機械創(chuàng)新設計大賽—高樓逃生緩降器

1、高樓逃生緩降器機械創(chuàng)新設計說明書摘要隨著城鎮(zhèn)居民的日益增多，高層建筑隨處可見，當意外事故發(fā)生時，如何安全有效地從高樓逃生成為當前的一大社會難題。目前的逃生器種類較多，但是大多結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴、不方便使用。本設計中采用常見的滑輪、連桿機構(gòu)，設計了一款具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，重量輕等特點的高樓逃生緩降器。設計書中對逃生緩降器的結(jié)構(gòu)方案、各部件尺寸進行了詳細設計，在保證逃生器美觀小巧的基礎上，利用工程力學的相關(guān)知識進行了摩擦阻力計算以及強度校核，以保證設計方案的可靠性和安全性。設計及驗算結(jié)果表明，本設計中的高樓逃生緩降器小巧實用，具有廣泛的應用前景。關(guān)鍵詞：高樓逃生 緩降器 創(chuàng)新設計第 2頁 共

2、17頁目 錄摘要緒論第一章41.15第二章62.162.262.372.48總結(jié)11致謝12附錄13參考文獻17第 3頁 共 17頁緒 論隨著社會的發(fā)展，城鎮(zhèn)的人口越來越多，很多人居住在高層建筑里。雖然高層建筑給我們生活帶來了方便，但是在發(fā)生意外險情如火災、地震、煤氣泄漏等時，高樓逃生成了我們面對的一大難題。根據(jù)調(diào)查，我國意外傷亡事故大部分都是由于高樓的防護措施不完善造成的。目前，當意外險情發(fā)生的時候，人們大部分都是通過電梯或樓梯從高樓逃生，但是高樓中的樓梯和電梯都是有限的，而高樓里的居民相對較多，通過有限的電梯和樓梯逃生不可避免會出現(xiàn)擁擠的情況，甚至出現(xiàn)踩踏事件，這樣就會造成不必要的人員傷亡

3、。鑒于此，我們經(jīng)過認真討論，設計了高樓緩降逃生器，旨在發(fā)生緊急情況時，給人們提供更多的逃生手段，使高樓逃生簡便快捷，同時減少意外事故的發(fā)生。眾所周知，物體從高處下落，到達地面時速度會很大，因而設計高樓逃生器的關(guān)鍵在于如何保證逃生者以較小的速度到達地面。目前市面上也有幾種高樓救生器，大致可分為阻尼式和減速盤式，其結(jié)構(gòu)分別由鋼絲繩、金屬外殼、繩輪、轉(zhuǎn)軸、阻尼電機等和環(huán)形剎車片、脹力減速盤架、脹力減速拉桿、繩索引導滑輪、拉桿軸等組成，這些裝置結(jié)構(gòu)復雜，有的還需要配電機，導致重量過大，操作控制困難，且價格昂貴，不利于普及。為此，在滿足使用性能及要求的情況下，設計一款結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便的高樓逃生器是非常

4、必要的。 第 4頁 共 17頁第一章 結(jié)構(gòu)方案設計本章在滑輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)的基礎上，結(jié)合汽車減速原理，對逃生器方案進行具體設計。該方案由簡單的連桿機構(gòu)，摩擦片和滑輪組成。具體結(jié)構(gòu)方案如下：圖1 高樓救生器結(jié)構(gòu)圖該逃生器的工作原理是通過繩子受拉帶動活動桿移動，而移動的活動桿帶動滑輪壓向摩擦片，摩擦片與滑輪的接觸達到減速乃至起到使人勻速下降的作用，從而起到逃生的目的。圖1所示，使用時，逃生者用一只手抓住手柄，另一只手給繩索第 6頁 共 17頁下端施加一定的拉力，使繩張緊。人和逃生器沿著繩子一起向下運動，繩索下端施加的拉力會使連桿帶動滑輪壓緊摩擦片，該壓力越大，則摩擦片與輪子之間的壓力也越大，摩擦力

