高樓逃生器設(shè)計【含SW三維和CAD圖紙】,含SW三維和CAD圖紙,高樓,逃生,設(shè)計,SW,維和,CAD,圖紙 畢業(yè)設(shè)計(論文) 高樓火災(zāi)逃生器設(shè)計 Design of Escape Machine from High-rise for Fire 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制作及其自動化 指導(dǎo)教師 20年 01月 15日 摘要 隨著世界人口的不斷攀升，以及人口不斷向城市聚集化的發(fā)展，城市中的高樓大廈也在不斷的刷新著記錄。與此同時相應(yīng)的一些自然災(zāi)害的發(fā)生，也給高樓的安全性帶來了新的考驗。特別是一些比較已發(fā)生和破壞范圍比較廣的突發(fā)性災(zāi)害，比如火災(zāi)。對于人口密度較大的高樓來說是一種非常致命的威脅。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，一般伴隨著的是電力系統(tǒng)的崩潰，這個時候就需要一種依靠自身動能，不收外界影響的應(yīng)急逃生手段來拯救人們的生命財產(chǎn)安全。在人們更多的熱衷于應(yīng)用各種高科技現(xiàn)代化的先進技術(shù)進行研究安全保障的同時，卻逐漸忽略了最安全、最原始和最有效的逃生手段，即純機械式的自動力的才是最安全的。 本次畢業(yè)設(shè)計首先介紹了有關(guān)高樓逃生裝置的背景和研究意義，以及國內(nèi)外最新的研究成果。同時對一些市場上現(xiàn)有的高樓逃生裝置進行了調(diào)研和分析，并著重研究了工作原理和工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的逃生裝置具有費用貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性能低、重復(fù)使用率低等不足之處。本次畢業(yè)設(shè)計根據(jù)機械創(chuàng)新的思想，設(shè)計出了一種根據(jù)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的高樓逃生機構(gòu)。這種機構(gòu)具有成本低、易操作、安全性能高、純機械動作、可重復(fù)利用等特點。同時通過對設(shè)計機構(gòu)的零部件進行了分析計算，并根據(jù)計算設(shè)計出了整個機構(gòu)的圖紙。同時通過多次的試驗和計算之后，確定了能夠適應(yīng)于小孩和老人的裝置，都能夠安全達(dá)到地面，達(dá)到了本次設(shè)計的目的。 關(guān)鍵詞： 高樓逃生器；機械創(chuàng)新理論；往復(fù) Abstract As the world's population is rising, and the population continuously to the development of urban agglomeration, high-rise buildings in the city also is constantly refresh the record. At the same time the corresponding some natural disasters, also brought new test to the safety of buildings. Especially, some have been more widely and damage of sudden disasters, such as a fire. For larger population density of tall buildings is a very deadly threat. When a fire is usually accompanied by the collapse of the power system, this time you need an rely on its own momentum, no outside influence emergency evacuation to save people's life and property safety. When people are more keen to apply various high-tech modern advanced technology to research the security at the same time, but ignored the safest, most of the original and the most effective means of escape, the pure mechanical since the power is the most safe. The graduation design firstly introduces the background and research significance about high-rise escape device, at home and abroad and the latest research results. To some existing buildings to escape device on the market at the same time has carried on the investigation and analysis, and emphatically studies the working principle and working status, found that the vast majority of escape device is expensive, complex structure, low safety and low repetition utilization deficiency. The graduation design according to the ideas of the mechanical innovation, devised a according to the feedback of the closed-loop system high-rise escape mechanism. The agency has low cost, easy operation, safety performance is high, the pure mechanical action, reusable, etc. At the same time, through the