高層逃生裝置設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 目 錄 摘要 ............................................................. 1 ........................................................ 2 1 緒論 ........................................................... 3 計背景 ................................................... 3 內(nèi)外研究概況 ............................................. 3 層逃生裝置的主要類別 ..................................... 3 2 方案設(shè)計與選定 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 案構(gòu)設(shè) ................................... 錯誤 !未定義書簽。 案一 .................................................. 6 案二 .................................................. 9 案三 ................................................. 11 案的比較與選擇 .......................................... 12 3 裝置零部件設(shè)計 ................................................ 13 的設(shè)計 .................................................. 13 的概述 ............................................... 13 動軸的設(shè)計 ........................................... 14 動軸的設(shè)計 ........................................... 15 輪的設(shè)計 ................................................ 16 輪的概述 ............................................. 16 面接觸疲勞強度和齒根彎曲強度設(shè)計 ..................... 16 輪的設(shè)計 ................................................ 20 輪的概述 ............................................. 20 輪的設(shè)計 ............................................. 21 他零部件的設(shè)計選擇 ...................................... 22 準件的選擇 ........................................... 22 全座椅的選擇 ......................................... 23 鉤的設(shè)計 ............................................. 24 4 計算和驗證 .................................................... 25 力學平衡計算 ............................................ 25 繩的計算 ................................................ 26 度計算 .................................................. 26 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 結(jié)論 ............................................................ 30 致謝 ............................................................ 31 參考文獻 ........................................................ 32 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 摘要 本文從開始介紹了高樓逃生裝置的背景和 研究意義，并對現(xiàn)有的一些高樓逃生裝置進行了分析和對比，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的裝置有成本高、機構(gòu)復(fù)雜、安全系數(shù)低等一些不足之處。本設(shè)計根據(jù) 機械創(chuàng)新 理論 ， 設(shè)計出一種基于負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的高樓逃生裝置，該裝置具有成本低、操作簡單、安全系數(shù)高、純機械無電氣結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，最后通過對設(shè)計機構(gòu)的零部件進行計算，得出整個機構(gòu)的圖形，在多次試驗和計算之后，確定了不論是小孩還是老人都能從高樓平安降落到地面，達到了本次設(shè)計的目的。 