5、也越大，最終使繩索與輪子之間的摩擦力增大，以達到降速下滑的目的。第二章 尺寸設計及重要部件校核2.1 主要尺寸設計支架尺寸設計：為提高材料的利用率以及能滿足使用要求，并考慮到整個裝置的受力情況和結(jié)構(gòu)的美觀性，支架尺寸見附錄。滑輪尺寸設計：為能達到使用要求以及結(jié)構(gòu)的合理性，滑輪尺寸見附錄。銷釘尺寸設計：銷釘直徑初定為8mm。尺寸見附錄C活動桿尺寸設計：活動桿尺寸主要由滑輪與摩擦片相配合而確定，尺寸見附錄D。繩套：尺寸見附錄E摩擦片尺寸設計：摩擦片的內(nèi)端尺寸根據(jù)滑輪直徑而定，厚度設定為2.5mm。尺寸見附錄F摩擦桿尺寸設計：為在能滿足使用要求并節(jié)省材料的條件下，尺寸見附錄G。2.2 機構(gòu)可行性分析

6、分析整個機構(gòu)在實際運用中的受力情況（假定人的重量為100KG），滑輪受力如圖（1）所示，摩擦片的摩擦系數(shù)取,繩子與滑輪的包角 。根據(jù)公式1。可以求得繩子伸出端需要張緊力。即人需要用手對繩子施加20N的力，就能隨著機構(gòu)以一定的速度下降。正常人的力氣完全能夠滿足實際要求。第 7頁 共 17頁2.3 銷釘強度校核（剪切強度）圖2 輪的受力分析圖3 活動桿受力分析 滑輪以及活動桿的受力情況如圖（2）、（3）所示。通過受力平衡原則以及極端情況可得到如下方程：第 8頁 共 17頁 聯(lián)立求解可得到： 從而可解得最大剪切力：材料選用45號鋼材，剪切強度為36MPa由剪切強度計算公式： 24MPa36 MPa

7、選用直徑為8mm的銷強度完全能夠滿足實際要求。2.4 摩擦桿強度校核分析可得，摩擦桿的受力情況如下所示。圖3（1） 由靜力平衡方程得： ， （2）列剪力方程和彎矩方程。由于C點受集中力F作用，引起AC，第 9頁 共 17頁CB兩段的剪力方程各不相同，故必須分段列方程。建立如圖坐標系。對AC段，取截面的左段為研究對象，可得剪力方程和彎矩方程分別為： 同理，對CB段可得剪力方程和彎矩方程分別為 （3）繪制剪力圖和彎矩圖。式（a）表示在AC段內(nèi)各截面上的剪力為常量，剪力圖是一條平行于x軸的水平線；CB段內(nèi)剪力也類似，。式（b）表示在AC段內(nèi)的彎矩圖是一條向右上方傾斜的斜直線，由x=0，M=0；x=a

8、，M=決定。而式（d）表示在CB段內(nèi)的彎矩圖是一條向右下方傾斜的斜直線，由x=a，M=；x=l，M=0決定。彎矩圖在集中力F作用處形成一折角。 由圖和M圖可知，當ab時，CB段內(nèi)任意截面上的剪切力值為最大，；當ab時，AC段內(nèi)任意截面上的剪力值為最大， 。最大彎矩值發(fā)生在集中力F作用的C截面上，其值為。從圖上可明顯看出，在集中力F作用處，剪力圖上發(fā)生突變，突變的值即等于集中力的大小。第11頁 共 17頁根據(jù)上述方程并帶入設計尺寸計算可得，磨擦板的強度完全能夠滿足實際要求。結(jié) 論我們設計的高樓逃生緩降器成功的解決了人們?nèi)绾文軌驈母咛幇踩陆档碾y題。高樓逃生緩降器具有設計獨特，機構(gòu)簡單，易于操作，

9、使用方便等特點。并且高樓逃生緩降器的制作材料相對其它逃生器價格便宜。例如滑輪使用工程塑料即可滿足要求，成本比市面上的同類產(chǎn)品下降了許多，而且工程塑料穩(wěn)定性強，不像金屬那么易腐蝕，易生銹，真正做到了經(jīng)濟、實用的目的。其余構(gòu)件在市場上用非常便宜的價格就能購買到。物美價廉、性價比高、安全可靠，是真正適合大眾的產(chǎn)品。相信上述這些優(yōu)點對于我們設計的高樓逃生緩降器市場前景和市場競爭力都有著很大的優(yōu)勢。第13頁 共 17頁附錄 支架（）滑輪（）第14頁 共 17頁銷釘（）活動桿（）第15頁 共 17頁繩套（）摩擦片（）第16頁 共 17頁摩擦桿（）第 5頁 共 17頁參 考 文 獻1.張定華 主編.工程力學.北京:高等教育出版社