design organization parts are analyzed, and according to the calculation design drawings of the agencies. At the same time through many times of experiment and calculation, determine device that can adapt to in children and the elderly, can safely to the ground, achieved the purpose of this design. Keywords： Hige-rise escape machine ； Machinery innovation theory Reciprocating 目 錄 摘要 II Abstract III 1 緒論 1 1.1 設(shè)計背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究概況 2 1.3 高樓火災(zāi)逃生器的實例 3 1.3.1 內(nèi)凸輪式高樓火災(zāi)逃生器 3 1.3.2 渦輪蝸桿式高樓火災(zāi)逃生器 4 1.3.3 鋼絲繩防滑逃生裝置 4 1.3.4 心摩擦式高樓火災(zāi)安全逃生器 5 2 整體方案設(shè)計 6 2.1 方案構(gòu)設(shè) 6 2.1.1 方案一 6 2.1.2 方案二 9 2.1.3 方案三 11 2.2 方案的比較與選擇 12 3 裝置零部件設(shè)計 13 3.1 軸的設(shè)計 13 3.1.1 軸的概述 13 3.1.2 主動軸的設(shè)計 14 3.1.3 從動軸的設(shè)計 15 3.2 齒輪的設(shè)計 16 3.2.1 齒輪的概述 16 3.2.2 齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲強度設(shè)計 16 3.3 棘輪的設(shè)計 20 3.3.1 棘輪的概述 20 3.3.2 棘輪的設(shè)計 21 3.4 其他零部件的設(shè)計選擇 22 3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 22 3.4.2 安全座椅的選擇 23 3.4.3 掛鉤的設(shè)計 24 4 計算和驗證 24 4.1 靜力學(xué)平衡計算 25 4.2 繞繩的計算 26 4.3 速度計算 26 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻 31 31 1 緒論 1.1 設(shè)計背景及意義 隨著人口不斷的高速增加，以及逐漸向城市集結(jié)。城市的建筑物不但在高度上日益增高，在密度上也不斷密集。這就導(dǎo)致了各種安全隱患也隱藏其中，即使在發(fā)達(dá)的國家，當(dāng)高層建筑物遇到一些突發(fā)危險時比如火災(zāi)、爆炸等，限制與高層建筑的空間、時間已經(jīng)結(jié)構(gòu)等因素，人員的自我救治和逃生也是一個比較亟待解決的嚴(yán)重問題。在高層建筑發(fā)生意外時，能夠進行有效的救援和自身能夠進行應(yīng)急逃生已經(jīng)成為了社會不斷關(guān)注的一個復(fù)雜問題。高層建筑由于功能繁多、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境情況復(fù)雜多變，一旦發(fā)生各種火災(zāi)，就會由于煙囪效應(yīng)導(dǎo)致火勢和濃煙迅速擴大，能夠在極端的時間內(nèi)遍布在高層內(nèi)部的各個角落，致使正常的應(yīng)急通道無法使用，特別是上層的人員無法自行逃生。所以在發(fā)生火災(zāi)時，人員的自我救贖是一個急需解決的嚴(yán)重問題。當(dāng)高層建筑突發(fā)火災(zāi)或者其他災(zāi)難性的的情況時，由于斷電導(dǎo)致電梯不能用，樓梯內(nèi)會由于濃煙等產(chǎn)生堵塞，一般的消防救援設(shè)施的升舉和投射能力又打不到現(xiàn)在高層建筑的高度，并且其救援行動還會受到裝備、周邊環(huán)境等各種因素的影響，會對救治的時效性產(chǎn)生很大的影響。在全國乃至世界范圍內(nèi)，每年因此而喪失的人數(shù)不斷攀升。所以如何快速而有效的逃出火災(zāi)現(xiàn)場逃出高層建筑層位一個關(guān)鍵性的問題，最主要的就是時間性和逃生的有效性。在這周個情況下，高樓逃生裝置就隨之出現(xiàn)，人們逐漸將各種各樣的時間和精力投放到對安保問題的研究和解決。卻忽略了一個而最根本的手段和方法，那就是一旦各種安保措施失敗，最后產(chǎn)生危險的是殺手，這些現(xiàn)代手段都是會失去作用的，只有最傳統(tǒng)、最原始的、最基礎(chǔ)的機械傳動方式才是最安全和最穩(wěn)定的。 本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是針對目前的高層建筑的現(xiàn)實狀況，設(shè)計一種在應(yīng)急狀態(tài)下能夠協(xié)助人迅速、簡單易行的自我救助工具。在設(shè)計中，要求設(shè)計的逃生器具能夠適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)形式的建筑物，能夠達(dá)到自動化操作，并且需要具有操作方便、占地空間小、單人能夠完全自主使用等條件。并且在時間允許的情況下能夠重復(fù)使用，往返工作，進而達(dá)到了最大的對人和財物的保護工作。 作者通過對市場現(xiàn)有的逃生器進行了調(diào)研和分析，目前市場上常見的逃生器都能夠達(dá)到高樓逃生的功能和作用。但分析各種原理的逃生器，不論是結(jié)構(gòu)簡單的還是復(fù)雜的，抑或是點控制的還是自鎖控制的都具有相同的不足之處，比如操作復(fù)雜，加工工藝成本高，安全性能欠缺，甚至部分裝置的功能需要在有電的情況下才能使用。這些不足之處大大的限制了這些產(chǎn)品在市場的占有率以及對客戶使用的安全性。 基于以上研究和調(diào)研。本次畢業(yè)設(shè)計決定采用一種基于負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的高樓逃生裝置。這種結(jié)構(gòu)的逃生器采用的是純粹的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，不需要其他的能量進行驅(qū)動，整體結(jié)構(gòu)比較簡單，方便單人操作。