高樓火災(zāi)救生裝備設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 . .一章 緒論 .計(jì)背景 及意義 . 2 .樓逃生裝置的實(shí)例 . 4 第二章 整體方案設(shè)計(jì) . 6 體方案設(shè)計(jì) .置的原理 .置的優(yōu)點(diǎn)與不足 . 8 第三章 裝置零部件設(shè)計(jì) . 10 的設(shè)計(jì) . 10 輪設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 輪的設(shè)計(jì) . 14 他零部件的設(shè)計(jì) . 19 第 四 章 計(jì)算 和驗(yàn)證 . 20 力學(xué)平衡計(jì)算 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 繩計(jì)算 . 21 度計(jì)算 . 22 結(jié) 論 . 25 致謝 . 26 參考文獻(xiàn) . 27 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 本文從開(kāi)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 ： 機(jī)械創(chuàng)新理論 負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng) 高樓逃生器 純機(jī)械無(wú)電氣結(jié)構(gòu) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 of of of of of To a on as no of in or to of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 第一章 緒論 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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 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 ，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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 樓逃生裝置的實(shí)例 凸輪式高樓逃生器 圖 1凸輪式高樓逃生器原理圖 它包括一固定內(nèi)凸輪（外徑 200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。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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 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。 輪蝸桿式高樓逃生裝置 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。 摩擦式高樓安全逃生器的設(shè)計(jì) 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 20買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 第二章 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。 體方案的設(shè)計(jì) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 圖 2視圖 整體方案的設(shè)計(jì)包括了原動(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)的設(shè)計(jì)。由于本設(shè)計(jì)是無(wú)需其他能源，僅依靠逃生人員的自身重力，所以沒(méi)有使用原動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)系統(tǒng)選擇了齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng) 構(gòu)緊湊，而且使用雙向傳動(dòng)，傳動(dòng)更加穩(wěn)定，受力更加均勻，更能保證逃生人員的安全?？刂葡到y(tǒng)主要有齒輪外側(cè)的手柄。輔助系統(tǒng)主要有軸邊棘輪機(jī)構(gòu)和手柄機(jī)構(gòu)，在軸上繞繩的時(shí)候更加方便。整個(gè)機(jī)構(gòu)的立體圖如上圖： 置的原理 圖 2 結(jié)構(gòu)側(cè)面圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 繩索一端固定在主動(dòng)軸上，并且 順時(shí)針纏繞數(shù)圈，繩索另一端從從動(dòng)軸上方通過(guò)從動(dòng)軸后自然垂下。當(dāng)繩索上有重物并以一個(gè)初速度自然下落時(shí)，由于繩索在主動(dòng)軸上順時(shí)針纏繞，所以對(duì)繞繩主動(dòng)軸產(chǎn)生順時(shí)針的轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)主動(dòng)軸傳遞到齒輪一上。而繩索又從從動(dòng)軸上方通過(guò)從動(dòng)軸，由于摩擦力對(duì)從動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針的轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)主動(dòng)軸傳遞到齒輪二上。 通過(guò)齒輪嚙合處轉(zhuǎn)矩的作用，使重物先后經(jīng)歷加速，勻速，減速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，最后以安全速度落地 。當(dāng)兩個(gè)齒輪上的轉(zhuǎn)矩大小相等時(shí)，由于在齒輪嚙合處，力的方向相反，達(dá)到轉(zhuǎn)矩的平衡，重物就 會(huì)以恒定的速度下落。 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。 置的優(yōu)點(diǎn)與不足 置的優(yōu)點(diǎn) 原因如下：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，接觸面積增大，則摩擦力 f 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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 圖 2自減速原理圖 相比其他的現(xiàn)有高樓逃生裝置，本裝置最大的優(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。 置的不足 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(kāi)始的 初速度比較大，人需要有一定的承受能力。目前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，在進(jìn)行逃生，浪費(fèi)逃生人員寶貴時(shí)間。