универсальное устройство для обработки костной ткани

Формула изобретения

1. Универсальное устройство для обработки костной ткани, содержащее блок питания, подсоединенной к смонтированному в корпусе электродвигателю, на установленном с возможностью вращения выходном валу которого эксцентрично его продольной оси жестко закреплено цилиндрическое водило, кинематически связанное с режущим инструментом посредством механизма преобразования, установленного в закрепленном с возможностью быстрой фиксации на корпусе электродвигателя сменной насадке и имеющего вилку, взаимодействующую с наружной цилиндрической поверхностью водила, отличающееся тем, что механизм преобразования содержит средство преобразования движения вала электродвигателя в движение режущего инструмента, кинематически связывающее режущий инструмент с поводком вилки, на внутренней поверхности которой с противоположных сторон выполнено два выступа, каждый из которых имеет форму полуцилиндра, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси вилки, а одна из образующих выступов взаимодействует с наружной цилиндрической поверхностью водила, при этом устройство имеет регулятор скорости и переключатель направления вращения эксцентрикового водила, выход каждого из которых подсоединен к блоку питания электродвигателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство преобразования содержит передаточное приспособление и ось, закрепленную в сменной насадке с возможностью вращения перпендикулярно оси вращения эксцентрикового водила, на которой жестко закреплен поводок вилки, имеющий консольно закрепленное перпендикулярно продольной оси вилки плечо, на свободном конце которого выполнен цилиндрический шарнир, взаимодействующий с передаточным приспособлением, на котором жестко закреплен режущий инструмент.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что передаточное приспособление содержит валик, установленный в насадке параллельно-продольной вилки с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на одном конце которого перпендикулярно продольной оси вилки выполнен паз, в котором установлен цилиндрический шарнир плеча поводка вилки, а на другом конце валика жестко закреплен режущий инструмент.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что передаточное приспособление содержит ударник, установленный в насадке параллельно продольной оси вилки с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на одном конце которого перпендикулярно продольной оси вилки выполнен паз, в котором установлен цилиндрический шарнир плеча поводка вилки, а на другом конце ударника с противоположных сторон выполнены лыски, образующие осевой выступ, размещенный в имеющем ответную форму осевом пазу, выполненном с одной торцевой стороны плунжера, установленного в насадке соосно ударнику с возможностью возвратно-поступательного перемещения, с другой торцевой стороны плунжера выполнено глухое осевое отверстие, в котором с возможностью продольного перемещения соосно ударнику установлен один конец подпружиненного в осевом направлении штока, имеющего на боковой поверхности сквозной паз, в котором установлен штифт, ограничивающий перемещение штока, на другом конце которого жестко закреплен режущий инструмент.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство преобразования содержит передаточное приспособление и ось, закрепленную в сменной насадке с возможностью вращения перпендикулярно оси вращения эксцентрикового водила, на которой с одной стороны жестко закреплен поводок вилки, а с другой стороны имеется фланец и выступающий резьбовой конец, при этом передаточное приспособление содержит гайку, установленную на резьбовом конце оси, направляющие штифты, выполненные на обращенной к гайке торцевой поверхности фланца, и фасонную шайбу, размещенную на оси между фланцем и гайкой и фиксирующую режущий инструмент, который установлен между фасонной шайбой и фланцем и имеет сквозные отверстия, в которых установлены направляющие штифты фланца.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство преобразования содержит входной вал, установленный с возможностью вращения соосно оси вращения водила, на одном конце этого вала жестко закреплен поводок вилки, а другой его конец посредством передаточного приспособления кинематически связан с установленным с возможностью вращения параллельно оси вращения водила выходным валом, на котором жестко закреплен режущий инструмент.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что передаточное приспособление представляет собой цилиндрическую зубчатую передачу, выполненную с возможностью передачи вращения с входного вала на выходной вал, на свободном конце которого смонтирован зажимной кулачковый патрон с закрепленным в нем режущим инструментом.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что передаточное приспособление представляет собой планетарный редуктор, выполненный с возможностью передачи вращения входного вала на выходной вал, на свободном конце которого смонтирован зажимной кулачковый патрон с закрепленным в нем режущим инструментом.

