自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作

自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 摘 要 本文是参加第五届首都高校机械创新设计大赛的参赛作品自动伸缩应急避难装置的设计与模拟，详细介绍了自动伸缩应急避难装置的创新设计研究与开发。 本文对自动伸缩应急避难装置做了较为全面的介绍，介绍了避难装置的基本结构和原理。在设计中运用三维设计软件Pro/ENGINEER Wildfire 对避难装置的零部件进行结构造型、装配设计和运动仿真。文中还对自动伸缩应急避难装置的加工制造工艺及调试运行进行了简要的叙述，并提出了该自动伸缩应急避难装置使用维护的注意事项。文末对自动伸缩应急避难装置进行了技术经济分析。 本文设计过程参照机械设计手册及国家机械制图标准等。所设计的自动伸缩应急避难装置体现了设计合理、结构先进、选材经济、自主创新、适用范围广等特点，具有一定的市场开发价值。 关键词：应急避难装置，结构分析，创新，三维造型 III 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 Abstract This article is the fifth capital of universities to participate in creative design contest entries - Automatic retractable emergency evacuation device design and simulation, details of the automatic retractable emergency evacuation device research and development of innovative designs. This installation of automatic telescopic emergency shelter to do a more comprehensive, describing the evacuation device basic structure and principles. Used in the design of three-dimensional design software Pro / ENGINEER Wildfire parts of the refuge unit for structural modeling, assembly design and motion simulation. The paper also automatically retractable emergency shelters device manufacturing process and debugging are briefly described, and proposed expansion of the emergency evacuation devices automatically maintain precautions. At last, the automatic retractable emergency evacuation device of the techno-economic analysis. This reference design process and mechanical design handbook mechanical drawing national standards. The design of the automatic retractable device embodies the emergency shelter designed, advanced structure, selection of economic, innovation, wide range of applications and so on, have some economic value. Keywords: emergency shelter equipment, structural analysis, innovative, three-dimensional modeling IV 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 目 录 第一章 概述 .1 1.1 问题的提出. .1 1.2 