而且各方面的摩擦力不好控制，導(dǎo)致人下降的加速度也會(huì)不定的變化。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 第三章 裝置零部件設(shè)計(jì) 的設(shè)計(jì) 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 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 （ 2）轉(zhuǎn)動(dòng)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(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 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： 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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 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。 合長(zhǎng)度、支承結(jié)構(gòu)和形式確定軸的軸向尺寸。 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 ，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 式（ 式（ 式中 表示應(yīng)力矯正系數(shù)； 表示對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 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（ 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(xiǎn)截面的強(qiáng)度，由式（ 1 式（ 式中 表示危險(xiǎn)截面當(dāng)量應(yīng)力； W 表示抗彎剖面系數(shù) 。 式（ 可寫為式（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 311.0 式（ 從而得設(shè)計(jì)公式式（ 311 式（ 式中 1d 表示危險(xiǎn)截面直徑。 從而得出： 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（ m a x 2 s i n 22F G G式（ 對(duì)中點(diǎn)的彎矩由式（ 21 式（ 式中 l 表示軸長(zhǎng)。 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 54.0u ， 22 。 得 : 160m ， 6 9 1 2 02 且當(dāng) 0180 時(shí)同時(shí)取到最大值。 由式（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 2212 14 式（ 將上面數(shù)據(jù)代入式（ ： 2 6 設(shè)計(jì)計(jì)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(jì) 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(jiàn)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)： 動(dòng)比穩(wěn)定，工作可靠，壽命長(zhǎng)； 交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)； 聲大。 面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 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) 07.0d （懸臂布置），齒數(shù)比 1u 。 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限： 00 根據(jù)本設(shè)計(jì)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)，紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 曲強(qiáng)度計(jì)算齒向載荷分布系數(shù)， 彈性系數(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： 式（ 式中 H 表示許用接觸應(yīng)力； 表示接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù)； 表示失效概率為 1%時(shí)齒輪的接觸疲勞極限； 其中，S ，值已知， 值可由邱宣懷主編機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）中第 12章中圖 出。 將已知數(shù)據(jù)代入式（ ： 59 計(jì)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 齒寬如式（ 107.0 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 模數(shù)如式（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 754.1m 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(shí)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(jì)算模數(shù)，將數(shù)據(jù)代入式（ ： 987.1m 齒輪的彎曲強(qiáng)度極限： 380 P a 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 取彎曲疲勞安全系數(shù) ，如式（ 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 ， ， 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 設(shè)計(jì)計(jì)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： 698.1m 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) 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 ，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)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(jì)算齒輪齒寬，數(shù)據(jù)代入式（ ： 輪的設(shè)計(jì) 輪的概述 它由棘輪和棘爪組成的一種單向 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 。