高樓火災救生裝備設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 . .一章 緒論 .計背景 及意義 . 2 .樓逃生裝置的實例 . 4 第二章 整體方案設計 . 6 體方案設計 .置的原理 .置的優(yōu)點與不足 . 8 第三章 裝置零部件設計 . 10 的設計 . 10 輪設計 . 錯誤 !未定義書簽。 輪的設計 . 14 他零部件的設計 . 19 第 四 章 計算 和驗證 . 20 力學平衡計算 . 錯誤 !未定義書簽。 繩計算 . 21 度計算 . 22 結 論 . 25 致謝 . 26 參考文獻 . 27 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 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、機構復雜、安全系數(shù)低等一些不足之處。本設計根據(jù) 機械創(chuàng)新理論， 設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、純機械無電氣結構等優(yōu)點，最后通過對設計機構的零部件進行計算，得出整個機構的圖形，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 ，達到了本次設計的目的。 關鍵詞 ： 機械創(chuàng)新理論 負反饋閉環(huán)系統(tǒng) 高樓逃生器 純機械無電氣結構 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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 號交流 401339828 或 11970985 3 第一章 緒論 計背景及意義 隨著建筑高度的增加和日趨密集，建筑的安全隱患也越來越多，即使在發(fā)達國家的高樓遇有火災、爆炸等事件時，由于時間、空間等諸多因素的限制，人員自救逃生也是一個急待解決的重要問題。高樓火災的有效救援和應急逃生，已經(jīng)成為人們高度關注的社會問題。高層建筑一般功能較多，內(nèi)部通道和外部環(huán)境情況復雜，一旦發(fā)生火災，由于煙囪效應，火勢和濃煙就會迅速擴大，很短時間內(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法逃生 。 所以逃生人員自救是一個 亟待解決 的重要問題。高樓突然失火或其他災難發(fā)生時 ,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遠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機，這樣的情況每年都有發(fā)生 ,也有很多人因無法逃生而遇難 ,所以怎樣快速有效的逃離火災建筑成了決定生死的問題，而高樓逃生裝置在這樣的環(huán)境下應運而生。然而在人們將越來越多的精力和時間都投入到對安全問題保障研究的同時 ,卻忽略了最基礎的一種手段 ,在人們越來越多的用到各種高科技和現(xiàn)代手法進 行安全保障的同時 ,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 ,要靠最基礎和最簡單的方式 ,也就是機械傳動的方式才是最安全和穩(wěn)定的。 本課題要求針對高層建筑實際情況，設計一種在發(fā)生火災情況下，能幫助人方便、快捷的逃生的工具。要求設計出的逃生器能適合各種結構的建筑物，運行實現(xiàn)自動化，并且要求操作方便，可以折疊，體積和重量在一個人可以操作的限度范圍內(nèi)?？梢远啻瓮蹈邔咏ㄖM行營救。從而能最大限度的減少火災中的人員傷亡。通過分析比較現(xiàn)有的一些高樓逃生器，大多數(shù)裝置雖然能達到高樓逃生這一功能，但其結 構原理復雜，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)生地震或火災時很有可能斷電，也不允許操作人員進行復雜的操作 )。所以本設計采用一種基于負反饋閉環(huán)系統(tǒng)的高樓逃生裝置，裝置結構簡單，操作簡便，且無需電力或其他能源驅(qū)動，純機械結構。其原理是利用逃生人員的重力，通過機構的轉(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、減速下降的過程，最終以安全速度到達地面。裝置的仰角大小可以人為調(diào)節(jié)。當從動軸與安全繩的粗糙度、安全繩的直徑 發(fā)生改變時可以通過改變仰角的大小使裝置仍然可以正常使用，適應了各種環(huán)境。通過計算，結果達到預期要求，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。因而可以在災難發(fā)生的時候保證人的生命安全。符合設計要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 內(nèi)外研究概況 在我國，目前主要的救生設備有逃生緩降器，這種設備主要針對普通家庭和個人使用，其構造由調(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 時看似不多，但在火災逃生分秒必爭的情況下還是略顯漫長。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、經(jīng)濟因素之外，主要是難以適用老幼病殘者，多戶同時使用可能發(fā)生相互纏繞，以及安裝問題、定期保養(yǎng)等，難以走進百姓家門。 還有一個主要的設備是救生氣墊，它主要是一種利用充氣產(chǎn)生緩沖效果的高空救生設備。一般采用高強度纖維材料 ,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，同時此裝備要求有相當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。因此應用范圍非常有限，當然對于高樓逃生就有很大的危險性。 目前國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間歇撞擊能來消耗能量，如利用鐘表中的擒縱叉和擒縱輪原理來消耗能量。 3 液體流動阻尼式：液體流動阻尼式是利用液體流動阻尼把人體勢能轉(zhuǎn)化成液體熱能，以達降低速度的目的。