыми передаточными элементами, проходящими через вал 11 и воздействующими на рычаги 26.
Освобождающий механизм 18 выполнен с возможностью толкания втулки 40 вперед против силы пружины 42, когда пользователь поворачивает втулку 6 на корпусе 4 в соответствующем направлении. Он содержит втулку 50, соединенную с возможностью вращения с управляющей втулкой 6, один или более шариков 51, в данном случае два шарика, расположенных симметрично относительно оси 30 ручного устройства, и упорный буртик 52, установленный с возможностью скольжения в кожухе 16 и имеющий на переднем конце внутренний выступ 53 для осевой опоры на наружный фланец 54 втулки 40, когда последняя не вращается. Шарики 51 входят в наружную кольцевую канавку 55 буртика 52. Дополнительно к этому, каждый шарик 51 входит в соответствующую осевую канавку 56 втулки 50 и в наклонную прорезь 57 (смотри фиг.6) кожуха 16. Путь прохождения каждой прорези 57 является по существу спиральным для задания определенного осевого перемещения шарика 51, и ее концы могут быть слегка отогнутыми для лучшего задания места остановки шарика. В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг.6, задний конец каждой прорези 57, соответствующий отведенному назад положению буртика 52 и тем самым состоянию затягивания зажима 10, снабжен упругой лапкой 58, конец которой имеет выступ, который удерживает шарик 51 посредством сцепления с концом прорези 57. Это обеспечивает управление поворотом втулки 6, упруго удерживаемой для предотвращения ненамеренного срабатывания, и показывает пользователю, что она покидает нормальное рабочее положение зажима. Следует отметить, что упругая лапка изготавливается посредством простого фрезерования дополнительной прорези 59 в кожухе 16.
Примечательным признаком наконечника бормашины, показанного, в частности, на фиг.2, является то, что вращающаяся часть опирается только на три подшипниковые системы, т.е. на передний шарикоподшипник 14, центральный шарикоподшипник 15 и задний шарикоподшипник 60, при этом оба из двух коаксиальных валов 11 и 12 опираются на центральный подшипник 15, внутри которого они соединены друг с другом с возможностью вращения с помощью сцепления 61 с геометрическим замыканием, показанным в частности, на фиг.2, 7 и 8. Задний конец полого вала 11 имеет выступ 62, который упирается во внутреннее кольцо 63 подшипника 15. Он дополнительно имеет ряд зубцов 64, входящих в кольцо 63, в данном случае три зубца, распределенных с угловым расстоянием 120° друг от друга по окружности. Передний конец вала 12 электродвигателя входит во внутреннее кольцо 63 подшипника 15, предпочтительно с возможностью скольжения для обеспечения выполнения небольших осевых перемещений, которые могут вызываться тепловым расширением, осевым зазором подшипников и другими допусками. Этот конец вала 12 также имеет зубцы 65, проходящие в осевом направлении между зубцами 64 другого вала для обеспечения передачи крутящего момента в обоих направлениях между двумя валами. Промежуточная деталь 66, предпочтительно изготовленная из синтетического материала, имеет центральный цилиндрический корпус 67 и радиальные ребра 68, которые расположены между смежными зубцами 64 и 65 и служат в качестве амортизаторов. Кроме того, промежуточная деталь 66 предварительно напряжена в осевом направлении к полому валу 11 с помощью пружины 69 сжатия, расположенной в вале 12, описание действия которой будет приведено ниже.
Передний подшипник 14 предварительно нагружен с помощью мембранной пружины 70, которая толкает наружное кольцо 72 подшипника, которое может скользить в кожухе 16 в направлении назад. Предварительное осевое напряжение передается через подшипник 14 и вал 11 до зоны центрального подшипника 15, где оно частично распределяется по промежуточной детали 66 и валу 12 электродвигателя в степени, равной осевому давлению пружины 69, а остаток распределяется в центральном подшипнике 15 в виде предварительного напряжения, которое возвращается в кожух 16 через наружное кольцо 72 подшипника. Осевая сила, с которой пружина 69 воздействует на вал 12, образует осевое предварительное напряжение заднего подшипника 60. В результате осевого зазора сцепления 61 между двумя валами, это напряжение не изменяется, когда пользователь оказывает осевое давление на инструмент, поскольку давление полностью поглощается центральным подшипником 15, наружное кольцо которого опирается на конец трубчатого элемента 73 корпуса 4, ввинченного в задний конец кожуха 16.
Описанная конструкция имеет те же преимущества, что и классическая конструкция с четырьмя подшипниками относительно поглощения осевых нагрузок, однако она заметно короче и поэтому позволяет значительно сократить полную длину наконечника бормашины. Это уменьшение длины имеет большое преимущество увеличения точности манипулирования оператором, в частности, посредством уменьшения воздействия нагрузок, оказываемых кабелем 5 на заднюю часть устройства.
