电动牙科治疗椅的工作原理

了解机电牙科治疗椅的核心部件

要了解机电椅的工作原理，首先必须了解其主要部件。与依靠液体压力的液压系统不同，机电座椅使用精确控制的电机和机械连杆来实现运动。这种设计选择直接影响到座椅的性能、可靠性和维护情况。

驱动系统：电机和执行器

该系统的核心是一个高扭矩直流电机。该电机是原动机，提供升降和倾斜座椅所需的旋转力。在选择这些电机时，一个重要的工程原则是在额定扭矩上留出 30-50% 的安全余量。这可确保电机能够承受意外阻力，例如短暂停转或病人移动重心，而不会过热或发生故障。这种超规格设计是座椅设计经久耐用的标志。

传动装置：导螺杆和滚珠螺杆

电机的旋转输出通过螺杆传动装置转化为椅子平滑的线性（上下）运动。常用的有两种类型：

• 引线螺钉： 这是一种经济可靠的选择，其特点是螺旋螺纹与配套螺母啮合。它们具有自锁功能，这意味着它们可以在没有动力的情况下保持椅子的位置，但摩擦力较大，效率较低。
• 滚珠丝杠 这些产品更为先进，使用一系列滚珠轴承在螺杆和螺母之间滚动。这种设计大大减少了摩擦，提高了效率并提供了更顺畅的感觉。虽然价格较高，但因其性能和使用寿命长，通常用于高档座椅。

无论哪种类型，这种螺杆机构都是一个常见的磨损点，尤其是在没有遵守润滑计划的情况下，会导致摩擦和电机应变增加。

导引系统直线导轨

为确保座椅垂直移动时不会倾斜或粘连，它需要沿着一个或多个线性导轨运行。这些组件对稳定性至关重要，可为移位机制提供刚性和精确的路径。坚固的导向系统可防止侧向移动，确保病人感到安全，椅子在整个运动范围内都能平稳运行。

控制系统：印刷电路板、编码器和限位开关

椅子的 "大脑 "是主印刷电路板（PCB）。它接收来自操作员控制装置（脚踏板或按钮）的指令，并精确管理电机。为此，它依赖于关键的反馈和安全元件：

• 编码器 这些装置可跟踪电机的旋转，向控制板实时反馈椅子的准确位置。这样就可以实现可编程的记忆位置和可控的加速/减速。
• 限位开关： 这些都是物理开关，分别位于座椅行走路径的顶部和底部。当椅子达到最高或最低高度时，它们会向控制器发出信号，切断电机电源，防止机械损坏。随着时间的推移，反复的微冲击会导致这些开关偏移，需要重新校准。

从按下按钮到病人复位：操作流程

机电座椅的一系列动作就是闭环控制系统的一个明显例子。这确保了每一个动作的精确性、可重复性和安全性。

1. 用户指令： 牙科专业人员按下脚踏开关或椅边控制器上的按钮，即可升高、降低或倾斜牙科椅。
2. 信号至 PCB： 控制板接收这一输入，并确定电机的方向和所需速度。
3. 电机驱动： PCB 向电机发送受控电流，电机开始转动导螺杆或滚珠螺杆。
4. 线性运动 当螺钉旋转时，连接在椅子升降臂上的螺母会沿着螺钉的螺纹移动，从而平稳地将椅子向上或向下移动。
5. 位置反馈： 在整个运动过程中，编码器不断向 PCB 报告电机的旋转情况。PCB 利用这些数据调整电机速度，以实现平稳的启动和停止，并在预先设置的记忆位置停止椅子。
6. 旅行结束： 如果指令一直持续到椅子达到物理极限，限位开关就会被触发，PCB 发出信号立即停止电机。

工程师通常将垂直移动速度设定为 2-8 mm/s。这个范围提供了一个理想的平衡，既能为操作员提供高效的循环时间，又能确保移动足够缓慢平稳，让病人感觉舒适。

安全机制的关键作用

对于任何医疗设备来说，安全都是最重要的。机电座椅具有多层保护。除了限位开关之外，紧急停止（E-stop）功能也至关重要。在设计良好的系统中，按下急停按钮的作用不仅仅是切断电机的电源。最坚固的设计在传动装置上安装了机械制动器或锁。这就防止了在断电情况下座椅向下漂移的可能性，这一关键的安全功能符合以下标准中概述的质量管理原则 ISO 13485:2016.