其主要特點是由于液體阻尼的大小取決于外負載，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)新科學家雜志報道，美國國防部高級研究計劃署正在研究炮射飛人。此項研究將有特殊的現(xiàn)實用途，諸如在緊急情況下將警員或者消防隊員送入高樓的屋頂。一具斜軌將以與地面呈 80 的姿態(tài)安放于目標地點附近，執(zhí)行任務的人員則坐在椅子中 類似于飛機駕駛員的彈射座椅。壓縮空氣從背負的鋼瓶中迅速噴出，座椅即沿滑軌彈射，到達頂端時戛然停住，人體由于慣性飛離并到達屋頂邊，安全著陸。方案的關鍵在于正確計算拋物線軌跡，在國防部高級研究計劃署的專利方案中有一臺計算機精準控制發(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 號交流 401339828 或 11970985 5 樓逃生裝置的實例 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)設置有一導軌支架，所述的導軌支架的中部橫向設置有滑動芯閥，所述的內(nèi)凸輪型腔的內(nèi)周壁由若干個依次連續(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線恰好通過延長方向所對的拱形曲面的頂點，所述的內(nèi)凸輪型腔內(nèi)過內(nèi)凸輪中心點的徑向線的長度與滑動芯閥的長度相等，所述的導軌支架體內(nèi)設置有油腔，所述的滑動芯閥上下側固定聯(lián)接有位于油腔內(nèi)的阻尼片。當內(nèi)凸輪驅(qū)動滑動芯閥作往復橫向移動時，使得油脂從油腔的一側自縫隙翻越阻尼片流到油腔的另一側，再從另一側翻越阻尼片流回油腔的原側端，在此過程中產(chǎn)生很大的阻尼，以此來限制內(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，即可達到自動限制該回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速的目的。 優(yōu)點 ：體積小，無噪聲，成本低，生產(chǎn)安裝及維修方便，持久耐用，實用性高。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 缺點：結構復雜，部件多，制造費工費時，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，蝸桿能帶動蝸輪，但蝸輪不能帶動蝸桿，使逃生人員在逃生過程中，控制自己的下落； 優(yōu)勢：結構簡單；具有自鎖性，安全性高，制造成本不高； 缺點：摩擦磨損大，材料要求高，操作復雜，普通人不易操作。 摩擦式高樓安全逃生器的設計 原理：重力帶動卷軸轉(zhuǎn)動，使得卷軸上的活動快由于離心力產(chǎn)生正壓力，摩擦片與外殼產(chǎn)生摩擦 力，在下降速度達到一定值，摩擦力矩與人體重力力矩平衡，勻速下滑 ; 優(yōu)勢：逃生人員下降過程中不需要人來控制 ; 缺點：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 號交流 401339828 或 11970985 7 第二章 整體方案設計 機械系統(tǒng)是由原動機、傳動系統(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，機械系統(tǒng)總體方案設計的內(nèi)容應是這幾部分的方案設計及其各部分間的協(xié)調(diào)設計。即執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計、原動機類型的選擇、傳動系統(tǒng)的方案設計、控制系統(tǒng)的方案設計和其它輔助系統(tǒng)的方案設計。 機械系統(tǒng)整體方案設計的特 點： 1協(xié)調(diào)性：整體系統(tǒng)由各個子系統(tǒng)組成，雖然各子系統(tǒng)的功能不同、性能各異，但它們在組合時必須按照整體功能的需要。 2相關性：構成系統(tǒng)的各要素之間也是互相關聯(lián)的，它們之間有著相互作用、相互制約的特定關系。某個要素性能的變化將影響對相關要素的作用，從而對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 3內(nèi)外結合性：任何系統(tǒng)必定存在于一定的社會和物質(zhì)環(huán)境中，機械系統(tǒng)也不例外。環(huán)境的變化必將引起系統(tǒng)輸入的變化，從而也將導致其輸出的變化。 體方案的設計 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 圖 2視圖 整體方案的設計包括了原動機、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和其它 輔助系統(tǒng)的設計。由于本設計是無需其他能源，僅依靠逃生人員的自身重力，所以沒有使用原動機。傳動系統(tǒng)選擇了齒輪傳動，齒輪傳動 構緊湊，而且使用雙向傳動，傳動更加穩(wěn)定，受力更加均勻，更能保證逃生人員的安全?？刂葡到y(tǒng)主要有齒輪外側的手柄。輔助系統(tǒng)主要有軸邊棘輪機構和手柄機構，在軸上繞繩的時候更加方便。整個機構的立體圖如上圖： 置的原理 圖 2 結構側面圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 繩索一端固定在主動軸上，并且 順時針纏繞數(shù)圈，繩索另一端從從動軸上方通過從動軸后自然垂下。當繩索上有重物并以一個初速度自然下落時，由于繩索在主動軸上順時針纏繞，所以對繞繩主動軸產(chǎn)生順時針的轉(zhuǎn)矩，并通過主動軸傳遞到齒輪一上。而繩索又從從動軸上方通過從動軸，由于摩擦力對從動軸產(chǎn)生一個順時針的轉(zhuǎn)矩，并通過主動軸傳遞到齒輪二上。 通過齒輪嚙合處轉(zhuǎn)矩的作用，使重物先后經(jīng)歷加速，勻速，減速的運動過程，最后以安全速度落地 。當兩個齒輪上的轉(zhuǎn)矩大小相等時，由于在齒輪嚙合處，力的方向相反，達到轉(zhuǎn)矩的平衡，重物就 會以恒定的速度下落。 在實際操作過程中，需要調(diào)整 機構仰角，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。 