其工作時的動能來自于逃生人員的自身重力，然后通過內(nèi)部一系列的傳動轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生了一定的阻止人或物快速下降的阻力，以控制下落的速度不對人的身體產(chǎn)生不適的影響。在下降過程中，隨著纏繞繩層數(shù)的減少，包角組件增大，從而增加了阻力，在下降過程中就會有加速、勻速和減速的過程，并在速度減小到一定安全的程度后著地，最終給把人或物安全送達(dá)地面。在設(shè)計中，逃生器的仰角大小是可以在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)的，一般仰角的調(diào)節(jié)是根據(jù)從動軸與安全繩的粗糙度和安全繩的直徑等參數(shù)的變化進行調(diào)節(jié)的，能夠適應(yīng)不同的工作換進。同時通過分析計算，設(shè)定了達(dá)到預(yù)期的參數(shù)要求。借助本逃生器的人員能夠平穩(wěn)、快速、安全的到達(dá)地面。因此本設(shè)計在意外發(fā)生時能夠保證人的生命安全，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計的目的。 1.2 國內(nèi)外研究概況 在目前我國市場中，在售的主要高層救生裝備是逃生緩降器。這是一種針對大眾家庭使用的救生設(shè)備。它主要由速度調(diào)節(jié)裝置、保險繩、安全鉤以及柔性鋼繩等組成。單個緩降器可以承載200斤左右的人或物，同時在工作過程中是一種以1.5米每秒的平均速度自由下滑。照此計算，從二十層大約六十米的高樓中下降到安全地面大約需要四十多秒每人，在實際應(yīng)用中會因載重的質(zhì)量不同而下降速度略有差異。四十秒的時間在意外發(fā)生時能夠在一定程度上能夠起到一個保護作用。但是當(dāng)高層建筑目前逐步向摩天大樓發(fā)展時，這種速度和時間就會顯得比較漫長了。所以目前這種類型的緩沖器的市場使用情況并不太多，除了因個人的消防知識和思想以及經(jīng)濟因素之外，還有就是這種緩降器應(yīng)用范圍有限，對老弱病殘用戶不太適應(yīng)，同時如果多個用戶同時使用時會發(fā)生纏繞和安裝等問題，所以難以進行市場普及。 目前市場上比較普遍的就是一種救生七點，它類似于消防人員使用的氣墊，是利用充氣產(chǎn)生緩沖的一種救生涉筆。氣墊的外皮一般是采用高分子纖維材料，然后經(jīng)過特殊的縫制和粘結(jié)而成，內(nèi)部充的氣態(tài)一般是用高壓空氣。工作時放在安全地面，人從意外發(fā)生處做自由落體運動，接觸救生氣墊后緩沖減速，以保證生命和財產(chǎn)的安全。但是救生氣動的使用具有極大的局限性，由于人是自由落體下墜，所以僅限于三到四層的高空才能使用，當(dāng)高度逐漸增加時，其緩沖效果將大大降低，同時對人和物的傷害也逐漸增大。因此在一定程度上也限制了這種緩沖氣墊的使用范圍。 在國外的高樓逃生器中，發(fā)展的形式比較多，也更加注重技術(shù)性和實用性，下面將介紹一些市場上的主要集中結(jié)構(gòu)形式： 1緩降器式：這種結(jié)構(gòu)的逃生器主要是利用增加鋼絲繩和輪之間的包角。使二者之間的相互摩擦力不斷的增大，同時利用一些受控的控制系統(tǒng)，能夠隨著情況的變化而調(diào)節(jié)下降的速度等參數(shù)。 2間歇沖擊式：這種結(jié)構(gòu)的逃生器是一種創(chuàng)新形式的結(jié)構(gòu)，它通過間歇式的撞擊來消耗下降時產(chǎn)生的巨大能量。它在現(xiàn)實中的應(yīng)用有鐘表中的擒縱叉等。 3液體流動阻尼式：這種設(shè)計形式的逃生裝置是利用液體流動所產(chǎn)生的阻尼，把人體在下降過程中的勢能轉(zhuǎn)變成液體的熱能，能用能量的守恒定律，達(dá)到速度逐步減緩的目的。這種結(jié)構(gòu)的主要特點是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)家的文章報道說，美國軍方正在研究一種飛炮打人的項目。這種技術(shù)的研究具有現(xiàn)實性的特殊作用。在緊急情況下，通過這種技術(shù)能夠?qū)⒕交蛘邔I(yè)的消防人員快速送入高層建筑之內(nèi)。它工作原理是一種具有一定角度的斜軌安裝于目標(biāo)的地方，被送入的人員則做進一種類似于飛機駕駛員彈射座椅的特制座椅中，然后通過從后背背負(fù)的壓縮空氣的迅速噴出。通過反作用力，載有執(zhí)行任務(wù)人員的特制座椅被沿著滑軌迅速彈射，當(dāng)迅速移動到斜軌的頂端時，由于結(jié)構(gòu)的限制，座椅會瞬間停止，而執(zhí)行任務(wù)的人員則由于慣性的作用而飛到預(yù)定的目標(biāo)，從而能夠展開工作。 1.3 高樓逃生器的實例 1.3.1 內(nèi)凸輪式高樓火災(zāi)逃生器 各種逃生裝置的動力都是以機械裝置為主，在設(shè)計師，為了保證機械零部件以及相互之間運動的可靠性，通常都需要對機械運動的最高速度進行限制。比如對一些應(yīng)急的逃生滑道、索道等設(shè)計以中國關(guān)鍵時刻的制動。目前在市場中，常見的自動限速器的種類主要包括離心式、間歇沖擊式和液體阻尼式。 在當(dāng)前，比較先進的一種具有實用新型專利的機構(gòu)是內(nèi)凸輪自動限速裝置，它具有占地空間小，設(shè)計簡單、工作靜音和制造價格低等優(yōu)點。 內(nèi)凸輪自動限速裝置的模型圖如下圖1，它的主要工作原理是利用一個固定的內(nèi)凸輪，這種內(nèi)凸輪在型腔內(nèi)設(shè)置有一個導(dǎo)軌的支架，，所述的導(dǎo)軌支架的中部橫向設(shè)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(dǎo)軌支架體內(nèi)設(shè)置有油腔，所述的滑動芯閥上下側(cè)固定聯(lián)接有位于油腔內(nèi)的阻尼片。 圖1-1 凸輪驗證仿真模型 在工作過程中，當(dāng)內(nèi)凸輪驅(qū)動滑動芯閥作橫向往復(fù)移動時，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)，再從另一側(cè)翻越阻尼片流回油腔的原側(cè)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(dá)到自動限制該回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速的目的。 這種內(nèi)凸輪自動限速裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計小、工作聲音小、制造費用低，安裝保養(yǎng)操作方便、使用時間長以及耐用等優(yōu)點。