充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣 扣加 414951605 圖 書 分類號(hào)： 密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 高樓火災(zāi)逃生器設(shè)計(jì) Design of Escape Machine from High-rise for Fire 學(xué)生姓名 黃漢斌 學(xué)院名稱 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 劉文君 2011 年 5 月 27 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的 內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文 檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 摘要 本文從開始介紹了高樓逃生裝置的背景和研究意義，并對(duì)現(xiàn)有的一些高樓逃生裝置進(jìn)行了分析和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的裝置 有成本高、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、安全系數(shù)低等一些不足之處。本設(shè)計(jì)根據(jù) 機(jī)械創(chuàng)新 理論 ， 設(shè)計(jì)出一種基于負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的高樓逃生裝置，該裝置具有成本低、操作簡(jiǎn)單、安全系數(shù)高、純機(jī)械無(wú)電氣結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，最后通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的零部件進(jìn)行計(jì)算，得出整個(gè)機(jī)構(gòu)的圖形，在多次試驗(yàn)和計(jì)算之后，確定了不論是小孩還是老人都能從高樓平安降落到地面，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的目的。 關(guān)鍵詞 高樓火災(zāi)逃生器；機(jī)械創(chuàng)新理論；往復(fù)；可控 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III Abstract Firstly,this paper describes the background and significance of tall building escape device.And some of the existing tall building escape devices are analyzed and compared， most of the devices are costly, complex organization, the safety factor and low number of shortcomings are found. The design applied theory of inventive problem solving. To design a negative feedback loop system based on tall building escape device. The device has many advantages such as low cost, simple operation, high safety factor, purely mechanical no electrical structure. Finally, the components of the calculated design agency .The graphics get in the whole body ,after many tests and analysis, determining whether children or the elderly can safely descend to the ground from high buildings. the purpose of this design has achieved. Keywords Hige-rise escape machine for fire Machinery innovation theory Reciprocating Controllable 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) IV 目 錄 摘要 . II Abstract .III 1 緒論 . 1 1.1 設(shè)計(jì)背景及意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況 . 2 1.3 高樓火災(zāi)逃生器的實(shí)例 . 3 1.3.1 內(nèi)凸輪式高樓火災(zāi)逃生器 . 3 1.3.2 渦輪蝸桿式高樓火災(zāi)逃生器 . 4 1.3.3 鋼絲繩防滑逃生裝置 . 4 1.3.4 心摩擦式高 樓火災(zāi)安全逃生器 . 5 2 整體方案設(shè)計(jì) . 6 2.1 方案構(gòu)設(shè) . 6 2.1.1 方案一 . 6 2.1.2 方案二 . 9 2.1.3 方案三 .11 2.2 方案的比較與選擇 . 12 3 裝置零部件設(shè)計(jì) . 13 3.1 軸的設(shè)計(jì) . 13 3.1.1 軸的概述 . 13 3.1.2 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) . 