机电与液压升降机：技术比较

选择牙科治疗椅时，最基本的决定之一就是围绕升降系统。机电技术和液压技术都有自己的用武之地，但它们在性能、维护和长期价值方面有不同的取舍。了解这些差异对于诊所业主和技术人员来说至关重要。

揭穿 "液压座椅总是更平稳 "这一常见误解

一个长期存在的神话是，液压系统天生就具有优越的平稳性。虽然这种说法主要适用于老式的、更简单的机电设计，但现代技术已经缩小了这一差距。使用 PWM（脉宽调制）控制器和精密滚珠丝杠的高品质机电座椅，其运动效果与液压座椅几乎毫无区别。现代机电座椅的任何 "抽搐 "现象通常是驱动系统成本低、设计不足的表现，而不是技术本身的根本缺陷。

维护和故障排除实践指南

机电座椅的主要优点之一是维护简单。通过积极主动的维护，这些系统可以提供数十年的可靠服务。这些做法对于确保符合质量体系的要求至关重要，例如《国际医疗服务标准》（ISSC）规定的质量体系。 美国食品和药物管理局 21 CFR 第 820 部分.

预防性维护清单

• 定期润滑（关键）： 导螺杆或滚珠螺杆和线性导轨是最关键的维护点。在正常使用的诊所，应每 6-12 个月重新润滑一次。对于高产量设置，间隔时间应缩短为每 3-6 个月一次。润滑不足是造成过早磨损的主要原因。
• 紧固件检查： 在最初的 ~1,000 次操作循环后（通常是在使用的头几个月内），最好检查并拧紧车架和发动机支架上的所有关键紧固件。之后，每年检查一次即可。
• 电缆和线束检查： 定期检查所有电缆，密切注意电缆在椅子移动过程中弯曲的区域，例如铰链枢轴附近。查看是否有磨损或扭结的迹象。
• 功能测试： 定期让椅子在全范围内运行，以确保平稳移动，并检查所有限位开关是否正常工作。

技术人员的故障排除工作流程

当椅子出现故障时，系统化的方法可以快速找出根本原因。这种经过实际验证的工作流程可以有效地隔离问题：

1. 验证电源： 始终从最基本的开始。确认电椅接收的是市电，并有牢固的保护接地连接。
2. 测量电机电流： 使用钳形电流表测量电机的空转电流。在新电椅投入使用时确定一个基线，这样就能很容易地发现下游问题，如摩擦力增加或电机故障。
3. 日志编码器反馈： 在记录编码器输出的同时，对椅子进行全速、低速冲程。数据应显示平稳、一致的计数。数据中的跳变或中断表明编码器有故障、连接松动或控制板故障。
4. 检查机械连杆： 如果电气检查合格，则对螺杆、螺母和导轨进行仔细的实际检查。查看是否有过度磨损、碎屑或缺乏润滑的迹象。
5. 检查限位开关： 最后，手动启动限位开关，确保它们向控制器发送停止信号。检查限位开关的物理安装是否有偏移或损坏迹象。

如果在整个行程中观察到位置漂移超过 1-2 毫米，最常见的原因是编码器连接器松动或 "软 "机械，如弯曲的框架或松动的电机安装。应立即解决这些问题，以保持座椅的精度，这是在欧盟等受监管市场销售的设备必须满足的关键要求。 欧盟 MDR.

主要收获

机电牙科椅是一种成熟、可靠和精确的患者定位技术。其设计以简单的电机和螺杆机制为核心，与液压替代技术相比，在精确度、低维护和操作清洁方面具有显著优势。

通过了解核心部件并遵守简单的预防性维护计划，诊所业主和技术人员可以确保座椅安全高效地运行数年。这种对耐用性的关注不仅能延长诊所的正常运行时间，还能对其财务状况产生直接的积极影响，正如以下文章所述 椅子的耐用性如何影响诊所的财务状况.最终，向机电系统的转变反映了更清洁、更精确、更易于维修的设备这一更广泛的行业趋势。

免责声明 本文仅供参考，不构成专业医疗或工程建议。在维护或修理医疗设备时，请务必参阅制造商的维修手册，并遵循经认证的程序。如有任何疑问，请联系合格的维修技术人员。

参考资料

• ISO 13485:2016 - 医疗器械 - 质量管理体系
• 美国食品和药物管理局 21 CFR 第 820 部分 - 质量体系法规
• 欧盟医疗器械法规 (MDR)