羅　輝（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院　機(jī)械工程系,四川　遂寧　629000）

“死點(diǎn)位置”在一種新型防滑拐杖中的應(yīng)用

羅輝
（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系,四川遂寧629000）

摘要：有資料調(diào)查顯示，從2000年到2007年，我國(guó)60歲以上的老年人口由1.26億增長(zhǎng)到1.53億人，占總?cè)丝诘?1.6%，占全球老年人口的21.4%。預(yù)計(jì)2020年老年人口將達(dá)到2.4億人，占總?cè)丝诘?7.17%；到2050年，老年人口總量將超過4億，老齡化水平推進(jìn)到30%以上。在這些老年人中拐杖是他們的必需品。筆者專門針對(duì)市場(chǎng)的拐杖調(diào)查發(fā)現(xiàn)多數(shù)拐杖均是功能非常單一。在多次反復(fù)的嘗試后設(shè)計(jì)出了一款適應(yīng)多種場(chǎng)合的防滑拐杖。在設(shè)計(jì)過程中主要用到了四桿機(jī)構(gòu)具有“死點(diǎn)位置”的特性，在本文中將會(huì)說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：人口老齡化；拐杖；防滑功能；死點(diǎn)位置；主動(dòng)件

全國(guó)老齡工作委員會(huì)辦公室發(fā)布了《中國(guó)人口老齡化發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究報(bào)告》指出，21世紀(jì)是人口老齡化的時(shí)代。中國(guó)已于1999年進(jìn)入老齡社會(huì)，是較早進(jìn)入老齡社會(huì)的發(fā)展中國(guó)家之一，將是世界上老年人口最多的國(guó)家。隨著社會(huì)生存壓力和生活成本的增加，年輕子女陪護(hù)在父母身邊的時(shí)間將會(huì)被不斷的壓縮減小。因此老年人在獨(dú)自外出過程中的安全如何得到有效的保障是擺放在全社會(huì)面前的一個(gè)值得關(guān)注的問題。本著關(guān)愛老年人的想法，我們結(jié)合自己多年對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能的掌握，利用某些類型的四桿機(jī)構(gòu)具有“死點(diǎn)位置”這樣一個(gè)特性，在拐杖原來(lái)的功能上進(jìn)行開發(fā)和改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了一款無(wú)論是在水泥地面、泥濘地面或者鋪有地磚的地面均能起到防滑功能的拐杖，為老年人的安全出行進(jìn)自己的綿薄之力。下面對(duì)利用的四桿機(jī)構(gòu)特性和拐杖的工作原理進(jìn)行說(shuō)明。

1　何謂機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)位置”

眾所周知，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中均存在力和運(yùn)動(dòng)的傳遞。在傳遞過程中有兩個(gè)角度的大小直接影響著機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的好壞，這兩個(gè)角度分別是壓力角α和傳動(dòng)角γ。結(jié)合力學(xué)知識(shí)我們可以知道當(dāng)傳動(dòng)角γ=0°的時(shí)候無(wú)論我們?cè)谠瓌?dòng)件上施加多大的力都不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這種位置我們稱為死點(diǎn)位置。在工業(yè)上，為保證機(jī)構(gòu)的工作可靠性，我們?cè)诤芏嗟胤角擅畹倪\(yùn)用了四桿機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)位置”特性。

2　多功能防滑拐杖結(jié)構(gòu)和工作原理介紹

2.1多功能防滑拐杖的結(jié)構(gòu)介紹和功能說(shuō)明

（1）結(jié)構(gòu)介紹。本產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中由拐杖體、控制桿、連桿、滑塊、防滑釬和若干如連接螺栓等其余零部件組成，在機(jī)構(gòu)上具有裝拆方便等特征。