应急避难装置的研究状况. .1 1.3 课题来源与研究意义 .5 1.3.1 课题的来源 .5 1.3.2 研究意义 .5 1.3.3 市场前景 .5 1.3.4 研究的基本内容 .6 第二章 自动伸缩应急避难装置的结构创新设计 .7 2.1自动伸缩应急避难装置的创新功能设计思路 .7 2.2横向平行四边形机构A的设计 .9 2.3纵向平行四边形机构B的设计 . .12 2.4铰盖的设计 . .15 2.5 保护机构的设计 . .16 第三章 自动伸缩应急避难装置的强度校核 .18 3.1 螺栓杆的抗剪强度计算. .18 3.2 螺栓杆的挤压强度计算. .18 3.3 Ansys受力分析. .18 第四章 自动伸缩应急避难装置的三维实体建模 .25 4.1 Pro/Engineer Wildfire的介绍 .25 4.2 自动伸缩应急避难装置零 部件实体造型.27 4.3 自动伸缩应急避难装置实体装配模型 . .28 4.4 自动伸缩应急避难装置的零件图 .31 4.5 实物加工图片 .32 第五章 自动伸缩应急避难装置的加工 .34 5.1 UG 的简介. .34 5.2 UG 加工仿真. .34 第六章 自动伸缩应急避难装置的使用与维护 .41 6.1 产品说明书 . .41 6.2 使用说明 . .41 6.2.1 用户须知 .41 6.2.2 使用方法 .41 V 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 6.2.3注意事项 .42 6.3 自动伸缩应急避难装置的日常维护和保养 .42 6.4 自动伸缩应急避难装置的常见故障及排除 .42 第七章 自动伸缩应急避难装置的技术经济分析 .43 7.1 自动伸缩应急避难装置的技术分析 .43 7.2 自动伸缩应急避难装置的经济分析 .43 7.3 自动伸缩应急避难装置的结论与展望 . .43 参考文献 .44 致谢 .46 VI 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 第一章 概述 1.1 问题的提出 地震作为最严重的自然灾害，对国民经济的发展和社会的安定以及人民的生活质量造成了极大的危害。据官方统计汶川地震遇难人数为69225，受伤人数为374640。玉树地震遇难人数为2203。尤其是1996年唐山地震遇难人数达242000，受伤人数为 164000。另外，我 国是煤矿的大国，煤碳开采量已达世界第一。但是，由于生产技术落后，矿难时有发生，严重危害了大量弱势群体的生命安全。2009年11月21日 黑龙江新兴，108人死亡。2007年12月6日 山西洪洞，105人死亡。2007年8月17日 山东新汶，死亡181人 。在矿难和地震等突发性灾难发生时 ，人们会无意识的寻找狭小的避难场所，但往往不能保护人的生命安全。所以我们希望能设计一个应急避难装置：可以在突发性灾难发生时伸展出一个空间，供人们暂时避难，防止被落下的物体砸伤，从而使生命得到保障。 1.2 应急避难设备的研究现状 现代的避难逃生装置多种多样，各有优点，就现在的地震避难逃生装置做一下简单介绍。 1）地震救生床（如图1所示）图 1 地震救生床 一种地震救生床，由钢管、角接头和部分钢板按立柱横梁式结构组成，其特征是在该床的前撑上套装并锁紧着带有导槽的前靠，后撑上套装并锁紧着带有导槽的后挡，纵上套装着交错穿插的床侧翻板和带有导槽的导向板，横上套装1 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 着带有锁紧孔的实施板，床的前后横梁的中段焊接着电磁离合器支撑板、电磁离合器就装在该板上、床的前撑和后撑的下部焊有卷簧箱，作为动力的两卷簧分别装在该两箱中，卷簧箱的下面是导向轮组，导向轮组的下面是床底板连接板，带有导槽的床底板通过螺栓与其相连接，前靠和后挡的中心线上各有一中心孔，孔中有一端与蓬盖链板的前端接头相连接，另一端与卷簧相连接的拉索，两块蓬盖链板以其两端的两组导向头组嵌装在相关部件的导槽中，平时，弹簧电磁铁组的铁心穿过实施板的锁紧孔后，又穿过一端与蓬链板尾端接头相连的第二拉索的另一端的锁紧孔、再穿过一端与导向轮组锁索相连的第三拉索的另一端锁紧孔，将蓬盖链板锁紧定位在床侧下，地震时因断电弹簧电磁铁组的铁心会从所有的锁紧孔中拉回，导向轮伸出。卷簧通过与之相连接的拉索会将两块蓬盖链板拉到前靠与后挡的导槽中，通过锁紧扣件在床面上形成一个三角形棚架，与之同时失去了铁心控制的实施板会下翻，引起了以实施板为依托的两床侧翻板也下翻在床面下与两床端端板，床底板一起形成一个床盆，棕绷床面会很安全地落下到该床盆中。 