1隨著城市化進程的加快，高層建筑如雨后春筍迅速增多，高層建筑發(fā)生火災、地震等意外災難時的逃生問題受到人們的日益重視。群死群傷的事實告訴我們，在火災或地震發(fā)生的緊急時刻，必目前國內(nèi)外關于“火災安全逃生裝置”的專利申請有近一百種之多，但多數(shù)為單線式的鋼絲繩及機械化的逃生器。例如用機械旋轉控制實現(xiàn)下行逃生方法，使用時將人吊在空中，繩子自動回位旋轉。其操作復雜且耗費大量寶貴時間，效率低,而且逃生器也比較重，大部份機械裝置跟隨人落到地上，安全性不高，對老人及小孩尤其不適用；除此之外，逃生器中教貴的有各種云梯、消防車之類的火災安全逃生裝置，其成本較高、體積大，難以普及于民眾家庭，一般只有專業(yè)的消防隊才能配置；當然還有一些裝備很是需要人們的膽量的，例如降落傘、安全氣囊等，它們只適用于那些專業(yè)人員或是緊急災情時的無奈之選。災難不是經(jīng)常發(fā)生的，可一旦發(fā)生或許將是極其致命的。9.11就是一個很叫人悲痛的例子，短短幾十分鐘，數(shù)千條生命灰飛煙滅。據(jù)報道，在大廈就將坍塌之前，有人為了活命，裹了條被單就從高處跳了下來，更有甚者在沒有任何防護下墜樓而下，可想而知，無論哪種情況下，生還的可能性幾乎為零。有人或許會想，當時要是有降落傘，或是云梯等自救裝備就好了。但這似乎不大可能，就如前面所說的，災難不會經(jīng)常有，也無法預測，誰會耗掉大筆經(jīng)費裝備大量自救裝備，即使裝備了，又有多少人會適用，平時又放在哪，況且當樓層高達一定高度時，大部分裝備將不再適用，這又為高空救援帶來了難題。試想能否設計一種自救裝置，平時放在家中可以并不作為救生來適用，而是作為日常的某種家用裝備來使用，當災難發(fā)生時，稍經(jīng)改造就可運于救援，即所謂的多功能性。經(jīng)過一段時間的觀察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在公寓住宅普遍裝備的手搖衣架是個很可以改造的裝備。設想一下，如果該套裝備平時可以升降衣物，災難時可以是人物從高處安全降到低處，不僅降低了預防災難的投入，也添置了一項家私，更為人生安全增加保障。目前國內(nèi)外的產(chǎn)品早已是多種多樣，優(yōu)缺點并存：2.1.1利用鋼絲繩的方案▲專業(yè)手套優(yōu)點：操作方便，成本低廉，結構簡單缺點：可靠性差，對使用者的操作技能要求高2▲采用發(fā)電機，讓繞線輪旋轉產(chǎn)生電力，由電力產(chǎn)生摩擦力矩或阻力矩優(yōu)點：可靠性高，操作簡單，易于實現(xiàn)缺點：結構復雜，穩(wěn)定性差，成本高▲歐拉公式加手控優(yōu)點：結構簡單，操作性好，成本低廉缺點：可靠性差，對使用者的操作技能要求高▲間歇沖擊式優(yōu)點：下降速度穩(wěn)定，安全可靠，操作方便缺點：結構復雜，逃生效率低，不是與過高的建筑▲利用離心力來產(chǎn)生摩擦力優(yōu)點：結構簡單，操作簡單，下降速度可調(diào)缺點：可靠性差，危險性高▲利用輪系來增速優(yōu)點：可靠性高，下降速度穩(wěn)定，操作方便缺點：結構復雜，成本高▲利用液體流動阻尼優(yōu)點：結構簡單，安全可靠缺點：下降速度不穩(wěn)定，制造精度高，成本高2.1.2非鋼絲繩的方案▲救生傘優(yōu)點：結構簡單，易于實現(xiàn)，操作方便缺點：適用范圍小，對使用者操作技能要求高優(yōu)點：結構簡單，可靠性高，操作方便缺點：危險性高，不適于過高的建筑優(yōu)點：結構可靠，升降速度快，適用范圍廣缺點：制造成本高，承載能力差，救生效率低▲柔性救生道優(yōu)點：結構簡單，救生效率高，適用范圍廣缺點：制造成本高，下降速度不穩(wěn)定優(yōu)點：結構簡單，可操作性強，適用范圍廣缺點：需要他人配合，危險性高，不適于過高的建筑▲結構簡單化——結構復雜的設備不見的更可靠，相反，越簡單的結構越有可能可靠，關鍵是要有3▲體積縮小——體積大的設備要求足夠大的安裝空間，要是需要搬運的設備就顯得太多的不便，縮小體積不但可以減輕重量，而且便于調(diào)用。