14 3.1.3 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) . 15 3.2 齒輪的設(shè)計(jì) . 16 3.2.1 齒輪的概述 . 16 3.2.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 16 3.3 棘輪的設(shè)計(jì) . 20 3.3.1 棘輪的概述 . 20 3.3.2 棘輪的設(shè)計(jì) . 21 3.4 其他零部件的設(shè)計(jì)選擇 . 22 3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 . 22 3.4.2 安全座椅的選擇 . 23 3.4.3 掛鉤的設(shè)計(jì) . 24 4 計(jì)算和驗(yàn)證 . 25 4.1 靜力學(xué)平衡計(jì)算 . 25 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) V 4.2 繞繩的計(jì)算 . 26 4.3 速度計(jì)算 . 26 結(jié)論 . 30 致謝 . 31 參考文獻(xiàn) . 32 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 1 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)背景及意義 隨著建筑高度的增加和日趨密集，建筑的安全隱患也越來(lái)越多，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家的高樓遇有火災(zāi)、爆炸等事件時(shí)，由于時(shí)間、空間等諸多因素的限制，人員自救逃生也是一個(gè) 急 待解決的重要問(wèn)題。 高樓火災(zāi)的有效救援和應(yīng)急逃生，已經(jīng)成為人們高度關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題。高層建筑一般功能較多，內(nèi)部通道和外部環(huán)境情況復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，由于煙囪效應(yīng)，火勢(shì)和濃煙就會(huì)迅速擴(kuò)大，很短時(shí)間內(nèi)蔓延到內(nèi)部樓梯和走廊，封鎖正常的疏散通道，至使樓上被困人員無(wú)法逃生。 所以逃生 人員自救是一個(gè) 亟待解決 的重要問(wèn)題。高樓突然失火 或其他災(zāi) 難發(fā)生時(shí) ,電梯不能用 ,樓梯阻塞 ,而一般地面救援裝備的舉高和投射能力又遠(yuǎn)遠(yuǎn)的落后于高層建筑的高度發(fā)展而且裝備體積龐大受道路交通，建筑周邊環(huán)境等方面的影響因而延誤救援時(shí)機(jī)， 這樣的情況每年都有發(fā)生 ,也有很多人因無(wú)法逃生而遇難 ,所以怎樣快速有效的逃離火災(zāi)建筑成了決定生死的問(wèn)題， 而高樓逃生裝置在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。 然而 在人們將越來(lái)越多的精力和時(shí)間都投入到對(duì)安全問(wèn)題保障研究的同時(shí) ,卻忽略了最基礎(chǔ)的一種手段 ,在人們?cè)絹?lái)越多的用到各種高科技和現(xiàn)代手法進(jìn)行安全保障的同時(shí) ,卻忽略意外事件的發(fā)生 ,是不可以借助外力和各種現(xiàn) 代手段 解決的 ,要靠最基礎(chǔ)和最簡(jiǎn)單的方式 ,也就是機(jī)械 傳動(dòng) 的方式才是最安全和穩(wěn)定的。 本課題要求針對(duì)高層建筑實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種在發(fā)生火災(zāi)情況下，能幫助人方便、快捷的逃生的工具。要求設(shè)計(jì)出的逃生器能適合各種結(jié)構(gòu)的建筑物，運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且要 求 操作方便，可以折疊，體積和重量在一個(gè)人可以操作的限度范圍內(nèi)?？梢远啻瓮蹈邔咏ㄖM(jìn)行營(yíng)救。從而能最大限度的減少火災(zāi)中的人員傷亡。通過(guò)分析比較現(xiàn)有的一些高樓逃生器，大多數(shù)裝置雖然能達(dá)到高樓逃生這一功能，但其結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，操作繁瑣，安全性差，生產(chǎn)成本高，部分裝置還需要電力控 制，局限性大 (發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)很有可能斷電，也不允許操作人員進(jìn)行復(fù)雜的操作 )。所以本設(shè)計(jì)采用一種基于負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的高樓逃生裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，且無(wú)需電力或其他能源驅(qū)動(dòng)，純機(jī)械結(jié)構(gòu)。其原理是利用逃生人員的重力，通過(guò)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生阻止逃生人員快速下落的阻力，隨著下降中繞繩層數(shù)的減少，包角增大，阻力增大，使逃生人員依次有加速、勻速、減速下降的過(guò)程，最終以安全速度到達(dá)地面。裝置的仰角大小可以人為調(diào)節(jié)。當(dāng)從動(dòng)軸與安全繩的粗糙度、安全繩的直徑發(fā)生改變時(shí)可以通過(guò)改變仰角的大小使裝置仍然可以正常使用，適應(yīng)了各 種環(huán)境。通過(guò)計(jì)算，結(jié)果達(dá)到預(yù)期要求，借助 2 本裝置逃生人員可以以安全的速度平穩(wěn)的下落到地面。