關(guān)鍵詞 高樓火災(zāi)逃生器；機械創(chuàng)新理論；往復(fù)；可控 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 of of of of of To a on as no of in or to of 買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第一章（緒論） 計背景 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，愈來愈多的樓房高度也隨著經(jīng)濟的發(fā)展而成正比，由此而帶 來的安全問題也越來越嚴重，當災(zāi)難發(fā)生時，人們就會感覺手足無措，身陷絕望，于是如何幫助自救便成為了一個人們迫不及待去解決的問題，當發(fā)生災(zāi)難時，往往平常我們所用的電梯樓道已成為了擺設(shè)，那么我們該如何安全逃生呢？這種問題時有發(fā)生，而且很多人為此而喪生，在此情況下，高樓逃生裝置便出現(xiàn)在人們的視野中，但是我們有沒有發(fā)現(xiàn)很多裝置都是非常的復(fù)雜難懂，難以操作，而這卻違背了逃生所要求的簡單便捷快速的理念，于是一種最基礎(chǔ)最可靠的的裝置便應(yīng)運而生，那便是機械傳動裝置。 前國內(nèi)外的研究概括 目前國內(nèi)外高層逃生裝置主要包 括以下三類： （ 1） 包角加手工式：該類裝置通過改變輪與鋼絲繩之間的包角進而改變兩者之間的摩擦力，然后通過手控裝置的自主調(diào)節(jié)來改變速度的大小，以達到降速的目的 （ 2） 間歇沖擊式：此類裝置是通過非連續(xù)性的沖擊而造成能量的損失已達到能量守恒，以此來降低裝置的速度。 （ 3） 液體流動阻尼式：該裝置通過將人體的勢能轉(zhuǎn)換成液體的熱能從而控制速度的大小，它不受負載的影響而能保持相對勻速。 （ — ）國內(nèi)研究成果 高樓逃生裝置的研發(fā)是一個比較熱門的話題，諸如此類簡介便利的裝置是人們重點研究的對象。 目前國內(nèi)的研究成果主要包括彈簧為核心的逃生裝置 ，離心摩擦式高層逃生裝置，流動液體阻尼式逃生裝置等研究方案，還有包括巧力夾高樓自救逃生裝置，小學生發(fā)明的高樓軟體逃生裝置，老人發(fā)明的高樓逃生桌等普通群眾通過日常經(jīng)驗的生活累積而創(chuàng)造出的逃生自救方法。 （二）國外研究成果 日本研制出一種螺旋形室外樓梯，人員可以通過樓梯滑下，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，但占用空間太大，而且此裝置不具備防煙防火的功效，一旦發(fā)生火災(zāi)時便不易進行人員疏散，并且此類裝置由于長期置于室外而加大了維護難度，可想而知此種裝置只適用于比較底的樓房而不適合高層建筑。 德國研制出一種由運載器，載人 艙和齒軌組成的裝置，此種裝置安置在室外，可以達到 250 人每小時的救援能力，具有極高的效率而且很適合人員的疏散，但是此裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要電力帶動，難免會造成一些局限。 以色列發(fā)明了一種逃生器，他是有防火布做四面墻體，而復(fù)合底板則是由玻璃纖維和樹脂制成，形成了一個具有 5 層而每層能容納 30 人的折疊逃生艙，有兩臺柴油機為其提供動力，逃生艙逐層下降打開，當全部打開后，逃生者逐層離開。該種裝置疏散效率高，而且穩(wěn)定性好，主要針對超高層建筑，但是造價昂貴維護難度大，難以普及。 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 層逃生裝置的主要類別： (1)比較簡易的小型逃生器：該類逃生裝置一般每次只能供單人逃生，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，主要包括逃生軟梯、緩降器等裝置，正如圖所示。 當發(fā)生火災(zāi)或其他緊急事故時，只需將該類裝置掛在陽臺或其它固定物上，被困人員就可以通過此類裝置進行逃生，但一般的緩降器和逃生軟梯分別只適用于30 和 15 米的高度，而且逃生繩只能用于 6 米以下的樓層。 (2) 救生氣墊：救生氣墊是一種通過充氣起來 減小緩沖作用的逃生器，如上圖所示，此裝置具有操作簡便，緩沖效果強等特點，而且具備耐磨，抗 老化，阻燃，使用壽命長等特點，是目前應(yīng)用最為廣泛的逃生器材之一，但此類裝置也面臨著一些問題，例如當碰到緊急事故，被困人員容易發(fā)生碰撞，也有當氣墊還未沖完氣便跳的情況。而且此類裝置只適用于 15 到 20米，具有一定的局限性。 (3)多人逃生箱式緩降裝置：該裝置采用兩個箱體疏散被困人員，如圖所示該裝置分為兩個箱體，通過上下往復(fù)運動，且購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 同時最多可運送 12 人，運送效率可達到 300 人每小時，主要應(yīng)用于醫(yī)院等人員密集區(qū)域。 該裝置的工作原理主要是空氣阻尼技術(shù)，不需要電力帶動，但是必須只能由最頂層往下輸送，且中間不能停靠，雖然此 問題可通過加入蓄電池來改進，但蓄電池供電時間有限，一般只能維持 15 到 30 分鐘。此外位置固定，不能自由移動靈活性不夠。 （ 4） 移動式逃生裝置：此類裝置具有靈活機動，方便快捷的的特點，能夠自由移動，便于安裝在不同位置，尤其在火災(zāi)發(fā)生點不明確的情況下更為有利，其裝置圖如圖所示 該逃生裝置也是應(yīng)用空氣阻尼技術(shù)的原理，無需電力帶動，能夠上下往復(fù)運動，但是每次只能疏散 1 到 2人，效率低下，不宜作為人員密集區(qū)的救生裝置，而且受人們心里因素的影響，不宜用于太高的樓層且造價高昂，難以推廣。 （ 5） 柔性救生滑道：不言而喻，柔性救生滑道是一種 通過磨擦作用來減小速率的柔性通道，如圖所示 此類裝置由高分子纖維材料構(gòu)成，具有耐磨，彈性好，防火，絕熱的特點，操作方便適用于各類人群，適用于學校、醫(yī)院、寫字樓、賓館等公共場所，雪要特別注意的是，此類裝置容易發(fā)生人員碰撞、踩踏事故，而且由于長時間與外界接觸，對于材料壽命要求很高。 （ 6）鏈式逃生器：軟軌鏈式火災(zāi)逃生器是一種輕型群體逃生器，根據(jù)不同需求可以配備多種型號，該裝備主要由承載鏈和多個減速器組成，承載鏈安裝快捷承載能力達，具有較強的耐火耐高溫能力，減速器具有下降穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點，每 套裝置可供多人逃生，其結(jié)構(gòu)如圖所示：購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 與一般的緩降器相比，它具有承載能力大、同時逃生人數(shù)多，下降速率穩(wěn)定，不同人員的自質(zhì)量對其下降速度影響小，短時間內(nèi)逃生人數(shù)多，不同樓層的人都可以使用同一條承載鏈逃生，抗惡劣環(huán)境能力強，在出現(xiàn)高溫，污水浸泡下都可以正常使用，此類裝置雖然設(shè)計新穎，但是卻不適用于較高樓層的建筑，而且使用者需要掌握一定的技巧，還要克服恐懼心理另外，不同樓層的人如果使用同一條鏈逃生，很容易發(fā)生沖突。 2 方案設(shè)計與選定 案構(gòu)設(shè) 案一 1、 方案一的原理 方案一利用摩擦力控制速度的原理，在下降過程中通過增減裝置與鋼繩的摩擦力來控制逃生人員的下降速度，同時采用兩級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)簡圖如下： 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 2級手動調(diào)速裝置（ 5 鋼絲繩 ； 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 2掉了圖 3 中的剎車裝置 3、 4、 5、 6、 8） 減速裝置主視圖 (8. 搖桿； ) 原理說明： 該裝置是利用繩子做導(dǎo)軌，減速裝置在繩上運動，通過增減與鋼絲繩之間的摩擦力來實現(xiàn)下降過程的加減速。其中“一級減速器”是通過旋動調(diào)速手輪（圖2 中的 12），從而推動裝置內(nèi)各邊減速圓柱（圖 2 中的 2）相向運動而互相擠壓，增大它們之間的摩擦力，使鋼繩的速度減慢。“二級減速器” 是把繩的豎直運動通過在軸（圖 2 中的 5 和 10）上的纏繞而變?yōu)檩S的旋轉(zhuǎn)運動，再通過減速手閘（圖 2 中的 11）實現(xiàn)對輪的減速或制動。 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）購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 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），由于此時重力大于摩擦力，人與裝置開始慢慢下落。在下降過程中，人可以調(diào)節(jié)“二級減速器”的手閘（圖 2 中的11），通過改變握緊力的大小來控制自己的下落速度，直到到達地面， 同時可以推動或松開搖桿（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)點與不足 方案一的優(yōu)點： 一、 該裝置結(jié)構(gòu)簡單，所占空間不大，人們可以放在家中備用，火災(zāi)來臨時及時逃生，防止措手不及，從而脫離危險。 二、 該設(shè)計主要采用增減鋼繩與裝置之間的摩擦力來實現(xiàn)下降過程的加、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、該裝置不能實現(xiàn)以安全速度全自動的下降，下降時需要逃生人員控制，對逃生時情緒緊張的人容易造成操作不對而出現(xiàn)事故。 案二 1、 方案二的原理 該方案是根據(jù)機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)計的，是機械設(shè)計基礎(chǔ)知識的應(yīng)用，屬于機械式裝置 。 其原理圖如下： 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 2復(fù)式可控高樓火災(zāi)逃生器原理圖（ 4 個） ； ） 原理及使用方法 ： 此裝置采用直徑 3 鋼絲繩 在控制軸上繞長可為 100m，（根據(jù)需要選擇繩長）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 陽臺 護欄上，開始時，將摩擦輪剎死， 100m 繩事先纏繞在控制軸 4 上。通過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，控制軸 4 轉(zhuǎn)動的時候，同時釋放繞在控制軸 4 上的繩，實現(xiàn)吊籃 7 的下降。