但同時也具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時小零部件較多，制造時間長等機械缺點，在使用過程中也具有下降速度不穩(wěn)定，相應(yīng)的安全系數(shù)不太高等缺點。 1.3.2 渦輪蝸桿式高樓逃生器 渦輪蝸桿式高樓逃生器的工作原理是利用了蝸輪蝸桿的自鎖性。根據(jù)機械運動的原理，渦輪蝸桿的運動不具有可逆性，即蝸桿的運動能夠帶動渦輪，反之卻不能運轉(zhuǎn)。這樣在出現(xiàn)緊急情況下，使用人員能夠在應(yīng)急下落過程中控制自己的下降速度。 蝸輪蝸桿式逃生器具有設(shè)計簡單、自鎖功能強、安全系數(shù)高和加工成本低等優(yōu)點。但由于是純機械摩擦式 的配合，所以也具有對加工材料的要求高，操作的過程比較復(fù)雜，蝸輪蝸桿摩擦損耗比較大，保養(yǎng)成本高等缺點的限制。 1.3.3 鋼絲繩防滑逃生裝置 圖1-2 鋼絲繩防滑機構(gòu) 鋼繩繩防滑機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖上圖1-2所示，在結(jié)構(gòu)內(nèi)可以看到，有兩個擺架，擺架能夠繞著各自上部的固定軸進行擺動，同時每個擺架上均有一個V型滾壓倫家，V形滾壓輪架可相對于擺架繞小軸擺動，每個V形滾壓輪架上均裝有兩個滾壓輪，滾壓輪壓在鋼絲繩的外緣。每個擺架下端還有一個槽滾輪。 鋼絲繩的纏繞方式如上圖所示，它的纏繞順序是首先通過左側(cè)的滾輪的線槽，從線槽的左邊向上方穿過，然后向右拐彎，同時沿著逆時針方向纏繞在回轉(zhuǎn)軸上，最后從右側(cè)槽滾輪的右邊向下穿。 在工作過程中，首先通過鋼絲繩的左端與被物體進行作用，在重力的拉動下，鋼絲繩會有一個反作用力，能夠在帶動回轉(zhuǎn)軸上的鋼絲繩對相應(yīng)邊的滾輪產(chǎn)生一個想對象的壓力。這個壓力能夠使這一側(cè)的擺架繞著自己的中心軸作逆時針的擺動，進而使左側(cè)的B形滾壓倫家上的兩個滾壓輪緊緊地壓在鋼絲繩左側(cè)自由端的外緣，使得相互之間的作用力逐漸增大。當(dāng)被牽引的物體的重量越大時，鋼絲繩相互之間的壓力也就越大，相應(yīng)的力矩也就會變大，達(dá)到了鋼絲繩與回轉(zhuǎn)軸之間的打滑的現(xiàn)象。 這中結(jié)構(gòu)的鋼絲繩具有能防止打滑、使用時較為安全的有點。但是也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，下降速度慢等缺點。 1.3.4 心摩擦式高樓逃生器 心摩擦式高樓逃生器的工作原理是，利用重力帶動相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸進行轉(zhuǎn)動。通過這種轉(zhuǎn)動，使得轉(zhuǎn)軸由于轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生了離心力作用，進而產(chǎn)生了正壓力，通過摩擦片與外殼所產(chǎn)生了相對性的摩擦作用力，在下降的過程中，摩擦所產(chǎn)生的力矩與人推或者重物所產(chǎn)生的力矩平衡，進而能夠達(dá)到勻速下滑的目的。 心摩擦式高樓逃生器具有在下降過程中比較自動化，不需要人的控制等優(yōu)點。但也有對不同質(zhì)量 的人或物產(chǎn)生的速度不同，安全系數(shù)也不同，所以安全性不穩(wěn)定等缺點。 2 方案設(shè)計 一般的機械設(shè)計方面的組成由一下幾方面：1、動力裝置，一般是電動機或者其他動力來源。二是傳動系統(tǒng)，主要是一些傳動如齒輪、鏈傳動等組成。三是執(zhí)行系統(tǒng)。這一部分一般是機械結(jié)構(gòu)的終端，直接進行動作或者相應(yīng)的工作。還有控制系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)一般是應(yīng)用電控或者機械等方面的結(jié)構(gòu)知識，用來保證動作能夠完成的達(dá)到要求，輔助系統(tǒng)是整個設(shè)計中的附件。一般的機械設(shè)計方案是由以上幾部分組成，通過其相互之間的動作協(xié)調(diào)設(shè)計，完成整個機械方案的設(shè)計。 機械系統(tǒng)的整體方案設(shè)計具有如下特點: 1) 協(xié)調(diào)性：整個方案是由各個不同的小系統(tǒng)組成，相互之間的小系統(tǒng)雖然功能、作用等各有區(qū)別。正是這種區(qū)別保證了他們組裝在一起的時候能夠發(fā)揮各自的功能，來保證整體方案功能的實施。 2) 相關(guān)性：各個小系統(tǒng)之間的各個主要參數(shù)、性能是相關(guān)的、協(xié)調(diào)的。他們之間有著像話聯(lián)系和相互制約的作用。 3) 內(nèi)外統(tǒng)一：所有的方案必定與其應(yīng)用的場合等相互結(jié)合，不能脫離環(huán)境而單獨存在，否則就喪失了其社會性。所以它必須有自身的結(jié)構(gòu)、功能與社會相適應(yīng)性。 2.1 方案設(shè)計 2.1.1 方案一 1、方案一的原理 方案一是利用了摩擦力進行控制下降的速度。在人或物下降的過程中，組要通過改變裝置內(nèi)的相互摩擦力來及時控制下降的速度。同時為了能夠提高其安全性，更充分的控制下降的速度。本方案采用了兩級減速裝置。其工作原理和結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖2-1 二級手動調(diào)速裝置（1.殼體；2.減速手柄；3.減速杠桿一；4.減速杠桿二；5鋼絲繩 ；6.橡膠；7.減速輪；） 圖2-2（去掉了圖3中的剎車裝置3、4、5、6、8） 減速裝置主視圖(1.固定軸套；2.減速圓柱；3.穿繩孔；4.減速檔板；5.減速軸；6.軸承；7.滑塊；8. 搖桿；9.減速輪；10.減速軸；11.減速手閘；12.調(diào)速手輪；13.內(nèi)螺紋軸套；14.殼體；) 方案1的工作原理如下： 這個裝置采用了鋼絲繩替代軌道，減速機構(gòu)在鋼絲繩上產(chǎn)生位移，然后通過變化與繩子之間的摩擦力來達(dá)到降落過程中的速度變化。裝配中的一級減速器是通過首輪進行調(diào)整速度的（圖2中的12）。進而帶動了裝置內(nèi)各個減速柱（圖2中的2）的相對擠壓運動，擴大了相互之間的摩擦力，減慢了繩子的速度。二級減速器的作用是把鋼絲繩的垂直動作轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運動，這個動作的實現(xiàn)是通過在軸（圖2中的5和10）上的纏繞而實現(xiàn)的。