Преобразователь движения

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано, например, в аппаратах для обработки костных тканей. Преобразователь содержит регулируемый электропривод, шток с узлом крепления инструмента, шпиндель, приспособление ограничения от проворота штока вокруг оси. Шпиндель имеет хвостовик для крепления к валу электропривода. Заодно со шпинделем выполнен цилиндр, внутренняя поверхность цилиндра снабжена рабочим профилем, а его внешняя поверхность - резьбой. В цилиндре размещен шток, на внешней поверхности которого выполнен рабочий профиль, идентичный указанному. Между ними диаметрально противоположно размещены шарики. На направляющей муфте выполнены осевые направляющие пазы. Направляющая муфта накидной гайкой скреплена с корпусом устройства. Рабочие профили выполнены по закону A = Rtgα, где А - амплитуда перемещения штока, R - радиус окружности, на которой выполнен рабочий профиль, α - угол развертки. В направляющих пазах штока и муфты размещены шарики, разделенные проставкой. Предусмотрено, что указанная муфта и торец корпуса выполнены с возможностью фиксации в любом положении вокруг оси, а в корпусе, шпинделе и штоке выполнены дренажные отверстия. В результате обеспечивается возможность снижения ортогональных вибраций, повышение частоты колебаний рабочего инструмента, повышение усилия на рабочем инструменте. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в области травматологии и ортопедии, в частности, в аппаратах для обработки костных тканей, а также в качестве компрессора и вакуумного насоса для медицинских целей.

Известна дрель хирургическая с устройством преобразования вращательного движения в угловые гармонические движения трубчатого сверла [1].

Известный преобразователь не позволяет точно выполнить обработку костной ткани, так как в руках хирурга колеблется корпус дрели и инструмент относительно вилки эксцентрика. При перемещении рабочего конца инструмента по кругу и вращении не обеспечена неповреждаемость тканей операционного поля, при этом хирург вынужден задействовать обе руки для удержания дрели от колебаний, что создает неудобства при операции.

Известно также электромеханическое устройство для резания костных тканей, остеотомии, введения и извлечения штифтов при остеосинтезе и для проведения массажа, принятое за прототипе [2].

Устройство содержит генераторы синусоидальных колебаний, усилитель постоянного тока с регулятором частоты и амплитуды электрического сигнала, что позволяет составному штоку со съемным рабочим инструментом совершать в подшипниках плавные возвратно-поступательные движения, удары, дергающие и вибрационные движения.

Средняя часть штока выполнена из диамагнитного материала и размещена в трубчатом корпусе, а остальные участки штока служат якорями, на которых жестко закреплены постоянные магниты, расположенные на расстоянии, равном рабочему ходу штока от полюсов намагничивающей катушки и ярма, и выполнены с возможностью взаимодействия с выступающими буферными кольцами, при этом шпонка исключает проворот штока.

Недостатком описанного устройства является то, что оно создает недостаточное усилие перемещения инструмента, например пилы при обработке костной ткани, что может привести к застреванию инструмента в обрабатываемой среде и увеличению времени проведения операции. Для увеличения создаваемого усилия необходимо соответственно увеличить массу и габариты устройства.

К недостаткам следует отнести и резкое перемещение штока с инструментом из одного крайнего положения в другое, что приводит к разогреву обрабатываемой среды. Кроме того, чтобы удержать устройство от перемещений, хирургу приходится использовать обе руки, что создает ограничения в действиях хирурга и снижает функциональные возможности устройства.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого устройства, является обеспечение возможности снижения ортогональных вибраций, повышение частоты колебаний рабочего инструмента, повышение усилия на рабочем инструменте.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе движения, содержащем регулируемый электропривод, шток с узлом крепления инструмента, шпиндель, приспособления ограничения от проворота штока вокруг оси, шпиндель имеет хвостовик для крепления к валу электропривода, устройство дополнительно содержит цилиндр, выполненный заодно со шпинделем. Внутренняя поверхность цилиндра снабжена рабочим профилем, а его внешняя поверхность - резьбой, в цилиндре размещен шток, внешняя поверхность которого снабжена рабочим профилем, идентичным указанному, между рабочими профилями цилиндра и штока диаметрально противоположно размещены два шарика, шпиндель резьбовым соединением скреплен с ограничивающей муфтой, при этом на штоке и на направляющей муфте выполнены идентичные осевые направляющие пазы, а направляющая муфта накидной гайкой скреплена с корпусом устройства.

Предусмотрено, что указанные рабочие профили цилиндра, шпинделя и штока выполнены по закону A = Rtgα, где А-амплитуда перемещения штока, R-радиус окружности, на которой выполнен рабочий профиль, α - угол развертки.