▲一機多用——很少有人愿意為不可預見的災難進行大筆的投入，如果能夠實現(xiàn)一機多用，這樣，花一分錢，買兩處方便，何樂不為?！褂煤唵?、靈活——如果裝置操作稍有復雜，在緊急情況下也很容易出差錯，一機多用的同時，則有要求功能轉換的靈活性?！邓倨椒€(wěn)，安全可靠。采用最新技術，完全消除重力加速度，減速平穩(wěn)勻速，限速阻尼感、安全▲手動，可懸停。主要為手動降速，操作簡單，可剎車懸停。▲安全裕度高，使用壽命長。采用純裸鍍鋅鋼絲繩，強度高、助燃、壽命長。▲靈活實用的兩種實用方式。該裝置研發(fā)出便攜式（不帶衣架）和固定安裝式（配備衣架）兩種產(chǎn)▲設計先進，結構緊湊。限速器采用精鑄呂合金外殼，精美，輕質(zhì)(僅重3.5kg,不計鋼絲繩)。第三章多功能升降器的用途、規(guī)格、主要技術性能及特點所謂多功能，在這里就是即可實現(xiàn)晾曬衣架（執(zhí)行部件）的手動升降，又可稍經(jīng)改造，收放線裝置（控制部件）配合衣架就可作為高空緩降設備來使用，在災難發(fā)生時，正常的疏散通道不能使用，幫助人們迅速、平穩(wěn)、安全的從高處降落到地面。該裝置適用于各類高層建筑，如辦公樓、寫字樓、公共娛樂場所、賓館、飯店、住宅、公寓、機關、醫(yī)院、學校等場所配備，并是消防部門施救裝置，還可用于高空作業(yè)等需勻速緩降的場合。此裝置分為固定式與便攜式兩類。固定式就是固定在公寓內(nèi)陽臺頂部，平時行使晾衣，緊急時自救，都不用屋頂將裝置拆下的一類；由于控制裝置本生就可單獨行使緩降的作用，且質(zhì)量輕，體積小，舍去衣架，配上一兩個零部件，就成為一套便攜裝置?！鴮嵱梅秶?20-100kg▲下降速度:0.5-2.0m/s4▲使用高度范圍:50m▲鋼絲繩索直徑:3mm▲承載人數(shù)：1人/次3.2.2主要性能、特點▲搖轉手輪可實現(xiàn)衣架的升降，并在不同高度都可隨時自鎖▲同一重物在下降過程中所產(chǎn)生的放線力矩保持不變▲針對不同的重物，通過定量壓縮彈簧以產(chǎn)生對應阻力距，實現(xiàn)勻速下降），第四章多功能升降器的功能設計平時使用中，逆時針轉螺栓手柄，釋放壓縮彈簧，消除繞線筒上摩擦表面的壓力，消除阻力矩；接著搖搖動手輪，任意調(diào)整衣架上所晾衣物的高度；再反手柄，壓縮彈簧，施加足夠壓力，使衣物4.1.2緩降重物重物勻速下降）留有刻度，另外上箱板上也每個15度留有一刻度，用以細分這20kg的增加量，起微調(diào)作用，調(diào)到自救者的體重刻度后，取下衣桿一端安全鉤與控制裝置上的吊環(huán)連接好；人綁上安全帶，安全鉤也于控制裝置上吊環(huán)連接好，此時人便可爬出窗外安全，勻速下降了；若要中途停車，就再順時針轉手柄，壓彈簧施加阻力即可。第五章多功能升降器的結構設計本方案擬定采用通過使用摩擦機構來實現(xiàn)動力矩與阻力矩保持平衡，以達到物體勻速下滑的目的。以下幾種方案可供參考。55.1.1套筒式摩擦機構通過螺釘6，可調(diào)整兩半壓塊5和8來壓緊鋼絲繩2.此方案結構簡單，但可靠性差——鋼絲繩與套筒之間的摩擦情形時有變化，導致摩擦系數(shù)不定，下落過程中速度變化難以設想；操作不便——壓力難以調(diào)定到一準確數(shù)值，更不必說適用不同體重人員。5.1.2纏繩式摩擦機構通過操作右上角的扳手調(diào)整繩索在繞線輪上的包角，完成勻速下降過程。可單手操作，如若包角過大，再加上難以微調(diào)，會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。5.1.3離心摩擦機構6轉動時，摩擦弧片1和2繞著銷軸4往外甩，壓緊在機殼8的內(nèi)圓弧表面，產(chǎn)生較大的摩擦力矩。