9. Устройство по любому из пп.1 8, отличающееся тем, что корпус электродвигателя имеет ручку, а регулятор скорости и переключатель направления вращения водила смонтированы в этой ручке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к универсальному устройству для обработки костной ткани, которое может быть использовано для лечения различных повреждений и заболеваний костей скелета в травматологии, ортопедии, нейрохирургии, нейротравматологии, вертебрологии, костной микрохирургии, детской ортопедии и травматологии, оторологии, офмальмологии, челюстно-лицевой хирургии.

Существующие в настоящее время устройства для обработки костной ткани позволяют преобразовывать вращательное движение вала электродвигателя, как правило, в одно движение режущего инструмента, что ограничивает использование этого устройства и снижает его функциональные возможности.

Известно устройство для обработки костной ткани (SU, A1, 1727796, кл. А 61 В 17/16, 1992), содержащее корпус, в котором установлен электродвигатель и двухступенчатый планетарный редуктор. Водило сателлитов первой ступени редуктора жестко закреплено на валу двигателя, проходящем через сквозной центральный канал второго вала, жестко связанного с водилом сателлитов второй ступени. Наружный вал двигателя установлен в опорах выступающей передней части корпуса, на которой закреплены съемные защитный кожух и переходная головка с подпружиненным фиксатором для крепления съемного наконечника, в котором с возможностью вращения установлены сменные шпиндели, соединенные со сменным режущим инструментом. При этом устройство имеет регулятор скорости вращения инструмента, подключенный к электродвигателю и расположенный на корпусе с нерабочей стороны электродвигателя.

Указанное конструктивное выполнение данного устройства позволяет осуществлять сверление и фрезерование костной ткани.

Однако его конструктивное выполнение не позволяет преобразовывать вращательное движение вала электродвигателя в возвратно-поступательное, маятниковое, ударное и вращательно-колебательное движения режущего инструмента, что исключает возможность в процессе одной операции производить любые виды обработки костной ткани, а именно сверление, фрезерование, пиление, долбление и тому подобное.

Известно устройство для обработки костной ткани (RU C1, 2007135, кл. А 61 В 17/16, 1994), принятое за прототип, содержащее блок питания, подсоединенный к смонтированному в корпусе электродвигателю, на выходном валу которого эксцентрично его продольной оси закреплено цилиндрическое водило, кинематически связанное с режущим инструментом посредством механизма преобразования, установленного в закрепленной с возможностью быстрой фиксации на корпусе электродвигателя сменной насадке и имеющего вилку, взаимодействующую с наружной цилиндрической поверхностью водила, и вал, установленный в насадке с возможностью осевого перемещения и колебания вокруг продольной оси, на одном конце которого жестко закреплена вилка, а другой его конец кинематически связан с режущим инструментом, в качестве которого используется трубчатое или спиральное сверло. Выходной вал подвешен в корпусе электродвигателя на мягкой подвеске, что дает ему возможность совершать колебательные движения, передающиеся режущему инструменту. При этом в устройстве предусмотрен механизм изменения амплитуды колебаний режущего инструмента.

Указанное конструктивное выполнение устройства дает возможность режущему инструменту вместе с вращательным движением осуществлять колебательные движения, что расширяет его функциональные возможности и позволяет производить сверление и фрезерование костных тканей.

Однако указанное конструктивное выполнение данного устройства не позволяет преобразовывать вращательное движение вала электродвигателя в возвратно-поступательное, маятниковое, ударное и тому подобные движения режущего инструмента, что исключает возможность в процессе одной операции производить любые виды обработки костной ткани, такие как пиление, долбление и тому подобное.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создать универсальное устройство для обработки костной ткани с таким конструктивным выполнением механизма преобразования, которое обеспечило бы возможность преобразования вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное, маятниковое, ударное, вращательно-колебательное, вращательное и любое другое требуемое движение режущего инструмента, что позволило бы в процессе одной операции одним устройством производить любые виды обработки костной ткани (фрезерование, пиление, долбление, сверление, проведение спиц и тому подобное).