同時通過減速手閘進行控制速度和制動。 方案1的使用方法如下： 當(dāng)意外發(fā)生時，先把繩子固定在室內(nèi)并靠近窗戶的地方，同時要保證固定的安全可靠，同時人把安全帶扣在身上。然后把繩子放到窗外，通過調(diào)節(jié)調(diào)速手輪，使減速結(jié)構(gòu)與繩進行自鎖卡死，然后人爬出窗戶，所有的重量都由鋼絲繩承擔(dān)。這是稍微松開調(diào)速手輪，由于重力較大的作用，人開始慢慢向下滑落。在下降過程中，可以通過調(diào)節(jié)調(diào)速手閘來控制自己的下落速度，安全到達(dá)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 這種方案具有的優(yōu)點就是機械裝置簡單、占地小，普通家庭既可以進行使用，單個使用效率高等。同時在下降過程中，可以通過手動的進行調(diào)節(jié)下降速度，調(diào)節(jié)性較好。 同時這種方案不能夠?qū)崿F(xiàn)自動的下降，需要人的控制，在實際操作過程中可能會由于人的因素而復(fù)雜操作。導(dǎo)致使用效率低等缺點。 2.1.2 方案二 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： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖2-3 往復(fù)式可控高樓火災(zāi)逃生器原理圖（1.支架；2.繩索；3.動滑輪；4.控制軸；5.摩擦輪；6.擋繩輪（4個）；7.吊籃；8.上升控制繩；9.定滑輪。） 原理及使用方法： 裝置采用直徑3mm的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。 2.1.3 方案三 1、 方案三的原理 方案三在主要由四部分組成如下圖1.4，分別是座椅、傳動齒輪、主動軸和從動軸組成。當(dāng)意外發(fā)生進行工作時，首先逃生人員調(diào)整好機構(gòu)的仰角或者事先調(diào)整好。在剛開始下降時，會以一個較好的加速度進行下落，當(dāng)下落一段時間之后，在從動軸上的傳送帶的包角會隨著下降逐漸增大。同時隨著接觸面積的增加，也相應(yīng)的增大了摩擦力，進而減小了加速度。逃生的人也會經(jīng)歷一個加速勻速和減速的過程，在保證最大速度的同時，減少了對人身體的沖擊和著地時對人的沖擊力，能夠保證使用人安全達(dá)到地面。 4 3 2 1 1、 背靠掛鉤；2、齒輪傳動；3、從動軸；4、主動軸 圖2.4 方案三的結(jié)構(gòu)簡圖 圖2-5 裝置的自動減速原理圖 裝置自動減速原理：如圖2-5，繩索有一定的直徑，當(dāng)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(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。 2、 方案三的優(yōu)點與不足 方案三的優(yōu)點主要是能夠利用逃生人員的自身優(yōu)勢，不需要外加動力等裝置，同時在操作過程中不需要人員進行控制，能夠自動調(diào)節(jié)速度，適應(yīng)范圍廣。同時設(shè)計采用的是純機械式結(jié)構(gòu)，工藝簡單，易操作。同時工藝的仰角可以通過調(diào)節(jié)適應(yīng)不同的人群。在實際適應(yīng)過程中，為了滿足不同的需求，有時在鋼絲繩末端會連接一段彈性緩沖器，更加能夠保證人的生命安全。 但這種結(jié)構(gòu)也存在著對材料要求高，各部件連接緊密等不足之處。 2.2 方案的比較與選擇 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。 3 裝置零部件設(shè)計 3.1 軸的設(shè)計 3.1.1 軸的概述 軸的分類方法有很多，一般都是根據(jù)實際應(yīng)用情況按受力情況和軸線外形進行分類。下面將根據(jù)這兩種情況分別進行介紹。 1、按受載情況分。 1）在實際工作中，軸同時受到彎矩和轉(zhuǎn)矩的綜合作用，相互影響。比如減速機中的軸及時如此。 2）軸在起傳動工作周所受的力以轉(zhuǎn)矩為主，同時受到很小的彎矩或者不受。在現(xiàn)實中發(fā)動機與后橋之間的傳動就是這種受力模式。 3）心軸在工作中只受到彎矩的單獨作用。不受轉(zhuǎn)矩的作用力。 2、按軸線形狀分： 1）曲軸。軸不是傳統(tǒng)意義上的直軸，而是各段分別有不同的中心線。這種結(jié)構(gòu)的軸典型的應(yīng)用就是發(fā)動機中的曲軸。 2）直軸。相對于曲軸，直軸的各個段的中心線都是同一個中心線上，它同時可以根據(jù)形狀分為如下幾種： （1）光軸。這種結(jié)構(gòu)的軸外形比較單一。加工過程中很少出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。但在裝配時會有不易定位的情況。所以一般用于傳動或芯軸。 （2）階梯軸。這種軸是應(yīng)用最普遍的軸，在實際生活中隨處可見。 （3）鋼絲軟軸。鋼絲軟軸在主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，它的結(jié)構(gòu)是由幾層鋼絲繩緊貼著一起組成的，具有較好的撓性，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離不同心的動力傳遞。在工業(yè)生產(chǎn)中主要用于遠(yuǎn)程控制。最典型的就是汽車的里程表內(nèi)的應(yīng)用。 3.1.2 主動軸的設(shè)計 主動軸的材質(zhì)選用常用的45#鋼，通過國標(biāo)技術(shù)參數(shù)可以查得[σ]=260MPa。軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩都復(fù)合預(yù)定的強度極限條件。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16.3得式（3.1） 式（3.1） 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（3.2）： 式（3.2） 得: 式中 ——表示彎矩； ——表示重力； ——表示軸半徑。 其中，，。 校核軸上危險截面的強度，由式（3.3）： 式（3.3） 式中 ——表示危險截面當(dāng)量應(yīng)力； ——表示抗彎剖面系數(shù)。 