因而可以在災(zāi)難發(fā)生的時(shí)候保證人的生命安全。符合設(shè)計(jì)要求。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況 在我 國(guó) ， 目前 主要的救生 設(shè)備 有逃生 緩 降器， 這 種 設(shè)備 主要 針對(duì) 普通家庭和個(gè) 人使用，其構(gòu)造由 調(diào)速 器、安全 帶 、安全 鉤 、 鋼絲繩等組 成。每次可以承 載約100 公斤重的 單 人 個(gè) 體自由滑下，其下滑速度 約為 每秒 1.5 米， 從 二十 層樓 上降到地面 約 需 40 多秒 /每人，根據(jù)人體重量的不同，略有差異。 40 秒雖然在平時(shí)看似不多，但在火災(zāi)逃生分秒必爭(zhēng)的情況下還是略顯漫長(zhǎng)。 目前 這 種 逃生 緩 降器的使 用狀況 不甚理想，其原因除家庭消防意 識(shí) 、 經(jīng)濟(jì) 因素之外，主要是 難 以適用老幼病 殘 者，多 戶 同 時(shí) 使用可能 發(fā) 生相互 纏繞 ，以及安 裝問(wèn)題 、定期保 養(yǎng) 等， 難以走 進(jìn) 百姓家 門 。 還 有一 個(gè) 主要的 設(shè)備 是救生氣 墊 ，它主要是一種利用充氣 產(chǎn) 生 緩沖 效果的高空救生 設(shè)備 。一般采用高 強(qiáng)度纖維 材料 ,經(jīng)縫紉、 粘合制成，其氣源一般采用高壓氣 瓶。但是救生氣 墊僅 限于高度 為 3-4 層的樓 房使用， 隨著 高度的增加，其 緩沖 效果、作用面 積也將大 打折扣，同 時(shí) 此 裝備 要求有相 當(dāng) 大的窗 戶 作 為 人 們 逃生的出路，在一定程度上受到很大的限制。因此 應(yīng) 用范 圍 非常有限， 當(dāng)然對(duì) 于 高 樓逃生就有很大的危 險(xiǎn) 性。 目前國(guó)外高樓逃生器主要有以下幾種形式： 1 緩降器式：該類逃生器增加鋼絲繩與輪之間的包角，使得鋼絲繩與鋼絲輪之間的摩擦力增加。另外，再利用手控裝置，進(jìn)一步調(diào)節(jié)下降速度的快慢。 2 間歇沖擊式：間歇沖擊式逃生器是通過(guò)間歇撞擊能來(lái)消耗能量，如利用鐘表中的擒縱叉和擒縱輪原理來(lái)消耗能量。 3 液體流動(dòng)阻尼式：液體流動(dòng)阻尼式是利用液體流動(dòng)阻尼把人體勢(shì)能轉(zhuǎn)化成液體熱能，以達(dá)降低速度的目的。其主要特點(diǎn)是由于液體阻尼的大小取決于外負(fù)載，所以不論人體質(zhì)量的大小均能以比較恒定的速度下降。 另外 據(jù)新科學(xué)家 雜志報(bào)道，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署正在研究炮射飛人。此項(xiàng)研究將有特殊的現(xiàn)實(shí)用途，諸如在緊急情況下將警員或者消防隊(duì)員送入高樓的屋頂。一具斜軌將以與地面呈 80 的姿態(tài)安放于目標(biāo)地點(diǎn)附近，執(zhí)行任務(wù)的人員則坐在椅子中 類似于飛機(jī)駕駛員的彈射座椅。壓縮空氣從背負(fù)的鋼瓶中迅速噴出，座椅即沿滑軌彈射，到達(dá)頂端時(shí)戛然停住，人體由于慣性飛離并到達(dá)屋頂邊，安全著陸。方案的關(guān)鍵在于正確計(jì)算拋物線軌跡，在國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署的專利方案中有一臺(tái)計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)控制發(fā)射的角度及速度，可在 2 秒內(nèi)把人安全送抵 5 層樓的高度。 3 1.3 高樓火災(zāi)逃 生器的實(shí)例 1.3.1 內(nèi)凸輪式高樓火災(zāi)逃生器 為了保證機(jī)械運(yùn)動(dòng)的安全可靠，常常需要對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度進(jìn)行限制，例如對(duì)索道滑車、逃生器等進(jìn)行緊急制動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)的自動(dòng)限速器的種類主要包括離心式、間歇沖擊式和液體阻尼式。 該 實(shí)用新型的目的是要提供一種內(nèi)凸輪式自動(dòng)限速器，該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)噪聲而且生產(chǎn)成本低。 該 實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的（見圖 1）：它包括一固定內(nèi)凸輪（外徑 200mm），其特征在于所述的內(nèi)凸輪型腔內(nèi)設(shè)置有一導(dǎo)軌支架，所述的導(dǎo)軌支架的中部橫向設(shè)置有滑動(dòng)芯閥，所述的內(nèi)凸輪型腔的內(nèi)周壁由若干個(gè)依次 連續(xù)并沿同一圓周均勻分布的拱形曲面組成，兩相鄰拱形曲面的交接處至內(nèi)凸輪中心連線的延長(zhǎng)線恰好通過(guò)延長(zhǎng)方向所對(duì)的拱形曲面的頂點(diǎn)，所述的內(nèi)凸輪型腔內(nèi)過(guò)內(nèi)凸輪中心點(diǎn)的徑向線的長(zhǎng)度與滑動(dòng)芯閥的長(zhǎng)度相等，所述的導(dǎo)軌支架體內(nèi)設(shè)置有油腔，所述的滑動(dòng)芯閥上下側(cè)固定聯(lián)接有位于油腔內(nèi)的阻尼片。 圖 1-1 凸輪驗(yàn)證仿真模型 當(dāng)內(nèi)凸輪驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)芯閥作往復(fù)橫向移動(dòng)時(shí)，使得油脂從油腔的一側(cè)自縫隙 翻 4 越阻尼片流到油腔的另一側(cè)，再?gòu)牧硪粋?cè)翻越阻尼片流回油腔的原側(cè)端，在此過(guò)程中產(chǎn)生很大的阻尼，以此來(lái)限制內(nèi)凸輪的速度。