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60歲以上的老年人口由1.26億增長到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。筆者專門針對市場的拐杖調(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，在本文中將會說明。

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

全國老齡工作委員會辦公室發(fā)布了《中國人口老齡化發(fā)展趨勢預(yù)測研究報(bào)告》指出，21世紀(jì)是人口老齡化的時代。中國已于1999年進(jìn)入老齡社會，是較早進(jìn)入老齡社會的發(fā)展中國家之一，將是世界上老年人口最多的國家。隨著社會生存壓力和生活成本的增加，年輕子女陪護(hù)在父母身邊的時間將會被不斷的壓縮減小。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面前的一個值得關(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”這樣一個特性，在拐杖原來的功能上進(jìn)行開發(fā)和改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了一款無論是在水泥地面、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。下面對利用的四桿機(jī)構(gòu)特性和拐杖的工作原理進(jìn)行說明。

1　何謂機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)位置”

眾所周知，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程中均存在力和運(yùn)動的傳遞。在傳遞過程中有兩個角度的大小直接影響著機(jī)構(gòu)傳動性能的好壞，這兩個角度分別是壓力角α和傳動角γ。結(jié)合力學(xué)知識我們可以知道當(dāng)傳動角γ=0°的時候無論我們在原動件上施加多大的力都不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動，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，我們在很多地方巧妙的運(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)動傳遞給滑塊；滑塊用于保障防滑釬和拐杖體的相對位置關(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，我們選擇了對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。各主要組成構(gòu)件之間的運(yùn)動副關(guān)系為：拐杖體和控制桿形成轉(zhuǎn)動副；和滑塊形成移動副；控制桿和連桿形成轉(zhuǎn)動副；連桿和滑塊形成轉(zhuǎn)動副。

（2）功能說明。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，首先對于拐杖體，我們使用高強(qiáng)度的鍍鋅不銹鋼管，能對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，由于這種材料質(zhì)量較輕讓老年人在使用過程中不會產(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候，通過轉(zhuǎn)動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明

（1）防滑釬的操作原理。如圖例中我們可以看出兩個圖中各構(gòu)件所處的相對位置有一定的改變。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的位置，主要用于在泥濘路面行走時使用，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)動副的。如果要將防滑釬伸出，只需將控制桿向上轉(zhuǎn)動即可帶動它的另一端和連桿的連接端向拐杖體中心移動，直至控制桿和連桿的中心線和拐杖體的中心線重合。此時，連桿的另一端將會帶動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)劃線位置的時候，使用者可在泥土路面行走。此時防滑釬和滑塊組成的整體作為主動件，地面給防滑釬的反作用力通過滑塊和連桿傳遞給控制桿。但是由于此時連桿和控制桿的中心線重合，即該四桿機(jī)構(gòu)傳動角γ=0°，所以無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，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，目前主要對產(chǎn)品的使用功能和結(jié)構(gòu)組成及工作原理做出了說明，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，由于本產(chǎn)品尚在設(shè)計(jì)的初始階段，因此沒有對產(chǎn)品的材料和生產(chǎn)成本做具體的說明，有待后續(xù)進(jìn)行。