Эта задача решена созданием универсального устройства для обработки костной ткани, содержащего блок питания, подсоединенный к смонтированному в корпусе электродвигателю, на выходном валу которого эксцентрично его продольной оси жестко закреплено цилиндрическое водило, кинематически связанное с режущим инструментом посредством механизма преобразования, установленного в закрепленной с возможностью быстрой фиксации на корпусе электродвигателя сменной насадке и имеющего вилку, взаимодействующую с наружной цилиндрической поверхностью водила, при этом, согласно изобретению, механизм преобразования содержит средство преобразования движения вала электродвигателя в движение режущего инструмента, кинематически связывающее режущий инструмент с поводком вилки, на внутренней поверхности которой с противоположных сторон выполнено два выступа, каждый из которых имеет форму полуцилиндра, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси вилки, а одна из образующих постоянно взаимодействует с наружной цилиндрической поверхностью водила, при этом устройство имеет регулятор скорости и переключатель направления вращения эксцентрикового водила, выход каждого из которых подсоединен к блоку питания электродвигателя.

Указанное конструктивное решение механизма преобразования обеспечивает контакт внутренней поверхности вилки с наружной цилиндрической поверхностью водила при любом их взаимном расположении, что дает возможность, используя различные средства преобразования движения вала электродвигателя в движение режущего инструмента, придавать последнему любые движения, такие как вращательное, вращательно-колебательное, возвратно-колебательное, возвратно-поступательное, маятниковое, ударное и любое другое требуемое движение режущего инструмента. При этом наличие регулятора скорости и переключателя направления вращения эксцентрикового водила дает возможность влиять на указанные движения режущего инструмента для обеспечения их оптимального режима.

Для придания режущему инструменту возвратно-поступательного перемещения необходимо, чтобы вилка была установлена в насадке с возможностью качания в плоскости, параллельной оси вращения водила. Для осуществления этого качания целесообразно, чтобы средство преобразования содержало передаточное приспособление и ось, закрепленную в сменной насадке с возможностью вращения перпендикулярно оси вращения эксцентрикового водила, на которой жестко закреплен поводок вилки, имеющий консольно закрепленное перпендикулярно продольной оси вилки плечо, на свободном конце которого выполнен цилиндрический шарнир, взаимодействующий с передаточным приспособлением, на котором жестко закреплен режущий инструмент.

При использовании в качестве режущего инструмента возвратно-поступательной пилы желательно, чтобы передаточное приспособление содержало валик, установленный в насадке параллельно продольной оси вилки с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на одном конце которого перпендикулярно продольной оси вилки выполнен паз, в котором установлен цилиндрический шарнир плеча поводка вилки, а на другом конце валика жестко закреплен режущий инструмент.

При использовании в качестве режущего инструмента долота возможно, чтобы передаточное приспособление содержало ударник, установленный в насадке параллельно продольной оси вилки с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на одном конце которого перпендикулярно продольной оси вилки выполнен паз, в котором установлен цилиндрический шарнир плеча поводка вилки, а на другом конце ударника с противоположных сторон выполнены лыски, образующие осевой выступ, размещенный в имеющем ответную форму осевом пазу, выполненном с одной торцевой стороны плунжера, установленного в насадке соосно ударнику с возможностью возвратно-поступательного перемещения, с другой торцевой стороны плунжера выполнено глухое осевое отверстие, в котором с возможностью поступательного перемещения соосно ударнику установлен один конец подпружиненного в осевом направлении штока, имеющего на боковой поверхности сквозной продольный паз, в котором установлен штифт, ограничивающий перемещение штока, на другом конце которого жестко закреплен режущий инструмент.