將該內(nèi)凸輪與任何需要限速的回轉(zhuǎn)件聯(lián)接，即可達(dá)到自動(dòng)限制該回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速的目的。 優(yōu)點(diǎn)： 體積小 ， 無(wú)噪聲，成本低 ， 生產(chǎn)安裝及維修方便 ，持久耐用，實(shí)用性高。 缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件多，制造費(fèi)工費(fèi)時(shí) ， 下降速度不穩(wěn)定，安全系數(shù)低。 1.3.2 渦輪蝸桿式高樓火災(zāi)逃生器 原理：利用蝸輪蝸桿的自鎖性，蝸桿能帶動(dòng)蝸輪，但蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿，使逃生人員在逃生過(guò)程中，控制自己的下落； 優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；具有自鎖性，安全性高 ，制造成本不高； 缺點(diǎn)：摩擦磨損大，材料要求高，操作復(fù)雜，普通人不易操作。 1.3.3 鋼絲繩防滑逃生裝置 圖 1-2 鋼絲繩防滑機(jī)構(gòu) 5 鋼絲繩纏繞在回轉(zhuǎn)軸上的楔形槽內(nèi)。有兩個(gè)擺架，擺架可分別繞上端固定軸擺動(dòng)，每個(gè)擺架上均轉(zhuǎn)有一個(gè) V 形滾壓輪架， V 形滾壓輪架可相對(duì)于擺架繞小軸擺動(dòng)，每個(gè) V 形滾壓輪架上均裝有兩個(gè)滾壓輪，滾壓輪壓在鋼絲繩的外緣。每個(gè)擺架下端還有一個(gè)槽滾輪。 鋼 絲繩纏繞方式如圖 2所示。鋼絲繩從左側(cè)槽滾輪的左邊向上穿，向右拐，沿逆時(shí)針?lè)较蚶p繞在回轉(zhuǎn)軸上，然后從右側(cè)槽滾輪的右邊向下穿。 假設(shè)重物掛在鋼絲繩左端。纏繞在回轉(zhuǎn)軸上的鋼絲繩在重物的拉動(dòng)下，對(duì)左側(cè)槽滾輪產(chǎn)生一向右的壓力，該壓力使左側(cè)擺架繞上端固定軸作逆時(shí)針擺動(dòng)，從而使左側(cè) V 形滾壓輪架上的兩個(gè)滾壓輪緊緊地壓在鋼絲繩左側(cè)自由端的外緣，使得鋼絲繩左側(cè)自由端與回轉(zhuǎn)軸間的壓力增大，摩擦力矩也因此增大。重物的重量越大，則鋼絲繩左側(cè)自由端與回轉(zhuǎn)軸間的壓力也越大，摩擦力矩也越大。從而避免了鋼絲繩與回轉(zhuǎn)軸之間的打滑。 當(dāng)重物掛在 鋼絲繩右端時(shí)，受力情況與上述對(duì)稱。 優(yōu)點(diǎn)：防打滑，安全系數(shù)高 缺點(diǎn)：裝置復(fù)雜，成本較高，不能快速把人能降落到地面。 1.3.4 心摩擦式高樓火災(zāi)安全逃生器 原理：重力帶動(dòng)卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得卷軸上的活動(dòng)快由于離心力產(chǎn)生正壓力，摩擦片與外殼產(chǎn)生摩擦力，在下降速度達(dá)到一定值，摩擦力矩與人體重力力矩平衡，勻速下滑 ； 優(yōu)勢(shì)：逃生人員下降過(guò)程中不需要人來(lái)控制 ； 缺點(diǎn)：局限性大重力越大下落到地面速度越大安全系數(shù)低且最小使用重量為20kg. 6 2 整體方案設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和其它輔助 系統(tǒng)組成的，所以，機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)是這幾部分的方案設(shè)計(jì)及其各部分間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。即執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、原動(dòng)機(jī)類型的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和其它輔助系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。 機(jī)械系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)： 1協(xié)調(diào)性：整體系統(tǒng)由各個(gè)子系統(tǒng)組成，雖然各子系統(tǒng)的功能不同、性能各異，但它們?cè)诮M合時(shí)必須按照整體功能的需要。2相關(guān)性：構(gòu)成系統(tǒng)的各要素之間也是互相關(guān)聯(lián)的，它們之間有著相互作用、相互制約的特定關(guān)系。某個(gè)要素性能的變化將影響對(duì)相關(guān)要素的作用，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 3內(nèi)外結(jié)合性：任何系 統(tǒng)必定存在于一定的社會(huì)和物質(zhì)環(huán)境中，機(jī)械系統(tǒng)也不例外。環(huán)境的變化必將引起系統(tǒng)輸入的變化，從而也將導(dǎo)致其輸出的變化。 2.1 方案構(gòu)設(shè) 2.1.1 方案一 1、 方案一的原理 方案一利用摩擦力控制速度的原理，在下降過(guò)程中通過(guò)增減裝置與鋼繩的摩擦力來(lái)控制逃生人員的下降速度，同時(shí)采用兩級(jí)減速裝置使下降速度能得到充分的控制，安全性更好。其工作原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 7 圖 2-1 二級(jí)手動(dòng)調(diào)速裝置（ 1.