緩降器飛輪摩擦機(jī)構(gòu)設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10510緩降器飛輪摩擦機(jī)構(gòu)設(shè)計計算案例 119601.1摩擦阻尼介紹 132991.1.1摩擦阻尼介紹 291001.1.2摩擦阻尼盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 2316661.1.3飛輪盤機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3126201.2摩擦阻尼計算 4243331.2.1摩擦制動力矩 441041.2.2穩(wěn)速狀態(tài) 573101.2.3摩擦阻尼器的設(shè)計 7SEQseq\hSEQseq\r\h1.1摩擦阻尼介紹經(jīng)過分析確定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-1所示1卷繩輪2大齒輪3小齒輪4飛輪機(jī)構(gòu)5活動摩擦塊6固定摩擦塊圖3-1緩降器工作原理簡圖人在下降前，將纏繞在卷繩輪的繩子捆綁在身上。開始下降，人通過繩子將自身重力傳遞給卷繩輪，使卷繩輪轉(zhuǎn)動，卷繩輪轉(zhuǎn)動的扭矩通過軸傳遞給大齒輪，隨后大齒輪開始轉(zhuǎn)動。大齒輪轉(zhuǎn)動帶動小齒輪，扭矩通過齒輪傳動傳遞給軸在通過軸傳遞給飛塊，飛塊在離心力的作用下向外運動，將活動摩擦塊向前推出，使之與固定摩擦塊接觸并發(fā)生相對運動產(chǎn)生摩擦力，產(chǎn)生一個相反的力矩，從而抵消重力產(chǎn)生的力矩。人體下降的速度越快，飛塊向外運動的越多，產(chǎn)生的制動力矩越大，直到達(dá)到一個穩(wěn)定的速度，使兩個力矩相等。此時人處于勻速狀態(tài)。1.1.1摩擦阻尼介紹離心塊摩擦阻尼器零件流程如圖3-2所示圖3-2摩擦緩降器零件流程圖摩擦阻尼器由一個固定不動的摩擦盤，一個隨軸同向轉(zhuǎn)動并可在軸上橫向移動的摩擦盤，以及離心輪機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)人在下降時，繩索帶動卷繩輪旋轉(zhuǎn)，通過增速齒輪機(jī)構(gòu)使離心輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，離心塊向外運動。連接在離心塊上的杠桿機(jī)構(gòu)的短力臂將活動的摩擦板頂出，與固定的摩擦塊接觸并發(fā)生相對運動，產(chǎn)生摩擦力。1.1.2摩擦阻尼盤結(jié)構(gòu)設(shè)計摩擦阻尼盤結(jié)構(gòu)如圖3-3所示圖3-3摩擦盤結(jié)構(gòu)圖摩擦阻尼盤的材料為灰鑄鐵250，是一般汽車剎車的所使用的材料，灰鑄鐵250相較于其他材料，其強(qiáng)度和硬度都高一些，用來制作摩擦盤，能提高摩擦盤的耐用性，在生死逃亡的時刻能給使用者提供更好的安全保障。摩擦盤的表面設(shè)計了許多細(xì)小的花紋，其作用是增大摩擦力，使摩擦盤的表面的摩擦系數(shù)能達(dá)到設(shè)計的0.25，灰鑄鐵的材料特性也保證了摩擦盤表面的花紋不會因為多次使用而變薄甚至磨光。摩擦盤中間設(shè)計了一個圓孔以及一個凹槽，其尺寸與摩擦盤軸上的凸起部分相配合，并且將他設(shè)計的十分光滑。這樣的設(shè)計保證摩擦盤在使用過程中可以隨著摩擦盤軸轉(zhuǎn)動，也可以發(fā)生滑動，并且阻力很小，不會影響緩降器的正常使用。