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拐杖支脚垫的结构分析及设计方案的改进 |
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贾亚玲 王保华 肖波
摘要： 对拐杖支脚垫进行检验分析，提出了设计方案改进，并投产使用，取得较 好效果。
关键词： 拐杖；普通腋杖；支脚垫；结构分析
中图分类号：R496 文献标识码：B 文章编号：1006-9771(2000)02-0078-03
1 序言
帮助人行走的拐杖与地面接触的部件称为支脚垫。其作用主要有两点：①防滑—防止拐杖与 地面接触时打滑。②缓冲—减少地面给人体的反作用力及对人的不适感。因此，支脚垫应考 虑摩擦系数大且有弹性的材料，但往往这样的材料强度低、不耐磨，致使支脚垫寿命短易损 坏。本文在对拐杖支脚垫结构检验、分析的基础上，提出了设计方案改进。经厂家投产且在 实际应用中，取得较好效果。
2 实验检测结果
拐杖、普通腋杖静载强度、疲劳强度试验结果。
2.1 ××厂家拐杖静载强度试验
受检样品编号 检验项目 检验仪器 静载荷及方向 施加负荷时间 检验结果
1
2
3 静载试验 动静载荷试验机
KJY203 500N(垂直) 30s 支脚垫被切穿
通过试验发现，拐杖杆将支脚垫切穿，支脚垫损坏。如图1所示。这是由于拐 杖杆端部为环状，相对于支脚垫底面积来说很小，当在拐杖杆上端施加500N负荷时，它作用 在支脚垫上的剪切力是很大的。任何一种橡胶材料都很难承受这样的力。
图1
图2
2.2 ××厂家普通腋杖静载强度、疲劳强度试验
检验项目 检验仪器 载荷及方向 施加负载时间 检 验 结 果
受检样品编号
1 2 3
静载强度
疲劳强度 动静载荷试验机
KJY 203 1600N(垂直)
450N(垂直) 10min
循环载荷频率20～40次/分
50万次 合 格
合格
在支脚垫底部与腋杖端面支撑处加入了垫片，改变了腋杖与支脚垫底部之间的接触面积。即 施加在支脚垫上的剪切力大大减小。如图2所示。
由上面两个试验实例看出，加垫后的支脚垫的强度远远大于未加垫支脚垫的强度。
3 新方案设计、受力分析及使用结果
3.1 新方案设计
在上面两个实验中可以看到，所施加在腋、拐杖上的载荷均为垂直方向，所以横向力对支脚 垫所产生的影响未计入。在实际的使用过程中，支脚垫不仅受垂直力的作用，同时也受水平 力及扭矩的作用。这就造成①垫片周边的尖角、毛刺、棱边对支脚垫可造成损坏。②垫片周 边无固定，腋、拐杖杆在力的作用下滑出垫片，切损支脚垫。
为了克服以上弊端，可将垫片设计成图3所示结构。
图3
3.2 受力分析
通过下面的受力分析，就可清楚地看到垫托的结构优于垫片。
目前在普遍使用的助行器具中，普通腋杖的承受力最为复杂，受力也最大，使用条件最为恶 劣，所以在此选普通腋杖的支脚垫作为分析对象。
已知：①正常人的体重视为70kg，每只腋杖承载力为35kg。
②运动过程，在人行走的过程中，每步有1/3的时间人体腾空，这样人的体重完全靠腋 杖来支撑。
受力分析：(扭矩忽略不计)
支脚垫受力，是一个从支管的前端受力，过渡到直角，再过渡到支管的后端。而且是周期性 变化的。如图4所示。最劣之处是在前、后角受力时。在此两种状态时，N力使垫片的尖角、 棱边、毛刺对支脚垫产生压、剪切作用，损坏支脚垫。F力使腋杖杆底部移出垫片，切损支 脚垫。
图4
假如人的腋下距离地面为130cm，腋杖向前运动距人为50cm，如图5所示。
图5
此时沿腋杖方向的力N为：
沿垫片水平方向的力F为：
3.3 使用结果
新结构垫托的外缘设计成带R的圆弧过渡。这样，[1] [2] 下一页
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