置的優(yōu)點與不足 置的優(yōu)點 原因如下：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，）。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，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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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，純機械結構，結構簡單，操作簡單，結構的仰角可以調(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 裝置對機構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。目前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，在進行逃生，浪費逃生人員寶貴時間。而且各方面的摩擦力不好控制，導致人下降的加速度也會不定的變化。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 第三章 裝置零部件設計 的設計 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。一般軸的設計應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 合理結構形狀及尺寸，即進行軸的結構設計。 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，故應進行振動穩(wěn)定性計算。軸的結構設計步驟： 1） 分析所設計軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機器中的安裝情況。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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、支承結構和形式確定軸的軸向尺寸。 動軸的設計 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)切應力看為脈動循環(huán)應力，且力矯正系數(shù)由邱宣懷主編第四版機械設計中第十六章中表 式（ 式（ 式中 表示應力矯正系數(shù)； 表示對稱循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力； 表示脈動循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力。 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（ 1 式（ 式中 表示危險截面當量應力； 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 號交流 401339828 或 11970985 13 311.0 式（ 從而得設計公式式（ 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 54.0u ， 22 。 得 : 160m ， 6 9 1 2 02 且當 0180 時同時取到最大值。 由式（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 2212 14 式（ 將上面數(shù)據(jù)代入式（ ： 2 6 設計計算1r、2纏繞繩的速度和裝置結構本小組初取繞繩軸半徑為 351 r 一軸半徑為 02 。 輪的設計 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) 07.0d （懸臂布置），齒數(shù)比 1u 。 齒輪的接觸疲勞強度極限： 00 根據(jù)本設計要求，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)，紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 曲強度計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 。 則接觸疲勞許用應力為： 式（ 式中 H 表示許用接觸應力； 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（ ： 987.1m 齒輪的彎曲強度極限： 380 P a 計算彎曲疲勞許用應力： 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 號交流 401339828 或 11970985 17 設計計算如式（ 3 2112 式（ 式中 表示齒形系數(shù)； 表示應力修正系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)得： 698.1m 對比計算結果，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，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（ ： 輪的設計 輪的概述 它由棘輪和棘爪組成的一種單向 間歇運動機構 。它將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復運動轉(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，棘爪在棘輪上買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 滑過，棘輪停止轉(zhuǎn)動。為了確保棘輪不反轉(zhuǎn)，常在固定構件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復擺動可由曲柄搖桿機構、齒輪機構和擺動油缸等實現(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)動機構的結構參數(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的角度，可應用多棘爪棘輪機構。