殼體； 2.減速手柄； 3.減速杠桿一； 4.減速杠桿二； 5 鋼絲繩 ；6.橡膠 ； 7.減速輪；） 8 圖 2-2（去掉了圖 3 中的剎車裝置 3、 4、 5、 6、 8） 減速裝置主視圖 (1.固定軸套； 2.減速圓柱； 3.穿繩孔； 4.減速檔板； 5.減速軸； 6.軸承； 7.滑塊； 8. 搖桿； 9.減速輪； 10.減速軸； 11.減速手閘； 12.調(diào)速手輪； 13.內(nèi)螺紋軸套； 14.殼體； ) 原理說(shuō)明： 該裝置是利用繩子做導(dǎo)軌，減速裝置在繩上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)增減與鋼絲繩之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)下降過(guò)程的加減速。其中“一級(jí)減速器”是通過(guò)旋動(dòng)調(diào)速手輪（圖2 中的 12），從而推動(dòng)裝置內(nèi)各邊減 速圓柱（圖 2 中的 2）相向運(yùn)動(dòng)而互相擠壓，增大它們之間的摩擦力，使鋼繩的速度減慢。“二級(jí)減速器” 是把繩的豎直運(yùn)動(dòng)通過(guò)在軸（圖 2 中的 5 和 10）上的纏繞而變?yōu)檩S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)減速手閘（圖 2 中的 11）實(shí)現(xiàn)對(duì)輪的減速或制動(dòng)。 使用方法： 首先把鋼絲繩固定在臨近窗戶處，人先把安全帶扣在身上，把繩子拋出窗外，再調(diào)節(jié)“一次減速器”的調(diào)速手輪（圖 2 中的 12），使減速圓柱（圖 2 中的 2） 9 裝置與繩卡死，隨后人慢慢爬出窗戶，使自身的重力完全作用在繩子上，再微松“一次減速器”的調(diào)速手輪（圖 2 中的 12），由于此時(shí)重力大于摩擦力，人 與裝置開始慢慢下落。在下降過(guò)程中，人可以調(diào)節(jié)“二級(jí)減速器”的手閘（圖 2 中的11），通過(guò)改變握緊力的大小來(lái)控制自己的下落速度，直到到達(dá)地面，同時(shí)可以推動(dòng)或松開搖桿（圖 2 中的 8），從而擠壓或拉回滑塊（圖 2 中的 7），改變滑塊與繩之間的摩擦力，同時(shí)由于橡膠（圖 1 中的 6）與減速輪（圖 2 中的 9）之間的摩擦力也隨之增大或減小，從而使軸（圖 1 中）角速度增大或減小，從而使人下降的速度得到控制。 2、 方案一的優(yōu)點(diǎn)與不足 方案一的優(yōu)點(diǎn)： 一、 該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占空間不大，人們可以放在家中備用，火災(zāi)來(lái)臨時(shí)及時(shí)逃生，防止措手不及， 從而脫離危險(xiǎn)。 二、 該設(shè)計(jì)主要采用增減鋼繩與裝置之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)下降過(guò)程的加、減 速。而且采用了兩次減速設(shè)置，可調(diào)性很好。 方案一的不足： 一、該裝置不能實(shí)現(xiàn)以安全速度全自動(dòng)的下降，下降時(shí)需要逃生人員控制，對(duì)逃生時(shí)情緒緊張的人容易造成操作不對(duì)而出現(xiàn)事故。 2.1.2 方案二 1、 方案二的原理 該方案是根據(jù)機(jī)械摩擦原理和歐拉原理（滾輪與繩索圍包角之間的大小決定摩擦力）設(shè)計(jì)的，是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，屬于機(jī)械式裝置 。 其原理圖如下： 10 圖 2-3 往復(fù)式 可控高樓火災(zāi)逃生器原理圖（ 1.支架 ； 2.繩索 ； 3.動(dòng)滑輪 ； 4.控制軸 ； 5.摩擦輪； 6.擋繩輪（ 4 個(gè)） ； 7.吊籃 ； 8.上升控制繩； 9.定滑輪。） 原理及使用方法 ： 此裝置采用直徑 3mm的 鋼絲繩 在控制軸上繞長(zhǎng)可為 100m，（根據(jù)需要選擇繩長(zhǎng)）共三股 100m繩繞在控制軸 1 上，三股繩分別位于擋繩輪 6 之間，且中間一股繩的纏繞方向要與兩邊的繞繩方向相反。 將支架 1 固定在樓層的 陽(yáng)臺(tái) 護(hù)欄上，開始時(shí)，將摩擦輪剎死， 100m 繩事先纏繞在控制軸 4 上。通過(guò)控制手柄放開摩擦輪 5，由于人重力的原因，使控制軸 4 轉(zhuǎn)動(dòng)，控制軸 4 轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，同 時(shí)釋放繞在控制軸 4 上的繩，實(shí)現(xiàn)吊籃 7 的下降。在下降的過(guò)程中，可以通過(guò)控制剎皮與摩擦輪 5 的摩擦力大小控制控制軸 4 的轉(zhuǎn)速大小來(lái)實(shí)現(xiàn)緩降，快速下降。如遇到突發(fā)情況，把操縱桿置于緊急制動(dòng)器檔位，可實(shí)現(xiàn)緊急懸停，使人處于安全狀態(tài)。隨著控制軸 4 轉(zhuǎn)動(dòng)，上升控制繩 8 隨著控制軸 4 的轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)收起。待逃生者 1 號(hào)降到地面，上升控制繩 8 收起的長(zhǎng)度恰好為所在樓層高度，接著逃生者1 號(hào)拉動(dòng)中間繩，使控制軸 4 旋轉(zhuǎn)，由于用于滑輪組的繩與上升控制繩 8 的纏繞方向相反，隨著上升控制繩 8 的拉長(zhǎng)，吊籃 7 隨著滑輪組繩的縮短（重新纏繞在控制軸 4 上）而上升， 第 2 個(gè)人逃生創(chuàng)造了條件，如此循環(huán)，可滿足多人逃生。 