В направляющих пазах штока и направляющей муфты размещены шарики, разделенные проставкой. Направляющая муфта, шток и торец корпуса устройства выполнены с возможностью фиксации в любом положении вокруг оси, например снабжены насечками.

В корпусе, шпинделе и штоке выполнены дренажные отверстия.

На фиг. 1 представлено заявляемое устройство, на фиг.2 - вид сверху на шпиндель, на фиг.3 - развертка рабочего профиля.

Заявляемое устройство включает регулируемый электропривод 1, корпус устройства 2, в котором на подшипнике 3 закреплен шпиндель 4 с хвостовиком для соединения с валом электропривода 1. Заодно со шпинделей 4 выполнен цилиндр, внутренняя поверхность которого включает рабочий профиль 5 (фиг.3). Вершины рабочего профиля 5 размещены на цилиндре диаметрально противоположно и выходят на торец цилиндра шпинделя 4. На внешней поверхности шпинделя 4 выполнена резьба для прикрепления ограничивающей муфты 6, удерживающей шарики 7 от выпадения из рабочего профиля 5. Шток 8 с узлом крепления сменного инструмента 9 и продольными направляющими пазами 10 размещен в направляющей муфте 11 с направляющими пазами, идентичными направляющим пазам на штоке 8. В направляющие пазы штока 8 и направляющей муфты 11 уложено по два шарика 12 и между ними размещены проставки 13. Направляющая муфта 11 торцом с насечками опирается на торец с насечками корпуса 2 и крепится к корпусу 2 накидной гайкой на резьбе 14. Накидная гайка 14 ограничивает от выпадения шарики 12 из направляющих пазов 10 штока 8 и направляющей муфты 11. Накидная гайка 14 позволяет крепить направляющую муфту 11, а вместе с ней и шток 8 с рабочим инструментом относительно оси устройства на любой угол. На корпусе 2, шпинделе 4 и штоке 8 выполнены дренажные отверстия 15.

Устройство работает следующим образом. Регулируемый электропривод 1 подключают к источнику питания, вращательное движение его выходного вала передается на хвостовик шпинделя 4 преобразователя движения. При вращении шпинделя 4 шарики 7 в рабочем профиле 5 на внутренней поверхности цилиндра шпинделя взаимодействуют с рабочим профилем 5 на внешней поверхности штока 8, причем за четверть оборота шпинделя 4 (П/2) шток 8 переместится из любого крайнего положения на величину А/2, за пол-оборота шпинделя 4 (П) шток 8 переместится на величину А, а за полный оборот (2П) шток 8 совершит полное колебание на величину 2А (фиг.3).

Шарики 7, обкатываясь по образующим рабочих профилей 5, образуют трение качения, так же как и шарики 11 в направляющих пазах 10 штока 8 и направляющей муфты 11. Предлагаемое решение существенно снижает энергозатраты электропривода на преодоление трения. Кроме того, дренажные отверстия 15, выполненные в корпусе 2, шпинделе 4 и штоке 8, при их взаимном перемещении позволяют снизить напряжение компрессии в полостях между указанными деталями.

Выбранный разъемный тип соединения обеспечивает возможность быстрой разборки устройства для его стерилизации и последующей его сборки.

К преимуществам предлагаемого технического решения относится: - снижение воздействия вибрации корпуса устройства на руку человека за счет обеспечения возможности плавного одноосного движения всех частей преобразователя движения, - снижение энергозатрат за счет использования для преобразования движения трения качения.

Испытания макетного образца, проведенные на предприятии, подтвердили надежность работы устройства и высокие экономические показатели.

Источники информации 1. Патент РФ 2007135, А 61 В 17/16.

2. Патент РФ 2012251, А 61 В 17/16 - прототип.

Формула изобретения

1. Преобразователь движения, содержащий регулируемый электропривод, шток с узлом крепления инструмента, шпиндель, приспособления ограничения от проворота штока вокруг оси, отличающийся тем, что шпиндель имеет хвостовик для крепления к валу электропривода, устройство дополнительно содержит цилиндр, выполненный заодно со шпинделем, внутренняя поверхность цилиндра снабжена рабочим профилем, а его внешняя поверхность - резьбой, в цилиндре размещен шток, внешняя поверхность которого снабжена рабочим профилем, идентичным указанному, между рабочими профилями цилиндра и штока диаметрально противоположно размещены шарики, шпиндель резьбовым соединением скреплен с ограничивающей муфтой, причем на штоке и на направляющей муфте выполнены идентичные осевые направляющие пазы, в которых уложены шарики с размещенными между ними проставками, при этом направляющая муфта накидной гайкой скреплена с корпусом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные рабочие профили цилиндра, шпинделя и штока выполнены по закону A = Rtgα, где А - амплитуда перемещения штока, R - радиус окружности, на которой выполнен рабочий профиль, α - угол развертки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе, шпинделе и штоке выполнены дренажные отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3