此機構最大的優(yōu)點是只要摩擦弧片1和2的質(zhì)量與尺寸確定，一定重物在下滑過程中的最大，也是最后穩(wěn)定的速度是一個定值，有自動調(diào)速的作用。但通過計算得到，要想重物在一較為安全的低速范圍內(nèi)下滑，摩擦弧片1和2的質(zhì)量要求很大，相反，如若在一較高運行速度下，質(zhì)量不必很大。由此可見，此類機構更適合與高速機械。此機構的特點在于單層繞線（通過線與線，線與軸之間的摩擦力，使繩4與繞線筒3形成近似一體）可使重物的動力矩保持不便，壓縮彈簧可調(diào)整摩擦片2與繞線筒3之間正壓力，控制阻力距，經(jīng)過各種機構的比較和綜合，最終選取此種機構，并將其與手搖升降衣架進行結合。7壓縮彈簧+單層繞線類似機構1為壓縮彈簧，2為摩擦片（與箱壁左端膠結4為鋼絲繩，此類機構與圖原理相同，最大的不同是圖4的摩擦組件與出線口的位置，其摩擦片在繞線筒的左側，彈簧在右側，兩出線口位于上下兩箱板（圖5所示機構預設出線口在前后兩箱板此機構有利于兩側寬度，進而減少裝置的整體體積，減輕重量。由于繞線筒左或右端需配備一搖動手輪，用于收放線，實現(xiàn)晾衣架的升降。這樣不易于裝置在墻壁上的固定（通常裝置固定后手輪搖背向墻體，顧繞線筒左右兩端要留有一段所以設計方案確5.3.1箱體工藝性考慮箱體是用來固定、支撐和包圍以上繞線筒與摩擦機構，考慮到工藝性，此處采用六塊矩形鋁板型材螺釘固結為矩形盒子，為了保證足夠的強度，板厚為10mm。89此裝置設有兩耐磨的錫青銅滑動軸承，與左右兩箱板緊配合，結構尺寸見節(jié)6.8。需要潤滑的地方是心軸與滑動軸承配合出，選用定期油潤滑；考慮結構尺寸與散熱的因素，無第六章多功能升降器主要零配件的設計與計算選擇裸鍍鋅合成纖維芯鋼絲繩，其參數(shù)如下：預設使用長度：30m則繩的重量G=3.48*30/100=1.044kg繩的靜伸長量動載荷系數(shù)V2軸的中間部分要與繞線筒固定，其兩側要與箱體配合，一端還要裝配一手輪，用于收放線，材當線軸兩側受最大彈簧力F=414.3N。經(jīng)分析計算，裝置運轉時只受彎矩，彎矩圖如圖10所示考慮線筒上的銷孔和各直徑和軸所要配備零部件，取中間段直徑D為25mm,軸承配合段D為線筒中間部分用于繞線，兩端各一大輪盤，與摩擦部件作用，產(chǎn)生阻力，兩者一體，材料為鋁合金。繞線筒并不纏繞全部的繩，而僅是在線筒上密繞一層線，一頭線往外抽，一頭線則會往里繞，通過這層密繞線與筒壁的靜摩擦力，迫使線筒在線筒兩端有足夠摩擦阻力的情況下能夠勻速轉動，實現(xiàn)人緩慢下降。線筒的兩大端打有孔，線筒與軸的固定方式為銷釘連接。線筒受到的繩的拉力旋轉力矩線筒內(nèi)部為空心的，取直徑D=28mm，與其對應的直徑D=25心軸的固結（線軸中間位置），選用直徑5mm一根長45鋼銷連接，則產(chǎn)生的切應力τ=DA根據(jù)尺寸的限制和要求，取n=7，則因為拉力矩T=11Nm由有彈簧壓縮量Kn通過系列計算不同重量的重物對應的彈簧壓縮量關系如下表：重量M/kg68手柄與壓縮螺栓間隙配合，手控帶動壓縮螺栓轉動,從而壓縮彈簧，材料45鋼，螺栓最大受力F=414N，取螺紋間摩擦系數(shù)為f=0.5[σ]=160Mpa則最大阻力矩粘接板下側粘接摩擦片，上側與彈簧導向套壓緊配合，材料鋁合金，如圖13所示。由兩端支持力F=207N，板長L=85mm，有彈簧導向套下端與摩擦片粘接板壓緊連接，上端套住彈簧，材料為45鋼，手輪為標準件，通過對配合尺寸的測量，鍵選用b*h*L為4*4*18的半圓頭鍵，扭矩T=11N軸考慮到箱體的厚度，軸承選用滑動軸承，材料為錫青銅，結構尺寸如圖15。彈簧壓縮螺栓上端與手柄間隙配合，下端套壓彈簧,下端外表面挑有螺紋（M30mm2mm材手輪與軸鍵連接，可折疊，材料為鋁合金，實物如圖18所示。