完畢后，收尾工作簡(jiǎn)單方便，若最后狀態(tài)為滑輪組繩收起，上升控制繩 8 下放，則先解開滑輪上方的繩，將滑輪繩纏繞在控制軸 4 上，并且不能讓其在散開，這時(shí)可以轉(zhuǎn)動(dòng)控制軸 4 將上升控制繩 8 繞好在控制軸 4 上。若最后狀態(tài)為上升控制1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 繩 8 收起，滑輪組繩下放，則先繞好上升控制繩 8，并且不能讓其在散開，這時(shí)可以轉(zhuǎn)動(dòng)控制軸 4 將滑輪組繩繞好在控制軸 4 上。 2、 方案二的優(yōu)點(diǎn)與不足 方案二的優(yōu)點(diǎn)： 一、該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧。 二、該裝置安全系數(shù)高制動(dòng)效果好。且生產(chǎn)加工成本低適合大眾群體購(gòu)買 。 方案二的不足： 該裝置在下降過(guò)程中需要逃生人員做相關(guān)的操作控制，且一人逃生后需已逃生人員操作另外被困人員才可逃生，且該裝置的上升機(jī)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，萬(wàn)一繩索卡死則其他被困人員將無(wú)法使用。 2.1.3 方案三 1、 方案三的原理 在實(shí)際操作過(guò)程中，需要調(diào)整機(jī)構(gòu)仰角，逃生人員可以以一個(gè)很小的加速度加速下落。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，從動(dòng)軸上的包角越來(lái)越大，接觸面積增大，摩擦力也增大，加速度減小，人經(jīng)歷了從加速，勻速，減速的過(guò)程，最終以安全的速度降落到地面。 圖 2-4 裝置的自動(dòng)減速原理圖 裝置自動(dòng)減速原理：如圖 7，繩索有一 定的直徑，當(dāng)在軸一上面纏繞數(shù)圈時(shí)，會(huì)有一定的厚度。隨著逃生人員的下落，繩索在軸一上纏繞的層數(shù)減少，從而引起繩索在軸二上的包角增大（如下圖所示，）。由于壓力一定，接觸 12 面積增大，則摩擦力增大，反饋到齒輪二上，此時(shí)，齒輪一也必然會(huì)減速，也就是人下降的速度會(huì)降低。達(dá)到 先加速再勻速后減速下降的目的，最終以安全速度下降到地面。 2、 方案三的優(yōu)點(diǎn)與不足 方案三的優(yōu)點(diǎn)： 相比其他的現(xiàn)有高樓逃生裝置，該裝置最大的優(yōu)點(diǎn)就是不需要利用其他能源，而是逃生人員自身的重力，下降不需要逃生人員來(lái)控制，適合不同人群，純機(jī)械結(jié)構(gòu) ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)的仰角可以調(diào)節(jié)適用于不同的條件。在繩子末端與逃生人員掛接處接一段彈性繩減緩沖擊力，更加能保證人的生命安全。 方案三的不足： 該裝置對(duì)機(jī)構(gòu)的制作材料要求較高，要求各部件的鏈接緊密，而且剛開始的初速度比較大，人需要有一定的承受能力。逃生人員不能夠連續(xù)的進(jìn)行逃生，每完成一個(gè)逃生人員，下一個(gè)逃生人員需自己纏繞繩子后再進(jìn)行逃生。 2.2 方案的比較與選擇 通過(guò)比較以上三個(gè)方案，以及各個(gè)方案與設(shè)計(jì)要求的對(duì)比，方案三 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)減速，下降過(guò)程中無(wú)需逃生人員做任何其他操作， 減少了因操作失誤而引起的意外傷害事故，且方案三的原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易發(fā)生機(jī)械故障，安全系數(shù)相對(duì)較高，并且符合其他相關(guān)設(shè)計(jì)要求，所以選擇方案三為設(shè)計(jì)方案。 13 3 裝置零部件設(shè)計(jì) 3.1 軸的設(shè)計(jì) 3.1.1 軸的概述 軸一般有兩種分類方法 ： 1、按受載情況分 ： 1）轉(zhuǎn)軸既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸 如減速器中的軸 。 2）傳動(dòng)軸主要受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩或彎矩很小的軸 -如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與后橋之間的軸 。 3）心軸只受彎矩而不受轉(zhuǎn)矩的軸 。 心軸根據(jù)其工作時(shí)是否轉(zhuǎn)動(dòng)，又可分為：（ 1） 固定心軸 -如自行車的前輪軸 ；（ 2） 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 -如鐵路機(jī)車輪軸 。 2、按軸線形狀分 ： 1） 曲軸 ， 各軸段軸線不在同一直線上 -如內(nèi)燃機(jī)中的曲軸 2） 直軸 ， 各軸段軸線為同一直線。直軸按外形不同又可分為： （ 1） 光軸 ， 形狀簡(jiǎn)單，應(yīng)力集中少，但軸上零件不易裝配和定位。常用于心軸和傳動(dòng)軸。 （ 2） 階梯軸 ， 特點(diǎn)與光軸相反，常用于轉(zhuǎn)軸。 （ 3） 鋼絲軟軸 ， 由幾層緊貼在一起的鋼絲繩構(gòu)成，具有良好撓性，可彎曲繞過(guò)各種零部件將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地遠(yuǎn)距離傳遞 -如手持動(dòng)力機(jī)械、里程表和遙控裝置傳動(dòng) 。 軸 要正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，是需要軸 承 來(lái)固定的，所以軸 承 是很重要的。