“死点位置”在一种新型防滑拐杖中的应用

罗　辉（四川职业技术学院　机械工程系,四川　遂宁　629000）

“死点位置”在一种新型防滑拐杖中的应用

罗辉
（四川职业技术学院机械工程系,四川遂宁629000）

摘要：有资料调查显示，从2000年到2007年，我国60岁以上的老年人口由1.26亿增长到1.53亿人，占总人口的11.6%，占全球老年人口的21.4%。预计2020年老年人口将达到2.4亿人，占总人口的17.17%；到2050年，老年人口总量将超过4亿，老龄化水平推进到30%以上。在这些老年人中拐杖是他们的必需品。笔者专门针对市场的拐杖调查发现多数拐杖均是功能非常单一。在多次反复的尝试后设计出了一款适应多种场合的防滑拐杖。在设计过程中主要用到了四杆机构具有“死点位置”的特性，在本文中将会说明。

关键词：人口老龄化；拐杖；防滑功能；死点位置；主动件

全国老龄工作委员会办公室发布了《中国人口老龄化发展趋势预测研究报告》指出，21世纪是人口老龄化的时代。中国已于1999年进入老龄社会，是较早进入老龄社会的发展中国家之一，将是世界上老年人口最多的国家。随着社会生存压力和生活成本的增加，年轻子女陪护在父母身边的时间将会被不断的压缩减小。因此老年人在独自外出过程中的安全如何得到有效的保障是摆放在全社会面前的一个值得关注的问题。本着关爱老年人的想法，我们结合自己多年对机械结构和性能的掌握，利用某些类型的四杆机构具有“死点位置”这样一个特性，在拐杖原来的功能上进行开发和改进，设计出了一款无论是在水泥地面、泥泞地面或者铺有地砖的地面均能起到防滑功能的拐杖，为老年人的安全出行进自己的绵薄之力。下面对利用的四杆机构特性和拐杖的工作原理进行说明。

1　何谓机构的“死点位置”

众所周知，机构的运动过程中均存在力和运动的传递。在传递过程中有两个角度的大小直接影响着机构传动性能的好坏，这两个角度分别是压力角α和传动角γ。结合力学知识我们可以知道当传动角γ=0°的时候无论我们在原动件上施加多大的力都不能使机构运动，这种位置我们称为死点位置。在工业上，为保证机构的工作可靠性，我们在很多地方巧妙的运用了四杆机构的“死点位置”特性。

2　多功能防滑拐杖结构和工作原理介绍

2.1多功能防滑拐杖的结构介绍和功能说明

（1）结构介绍。本产品在设计过程中由拐杖体、控制杆、连杆、滑块、防滑钎和若干如连接螺栓等其余零部件组成，在机构上具有装拆方便等特征。

这些主要组成构件各自的作用：拐杖体是为老年人在行走过程中身体平衡起到保障作用；控制杆用于通过连杆控制防滑钎的伸出和收回；连杆用于将控制杆的运动传递给滑块；滑块用于保障防滑钎和拐杖体的相对位置关系，起到稳定作用。通过这些主要部件的组合之后从下图实线和双点划线位置可以看到。在设计过程中，我们将四杆机构中的曲柄滑块机构应用到了其中。值得强调的是，为保证结构的合理性和结构的紧凑性，我们选择了对心曲柄滑块机构。各主要组成构件之间的运动副关系为：拐杖体和控制杆形成转动副；和滑块形成移动副；控制杆和连杆形成转动副；连杆和滑块形成转动副。

（2）功能说明。本次设计过程中所设计到的多功能防滑拐杖具有以下的功能，首先对于拐杖体，我们使用高强度的镀锌不锈钢管，能对老年人在行走过程中身体的平衡起到很好的保障作用。同时，由于这种材料质量较轻让老年人在使用过程中不会产生很大的负担。其次，在拐杖体的端部我们采用耐磨的防滑橡胶。让使用的老年人在水泥地面和装有地板砖的地面能轻松自如的行走。第三，当使用本拐杖的老年人行走在泥泞路面防滑橡胶失去了防滑功能的时候，通过转动控制杆让藏在拐杖体内部的防滑钎伸出，在泥泞路面起到防滑作用。

2.2多功能防滑拐杖工作原理说明

（1）防滑钎的操作原理。如图例中我们可以看出两个图中各构件所处的相对位置有一定的改变。其中实线位置是防滑钎藏在拐杖体内部时的位置，主要用于水泥路面和地砖路面的使用，通过端部的耐磨防滑橡胶（图中未作标示）实现防滑功能。双点划线位置是防滑钎伸出拐杖体时的位置，主要用于在泥泞路面行走时使用，通过防滑钎插入泥土实现防滑功能。它们之间的位置变化是通过如下的方式实现的：在图中我们可以看到。控制杆与拐杖体是通过螺栓或者圆柱销连接形成转动副的。如果要将防滑钎伸出，只需将控制杆向上转动即可带动它的另一端和连杆的连接端向拐杖体中心移动，直至控制杆和连杆的中心线和拐杖体的中心线重合。此时，连杆的另一端将会带动滑块和防滑钎向拐杖体端部下移，防滑钎伸出至拐杖体外部。

（2）如何保证防滑钎在使用过程中的可靠性。前面提到，本设计主要运用了四杆机构的“死点位置”特性。当拐杖的各构件处于双点划线位置的时候，使用者可在泥土路面行走。此时防滑钎和滑块组成的整体作为主动件，地面给防滑钎的反作用力通过滑块和连杆传递给控制杆。但是由于此时连杆和控制杆的中心线重合，即该四杆机构传动角γ=0°，所以无论在使用过程中用多大的力将防滑钎插入泥土，泥土给防滑钎的反作用力均不能让控制杆发生转动，从而保证了使用的安全性。

3　设计总结及思路所有权说明

本次设计主要运用到了《机械设计基础》课程中四杆机构的基本特性，目前主要对产品的使用功能和结构组成及工作原理做出了说明，在设计过程中得到了四川职业技术学院机械工程系相关课程老师的中肯建议，在此表示感谢。同时，由于本产品尚在设计的初始阶段，因此没有对产品的材料和生产成本做具体的说明，有待后续进行。