它將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當(dāng)搖桿逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪齒以推動(dòng)棘輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)搖桿順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪上買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 滑過(guò)，棘輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)可由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)油缸等實(shí)現(xiàn)，在傳遞很小動(dòng)力時(shí)，也有用電磁鐵直接驅(qū)動(dòng)棘爪的。棘輪每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為動(dòng)程。動(dòng)程的大小可利用改變驅(qū)動(dòng)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中加以調(diào)節(jié)。如果希望調(diào)節(jié)的精度高于一個(gè)棘齒所對(duì)應(yīng)的角度，可應(yīng)用多棘爪棘輪機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)常伴有噪聲和振動(dòng)，因此它的工作頻率不能過(guò)高。 棘輪 機(jī)構(gòu)常用在各種機(jī)床和自動(dòng)機(jī)中間歇進(jìn)給或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位上，也常用在千斤頂上。在自行車中棘輪機(jī)構(gòu)用于單向驅(qū)動(dòng)，在手動(dòng)絞車中棘輪機(jī)構(gòu)常用以防止逆轉(zhuǎn)。 工作原理 :機(jī)械中常用的外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu)，它由主動(dòng)擺桿，棘爪，棘 輪、止回棘爪和機(jī)架組成。主動(dòng)件空套在與棘輪固連的從動(dòng)軸上，并與驅(qū)動(dòng)棘爪用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。當(dāng)主動(dòng)件順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，此時(shí)，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)件逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過(guò)，所以，這時(shí)棘輪靜止不動(dòng)。因此，當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向的間歇運(yùn)動(dòng) 棘輪機(jī)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(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。 齒式棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；動(dòng)與停的時(shí)間比可通過(guò)選擇合 適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是動(dòng)程只能作有級(jí)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(jī)構(gòu)是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機(jī)構(gòu)中的棘爪，以無(wú)齒摩擦代替棘輪。特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)噪音；動(dòng)程可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。但因靠摩擦力傳動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，雖然可起到安全保護(hù)作用，但是傳動(dòng)精度不高。適用于低速輕載的場(chǎng)合。 按嚙合方式分外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)。 外嚙合式棘輪機(jī)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(jī)構(gòu)的棘爪或楔塊均在棘輪內(nèi)部。外嚙合式棘輪機(jī)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(jī) 構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)、雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)和雙向式棘輪機(jī)構(gòu) 單動(dòng)式式棘輪機(jī)構(gòu)當(dāng)主動(dòng)件按某一個(gè)方向擺動(dòng)時(shí)，才能推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)，在主動(dòng)搖桿向兩個(gè)方向往復(fù)擺動(dòng)的過(guò)程中，分別帶動(dòng)兩個(gè)棘爪，兩次推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)常用于載荷較大，棘輪尺寸受限，齒數(shù)較少，而主動(dòng)擺桿的擺角小于棘輪齒距的場(chǎng)合。 輪的設(shè)計(jì) 棘輪機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)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(dòng)停比的調(diào)節(jié)方法等。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 1棘輪齒形的選擇 選用常用齒形，不對(duì) 稱梯形用于承受載荷較大的場(chǎng)合；當(dāng)棘輪機(jī)構(gòu)承受的載荷較小時(shí)，可采用三角形或圓弧形齒形；矩形和對(duì)稱梯形用于雙向式棘輪機(jī)構(gòu)。由于本機(jī)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(jì)算的基本參數(shù)，但棘輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)要按棘輪的頂圓直徑 a 式（ 棘輪齒數(shù) z 一般由棘輪機(jī)構(gòu)的使用條件和運(yùn)動(dòng)要求選定。對(duì)于一般進(jìn)給和分度所用的棘輪機(jī)構(gòu)，可根據(jù)所要求的棘輪最小轉(zhuǎn)角來(lái)確定棘輪的齒數(shù)（ 250z ，一般取 z = 830 ），選擇 20z ， 2m 。 