При использовании в качестве режущего инструмента маятниковой пилы целесообразно, чтобы ось средства преобразования с одной стороны имела фланец и выступающий резьбовой конец, при этом передаточное приспособление должно содержать гайку, установленную на резьбовом конце оси, направляющие штифты, выполненные на обращенной к гайке торцевой поверхности фланца, и фасонную шайбу, размещенную на оси между фланцем и гайкой и фиксирующую режущий инструмент, который установлен между фасонной шайбой и фланцем и имеет сквозные отверстия, в которых установлены направляющие штифты фланца.

При необходимости передачи вращательного движения выходного вала электродвигателя на режущий инструмент, то есть при использовании в качестве последнего различных сверел, спиц, фрез, боров и тому подобных инструментов, желательно, чтобы средство преобразования содержало входной вал, установленный с возможностью вращения соосно оси вращения водила, на одном конце этого вала жестко закреплен поводок вилки, а другой его конец посредством передаточного приспособления кинематически связан с установленным с возможностью вращения параллельно оси вращения водила выходным валом, на котором жестко закреплен режущий инструмент.

При этом передаточное приспособление может представлять собой цилиндрическую зубчатую передачу или планетарный редуктор, выполненные с возможностью передачи вращения с входного вала на выходной вал, на свободном конце которого смонтирован зажимной кулачковый патрон с закрепленным в нем режущим инструментом.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения приводит к следующему техническому эффекту, а именно обеспечивает возможность преобразования вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное, маятниковое, ударное, вращательно-колебательно и любое другое требуемое движение режущего инструмента, что позволяет в процессе одной операции производить любые виды обработки костной ткани (фрезерование, пиление, долбление, сверление, проведение спиц и тому подобное).

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое универсальное устройство для обработки костной ткани, вариант его выполнения, продольный разрез с вырывом; на фиг. 2 вилка механизма преобразования, выполненная согласно изобретению, изометрия; на фиг. 3 то же, что на фиг. 1, вариант выполнения; на фиг. 4 то же, что на фиг. 1, вариант выполнения; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 то же, что на фиг. 1, вариант выполнения; на фиг. 7 то же, что на фиг. 1, вариант выполнения.

Предлагаемое универсальное устройство для обработки костной ткани содержит блок питания (не показан), подсоединенный к смонтированному в корпусе 1 (фиг. 1) электродвигателю 2, на установленном с возможностью вращения выходном валу 3 которого эксцентрично его продольной оси жестко закреплено цилиндрическое водило 4.

Устройство имеет механизм преобразования, установленный в сменной насадке 5, закрепленной на корпусе 1 электродвигателя 2 с возможностью быстрой фиксации. Быстрая фиксация может быт осуществлена посредством любого известного тангенциального зажима 6, шарикового зажима, пружинного фиксатора и тому подобных средств (не показаны).

Механизм преобразования содержит средство преобразования движения выходного вала 3 электродвигателя 2 в движение режущего инструмента, например возвратно-поступательной пилы 7. Кроме того, механизм преобразования содержит вилку 8, причем средство преобразования кинематически связывает пилу 7 с поводком 9 этой вилки 8. На внутренней поверхности вилки 8 с противоположных сторон выполнено два выступа 10 (фиг. 2), каждый из которых имеет форму полуцилиндра, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси вилки 8. Одна из образующих выступов 10 постоянно контактирует с наружной цилиндрической поверхностью водила 4 вне зависимости от их взаимного расположения.

В зависимости от функциональной принадлежности режущего инструмента средство преобразования движения выходного вала 3 электродвигателя в движение режущего инструмента может иметь различное конструктивное выполнение.