在下降的過程中，可以通過控制剎皮與摩擦輪 5 的摩擦力大小控制控制軸 4 的轉(zhuǎn)速大小來實現(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器檔位，可實現(xiàn)緊急懸停，使人處于安全狀態(tài)。隨著控制軸 4 轉(zhuǎn)動，上升控制繩 8 隨著控制軸 4 的轉(zhuǎn)動自動收起。待逃生者 1 號降到地面，上升控制繩 8 收起的長度恰好為所在樓層高度，接著逃生者1 號拉動中間繩，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，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，這時可以轉(zhuǎn)動控制軸 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 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 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，這時可以轉(zhuǎn)動控制軸 4 將滑輪組繩繞好在控制軸 4 上。 2、 方案二的優(yōu)點與不足 方案二的優(yōu)點： 一、該裝置結(jié)構(gòu)簡單，輕巧。 二、該裝置安全系數(shù)高制動效果好。且生產(chǎn)加工成本低適合大眾群體購買。 方案二的不足： 該裝置在下降過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，且該裝置的上升機構(gòu)過 于簡單，萬一繩索卡死則其他被困人員將無法使用。 案三 1、 方案三的原理 在實際操作過程中，需要調(diào)整機構(gòu)仰角，逃生人員可以以一個很小的加速度加速下落。經(jīng)過一段時間之后，從動軸上的包角越來越大，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，減速的過程，最終以安全的速度降落到地面。 圖 2置的自動減速原理圖 裝置自動減速原理：如圖 7，繩索有一定的直徑，當在軸一上面纏繞數(shù)圈時，會有一定的厚度。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，α＜β＜γ）。由于壓力一定，接觸購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 面積增大，則摩擦力增大，反饋到齒輪二上，此時，齒輪一也必然會減速，也就是人下降的速度會降低。達到 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)點與不足 方案三的優(yōu)點： 相比其他的現(xiàn)有高樓逃生裝置，該裝置最大的優(yōu)點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控制，適合不同人群，純機械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，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： 該裝置對機構(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)的進行逃生，每完成一個逃生人員，下一個逃生人員需自己纏繞繩子后再進行逃生。 案的比較與選擇 通過比較以上三個方案，以及各個方案與設(shè)計要求的對比，方案三 裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)自動減速，下降過程中無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)簡單不易發(fā)生機械故障，安全系數(shù)相對較高，并且符合其他相關(guān)設(shè)計要求，所以選擇方案三為 設(shè)計方案。 案的實物圖 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 3 裝置零部件設(shè)計 的設(shè)計 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）傳動軸主要受轉(zhuǎn)矩，不受彎矩或彎矩很小的軸 3）心軸只受彎矩而不受轉(zhuǎn)矩的軸 。 心軸根據(jù)其工作時是否轉(zhuǎn)動，又可分為：（ 1） 固定心軸 （ 2） 轉(zhuǎn)動心軸 2、按軸線形狀 分 ： 1） 曲軸 ， 各軸段軸線不在同一直線上 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。常用于心軸和傳動軸。 （ 2） 階梯軸 ， 特點與光軸相反，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，可彎曲繞過各種零部件將回轉(zhuǎn)運動靈活地遠距離傳遞 程表和遙控裝置傳動。 軸 要正常的運轉(zhuǎn)，是需要軸 承 來固定的，所以軸 承 是很重要的。一般軸的失效形式為：主要是因疲勞強度不足而產(chǎn)生的 疲勞籪裂；或是因靜強度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性籪裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等等。一般軸的設(shè)計應(yīng)該要滿足如下的準則： 1．