Другое преимущество заключается в том, что когда смежные концы двух валов 11 и 12 опираются и центрируются одним и тем же кольцом 62, то их концентричность обеспечивается без каких-либо дополнительных средств.
На фиг.9 показан второй вариант выполнения затяжного механизма 17, который обеспечивает заметные упрощения по сравнению с первым вариантом выполнения. Механизм 17 отличается от описанного выше механизма в основном расположением, показанным на фиг.9, и отказом от центральной пружины 42, показанной на фиг.2. Таким образом, освобождающий механизм 18 действует в качестве управляющего средства для затягивания и освобождения.
Как показано на фиг.9, передний конец втулки 40 модифицирован посредством простого выполнения кольцевой канавки 80 с круговым арочным профилем, при этом эта канавка отделена от конической поверхности 44 коротким отрезком цилиндрической поверхности, которая образует радиальный выступ 81 относительно смежных поверхностей. В этом случае каждый рычаг 26 зажима 10 предпочтительно является слегка гибким, что позволяет работать затяжному механизму 17 следующим образом.
На фиг.9 показано положение освобождения, в котором каждый шарик 45 выполнен с возможностью прохождения вниз на дно канавки 43, так что каждый рычаг 26 зажима 10 может раздвигаться до упора во внутреннюю поверхность полого вала 11. Затем раздвигаются зажимные кулачки 20 зажима 10 на максимальное расстояние, и можно вводить или удалять хвостовик 3 инструмента.
Затем для затягивания зажима 10 втулка 40 отводится назад посредством поворота управляющей втулки 6, как и в предыдущем варианте выполнения, однако осевое перемещение втулки 40 больше, поскольку оно выполняется, пока шарики 45 не войдут в канавку 80. При перемещении коническая поверхность 44 на шариках 45 толкает рычаги 26 в направлении центра и приводит к их изгибанию, когда зажимные кулачки зажима встречают адекватное сопротивление со стороны хвостовика инструмента. В результате этого изгибания цилиндрический выступ 81 может проходить над шариками, и затем канавка 80 входит в зацепление с шариками и удерживает скользящую втулку 40 на месте лишь на основе силы воздействия рычагов 26 на шарики 45.
Освобождение осуществляется по существу тем же путем, что и в первом варианте выполнения, посредством поворота управляющей втулки 6 (смотри фиг.6), что приводит к перемещению буртика 53 и втулки в положение, показанное на фиг.9.
Возможность отказа от центральной пружины 42, показанной на фиг.2, обеспечивает значительные преимущества. Во-первых, улучшается балансировка вращающихся частей, поскольку такую пружину никогда нельзя идеально отцентрировать в отверстии, в котором она находится. Увеличение веса также способствует этому. Во-вторых, устранение пружины обеспечивает уменьшение осевых сил, оказываемых освобождающим механизмом 18 в переднем направлении на скользящую втулку 40 и, следовательно, на полый вал 11. Эти силы должны затем проходить в подшипник, поддерживающий этот вал, в частности в передний подшипник 14, который выполнен с наименьшими размерами и не должен подвергаться воздействию большой осевой силы. С помощью расположения, показанного на фиг.9, максимальная осевая сила, воздействующая на вал 11 во время освобождения, является силой, необходимой для обеспечения выхода шариков 45 из канавки 80. Ее величину можно легко задавать посредством задания профиля этой канавки.
Как показано на фиг.9, фланец 82 или ряд эквивалентных приливов выполнен на внутренней кромке цилиндрического отверстия 78, содержащего шарик 45, с целью его удерживания, когда зажим 10 удален. Поскольку выполнение фланца не является простым, то его можно заменить легким выступом задней трубки 24 в выход отверстия 78, слегка укорачивая рычаги 26 зажима.
Реферат
Изобретение относится к медицинской технике. Наконечник для бормашины имеет зажим в передней части, который выполнен с возможностью плотного зажимания хвостовика инструмента и установлен во вращаемом полом вале. Вращение производят с помощью электродвигателя, вал которого расположен в продолжение полого вала. Смежные концы этих двух валов соединены с возможностью вращения с помощью сцепления с геометрическим замыканием. Смежные концы двух валов опираются оба на одно и то же внутреннее кольцо центрального подшипника. Сцепление расположено внутри указанного внутреннего кольца, в котором установлен с возможностью скольжения конец вала электродвигателя и нагружен в осевом направлении пружиной. В результате сокращается длина наконечника и увеличивается точность манипулирования им оператором, в частности, посредством уменьшения нагрузок, которые оказывает кабель на заднюю часть наконечника. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