Например, в случае использования в качестве режущего инструмента возвратно-поступательной пилы 7 (фиг. 1), средство преобразования содержит ось 11, закрепленную в сменной насадке 5 с возможностью вращения перпендикулярно оси вращения эксцентрикового водила 4, например, посредством двух подшипников 17 качения. На оси 11 жестко закреплен поводок 7 вилки 8, что обеспечивает ей возможность качания в плоскости, параллельной ее продольной оси. В месте крепления поводка 9 вилки 8 к оси 11 поводок 9 имеет плечо 13, консольно закрепленное перпендикулярно продольной оси вилки 8. На свободном конце плеча 13 выполнен цилиндрический шарнир 14. При этом средство преобразования имеет передаточное приспособление, которое содержит валик 15, установленный в насадке 5 параллельно продольной оси вилки 8 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, например, по двум запрессованным в насадке 5 втулкам 16. На одном конце валика 15 перпендикулярно продольной оси вилки 8 выполнен паз, в котором установлен цилиндрический шарнир 14 плеча 13 поводка 9 вилки 8. На другом конце валика 15 посредством винта 17 жестко закреплена возвратно-поступательная пила 7.

При использовании в качестве режущего инструмента долота 18 (фиг. 3) передаточное приспособление средства для преобразования вращательного движения вала 3 электродвигателя 2 в возвратно-поступательное движение долота 18 содержит ударник 19, установленный в насадке 5 параллельно продольной оси вилки 8 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, например, по запрессованной в насадке 5 гильзе 20. На одном конце ударника 19 перпендикулярно продольной оси вилки 8 выполнен паз 21, в котором установлен цилиндрический шарнир 14 плеча 13 поводка 9 вилки 8. На другом конце ударника 19 с противоположных сторон выполнены лыски, образующие осевой выступ 22. За ударником 19 в гильзе 20 с возможностью возвратно-поступательного перемещения соосно ударнику 19 установлен плунжер 23, с одной торцевой стороны которого выполнен осевой паз, в котором размещен осевой выступ 22 ударника 19. С другой торцевой стороны плунжера 23 выполнено глухое осевое отверстие 24, в котором с возможностью продольного перемещения в двух взаимно-противоположных направлениях соосно ударнику 19 и плунжеру 23 установлен один конец штока 25, подпружиненного в осевом направлении, например, посредством демпфирующей пружины 26. На боковой поверхности штока 25 выполнен сквозной продольный паз 27, в котором установлен штифт 28, ограничивающий перемещение штока 25 в осевом направлении. На другом конце штока 25 жестко закреплено долото 18, например, посредством винта 29.

При использовании в качестве режущего инструмента маятниковой пилы 30 (фиг. 4 и 5) ось 11 средства преобразования вращательного движения выходного вала 3 электродвигателя 2 в маятниковое движение пилы 30 с одной стороны имеет фланец 31 и выступающий резьбовой конец 32. При этом передаточное приспособление содержит гайку 33, установленную на резьбовом конце 32 оси 11, направляющие штифты 34, выполненные на обращенной к гайке 33 торцевой поверхности фланца 31, и фасонную шайбу 35, размещенную на оси 11 между фланцем 31 и гайкой 33 и имеющую пазы для размещения направляющих штифтов 34. При этом маятниковая пила 30 установлена между фасонной шайбой 35 и фланцем 31 и имеет сквозные отверстия, в которых установлены направляющие штифты 34 фланца 31.

При использовании в качестве режущего инструмента, например, сверла 36 (фиг. 6) или любого другого вращающегося режущего инструмента (спица, фреза, бор и тому подобное) средство преобразования вращательного движения выходного вала 3 электродвигателя 2 во вращательное движение сверла 36 содержит входной вал 37, установленный в сменной насадке 5 с возможностью вращения соосно оси вращения эксцентрикового водила 4, например, посредством двух подшипников 38 качения. На одном конце этого вала 37 жестко закреплен поводок 9 вилки 8, а другой его конец посредством передаточного приспособления кинематически связан с выходным валом 39, установленным с возможностью вращения параллельно оси вращения водила 4, например, посредством подшипников 40 качения.

