机械创新设计大赛—高楼逃生缓降器.doc

第 4页 共 17页机械创新设计论文论文题目：高楼逃生装置设计指导教师：孙学强学校： 昆明学院院系: 自动控制与机械工程学院专业： 机械设计制造及其自动化年级: 2010级班级： 三班姓名： 代 任学号： 201004100103高楼逃生装置设计摘要：随着城镇居民的日益增多，高层建筑随处可见，当意外事故发生时，如何安全有效地从高楼逃生成为当前的一大社会难题。目前的逃生器种类较多，但是大多结构复杂、价格昂贵、不方便使用。本设计中采用常见的滑轮、连杆机构，设计了一款具有结构简单，使用方便，重量轻等特点的高楼逃生缓降器。设计书中对逃生缓降器的结构方案、各部件尺寸进行了详细设计，在保证逃生器美观小巧的基础上，利用工程力学的相关知识进行了摩擦阻力计算以及强度校核，以保证设计方案的可靠性和安全性。设计及验算结果表明，本设计中的高楼逃生缓降器小巧实用，具有广泛的应用前景。关键词：高楼逃生 缓降器 创新设计绪 论随着社会的发展，城镇的人口越来越多，很多人居住在高层建筑里。虽然高层建筑给我们生活带来了方便，但是在发生意外险情如火灾、地震、煤气泄漏等时，高楼逃生成了我们面对的一大难题。根据调查，我国意外伤亡事故大部分都是由于高楼的防护措施不完善造成的。目前，当意外险情发生的时候，人们大部分都是通过电梯或楼梯从高楼逃生，但是高楼中的楼梯和电梯都是有限的，而高楼里的居民相对较多，通过有限的电梯和楼梯逃生不可避免会出现拥挤的情况，甚至出现踩踏事件，这样就会造成不必要的人员伤亡。鉴于此，我们经过认真讨论，设计了高楼缓降逃生器，旨在发生紧急情况时，给人们提供更多的逃生手段，使高楼逃生简便快捷，同时减少意外事故的发生。众所周知，物体从高处下落，到达地面时速度会很大，因而设计高楼逃生器的关键在于如何保证逃生者以较小的速度到达地面。目前市面上也有几种高楼救生器，大致可分为阻尼式和减速盘式，其结构分别由钢丝绳、金属外壳、绳轮、转轴、阻尼电机等和环形刹车片、胀力减速盘架、胀力减速拉杆、绳索引导滑轮、拉杆轴等组成，这些装置结构复杂，有的还需要配电机，导致重量过大，操作控制困难，且价格昂贵，不利于普及。为此，在满足使用性能及要求的情况下，设计一款结构简单，操作简便的高楼逃生器是非常必要的。第一章 结构方案设计本章在滑轮机构、连杆机构的基础上，结合汽车减速原理，对逃生器方案进行具体设计。该方案由简单的连杆机构，摩擦片和滑轮组成。具体结构方案如下：图1 高楼救生器结构图该逃生器的工作原理是通过绳子受拉带动活动杆移动，而移动的活动杆带动滑轮压向摩擦片，摩擦片与滑轮的接触达到减速乃至起到使人匀速下降的作用，从而起到逃生的目的。图1所示，使用时，逃生者用一只手抓住手柄，另一只手给绳索第 5页 共 17页下端施加一定的拉力，使绳张紧。人和逃生器沿着绳子一起向下运动，绳索下端施加的拉力会使连杆带动滑轮压紧摩擦片，该压力越大，则摩擦片与轮子之间的压力也越大，摩擦力也越大，最终使绳索与轮子之间的摩擦力增大，以达到降速下滑的目的第 6页 共 17页第二章 尺寸设计及重要部件校核2.1 主要尺寸设计支架尺寸设计：为提高材料的利用率以及能满足使用要求，并考虑到整个装置的受力情况和结构的美观性，支架尺寸见附录。滑轮尺寸设计：为能达到使用要求以及结构的合理性，滑轮尺寸见附录。销钉尺寸设计：销钉直径初定为8mm。尺寸见附录c活动杆尺寸设计：活动杆尺寸主要由滑轮与摩擦片相配合而确定，尺寸见附录d。绳套：尺寸见附录e摩擦片尺寸设计：摩擦片的内端尺寸根据滑轮直径而定，厚度设定为2.5mm。尺寸见附录f摩擦杆尺寸设计：为在能满足使用要求并节省材料的条件下，尺寸见附录g。2.2 机构可行性分析分析整个机构在实际运用中的受力情况（假定人的重量为100kg），滑轮受力如图（1）所示，摩擦片的摩擦系数取,绳子与滑轮的包角 。根据公式1。可以求得绳子伸出端需要张紧力。即人需要用手对绳子施加20n的力，就能随着机构以一定的速度下降。正常人的力气完全能够满足实际要求。第 7页 共 17页2.3 销钉强度校核（剪切强度）图2 轮的受力分析图3 活动杆受力分析 滑轮以及活动杆的受力情况如图（2）、（3）所示。通过受力平衡原则以及极端情况可得到如下方程：第 8页 共 17页 联立求解可得到： 从而可解得最大剪切力：材料选用45号钢材，剪切强度为36mpa由剪切强度计算公式： 24mpa36 mpa 选用直径为8mm的销强度完全能够满足实际要求。2.4 摩擦杆强度校核分析可得，摩擦杆的受力情况如下所示。图3（1） 由静力平衡方程得： ， （2）列剪力方程和弯矩方程。由于c点受集中力f作用，引起ac，第 9页 共 17页cb两段的剪力方程各不相同，故必须分段列方程。建立如图坐标系。对ac段，取截面的左段为研究对象，可得剪力方程和弯矩方程分别为： 同理，对cb段可得剪力方程和弯矩方程分别为 （3）绘制剪力图和弯矩图。式（a）表示在ac段内各截面上的剪力为常量，剪力图是一条平行于x轴的水平线；cb段内剪力也类似，。式（b）表示在ac段内的弯矩图是一条向右上方倾斜的斜直线，由x=0，m=0；x=a，m=决定。而式（d）表示在cb段内的弯矩图是一条向右下方倾斜的斜直线，由x=a，m=；x=l，m=0决定。弯矩图在集中力f作用处形成一折角。 由图和m图可知，当ab时，cb段内任意截面上的剪切力值为最大，；当ab时，ac段内任意截面上的剪力值为最大， 。最大弯矩值发生在集中力f作用的c截面上，其值为。从图上可明显看出，在集中力f作用处，剪力图上发生突变，突变的值即等于集中力的大小。第10页 共 17页根据上述方程并带入设计尺寸计算可得，磨擦板的强度完全能够满足实际要求。第11页 共 17页结 论我们设计的高楼逃生缓降器成功的解决了人们如何能够从高处安全下降的难题。高楼逃生缓降器具有设计独特，机构简单，易于操作，使用方便等特点。并且高楼逃生缓降器的制作材料相对其它逃生器价格便宜。例如滑轮使用工程塑料即可满足要求，成本比市面上的同类产品下降了许多，而且工程塑料稳定性强，不像金属那么易腐蚀，易生锈，真正做到了经济、实用的目的。其余构件在市场上用非常便宜的价格就能购买到。物美价廉、性价比高、安全可靠，