一般軸的失效形式為：主要是因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的疲勞籪裂；或是因靜強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性籪裂、磨損、超過(guò)允許范圍的變形和振動(dòng)等等。一般軸的設(shè)計(jì)應(yīng)該要滿足如下的準(zhǔn)則： 1要根據(jù) 軸 的工作條件、生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)性等原則，選取適合的材料、毛坯形式及熱處理方法。 2要根據(jù)軸的受力情況、軸上零件的安裝位置、配合尺寸及定位方式、軸的加工方法等等具體的要求，確定軸的合理結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，即進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3要軸的強(qiáng)度計(jì)算或校核。對(duì)受力 大的細(xì)長(zhǎng)軸 (如蝸桿軸 )和對(duì)剛度要求高的軸，還要進(jìn)行剛度計(jì)算。在對(duì)高速工作下的軸，因有共振危險(xiǎn)，故應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。 軸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 ： 14 1） 分析所設(shè)計(jì)軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機(jī)器中的安裝情況。 2） 根據(jù)已知的軸上近似載荷，初估軸的直徑或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定軸的某徑向尺寸。 3） 根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時(shí)對(duì)軸的表面要求等確定軸的徑向（直徑）尺寸。 4.根據(jù)軸上零件的位置、配合長(zhǎng)度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸的軸向尺寸。 3.1.2 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 軸的材料選用 45 鋼，由軸常用材料性能表查得 Mp2601 ， 軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩合成強(qiáng)度條件， 由于軸的頻繁震動(dòng)啟動(dòng)故江 旋轉(zhuǎn)切應(yīng)力 看 為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力 ，且力矯正系數(shù)由邱宣懷主編第四版機(jī)械設(shè)計(jì)中第十六章中表 16.3 得式（ 3.1）。 6.001 bb 式（ 3.1） 式中 表示應(yīng)力矯正系數(shù)； b1 表示對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； b0 表示脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。 同時(shí)又由于主動(dòng)軸 只受到轉(zhuǎn)矩的作用 ，則由式（ 3.2）： 1GrM 式（ 3.2） 得 : mmNM 6 0 0 0 0 式中 M 表示彎矩； G 表示重力； 1r 表示軸半徑。 其中， NG 2000 ， mmr 301 。 校核軸上危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度 ，由式（ 3.3） ： 1 WMca 式（ 3.3） 15 式中 ca 表示 危險(xiǎn)截面當(dāng)量應(yīng)力； W 表示抗彎剖面系數(shù)。 式（ 3.3）又可寫為式（ 3.4）： 311.0 dMca 式（ 3.4） 從而得設(shè)計(jì)公式式（ 3.5）： 311 1.0 Md 式（ 3.5） 式中 1d 表示 危險(xiǎn)截面直徑。 從而得出 ： mmr 1.61 3.1.3 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 取切向力的極限最大值， 分析知 軸的中點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn) 由式（ 3.6）： m a x 2 s i n 22F G G式（ 3.6） 對(duì)中點(diǎn)的彎矩 由式（ 3.7） 為 21 lGM 式（ 3.7） 式中 l 表示軸長(zhǎng)。 軸受到 f 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大值 由式（ 3.8），式（ 3.9）： uGf 2s in2m a x 式（ 3.8） 2m ax2 rfM 式（ 3.9） 式中 maxf 表示最大摩擦力； u 表示摩擦系數(shù)。 其中取 54.0u ， mmr 322 。 得 : 16 Nf 2160m ax ， mmNM 6 9 1 2 02 且 當(dāng) 0180 時(shí)同時(shí)取到最大值。 由式（ 3.10）： 2212 14ca MMWW 式（ 3.10） 將上面數(shù)據(jù)代入式（ 3.10） 得： 2 6.0r mm由設(shè)計(jì)計(jì)算1r、2r的值很小就可以滿足強(qiáng)度條件。由纏繞繩的速度和裝置結(jié)構(gòu)本小組初取繞繩軸半徑為 351 r mm，另一軸半徑為 mmr 302 。 3.2 齒輪的設(shè)計(jì) 3.2.1 齒輪的概述 齒輪是在機(jī)器中傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的零件。