定滑輪的主要的功用是做導向和承受徑向載荷，以直徑D為10mm的兩鋼制膨脹螺釘連接于天一個定滑輪受到50kg重物，則一釘受到重量m為25kg,許用應力[σ]=160Mpa。A由于使用者所居住的環(huán)境各有不同，萬向轉向器是調(diào)整通過手柄的鋼絲繩與定滑輪的位置，可實現(xiàn)手柄的多位置放置，極大地提高了此產(chǎn)品的適用范圍，也是本產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢之一。萬向轉向器承受的載荷不需很大，寬度只需滿足鋼絲繩的直徑即可，如圖20所示。由于加線器上同時同過兩條鋼絲繩，如果衣桿受力不均勻，會導致加線器產(chǎn)生一定轉矩，所以加線器與鋼絲繩連接的部分寬度B應盡量取小，為20mm，其他部分沒有過多的尺寸要求，在由晾衣架轉換成高空逃生設備時，只需旋下左右螺母其中的一個，即可取下加線器，達到只使用一根線晾衣桿的功用是定位平時用的單件人字鐵絲衣架（鉤頭掛入直徑為12mm的孔中，孔每隔50mm一個也可以直接把較大衣物直接掛在寬度為35mm的大梁上。下圖為晾衣桿逆時針轉90°的截面圖，縱向長度為2.5m。連接器的一端連接鋼絲繩，鋼絲繩通過有通孔的外螺紋圓柱體，并在一側打死結，保證其牢固性，外螺紋圓柱體再通過螺紋連接與主連接器相連，成為一個整體，再套在晾衣桿上，并且在晾衣桿的兩端有同樣形狀的卡套，保證主連接器不會從晾衣桿上滑落，結構如圖23所示。安全帶通過安全鉤將人固結與控制裝置上的吊環(huán)，此三樣選用已有產(chǎn)品，實物如圖24所示。第七章多功能升降器的三維建模及實物照片第八章多功能升降器技術經(jīng)濟分析本產(chǎn)品具備兩項基本功能，晾衣架的功能可歸為為廣大用戶所需要的必要功能；緩降器功能為用戶獲得多余功能與用途。如前面所述的那樣，現(xiàn)在城市化速度很快，高層公寓越來越普及，對于有一定檔次的手搖升降的晾衣架的需求必定與日俱增。本產(chǎn)品正是針對此種需求，以此為必備功能，畢竟高層火災或是地震等災難不是經(jīng)常發(fā)生，很可能在產(chǎn)品壽命結束時也碰不上，升降器裝置可以說基本上都是晾衣架控制裝置部件，只是使用方法變換了一下，以此來追求產(chǎn)品壽命周期的最低成本,達到技術和經(jīng)濟的最佳匹配,從而取得產(chǎn)品的價值的最大化.當然增加產(chǎn)品的功能必會提高產(chǎn)品據(jù)有關數(shù)據(jù)表明,如果產(chǎn)品功能的提高只是建立在保留必要功能的基礎上提高其多余功能,以迎合部分消費者的消費需求,不僅會增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,而且造成絕大多數(shù)情況下的功能浪費,實際是使產(chǎn)品的價值降低。然而“功能合適”原則在本產(chǎn)品上得到很好的體現(xiàn),并為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟價值確有所提高，綜上所述，產(chǎn)品功能設計的經(jīng)濟性是很高的。（1）以保證強度，減輕質(zhì)量為前提，本產(chǎn)品大量采用鋁合金材料，譬如箱體外殼，選用10mm鋁合金板材拼接，簡化結構、質(zhì)量，在耐用性和降低成本之間確定合理的平衡點；（2）為了減輕質(zhì)量，許多零部件都在受力較弱的地方開有孔；（3）多處采用標準件，例如手輪，以便于修理和替換,同時加工經(jīng)濟,質(zhì)量可靠；（4）所有固定連接為螺釘連接，可拆卸，一方面降低產(chǎn)品報廢后的拆卸成本,另一方面也便于產(chǎn)品的分類回收再利用。本產(chǎn)品合理的結構設計,提高產(chǎn)品的結構工藝性,有助于節(jié)約材料,縮短加工工時、提高勞動生產(chǎn)率,保證產(chǎn)品質(zhì)量,即有利于降低產(chǎn)品的成本?？梢姰a(chǎn)品結構設計的經(jīng)濟性很好。