要根據(jù) 軸 的工作條件、生產(chǎn)批量和經(jīng)濟性等原則，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，即進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3．要軸的強度計算或校核。對受力大的細長軸 (如蝸桿軸 )和對剛度要求高購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 的軸，還要進行剛度計算。在對高速工作下的軸，因有共振危險，故應(yīng)進行振動穩(wěn) 定性計算。 軸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟 ： 1） 分析所設(shè)計軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機器中的安裝情況。 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、固定及裝配時對軸的表面要求等確定軸的徑向（直徑）尺寸。 合長度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸的軸向尺寸。 動軸的設(shè)計 軸的材料選用 45 鋼，由軸常用材料性能表查得 ? ? ?? ，軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩合成強度條件，由于軸的頻 繁震動啟動故江旋轉(zhuǎn)切應(yīng)力看為脈動循環(huán)應(yīng)力，且力矯正系數(shù)由邱宣懷主編第四版《機械設(shè)計》中第十六章中表 式（ ? ?? ? ? ??式（ 式中 ? —— 表示應(yīng)力矯正系數(shù)； ? ?—— 表示對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲 應(yīng)力； ? ?— 表示脈動循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。 同時又由于主動軸只受到轉(zhuǎn)矩的作用，則由式（ 1 式（ 得 : ? 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， 000? ， 01 ? 。 校核軸上危險截面的強度，由式（ 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 ][ 1??? ??? 式（ 式中 —— 表示危險截面當量應(yīng)力； W —— 表示抗彎剖面系數(shù)。 式（ 可寫為式（ 311.0 ??? 式（ 從而得設(shè)計公式式（ 311 ][ ?? 式（ 式中 1d —— 表示危險截面直徑。 從而得出： 動軸的設(shè)計 取切向力的極限最大值，分析知軸的中點為危險點由式（ m a x 2 s i n 22F G G???式（ 對中點的彎矩由式（ 21 ?式（ 式中 l —— 表示軸長。 軸受到 f 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大值由式（ 式（ ? 2s a x ? 式（ 2m ? 式（ 式中 — 表示最大摩擦力； u —— 表示摩擦系數(shù)。 其中取 54.0?u ， 22 ? 。 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 得 : 160m ， ? 6 9 1 2 02 且當 0180?? 時同時取到最大值。 由式（ ? ?2212 14?? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 式（ 將上面數(shù)據(jù)代入式（ ： 2 設(shè)計計算1r、2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 一軸半徑為 02 ? 。 輪的設(shè)計 輪的概述 齒輪是在機器中傳遞動力和運動的零件。齒輪傳動可完成減速、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。 2．圓錐齒輪，用于兩相交軸之間的傳動。 3．蝸桿蝸輪，用于兩交叉軸之間的傳動。 傳動特點： 動比穩(wěn)定，工作可靠，壽命長； 交軸和交錯軸之間的傳動； 聲大。 面接觸疲勞強度和齒根彎曲強度設(shè)計 取軸 r=30G=2100N 故齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為： T=63000力循環(huán)次數(shù)取 610 次。 取圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 07.0?d?（懸臂布置），齒數(shù)比 1?u 。 齒輪的接觸疲勞強度極限： 00?? 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 根據(jù)本設(shè)計要求，選用以下數(shù)據(jù)： ， ， ， 1?? 1 . 2 6 1 . 2?? 121 8 9 .8 P? 其中 使用系數(shù)，算齒間載荷分配系數(shù)，?彈性系數(shù)， 取失效的概率為 %1 ，安全系數(shù) 1?S 。 則接觸疲勞許用應(yīng)力為： ?? ?? 