本救生床由床身、套装在床身前、后撑上带导槽的前靠、后档、套装在纵梁上的翻板，有导槽的导向板、套装在横梁上有锁紧孔的实施板、装在横梁中段的电磁铁、装在床端底箱中的卷簧、在前靠、后挡中心孔中与卷簧和篷盖链板相连的拉索，有导槽的底板，装在导槽中的篷盖链板等组成。平时篷盖链板由电磁铁锁定在床侧下，与一般睡床一样，见摘要附图，地震时因断电松锁篷盖链板由卷簧经拉索拉到前靠与后挡的导槽中在床上形成棚架，翻板在床下与两端板、底板组成床盆共同抵御打击，实行救生。 2）抗震避难逃生装置（如图2所示） 图2 抗震避难逃生装置 2 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 一种抗震避难逃生装置，包括壳体（） ，壳体（）的壁上设有至少一个通气孔（），壳体（）内设有至少一个应急物品储藏室（），壳体（）的正面设有人员入口，人员入口处设有逃生门（）。当发生地震时，可打开逃生门（）进入到壳体（）内避险，平时则可作为衣柜或床使用。其目的是提供一种平时可作为衣柜或床使用，在发生强烈地震时可以让人们迅速方便的躲避进去安全逃生的抗震避难逃生装置。 3）地震安全防护逃生架（如图3所示） 地震安全防护逃生架，其为利用拱桥原理及架刚性结构，由钢管以全渗透焊接方式焊接而成，包括顶斜杆、上弦杆、垂直杆、倾侧杆、横杆、端侧杆、拱形杆、端撑杆、侧杆以及承座板，其特征是：上弦杆分别跨接于两相对的垂直杆的端脚处，并共同焊接于一承座板上以为桌脚；拱形杆顶与上弦杆中央并垒焊结；在上弦杆与垂直杆焊结的交角处焊接有端撑杆并与拱形杆相连结，呈一拱形稳固架构体；又设位于上弦杆中央的横杆为焊接于拱形杆与上弦杆的侧面结合处；在桌体结构的水平面上的交角处焊接有顶斜杆、两桌侧的垂直面上的交角处焊接有倾斜杆而构成为整体桁架拱形结构。 图 3 地震安全防护逃生架 本实用新型涉及钢架子。解决地震安全逃生问题。由多根钢管按拱桥原理及架刚性结构焊固。两侧设各四根垂直杆、上面设四根上弦杆、再以横杆、端侧3 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 杆及拱形杆组成。桌脚底端设有防滑垫，用于地震安全逃生。 4）地震避难桌（如图4、5所示） 一种地震避难桌，涉及逃生装置技术领域，所解决的是现有课桌抗冲击能力差的技术问题。该避难桌包括桌腿和桌面，其特征在于：所述桌腿上端固定安装一矩形框架，其中一组平行框边上固定安装一根横杆；所述桌面由两个旋转单元拼合而成，所述旋转单元包括一块长板、一块短板、一块竖板和一根弹簧，所述长板位于短板上方，其一侧边与短板铰接，该侧边的对侧边与另一旋转单元的长板铰接，所述短板活动安装于框架上，并能沿横杆的轴线移动，所述竖板固定于短板上，所述弹簧套设于横杆上，其两端分别抵住竖板板面及框边，所述框架上设有触动开关，用于卡住或松开弹簧。本实用新型提供的地震避难桌，结构坚固，抗冲击能力高，可用于地震时临时避难。 图 4 地震避难桌 图 5 地震避难桌 4 自动伸缩应急避难装置的机械结构设计与加工制作 1.3 课题来源与研究意义 1.3.1 课题的来源 本课题是代表北京石油化工学院参加首都高校第四届机械创新设计大赛的参赛作品。本论文是参赛作品的一部分。 由于本届的主题为“珍爱生命，奉献社会” ；内容为“在突发灾难中，用于救援、破障、逃生、避难的机械产品的设计与制作”。我们本着逃生避难的目标来设计研究自动伸缩应急避难装置，可作为在地震、矿难等突发性灾难的保护生命的设备，方便人民群众在紧急情况下保护好自己的生命。 机械创新设计大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力和协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。因此本人对这项毕业设计充满浓厚的兴趣。 1.3.2 研究意义 随着世界人口的不断增长和城市化速度的加快,地震灾害问题在社会中越发显得突出, 地震作为最严重的自然灾害，对国民经济和社会的可持续发展、人民生活质量的提高以及国家安全的影响是巨大的。据官方统计汶川地震遇难人数为69225，受伤人数为374640。玉树地震遇难人数为2203。尤其是1996年唐山地震遇难人数达 242000，受伤人数为 164000。另外，我国是煤矿的大国，煤碳开采量已达世界第一。但是，由于生产技术落后，矿难时有发生，严重危害了大量弱势群体的生命安全。2009年11月21日 黑龙江新兴，108人死亡。2007年12月6日 山西洪洞，105人死亡。2007年8月17日 山东新汶，死亡181人 。在矿难和地震等突发性灾难