棘輪機構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用于單向驅(qū)動，在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉(zhuǎn)。 工作原理 :機械中常用的外嚙合式棘輪機構，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)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動 棘輪機構的分類方式有以下幾種： 按結構形式分為齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構。 齒式棘輪機構結構簡單，制造方便；動與停的時間比可通過選擇合 適的驅(qū)動機構實現(xiàn)。該機構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。 摩擦式棘輪機構是用偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構中的棘爪，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和內(nèi)嚙合棘輪機構。 外嚙合式棘輪機構的棘爪或楔塊均安裝在棘輪的外部，而內(nèi)嚙合棘輪機構的棘爪或楔塊均在棘輪內(nèi)部。外嚙合式棘輪機構由于加工、安裝和維修方便，應用較廣。內(nèi)嚙合棘輪機 構的特點是結構緊湊，外形尺寸小。 按從動件運動形式分單動式棘輪機構、雙動式棘輪機構和雙向式棘輪機構 單動式式棘輪機構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，在主動搖桿向兩個方向往復擺動的過程中，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。 輪的設計 棘輪機構的主要設計有：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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 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。由于本機構承受荷載不是很大，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 a 式（ 棘輪齒數(shù) z 一般由棘輪機構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，可根據(jù)所要求的棘輪最小轉(zhuǎn)角來確定棘輪的齒數(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 A 的連線 點的齒面法線 夾角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 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)曲柄搖桿機構中曲柄的長度，改變搖桿擺角的大小，從而實現(xiàn)棘輪機構轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。 3） 采用多爪棘輪機構 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 要使棘輪每次轉(zhuǎn)動的角度小于一個輪齒所對應的中心角時，可采用棘爪數(shù)為 如 n=3 的棘輪機構，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)動相應角度 2 為 3/2 范圍內(nèi) 3/整數(shù)倍。 他零部件 的設計選擇 準件的選擇 軸承的選用：考慮到本裝置的工作特性、結構特點及工作效果，不需要選用軸承。其具體原因如下： 1 從結構上分析，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?？紤]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)。 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 市場上已有相對成熟的安全座椅廠商，且安全座椅僅為 本設計配件 ,限于篇幅，其工作原理及相關信息在此不做進一步闡述。 鉤的設計 為了適應不同結構窗戶的逃生需要，本設計采用可調(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買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 調(diào)長度，從而使本設計更能適應不同的建筑結構。其具體結構參見零件圖。 第四章 計算和驗證 由于前文沒有設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 dFd 21 0F 得到公式式（ 21 式（ 假設逃生人員重力為 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。 得到關系式式（ : 1 1 1 21F R G F 式（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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，而與逃生人員自身重力無關。 繩的計算 設第四圈為平衡點 , 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 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（ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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，總下降需要時間為 :設計二（每一層為 9 圈） 表 4降的瞬時速度 層數(shù) 繩長 下降完該長度瞬時速度 消耗的時間 第八層 s 七層 s