式（ 式中 ][ H? —— 表示許用接觸應(yīng)力； 表示接觸疲勞強度計算壽命系數(shù)； —— 表示失效概率為 1%時齒輪的接觸疲勞極限； 其中，S ，值已知， 值可由邱宣懷主編《機械設(shè)計》（第四版）中第 12 章 中圖 出。 將已知數(shù)據(jù)代入式（ ： 59][ ?? 計算齒輪分度圓直徑，式（ ? ??????????式（ 式中 — 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； — 表示彈性系數(shù)。 將數(shù)據(jù)代入式（ ： t 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 齒寬如式（ 107.0 ? 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 模數(shù)如式（ 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 754.1?m 齒高如式（ 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 常用數(shù)據(jù)如下： ， 1 ?? 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑式（ 31 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 計算模數(shù)，將數(shù)據(jù)代入式（ ： 987.1?m 齒輪的彎曲強度極限： 380? 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 取彎曲疲勞安全系數(shù) ，如式（ 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 ? ? ? ? 式（ 代入數(shù)據(jù)得： ? ? 查得以下數(shù)據(jù)： 1 . 2 5 1 . 2 1 1 . 2 1 . 8A V F K K K??? ? ? ? ? ?， ， 設(shè)計計算如式（ ? ?3 2112 ?????????式（ 式中 表示齒形系數(shù)； 表示應(yīng)力修正系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)得： 698.1?m 對比計算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲強度計算的模數(shù)，由齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強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)，可取由彎曲強度所計算的模數(shù) 就近圓整為標準值 ，按接觸疲 勞強度計算的分度圓直徑： 4012 ?? 中心距如式（ 2 21? 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 40? 計算齒輪齒寬，數(shù)據(jù)代入式（ ： 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 輪的設(shè)計 輪的概述 它 由棘輪和棘爪組成的一種單向 間歇運動機構(gòu) 。它將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成單向步進運動。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當搖桿逆時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉(zhuǎn)動；當搖桿順時針方向擺動時，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉(zhuǎn)動。為了確保棘輪不反轉(zhuǎn)，常在固定構(gòu)件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復(fù)擺動可由曲柄搖桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和擺動油 缸等實現(xiàn)，在傳遞很小動力時，也有用電磁鐵直接驅(qū)動棘爪的。棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運轉(zhuǎn)過程中加以調(diào)節(jié)。如果希望調(diào)節(jié)的精度高于一個棘齒所對應(yīng)的角度，可應(yīng)用多棘爪棘輪機構(gòu)。棘輪機構(gòu)工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。 棘輪 機構(gòu)常用在各種機床和自動機中間歇進給或回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位上，也常用在千斤頂上 。在自行車中棘輪機構(gòu)用于單向驅(qū)動，在手動絞車中棘輪機構(gòu)常用以防止逆轉(zhuǎn)。 工作原理 :機械中常用的外嚙合式棘輪機構(gòu)，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅(qū)動棘爪用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。