3齒面傾斜角的確定 棘輪齒面與徑向線所夾稱為齒面傾斜角。棘爪軸心 輪齒頂點(diǎn) A 的連線 點(diǎn)的齒面法線 夾角稱為棘爪軸心位置角。 為使棘爪在推動(dòng)棘輪的過(guò)程中始終緊壓齒面滑向齒根部，應(yīng)滿足棘齒對(duì)棘爪的法向反作用力 N 對(duì) 1O 軸的力矩大于摩擦力 齒面）對(duì) 1O 軸的 力矩，即 co ss 1 f 則 因?yàn)?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 f= =20 4. 行程和動(dòng)停比的調(diào)節(jié)方法 1）采用棘輪罩 通過(guò)改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 2）改變擺桿擺角 通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄的長(zhǎng)度，改變搖桿擺角的大小，從而實(shí)現(xiàn)棘輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 3） 采用多爪棘輪機(jī)構(gòu) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 要使棘輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度小于一個(gè)輪齒所對(duì)應(yīng)的中心角時(shí)，可采用棘爪數(shù)為 如 n=3 的棘輪機(jī)構(gòu)，三棘爪位置依次錯(cuò)開(kāi) 3/ ，當(dāng) 擺桿轉(zhuǎn)角 1 在 3/1 范圍內(nèi)變化時(shí)，三棘爪依次落入齒槽，推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)選擇 準(zhǔn)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(diǎn)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(huì)對(duì)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(diǎn)，不需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作工作，而且也沒(méi)有太大的工作負(fù)載?？紤]到可能長(zhǎng)時(shí)間放置的問(wèn)題，只需在主軸與滑輪內(nèi)部做簡(jiǎn)單的防銹及潤(rùn)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(duì)人的下降過(guò)程進(jìn)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(shí)現(xiàn)。 全座椅的選擇 安全座椅的作用是實(shí)現(xiàn)下降過(guò)程中人員的安全保護(hù)，在下降的過(guò)程中將逃生人員固定在安全座椅上，同時(shí)安全座椅上的的扶手等固定裝置能減輕使用者在下降過(guò)程中的恐懼感使其比在利用其他工具時(shí)擁有更大的安全感，同時(shí)安全座椅在下降過(guò)程中減小了安全帶等其他逃生工具給逃生人員帶來(lái)的不舒適的感覺(jué)，對(duì)于老年人和小孩也有一定的保護(hù)作用，從而更加符合不同人群的使用要求 市場(chǎng)上已有相對(duì)成熟的安全座椅廠商，且安全座椅僅為 本設(shè)計(jì)配件 ,限于篇幅，其工作原理及相關(guān)信息在此不做進(jìn)一步闡述。 鉤的設(shè)計(jì) 為了適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)窗戶的逃生需要，本設(shè)計(jì)采用可調(diào)式掛鉤 ,掛鉤采用較長(zhǎng)的螺紋旋合式連接來(lái)達(dá)到可調(diào)的目地，另外根據(jù)當(dāng)前的主流窗臺(tái)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(shí)際居住環(huán)境選擇是否需要通過(guò)二次旋合來(lái)進(jìn)一步加大可買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 調(diào)長(zhǎng)度，從而使本設(shè)計(jì)更能適應(yīng)不同的建筑結(jié)構(gòu)。其具體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)零件圖。 第四章 計(jì)算和驗(yàn)證 由于前文沒(méi)有設(shè)計(jì)到繩索的計(jì)算和下降的時(shí)間，不能確定人能在安全的時(shí)間內(nèi)下落到地面，以 及下落的速度大小未知，所以須對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。 力學(xué)平衡計(jì)算 N 為繩與軸的正壓力， 角為包角的微元 靜力學(xué)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(dāng) 趨近無(wú)窮小則： 2 2 由式（ ： c o s 2 dFd 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（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 得到靜力平衡的模型式（ 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(wú)關(guān)。 繩的計(jì)算 設(shè)第四圈為平衡點(diǎn) , 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(zhǎng)的計(jì) 算公式式（ 2 式（ 包角計(jì)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(jì)算公式式（ 2214 a r c c 式（ 帶入數(shù)據(jù)得： 即當(dāng)仰角為 第四層達(dá)到平衡。 度計(jì)算 合力公式式（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 1211 )( 式（ 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(jì)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(dāng)樓層高度為 20 米時(shí)， 設(shè)計(jì)一（每一層為 8 圈） 表 4降的瞬時(shí)速度 層數(shù) 繩長(zhǎng) 下降完該長(zhǎng)度瞬時(shí)速度為 耗時(shí) 第八層 s 第七層 s 第六層 s 第五層 s 第四層 s 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 第三層 s 第二層 s 第一層 s 落地速度為 s 為安全落地速度，總下降需要時(shí)間為 :設(shè)計(jì)二（每一層為 9 圈） 表 4降的瞬時(shí)速度 層數(shù) 繩長(zhǎng) 下降完該長(zhǎng)度瞬時(shí)速度 消耗的時(shí)間 第八層 s 七層 s