“死點位置”在一種新型防滑拐杖中的應用

羅　輝（四川職業技術學院　機械工程系,四川　遂寧　629000）

“死點位置”在一種新型防滑拐杖中的應用

羅輝
（四川職業技術學院機械工程系,四川遂寧629000）

摘要：有資料調查顯示，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，占總人口的11.6%，占全球老年人口的21.4%。預計2020年老年人口將達到2.4億人，占總人口的17.17%；到2050年，老年人口總量將超過4億，老齡化水平推進到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查發現多數拐杖均是功能非常單一。在多次反復的嘗試后設計出了一款適應多種場合的防滑拐杖。在設計過程中主要用到了四桿機構具有“死點位置”的特性，在本文中將會說明。

關鍵詞：人口老齡化；拐杖；防滑功能；死點位置；主動件

全國老齡工作委員會辦公室發布了《中國人口老齡化發展趨勢預測研究報告》指出，21世紀是人口老齡化的時代。中國已于1999年進入老齡社會，是較早進入老齡社會的發展中國家之一，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注的問題。本著關愛老年人的想法，我們結合自己多年對機械結構和性能的掌握，利用某些類型的四桿機構具有“死點位置”這樣一個特性，在拐杖原來的功能上進行開發和改進，設計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自己的綿薄之力。下面對利用的四桿機構特性和拐杖的工作原理進行說明。

1　何謂機構的“死點位置”

眾所周知，機構的運動過程中均存在力和運動的傳遞。在傳遞過程中有兩個角度的大小直接影響著機構傳動性能的好壞，這兩個角度分別是壓力角α和傳動角γ。結合力學知識我們可以知道當傳動角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構運動，這種位置我們稱為死點位置。在工業上，為保證機構的工作可靠性，我們在很多地方巧妙的運用了四桿機構的“死點位置”特性。

2　多功能防滑拐杖結構和工作原理介紹

2.1多功能防滑拐杖的結構介紹和功能說明

（1）結構介紹。本產品在設計過程中由拐杖體、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，在機構上具有裝拆方便等特征。

這些主要組成構件各自的作用：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系，起到穩定作用。通過這些主要部件的組合之后從下圖實線和雙點劃線位置可以看到。在設計過程中，我們將四桿機構中的曲柄滑塊機構應用到了其中。值得強調的是，為保證結構的合理性和結構的緊湊性，我們選擇了對心曲柄滑塊機構。各主要組成構件之間的運動副關系為：拐杖體和控制桿形成轉動副；和滑塊形成移動副；控制桿和連桿形成轉動副；連桿和滑塊形成轉動副。

（2）功能說明。本次設計過程中所設計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，由于這種材料質量較輕讓老年人在使用過程中不會產生很大的負擔。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，通過轉動控制桿讓藏在拐杖體內部的防滑釬伸出，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件所處的相對位置有一定的改變。其中實線位置是防滑釬藏在拐杖體內部時的位置，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（圖中未作標示）實現防滑功能。雙點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現防滑功能。它們之間的位置變化是通過如下的方式實現的：在圖中我們可以看到。控制桿與拐杖體是通過螺栓或者圓柱銷連接形成轉動副的。如果要將防滑釬伸出，只需將控制桿向上轉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，本設計主要運用了四桿機構的“死點位置”特性。當拐杖的各構件處于雙點劃線位置的時候，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，即該四桿機構傳動角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生轉動，從而保證了使用的安全性。

3　設計總結及思路所有權說明

本次設計主要運用到了《機械設計基礎》課程中四桿機構的基本特性，目前主要對產品的使用功能和結構組成及工作原理做出了說明，在設計過程中得到了四川職業技術學院機械工程系相關課程老師的中肯建議，在此表示感謝。同時，由于本產品尚在設計的初始階段，因此沒有對產品的材料和生產成本做具體的說明，有待后續進行。