當主動件順時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉(zhuǎn)動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉(zhuǎn)動，而驅(qū)動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復(fù)擺動時，棘輪作單向的間歇運動 棘輪機 構(gòu)的分類方式有以下幾種： 按結(jié)構(gòu)形式分為齒式棘輪機構(gòu)和摩擦式棘輪機構(gòu) 。 齒式棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；動與停的時間比可通過選擇合適的驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)。該機構(gòu)的缺點是動程只能作有級調(diào)節(jié)；噪音、沖擊和磨損較大，故不宜用于高速。 摩擦式棘輪機構(gòu)是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構(gòu)中的棘爪，以無齒摩擦代替棘輪。特點是傳動平穩(wěn)、無噪音；動程可無級調(diào)節(jié)。但因靠摩擦力傳動，會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護作用，但是傳動精度不高。適用于低速輕載的場合。 按嚙合方式分外嚙合棘輪機構(gòu)和內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu) 。 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 外嚙合式棘輪機構(gòu)的棘 爪或楔塊均安裝在棘輪的外部，而內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)的棘爪或楔塊均在棘輪內(nèi)部。外嚙合式棘輪機構(gòu)由于加工、安裝和維修方便，應(yīng)用較廣。內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。 按從動件運動形式分單動式棘輪機構(gòu)、雙動式棘輪機構(gòu)和雙向式棘輪機構(gòu) 單動式式棘輪機構(gòu)當主動件按某一個方向擺動時，才能推動棘輪轉(zhuǎn)動。雙動式棘輪機構(gòu)，在主動搖桿向兩個方向往復(fù)擺動的過程中，分別帶動兩個棘爪，兩次推動棘輪轉(zhuǎn)動。雙動式棘輪機構(gòu)常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數(shù)較少，而主動擺桿的擺角小于棘輪齒距的場合。 輪的設(shè)計 棘輪機構(gòu)的 主要 設(shè)計有 ：棘輪齒形的選擇 、模數(shù)齒數(shù)的確定 、齒面傾斜角的確定 、行程和動停比的調(diào)節(jié)方法 等。 1．棘輪齒形的選擇 選用 常用齒形，不對稱梯形用于承受載荷較大的場合；當棘輪機構(gòu)承受的載荷較小時，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對稱梯形用于雙向式棘輪機構(gòu) 。由于本機構(gòu)承受荷載不是很大，選用三角形齒形。 2．模數(shù)、齒數(shù)的確定 與齒輪相同，棘輪輪齒的有關(guān)尺寸也用模數(shù) m 作為計算的基本參數(shù)，但棘輪的標準模數(shù)要按棘輪的頂圓直徑式（ 。 a? 式（ 棘輪齒數(shù) z 一般由棘輪機構(gòu)的使用條件和運動要求選定。對于一般進給和分度所用的棘輪機構(gòu)，可根據(jù)所要求的棘輪最小轉(zhuǎn)角來確定棘輪的齒數(shù)（ 250?z ，一般取 z = 8～ 30 ）， 選擇 20?z ， 2?m 。 3．齒面傾斜角的確定 棘輪齒面與徑向線所夾 α 稱為齒面傾斜角。棘爪軸心 輪齒頂點 A 的連線 過 A 點的齒面法線 夾角 β 稱為棘爪軸心位置角。 為使棘爪在推動棘輪的過程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應(yīng)滿足棘齒對棘爪的法向反作用力 N 對 1O 軸的力矩大于摩擦力 齒面）對 1O 軸的力矩，即 ?? co ss 1 f ??? 則 ?因為 ? ?購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 所以 ?? 即 ??? 式中 f 和分別為棘爪與棘輪齒面間的摩擦系數(shù)和摩擦角，一般 f 取 取 f= α=20° 4. 行程和動停比的調(diào)節(jié)方法 1）采用棘輪罩 通過改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過，從而實現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 2）改變擺桿擺角 通過調(diào)節(jié)曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄的長度，改變搖桿擺角的大小，從而實現(xiàn)棘輪機構(gòu)轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 3） 采用多爪棘輪機構(gòu) 要使棘輪每次轉(zhuǎn)動的角度小于一個輪齒所對應(yīng)的中心角 γ 時，可采用棘爪數(shù)為 m 的多爪棘輪機構(gòu)。 如 n=3的棘輪機構(gòu)，三棘爪位置依次錯開 3/? ，當擺桿轉(zhuǎn)角 1? 在 3/1 ?? ???