式（3.3）又可寫為式（3.4）： 式（3.4） 從而得設(shè)計公式式（3.5）： 式（3.5） 式中 ——表示危險截面直徑。 從而得出： 3.1.3 從動軸的設(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（3.6）： 式（3.6） 對中點的彎矩由式（3.7）為 式（3.7） 式中 ——表示軸長。 軸受到產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大值由式（3.8），式（3.9）： 式（3.8） 式（3.9） 式中 ——表示最大摩擦力； ——表示摩擦系數(shù)。 其中取，。 得: ， 且當(dāng)時同時取到最大值。 由式（3.10）： 式（3.10） 將上面數(shù)據(jù)代入式（3.10）得： 由設(shè)計計算、的值很小就可以滿足強度條件。由纏繞繩的速度和裝置結(jié)構(gòu)本小組初取繞繩軸半徑為mm，另一軸半徑為。 3.2 齒輪的設(shè)計 3.2.1 齒輪的概述 齒輪在機械動力傳動中具有非常重要的地位，它精確的傳動比，高效率的穩(wěn)定傳動，并且能夠長時間工作。它不但能夠應(yīng)用到平行軸之間的傳動，還能應(yīng)用到交叉軸等范圍的傳動。高轉(zhuǎn)矩的傳遞在機械設(shè)計中得到廣發(fā)使用。常用的齒輪傳動主要由圓柱齒輪、圓錐齒輪和渦輪蝸桿傳動的三種形式。 3.2.2 齒輪強度設(shè)計計算 取軸r=30mm，G=2100N 故齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為：T=63000Nmm應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取次。 取圓柱齒輪的齒寬系數(shù)（懸臂布置），齒數(shù)比。 齒輪的接觸疲勞強度極限： 根據(jù)本設(shè)計要求，選用以下數(shù)據(jù)： ，，， 其中為使用系數(shù)，為動載系數(shù)，為接觸強度計算齒間載荷分配系，為彎曲強度計算齒間載荷分配系數(shù)，為接觸強度計算齒向載荷分布系數(shù)，為彎曲強度計算齒向載荷分布系數(shù)，為彈性系數(shù)，為接觸疲勞強度計算壽命系數(shù)。 取失效的概率為，安全系數(shù)。 則接觸疲勞許用應(yīng)力為： 式（3.11） 式中 ——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，，，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12.17查出。 將已知數(shù)據(jù)代入式（3.11）得： 計算齒輪分度圓直徑，式（3.12）： 式（3.12） 式中 ——表示齒輪分度圓直徑； ——表示齒數(shù)比； ——表示齒寬系數(shù)； ——表示許用接觸應(yīng)力； ——表示彈性系數(shù)。 將數(shù)據(jù)代入式（3.12）得： 齒寬如式（3.13）： 式（3.13） 帶入數(shù)據(jù)得： 模數(shù)如式（3.14）： 式（3.14） 帶入數(shù)據(jù)得： 齒高如式（3.15）： 式（3.15） 帶入數(shù)據(jù)得： 常用數(shù)據(jù)如下： ， 式（3.16） 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（3.16）： 式（3.16） 帶入數(shù)據(jù)得： 計算模數(shù)，將數(shù)據(jù)代入式（3.14）得： 齒輪的彎曲強度極限： 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 取彎曲疲勞安全系數(shù)，如式（3.17） 式（3.17） 代入數(shù)據(jù)得： 查得以下數(shù)據(jù)： ，， 設(shè)計計算如式（3.18）： 式（3.18） 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： 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)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸疲勞強度計算的分度圓直徑： 中心距如式（3.19） 式（3.19） 帶入數(shù)據(jù)得： 計算齒輪齒寬，數(shù)據(jù)代入式（3.13）得： 3.3 棘輪的設(shè)計 3.3.1 棘輪的概述 棘輪是由棘輪盤和棘輪抓構(gòu)成的一種單向的運動機構(gòu)，它是一種間隙運動，能夠?qū)⑦B續(xù)的運動或者來往的運動轉(zhuǎn)換成一種單向的，呈脈沖式的運動。它的輪齒一般采用的是單向齒，就是為了保證他工作的單向性和方向性。棘爪通過鉸接與搖桿相連。當(dāng)搖桿從逆時針方向進行運動時，驅(qū)動棘爪便插入逆向齒，確保不反轉(zhuǎn)。 棘輪在運功過程中，每次所轉(zhuǎn)動的角度成為動程。動程的參數(shù)是可以調(diào)節(jié)的。主要是通過修改驅(qū)動機械的相關(guān)參數(shù)或者在運轉(zhuǎn)過程中進行調(diào)節(jié)。同時可以為了提高棘輪運轉(zhuǎn)的精度，可以采用多個棘輪棘爪同時運行的設(shè)計。棘輪在工作時一般會產(chǎn)生一定的聲音和震動，并且一般保持在一個較低的工作頻率。 機械工程中經(jīng)常用到的棘輪機構(gòu)是外咬合式的。它一般由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。當(dāng)工作時，主動件首先進行順時針轉(zhuǎn)動，驅(qū)動了棘輪插入棘輪的齒槽中。帶動了棘輪隨之轉(zhuǎn)動一定的角度，這時候，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當(dāng)反向運動時，進行相反的工作，止回棘爪阻止了運動的進行。 棘輪機構(gòu)按照結(jié)構(gòu)可以分為齒式棘輪機構(gòu)和摩擦式棘輪機構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)分貝具有優(yōu)缺點。其中齒式棘輪機構(gòu)的設(shè)計制造比較簡便，能夠根據(jù)設(shè)計不同的動力裝置實現(xiàn)動與停的自動選擇。但是這種選擇只能是有極的調(diào)節(jié)，同時在工作過程中會有比較大的振動和沖擊力，所以只適合低速運動。 摩擦式的棘輪機構(gòu)采用的是偏心扇式的設(shè)計，其中采用了摩擦作用力的形式代替了棘輪的傳動。