齒輪傳動(dòng)可完成減速、增速、變 向等功能。 常見的齒輪： 1圓柱齒輪 ， 用于兩平行軸之間的傳動(dòng)。 2圓錐齒輪 ， 用于兩相交軸之間的傳動(dòng)。 3蝸桿蝸輪 ， 用于兩交叉軸之間的傳動(dòng)。 傳動(dòng)特點(diǎn)： 1.效率高，傳動(dòng)比穩(wěn)定，工作可靠，壽命長(zhǎng)； 2.實(shí)用的速度和傳遞的功率范圍廣； 3.可用于平行軸、相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)； 4.成本高，噪聲大。 3.2.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 取軸 r=30mm， G=2100N 故齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為： T=63000Nmm 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取 610 次。 取 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 07.0d（懸臂布置） ， 齒數(shù)比 1u 。 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限： MPaHim 600 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，選用以下數(shù)據(jù) ： 17 1.25AK ， 1.3TK ， 1.2VK ， 1HFKK 1 . 2 6 1 . 2HFKK 121 8 9 .8 aEZ M P 1.38HNK 其中 AK 為使用系數(shù)，VK為動(dòng)載系數(shù)，HK為接觸強(qiáng)度計(jì)算齒 間載荷分配系，F(xiàn)K為彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒間載荷分配系數(shù)，HK為接觸強(qiáng)度計(jì)算齒向載荷分布系數(shù)，F(xiàn)K為彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒向載荷分布系數(shù)， EZ 為彈性系數(shù)，HNK為接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù)。 取失效的概率為 %1 ，安全系數(shù) 1S 。 則接觸疲勞許用應(yīng)力為： SK HHNH lim 式（ 3.11） 式中 H 表示 許用接觸應(yīng)力； HNK 表示接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù)； minH 表示失效概率為 1%時(shí)齒輪的接觸疲勞極限； 其中，HNK， S ，值已知， limH 值可由邱宣懷主編機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）中第 12 章中圖 12.17 查出。 將已知數(shù)據(jù)代入式（ 3.11）得： MpaH 759 計(jì) 算齒輪分度圓直徑 ，式（ 3.12） ： 3211132.2HEdttZuuTKd式（ 3.12） 式中 td1 表示 齒輪 分度圓直徑； u 表示 齒數(shù)比； d 表示齒寬系數(shù)； H 表示許用接觸應(yīng)力； EZ 表示彈性系數(shù)。 將數(shù)據(jù)代 入式（ 3.12）得： mmd t 8.1221 18 齒寬 如式（ 3.13） ： 107.0 db 式（ 3.13） 帶入數(shù)據(jù)得： mmb 598.8 模數(shù) 如式（ 3.14） ： zdm 式（ 3.14） 帶入數(shù)據(jù)得： 754.1m 齒高 如式（ 3.15） ： mh 25.2 式（ 3.15） 帶入數(shù)據(jù)得： mmh 947.3 常用數(shù)據(jù)如下： 1.2VK ， 1AK HHVA KKKKK 式（ 3.16） 帶入數(shù)據(jù)得： 89.1K 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 式（ 3.16） ： 31ttt KKdd 式（ 3.16） 帶入數(shù)據(jù)得： mmdt 1.139 計(jì)算模數(shù) ，將數(shù)據(jù)代入式（ 3.14）得 ： 987.1m 齒輪的彎曲強(qiáng)度極限： 380FE MPa 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 取彎曲疲勞安全系數(shù) 1.4S ， 如式（ 3.17） 19 SK FEFNF 式（ 3.17） 代入數(shù)據(jù)得： MpaF 7.325 查得以下數(shù)據(jù)： 1 . 2 5 1 . 2 1 1 . 2 1 . 8A V F FK K K K K ， 2.24FaY ， 1.25SaY 設(shè)計(jì)計(jì)算 如式（ 3.18） ： 3 2112 FSaFadYYzKTm式（ 3.18） 式中 FaY 表示齒形系數(shù)； SaY 表示應(yīng)力修正系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)得： 698.1m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所計(jì)算的模數(shù) 1.698 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 2.0m mm ，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的分度圓直徑： mmdd 14012 中心距如式（ 3.19） 2 21dda 式（ 3.19） 帶入數(shù)據(jù)得： mma