В случае необходимости проведения спиц большой длины частями передаточное приспособление может представлять собой любую известную цилиндрическую зубчатую передачу, выполненную с возможностью передачи вращения входного вала 37 на выходной вал 39 и содержащую, например, передающую шестерню 41, закрепленную на входном валу 37 посредством шпоночного соединения 42. На свободном конце выходного вала 39 смонтирован зажимной кулачковый патрон 43 (например, трехкулачковый), в котором закреплено сверло 36. При необходимости, например в случае использования в качестве режущего инструмента спицы, выходной вал 39 имеет осевое сквозное отверстие 44 для размещения этой спицы.

В случае необходимости обеспечения увеличения крутящего момента или уменьшения числа оборотов передаточное приспособление может представлять собой любой известный планетарный редуктор, выполненный с возможностью передачи вращения входного вала 45 (фиг. 7) на выходной вал 46 и содержащий, например, передающую шестерню 47, закрепленную на входном валу 45 посредством шпоночного соединения 48. На свободном конце выходного вала 46 смонтирован зажимной кулачковый патрон 49 (например, двухкулачковый), в котором закреплено сверло 36.

При этом предлагаемое универсальное устройство имеет регулятор 50 скорости и переключатель 51 направления вращения эксцентрикового водила 4, выход каждого из которых подсоединен к блоку питания электродвигателя 2. Регулятор 50 скорости может содержать переменный резистор и механизм его регулировки, а переключатель 51 направления вращения может содержать микропереключатели.

Для удобства эксплуатации предлагаемого универсального устройства корпус 1 электродвигателя 2 может иметь съемную ручку 52, при этом регулятора 47 и переключатель 48 могут быть смонтированы в этой ручке 52. В другом варианте выполнения настоящего изобретения регулятор 50 и переключатель 51 могут быть выполнены на корпусе 1 электродвигателя 2.

Предлагаемое универсальное устройство работает следующим образом.

От блока питания посредством переключателя 51 направления вращения эксцентрикового водила 4 задают направление вращения выходного вала 3 электродвигателя 2, а посредством регулятора 50 скорости устанавливают заданное число его оборотов. Вращение выходного вала 3 электродвигателя обеспечивает эксцентричное вращение водила 4, наружная поверхность которого контактирует с выступами 11 вилки 8 механизма преобразования.

При использовании в качестве режущего инструмента возвратно-поступательной пилы 7 эксцентричное вращение водила 4 заставляет вилку 8 посредством оси 11 средства преобразования совершать колебательные движения (качание) в плоскости, параллельной оси вращения водила 4, которые через поводок 9 и плечо 13 вилки 8 преобразуются в возвратно-поступательное перемещение валика 15 передаточного приспособления, что обеспечивает возвратно-поступательное движение пилы 7.

При использовании в качестве режущего инструмента долота 18 эксцентричное вращение водила 4 заставляет вилку 8 совершать аналогичные описанным выше качательные движения, которые через поводок 9 и плечо 13 вилки 8 преобразуются в возвратно-поступательное движение ударника 19 передаточного приспособления средства преобразования. В определенной фазе движения ударника 19 происходит его соударение с плунжером 23, которое через демпфирующую пружину 26 и шток 25 обеспечивает импульсное движение долота 18.

При использовании в качестве режущего инструмента маятниковой пилы 30 эксцентричное вращение водила 4 заставляет вилку 8 совершать аналогичные описанным выше качательные движения, которые через резьбовой конец 32 и фланец 31 оси 11 посредством гайки 33, направляющих штифтов 34 и фасонной шайбы 35 передаточного приспособления преобразуются в маятниковое движение пилы 30.

При использовании в качестве режущего инструмента сверла 36 эксцентричное вращение водила 4 заставляет вилку 8 совершать вращательное движение совместно с входным валом 37 средства преобразования, которое через передаточное приспособление (цилиндрическую зубчатую передачу или планетарный редуктор) передается сверлу 36. Применение цилиндрической зубчатой передачи позволяет сместить ось режущего инструмента относительно продольной оси вилки 8, что позволяет использовать длинномерные режущие инструменты типа спиц, а применение планетарного редуктора позволяет уменьшить габариты предлагаемого универсального устройства.