由于要親自制造產(chǎn)品，造型設計時沒有充分顧及產(chǎn)品的美感，不過最為物理模型可以接受，相獲得市場高效率的回報。設計時為了減輕質(zhì)量，大量采用鋁合金，在資源缺乏的今天，可能會在無形中增加成本。但實踐表明,有時選用成本雖高但性能更優(yōu)的材料,由于其產(chǎn)品使用壽命更長、維修費用更低、能耗少等多方面優(yōu)點,從產(chǎn)品總成本的角度來考慮,反而是經(jīng)濟的。這里我們?yōu)榱思訌姰a(chǎn)品的耐磨性，易磨損部分少量配有銅質(zhì)耐磨材料，以此延長使用壽命，以壽命周期的最低成本為經(jīng)濟目標,而不是單純考慮生產(chǎn)成本的降低?？梢姰a(chǎn)品材料選擇設計的經(jīng)濟性還是不錯的。產(chǎn)品的制造是由小組成員親自加工完成的，雖然在加工質(zhì)量上有所欠缺，但制造起來很簡單。材料基本上選用型材，只需簡單車削、刨銑，材料利用律高；對加工精度不高，降低了加工成本；結構多為簡單的幾何形，普通機床就能完成。最大的遺憾就是幾乎沒有使用高分子材料（除了兩塊摩擦片其加工工序短、材料利用率高、表面效果好,加工成本低,應用越來越廣泛，倘若將裝置的大部分零部件都用高分子材料，造型方面再加以完善，制作過程必定簡化，再加上其自救功能，必定將誕生一種“物美價廉”，人人搶購的得意制作。經(jīng)過將近半個學年的努力，今天終于將這一具有自救功能的晾衣架設計完成。此項設計具有以1)實現(xiàn)將陽臺晾衣架（執(zhí)行部件）與自救裝置（控制部分）完美的結合；2)操作和控制簡便，相當部分的人員都能很容易地使用它，安全可靠；3)控制部分容易分離，且體積小，質(zhì)量輕，便于攜帶，能夠在多種場合下單獨使用。此項設計為本小組共四人共同完成的，其中凝聚著每一個人的智慧與汗水。在開題之前大家圍繞同一主題，展開過多次激烈的討論，目前這一方案是在我們完成多個類似方案后，再經(jīng)老師審核后幸存的一個。我們不否認，它的有些設計并不是最優(yōu)的，外觀上也缺乏美感，但對于功能的實現(xiàn)，工藝性方面還是很合適的。通過此次對本課題的設計研究以及最后的模型加工，本小組成員大家激烈的討論，認真的校核計算，反復推敲每個尺寸，仔細的三維建模，辛苦而高興的親手加工，大家齊心協(xié)力一起完成了整個課題的設計，看著模型，心里說不出的高興。在課題設計過程中，我主要負責的是三維建模和動畫演示，以及部分二維圖的繪制與修改。原以為三維建模很簡單，設計時才發(fā)現(xiàn)，由于方案的不確定，所以要先定方案，這就要對每個可行的方案進行建模，然后還要對其外觀尺寸進行合理的修改，最終對其進行三維仿真和動畫演示，等最終再在所有可行的方案之中進行最優(yōu)選擇，或者進行優(yōu)化綜合，最后再對最終的方案進行三維建模和仿真。所以看起來還真不是很簡單的事情。我從中學到了很多建模知識，對以前不會的都進行了學習和反復練習，現(xiàn)在已經(jīng)達到熟練的地步。不過，學到知識最多的還是要屬在加工階段，自己親在在加工中心對模型加工，我負責的是銑工部分，金工實習的時候也就是看看銑床，自己銑個東西玩玩，這次我就是一個工廠工人，要嚴格按照圖紙上的尺寸來加工，我學會的不僅是在操作銑床上的知識，還有如何加工一個工件的工藝過程，以致于到整個產(chǎn)品的加工工藝流程，這些知識也就是在學習制造課程的時候理論理解過，現(xiàn)在真正的與實踐結合，達到了對其的深入理解。我相信，本課題的設計過程讓我難忘，之中所學知識我肯定對我以后的工作生活有很大幫助。在不斷的學習、工作過程中我體會到：四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的各位老師。我不是您最出色的學生，而你們卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文