這些主要組成構(gòu)件各自的作用：拐杖體是為老年人在行走過程中身體平衡起到保障作用；控制桿用于通過連桿控制防滑釬的伸出和收回；連桿用于將控制桿的運(yùn)動(dòng)傳遞給滑塊；滑塊用于保障防滑釬和拐杖體的相對(duì)位置關(guān)系，起到穩(wěn)定作用。通過這些主要部件的組合之后從下圖實(shí)線和雙點(diǎn)劃線位置可以看到。在設(shè)計(jì)過程中，我們將四桿機(jī)構(gòu)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用到了其中。值得強(qiáng)調(diào)的是，為保證結(jié)構(gòu)的合理性和結(jié)構(gòu)的緊湊性，我們選擇了對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。各主要組成構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副關(guān)系為：拐杖體和控制桿形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；和滑塊形成移動(dòng)副；控制桿和連桿形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；連桿和滑塊形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

（2）功能說(shuō)明。本次設(shè)計(jì)過程中所設(shè)計(jì)到的多功能防滑拐杖具有以下的功能，首先對(duì)于拐杖體，我們使用高強(qiáng)度的鍍鋅不銹鋼管，能對(duì)老年人在行走過程中身體的平衡起到很好的保障作用。同時(shí)，由于這種材料質(zhì)量較輕讓老年人在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)擔(dān)。其次，在拐杖體的端部我們采用耐磨的防滑橡膠。讓使用的老年人在水泥地面和裝有地板磚的地面能輕松自如的行走。第三，當(dāng)使用本拐杖的老年人行走在泥濘路面防滑橡膠失去了防滑功能的時(shí)候，通過轉(zhuǎn)動(dòng)控制桿讓藏在拐杖體內(nèi)部的防滑釬伸出，在泥濘路面起到防滑作用。

2.2多功能防滑拐杖工作原理說(shuō)明

（1）防滑釬的操作原理。如圖例中我們可以看出兩個(gè)圖中各構(gòu)件所處的相對(duì)位置有一定的改變。其中實(shí)線位置是防滑釬藏在拐杖體內(nèi)部時(shí)的位置，主要用于水泥路面和地磚路面的使用，通過端部的耐磨防滑橡膠（圖中未作標(biāo)示）實(shí)現(xiàn)防滑功能。雙點(diǎn)劃線位置是防滑釬伸出拐杖體時(shí)的位置，主要用于在泥濘路面行走時(shí)使用，通過防滑釬插入泥土實(shí)現(xiàn)防滑功能。它們之間的位置變化是通過如下的方式實(shí)現(xiàn)的：在圖中我們可以看到?？刂茥U與拐杖體是通過螺栓或者圓柱銷連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副的。如果要將防滑釬伸出，只需將控制桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)即可帶動(dòng)它的另一端和連桿的連接端向拐杖體中心移動(dòng)，直至控制桿和連桿的中心線和拐杖體的中心線重合。此時(shí)，連桿的另一端將會(huì)帶動(dòng)滑塊和防滑釬向拐杖體端部下移，防滑釬伸出至拐杖體外部。

（2）如何保證防滑釬在使用過程中的可靠性。前面提到，本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了四桿機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)位置”特性。當(dāng)拐杖的各構(gòu)件處于雙點(diǎn)劃線位置的時(shí)候，使用者可在泥土路面行走。此時(shí)防滑釬和滑塊組成的整體作為主動(dòng)件，地面給防滑釬的反作用力通過滑塊和連桿傳遞給控制桿。但是由于此時(shí)連桿和控制桿的中心線重合，即該四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角γ=0°，所以無(wú)論在使用過程中用多大的力將防滑釬插入泥土，泥土給防滑釬的反作用力均不能讓控制桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證了使用的安全性。

3　設(shè)計(jì)總結(jié)及思路所有權(quán)說(shuō)明

本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用到了《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程中四桿機(jī)構(gòu)的基本特性，目前主要對(duì)產(chǎn)品的使用功能和結(jié)構(gòu)組成及工作原理做出了說(shuō)明，在設(shè)計(jì)過程中得到了四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系相關(guān)課程老師的中肯建議，在此表示感謝。同時(shí)，由于本產(chǎn)品尚在設(shè)計(jì)的初始階段，因此沒有對(duì)產(chǎn)品的材料和生產(chǎn)成本做具體的說(shuō)明，有待后續(xù)進(jìn)行。