拉线及扭簧在三折式牙科椅上的应用
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摘要：牙科椅是口腔医学的主要诊疗设备之一，是牙科患者在诊断、治疗、手术等过程中的载体，可供患者在牙科椅上进行坐卧等多种姿势。文章分析总结了S2321型三折式牙科椅设计中拉线及扭簧的应用，为下一代牙科椅的设计开发提供理论依据和实践数据资料。
关键词：牙科椅；牙科拉线；扭力弹簧
中图分类号：R783 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0063-02
随着社会的发展，人们对口腔健康的要求越来越高，世界卫生组织也把口腔健康作为人体健康的十大标准之一。
1 三折式牙科椅概述
牙科椅（DENTAL PATIENT CHAIR），或称牙科病人椅，是牙科医生在给牙科患者诊断、治疗、手术等时供牙科患者坐卧的工具。三折式牙科椅（以下简称三折椅）是指座垫软垫分为两截，并且软垫前垫可以绕轴旋转折叠的牙科椅，它一般还包含有置脚装置。
常见的牙科椅座垫软垫大多是一个整体，不能折叠，患者上下椅位或乘坐不方便。而三折椅可以很好地解决这个问题，国内外著名的三折椅生产厂家有德国的Kavo，芬兰的普兰梅卡、菲曼特等，日本和国内广东等一些厂家也都有生产三折椅。
三折椅的置脚板形式大致可以分为两种：平行伸缩式和水平平移式。欧式三折椅大多采用平行伸缩式，就是置脚板与前座垫软垫保持平行状态，牙科椅前俯时置脚板缩进，牙科椅后仰时置脚板伸出，达到放置牙科患者脚的目的；日本的三折椅大多采用水平平移式，即利用平行四边形运动的原理，置脚板外露，牙科椅俯仰时，置脚板基本保持水平支承状态，故一般不能做到外观简洁轻薄。S2321三折椅是西北医疗器械（集团）有限公司生产的一款置脚板平行伸缩式牙科椅，综合考虑了国内外市场的需求。其外观图如图1所示：
图1 S2321牙科椅外观图
2 拉线概述
此处所称的拉线是指摩托车刹车拉线，拉线的结构可分为两层，一是可曲绕的金属外管，金属外管一般由钢带卷制，形式类似于螺旋弹簧但是中间没有间隙，最外面再包覆一层塑料套管；二是管内的金属缆线（内线），一般是多股钢丝绳。由于内线是包覆在外管之内，因此内线要能滑顺地运作必须依赖外管良好的走线安排，运行时不得有滞碍的感觉。
拉线的原理是利用了外管和钢丝绳能比较自由地弯曲但不易压缩的特点，利用金属外管作为支撑，内线传递位移和拉力，实现对刹车等机构的远距离控制。
拉线的应用很广泛，如汽车、摩托、船舶、飞机等的刹车、油门、换挡等。
3 扭簧概述
扭力弹簧是一种机械蓄力结构，主要用于古代弩炮和其他弩类远射武器。扭力弹簧通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转进行蓄力，利用杠杆原理释放，使被发射物具有一定的机械能。
扭簧为所有弹簧类别中设计原理较为复杂的一种，型式的变化亦多种多样，故设计时所涉及的理论也最为繁琐。
常见的牙科椅座垫软垫大多是一个整体，不能折叠，患者上下椅位或乘坐不方便。而三折椅可以很好地解决这个问题，因此为了实现三折椅的功能，在S2321牙科椅中，首次采用了拉线和扭簧组合的形式，实现了椅垫的折叠及置脚板伸缩问题。其原理图如图2所示：
图2 原理图
置脚板1为活动件，与椅架通过滑轨连接，拉线4一端固定在置脚板1上，另一端与运动件连接，拉线外管固定在两个挡块5之间，拉线外管可自然弯曲；扭簧6两端为圆孔状，一端安装在置脚板1的固定销2上，另一端安装在椅架的固定销2上，扭簧与固定销为间隙配合，可灵活转动。在牙医与牙科患者交流时，三折椅处于复位状态，即牙科椅高度降到最低，靠背最俯位，牙科椅前座垫软垫折叠，置脚板也是缩进的状态，方便牙科椅患者进入及上下牙科椅。待患者就位后，可按下控制牙科椅椅位的按键，牙椅椅位升高，靠背后仰，座垫前垫动作抬高乘坐者的腿部；由于置脚板与靠背俯仰运动机构设计为联动机构，所以在靠背后仰时，置脚板也同时伸出，支承患者的脚部，以保证患者长时间治疗的舒适性。治疗完成后，再按下复位键，则牙科椅会降到最低，靠背前俯，牙科椅前座垫软垫折叠，置脚板也自动缩进，以便患者上下牙科椅。
5 S2321牙科椅的特点
综上所述，三折椅的置脚板形式大致可以分为两种：平行伸缩式和水平平移式。欧式三折椅大多采用平行伸缩式，牙科椅前垫可以做到很薄，但是经调研，目前发现的平行伸缩式三折椅，置脚板均为刚性伸缩或手动推拉伸缩，而S2321牙科椅采用了拉线和扭簧的组合形式，因此置脚板为弹性伸缩，如果牙科椅在最低位而置脚板在伸长时，遇到障碍物，则置脚板会停止伸长，避免挤压坏障碍物或损伤牙科椅本身，保证患者及设备的安全。
S2321牙科椅中采用的拉线结构，是一种灵活的远距离传递位移和拉力的结构，尺寸小，安装简单，但是须保证拉线的正确安装和顺滑度，装配时要有良好的走线，外管的长度要适当，不可有过短或过于曲折的情形，切记不能打死弯。
S2321牙科椅中采用了扭簧，扭簧一般都是传递扭力的装置，但是在S2321牙科椅设计中，却是将扭簧作为推力元件使用，不同于常见的扭簧，它是两端固定，中间自由，在三折椅后仰过程中拉线放松，扭簧就会自动将置脚板向外推出，由于扭簧的弹力是持续性的，所以就保证了置脚板的运动也很平稳。
在S2321牙科椅中，扭簧采用了65Mn优质弹簧钢，扭臂很长，所以行程很大，受力特性较好，使用寿命长，而且，为了保证置脚板平行伸出，在S2321牙科椅实际装配中采用了两根尺寸完全相同的扭簧，左右对称安装，保证置脚板两边受力相等。需要注意的是安装时要保证扭簧有充足的。
6 结语
上文简述了S2321型三折椅的大体特点，分析总结了拉线和扭簧组合的意义及优缺点，在该牙科椅上的应用，为下一代牙科椅的设计开发提供理论依据和实践数据资料。
参考文献
[1] 吴宗泽.机械设计师手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 张英会，等.弹簧手册[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 中华人民共和国汽车行业标准.摩托车和轻便摩托车操纵拉索技术条件（QC/T228.1-1997）[S].
作者简介：王仓库（1975-），男，陕西礼泉人，咸阳西北医疗器械（集团）有限公司工程师，研究方向：医疗器械。