這種設(shè)計形式能夠保證傳動的平穩(wěn)，低聲，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速。但因為是靠摩擦力進行動力傳遞，所以會出現(xiàn)類似于皮帶傳動的打滑現(xiàn)象，所以會有傳動比不精確的缺點。 棘輪機構(gòu)按照嚙合的方式也可以分為內(nèi)嚙合和外嚙合的方式。其主要的區(qū)別就是棘爪或者楔塊設(shè)計按照的位置的不同。兩者分別有相應(yīng)的有點。其中外嚙合由于安裝在外部，所以工藝加工等比較方便。內(nèi)嚙合則體現(xiàn)在整體結(jié)構(gòu)的緊湊性。 3.3.2 棘輪的設(shè)計 棘輪擊鼓的設(shè)計主要是對主要參數(shù)的選擇以及計算驗證。在棘輪的設(shè)計中主要參數(shù)有齒形的選擇，模數(shù)的確定，齒面傾斜角的確定以及行程額動停比的調(diào)節(jié)方法等。下面將分別介紹： 1．棘輪齒形的選擇 棘輪齒形一般有梯形和三角型。其中梯形采用的是不對稱的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)能夠承受較大的載荷。而當(dāng)運動時產(chǎn)生較好載荷時可以采用三角型齒形。根據(jù)本次設(shè)計，選用了三角型齒形。 2．模數(shù)、齒數(shù)的確定 在棘輪的設(shè)計中，模數(shù)m是一個基本的參數(shù)，是整個設(shè)計工作中的第一步。棘輪模數(shù)的設(shè)計是由棘輪的齒頂圓直徑?jīng)Q定的，計算公式如（3.20） 式（3.20） 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)（，一般取z = 8～30），選擇，。 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O1與輪齒頂點A的連線O1A與過A點的齒面法線nn的夾角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對軸的力矩大于摩擦力Ff沿齒面）對軸的力矩，即 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0.13 ～0.2。取f=0.2，取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，當(dāng)擺桿轉(zhuǎn)角在范圍內(nèi)變化時，三棘爪依次落入齒槽，推動棘輪轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度為 范圍內(nèi)整數(shù)倍。 3.4 其他零部件的設(shè)計選擇 3.4.1 安全座椅的選擇 安全座椅在工作過程中主要起承載重力和保護逃生人安全的作用。在剛開始下降過程中，將逃生人員通過安全帶固定在座椅上，同時為了增加逃生人的的安全感，減少在逃生初期及過程中的恐懼感，加裝了座椅扶手。當(dāng)逃生人手握扶手時，能夠在心理上實現(xiàn)一種更大的安全感。另外由于在逃生過程中也會有老人或者小孩，過多的限制，能夠保證體力不支著不至于劃掉，或者被安全帶勒住。在一定程度上也保證了逃生人的安全保證。安全座椅的圖片如下圖。 圖3-1 座椅結(jié)構(gòu)示意圖 目前在市場上，已經(jīng)有相對比較成熟的各種實行的安全座椅，且具有較高的安全性和個性化設(shè)計。在本次畢業(yè)設(shè)計中，安全座椅僅僅是一個附件，所以并不做更深入的探討和設(shè)計。 3.4.2 掛鉤的設(shè)計 為了滿足此逃生器具有最廣的適應(yīng)性，達(dá)到最大的應(yīng)用范圍，本設(shè)計采用了可調(diào)式掛鉤設(shè)計。掛鉤采用了可調(diào)的形式。當(dāng)需要進行調(diào)解時，可以通過掛鉤上的螺紋連接進行選擇調(diào)節(jié)長度。同時，根據(jù)目前市場上調(diào)研的主流的建筑物窗臺的高度和寬度，設(shè)計了兩種不同尺寸和形式的掛鉤，使用者不但能夠根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)長度，還能對其一些參數(shù)進行修改，以滿足個性化需求。 4計算和驗證 在本設(shè)計的前面主要對機械結(jié)構(gòu)部分進行了設(shè)計計算。但是在實際工作過程中更重要的是考慮整個裝在下降的時間，以確定在多長的 時間范圍內(nèi)能夠下落到安全地帶。以及在下降過程中速度的大小。本段將對次進行設(shè)計分析。 4.1 靜力學(xué)平衡計算 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（4.1）： 式（4.1） 式中 式中 當(dāng)趨近無窮小則： 由式（4.1）得： 得到公式式（4.2）： 式（4.2） 假設(shè)逃生人員重力為，軸一與軸二之間繩的拉力為，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（4.3）: 式（4.3） 得到靜力平衡的模型式（4.4）： 式（4.4） 由式（4.3）我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)。 4.2 繞繩的計算 設(shè)第四圈為平衡點,為繩子與軸的包角，為摩擦因素為，繩子的直徑為，重力加速度為。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（4.4）： 式（4.5） 包角計算公式式（4.5） 式（4.6） 式中 ——表示軸一半徑； ——表示軸二半徑。 則第四層包角將數(shù)據(jù)代入式（4.5）得： 仰角計算公式式（4.6）： 式（4.7） 帶入數(shù)據(jù)得： 即當(dāng)仰角為時第四層達(dá)到平衡。 