范圍內(nèi)變化時，三棘爪依次落入齒槽，推動棘輪轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度 2? 為 3/2 ?? ???范圍內(nèi) 3/? 整數(shù)倍。 他零部件的設(shè)計選擇 準件的選擇 軸承的選用：考慮到本裝置的工作特性、結(jié)構(gòu)特點及工作效果，不需要選用軸承。其具體原因如下： 1 從結(jié)構(gòu)上分析，不選用軸承不會對裝置的可靠性、安全性、穩(wěn)定性造成不良的影響。 (本裝置 的使用具有一次性的特點，不需要長時間連續(xù)工作工作，而且也沒有太大的工作負載。考慮到可能長時間放置的問題，只需在主軸與滑輪內(nèi)部做 簡單的防銹及潤滑處理即可 ) 2 從成本上分析，不選用軸承可以最大程度的降低本裝置的成本，利于本裝置的推廣普及。 3 從功能上分析，本裝置的工作目的在于對人的下降過程進行減速，而不選用軸承恰好使主軸與滑輪之間的摩擦力大大增加，從而有利于本裝置功能的實現(xiàn)。 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 另外選用的標準件如下： 螺栓× 6， 32； 螺母× 6， 墊圈× 10。 全座椅的選擇 安全座椅的作用是實現(xiàn)下降過程中人員的安全保護，在下降的過程中將逃生人員固定在安全座椅上，同時安全座椅上的的扶手等固定裝置能減輕使用者在下降過程中的恐 懼感使其比在利用其他工具時擁有更大的安全感，同時安全座椅在下降過程中減小了安全帶等其他逃生工具給逃生人員帶來的不舒適的感覺，對于老年人和小孩也有一定的保護作用，從而更加符合不同人群的使用要求。 安全座椅如下圖所示： 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 3椅結(jié)構(gòu)示意圖 市場上已有相對成熟的安全座椅廠商，且安全座椅僅為本設(shè)計配件 ,限于篇幅，其工作原理及相關(guān)信息在此不做進一步闡述。 鉤的設(shè)計 為了適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)窗戶的逃生需要，本設(shè)計采用可調(diào)式掛鉤 ,掛鉤采用較長的螺紋旋合式連接來達到可調(diào)的目地，另外根據(jù)當前的主流窗臺寬度可設(shè) 兩種尺寸的旋合掛鉤，能夠是使用者根據(jù)自己的實際居住環(huán)境選擇是否需要通過二次旋合來進一步加大可調(diào)長度，從而使本設(shè)計更能適應(yīng)不同的建筑結(jié)構(gòu)。其具體結(jié)構(gòu)參見零件圖。 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 4 計算和驗證 由于前文沒有設(shè)計到繩索的計算和下降的時間，不能確定人能在安全的時間內(nèi)下落到地面，以及下落的速度大小未知，所以須對其進行計算。 力學平衡計算 N 為繩與軸的正壓力， ? 角為包角的微元 靜力學平衡方程如下式（ ? ?? ?s i n s i n =22f=c o s c o F F f?????? ? ? ?????? ? ? ? ?? 式（ 式中 式中 當 ? 趨近無窮小則： 2??? 2?? 由式（ ： c o s 2???? d???Fd ?? 21 0F ????? 得到公式式（ 21? 式（ 假設(shè)逃生人員重力為 G ，軸一與軸二之間繩的拉力為 1F ， ? 為繩與軸二的包角。 齒輪的的分度圓直徑相同。 得到關(guān)系式式（ : ? ?1 1 1 21F R G F ?? ? ?????? 式（ 得到靜力平衡的模型式（ 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 122? ??式（ 由式（ 們可以看出逃生人員的下降僅與軸一、軸二和摩擦因數(shù)有關(guān)，而與逃生人員自身重力無關(guān)。 繩的計算 設(shè)第四圈為平衡點 ,? 為繩子與軸的包角， u 為摩擦因素為 繩子的直徑為 重力加速度為 2/8.9 忽略軸承的摩擦力和速度突變損失的能量。 繩長的計算公式式（ 2? 式（ 包角計算公式式（ 221 ?? 式（ 式中 1R —— 表示軸一半徑； 2R —— 表示軸二半徑。 則第四層包角將數(shù)據(jù)代入式（ ： d 5 1 92 5 ?? 仰角計算公式式（ 2214 a r c c o s R ?? ??式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 即當仰角為 第四層達到平衡。 度計算 合力公式式（ ????? ???1211 )( 式（ 購買文檔就送對應(yīng) 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 加速度公式式（ ?????? ??? 1212 )1(1 u ?式（ 具體數(shù)據(jù)如表 4 4速度的計算 層數(shù) 包角 加速度 第一層 21 2 5 6 /a m s?? 第二層 22 1 2 2 /a m s?? 第三層 23 0 1 8 /a m s?? 第四層 24 0/a m s? 第五層 25 0 5 4 /a m s? 第 六層 26 0 8 2 /a m s? 第七層 27 1 7 4 /a m s? 第八層 28 1 5 9 /a m s? 當樓層高度為 20 米時， 設(shè)計一（每一層為 8 圈） 表 4降的瞬時速度 層數(shù) 繩長 下降完該長度瞬時速度為 耗時 第八層 s 第七層 s 第六層 s 第五層 s 第四層 s 第三層 s 第二層 s 第一層