1.1.3飛輪盤機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計飛輪盤的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示圖3-4飛輪盤裝配圖飛輪盤機(jī)構(gòu)由離心塊和飛輪盤組成使用過程中，飛輪盤在摩擦盤輪軸的帶動下，開始轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動過程中，飛輪在離心力的作用下向外運動，飛輪的另一端將摩擦盤向上頂出，使摩擦盤與另一塊固定不動的摩擦盤相接觸，從而達(dá)到減速效果。飛輪盤結(jié)構(gòu)如圖3-5所示圖3-5飛輪盤結(jié)構(gòu)圖飛輪盤的材料為45調(diào)質(zhì)鋼，其厚度為20mm，半徑為250mm。盤上均勻分布著10個離心塊相連的結(jié)構(gòu)。飛輪盤在緩降器減速系統(tǒng)工作中強(qiáng)度不高，負(fù)責(zé)是離心塊轉(zhuǎn)動。離心塊結(jié)構(gòu)如圖3-6所示圖3-6離心塊結(jié)構(gòu)離心塊的材料為灰鑄鐵250，其結(jié)構(gòu)類似于雨傘，離心塊底部的部分作用是在使用過程中頂起摩擦盤的，故使用灰鑄鐵250作為制造材料。每個離心塊的質(zhì)量設(shè)為3kg，數(shù)量為十個。其底部的穿孔是與摩擦盤通過螺栓連接的穿孔。1.2摩擦阻尼計算1.2.1摩擦制動力矩摩擦制動力矩公式[1]：T摩=DG 式中D為卷繩輪的直徑。G為使用者的自身質(zhì)量。Z1為大齒輪齒數(shù)。Z2為小齒輪齒數(shù)。當(dāng)逃生者以速度v下降時，卷繩輪的轉(zhuǎn)速:n滾=60v摩擦盤的轉(zhuǎn)速:n摩=n離心力:F離=mm為離心塊的質(zhì)量，R為離心塊的回轉(zhuǎn)半徑。摩擦盤收到的力：N=Lcosα·F離代入可得摩擦力：f摩=N?fμ=k為彈簧彈性系數(shù)。x為彈簧被壓縮的長度。所以摩擦力矩T阻=d聯(lián)立得：T阻=12因為摩擦力矩:T所以T阻=1所以:V=DGZ2所以由式可以看出，當(dāng)所有參數(shù)設(shè)定好后，人下降的速度是可控的。1.2.2穩(wěn)速狀態(tài)卷繩輪受力分析如圖3-7所示。圖3-7卷繩輪的受力分析使用者使用緩降器下降時重力提供的力矩T：T=GR=mgR(1.11)F合=ma(將兩式聯(lián)立；m為人員的體重；T阻T?T阻Ra=T?T阻速度與加速度的關(guān)系式：V=at(將a代入(1.15)得：v=at=T?轉(zhuǎn)速n等于：n=v2πR=在摩擦阻尼下的T阻T阻=F·r(F為緩降器提供得力，同時：F=μd(1.T阻=F·r=μdr(r為T阻力矩的半徑。d=mn24那么代入式中整理得：n=T?μFmn2因為通過齒輪傳動來進(jìn)行增速，所以先設(shè)定齒輪傳動比為i1，則nz與nz=ni再將式代入式中，就有：n=T?μmn2對公式進(jìn)行整理：2πR2m+最后得到：n=因為T=mg·R，則代入（3-16）中得：n=因為g，R，i1，rA=B=C=則代入（3-16）中整理得：n=所以可以看出轉(zhuǎn)速n是與人的體重m、下降的時間t、摩擦阻尼系數(shù)μ有關(guān)的。所以由式子可知，只要設(shè)置好摩擦阻尼系數(shù)就可以控制轉(zhuǎn)速和下降速度，從而實現(xiàn)穩(wěn)速狀態(tài)的控制。1.2.3摩擦阻尼器的設(shè)計當(dāng)緩降器處于穩(wěn)速狀態(tài)，此時系統(tǒng)內(nèi)力為零，根據(jù)齒輪傳動關(guān)系可求得此時緩降器的摩擦塊需提供85N的摩擦力，選取摩擦系數(shù)μ=0.25的摩擦塊，離心塊個數(shù)為10個，每個離心塊的質(zhì)量為5kg。摩擦盤的半徑r圖3-8摩擦盤受力分析摩擦力公式：F=N?20×μN=360N(每個摩擦盤施加的壓力:N′摩擦盤所受壓力：N=Lcosα·F離式中