4.3 速度計算 合力公式式（4.7）： 式（4.8） 加速度公式式（4.8）： 式（4.9） 具體數(shù)據(jù)如表4-1 表4-1 加速度的計算 層數(shù) 包角 加速度 第一層 第二層 第三層 第四層 第五層 第六層 第七層 第八層 當(dāng)樓層高度為20米時， 設(shè)計一（每一層為8圈） 表4-2 下降的瞬時速度 層數(shù) 繩長 下降完該長度瞬時速度為 耗時 第八層 3.37m 3.53m/s 2.3s 第七層 3.17m 4.68m/s 0.9s 第六層 2.90m 5.29m/s 0.7s 第五層 2.63m 5.57m/s 0.6s 第四層 2.37m 5.58m/s 0.5s 第三層 2.11m 5.27m/s 0.5s 第二層 1.83m 4.70m/s 0.5s 第一層 1.52m 3.64m/s 0.5s 落地速度為3.64m/s為安全落地速度，總下降需要時間為:6.5s 設(shè)計二（每一層為9圈） 表4-3下降的瞬時速度 層數(shù) 繩長 下降完該長度瞬時速度 消耗的時間 第八層 4.1m 2.00m/s 1.3s 第七層 3.6m 3.85m/s 1.4s 第六層 3.3m 4.67m/s 1.0s 第五層 3.0m 5.02m/s 0.7s 第四層 2.7m 5.02m/s 0.6 第三層 2.4m 4.68m/s 0.5 第二層 2.0m 3.94m/s 0.5 第一層 1.8m 2.43m/s 0.7 落地速度為2.43m/s為安全落地速度，總下降需要時間為: 6.7s 下落過程中速度與時間關(guān)系圖如圖8所示: 圖4-1 速度時間關(guān)系圖 通過以上的分析計算可以得出，人的落地速度可以達(dá)到3m/s，這個數(shù)值的含義相當(dāng)于人從半米高的地方自由跳下。所以這個落地速度對逃生時來說是安全的。所以，通過本次設(shè)計的逃生器，當(dāng)人從二十米高的建筑中下降時，下降速度小于5m/s的狀態(tài)下，下略的時間也就僅僅需要幾秒鐘。能夠節(jié)省大量的時間，實現(xiàn)了快速逃離意外發(fā)生地的目的。 在實際應(yīng)用中，由于高層建筑越來越向摩天大樓發(fā)展，所以對于更高的樓層，在下降時為了保證逃離的速度，可以將逃生器的仰角調(diào)節(jié)到46°，如果需要少的降落時間，可以適當(dāng)?shù)膶⒔嵌日{(diào)低于46度，當(dāng)時不能超過30度。這主要是因為，當(dāng)角度小于三十度后，在降落過程中落地的速度將會大于正常的五米每秒，同時在初期下降過程中的速度非常大，正常的逃生人員比較難以承受。另外通過上面的（4.7），式（4.8）計算得，當(dāng)樓層的高度有限時，四層以上的仰角調(diào)制不能低于五十五度。 按照一直以來的建筑管理，高層建筑是指八層以上的建筑，但目前隨著社會的發(fā)展，摩天大樓隨地可見，新的高樓已經(jīng)將十八層以上的建筑稱之為高層了，所以本設(shè)計也具有一定的局限性，需要根據(jù)以后的發(fā)展進行一定范圍內(nèi)的修改。 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計的完成，也意味著大學(xué)最后一次作業(yè)的完成。這次設(shè)計范圍較廣，在設(shè)計的過程中，充分利用了以前所學(xué)習(xí)得東西，用到了機械原理，機械設(shè)計中的很多知識，也查閱了很多課外的資料。對豐富自己的知識有很大的作用。本次設(shè)計也是大學(xué)中最有價值的一次設(shè)計，涉及的知識也是以前的設(shè)計所不能比的，對以后步入社會也是一個很好的過渡過程，意義重大。 最后再對本設(shè)計總結(jié)一下，本裝置利用逃生人員自重，通過機構(gòu)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生阻礙逃生人員自由下落的阻力，從而使逃生人員以安全的速度下落；通過繞繩層數(shù)的減少，使包角增加，從而阻力增加，使逃生人員有減速下落的過程，從而在到達(dá)地面時為安全速度；機構(gòu)仰角大小可以調(diào)節(jié)。在軸二的粗糙度、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角度，使該裝置仍然可以正常使用，從而適應(yīng)了各種環(huán)境。該裝置的可行性很高，適合面廣，安全系數(shù)高，是高樓逃生的不錯選擇。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計工作是在老師的精心指導(dǎo)下完成的。從前期論文課題的選定，開題報告的完成，到理論分析、裝配圖的繪制及后期論文的撰寫工作都得到了老師的熱情幫助，給我提出了許多寶貴意見，給予我大量盡心而有效的指導(dǎo)。設(shè)計過程中遇到的疑難她總是耐心地為我們解決，還給予我們許多寶貴的參考資料。這些不僅使我在這幾個月的畢業(yè)設(shè)計中受益非淺，在今后的學(xué)習(xí)和工作中也仍將給我積極的影響和幫助。 在此謹(jǐn)向老師表示最誠摯的謝意。并向所有參加論文答辯的老師致以最誠摯的感謝。同時，也向給予過我?guī)椭耐瑢W(xué)和室友表示衷心的感謝。 另外由于是初次設(shè)計較為復(fù)雜的機構(gòu)，難免會有許多不足之處，還請各位老師批評指正。最后再次感謝老師和其他各位老師長久以來的幫助。謝謝！ 參考文獻 [1] 甘永立．幾何量公差與檢測[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010． [2] 孫訓(xùn)方．材料力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2010． [3] 王鐸．理論力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2009． [4] 任家隆，李菊麗．機械制造基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2009． [5] 邱宣懷．機械設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，2008． [6] 張策．機械動力學(xué)究[M] ．北京：高等教育出版社，2007. [7] 范思沖，周建平，叢肇助．畫法幾何及機械制圖[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006． [8] 姜勇．AutoCAD中文版機械制圖基礎(chǔ)培訓(xùn)教程[M]．北京：人民郵電出版社，2006． [9] 霍達(dá)．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]．北京：高等教育出版杜，2004． [10] 朱龍根．機械系統(tǒng)設(shè)計[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2004. [11] 呂廣庶，張遠(yuǎn)明．工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2001． [12] 朱龍根．簡明機械設(shè)計零件手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社 2000．