2022年机械创新设计大赛—高楼逃生缓降器 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高楼逃命缓降器机械创新设计说明书名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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命成为当前的一大社会难题；目前 的逃命器种类较多,但是大多结构复杂、价格昂贵、不便利使用；本设计中采纳常见的滑轮、连杆机构,设计了一款具有结构简洁,使用便利,重量轻等特点的高楼逃命缓降器；设计书中对逃命缓降 器的结构方案、各部件尺寸进行了具体设计,在保证逃命器美观小 巧的基础上,利用工程力学的相关学问进行了摩擦阻力

2、运算以及强 度校核,以保证设计方案的牢靠性和安全性；设计及验算结果表 明,本设计中的高楼逃命缓降器小巧有用,具有广泛的应用前景；关键词 ：高楼逃命缓降器创新设计名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录摘要绪论 第一章 4 1.1 . 5 其次章 6 2.1 . 6 6 2.2 . 2.3 . 7 2.4 . 8 总结 11 致谢 12 附录 13 参考文献 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 绪论随着社会的进展,城镇的人口越来越多,很

3、多人居住在高层建 筑里；虽然高层建筑给我们生活带来了便利,但是在发生意外险情 如火灾、地震、煤气泄漏等时,高楼逃命成了我们面对的一大难 题；依据调查,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命,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命不行防止会 显现拥挤的情形,甚至显现踩踏大事,这样就会造成不必要的人员 伤亡；鉴于此,我们经过仔细争论,设计了高楼缓降逃命器,旨在 发生紧急情形时,给人们供应更多的逃命手段,使高楼逃命简便快 捷,同时削减意外事故的发生；众所周知,物体从高

4、处下落,到达地面时速度会很大,因而设 计高楼逃命器的关键在于如何保证逃命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,有的仍需要配电机,导致重量过大,操 作掌握困难,且价格昂贵,不利于普及；为此,在满意使用性能及 要求的情形下,设计一款结构简洁,操作简便的高楼逃命器是特别 必要的；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 结构方案设计本章

5、在滑轮机构、连杆机构的基础上,结合汽车减速原理,对 逃命器方案进行具体设计；该方案由简洁的连杆机构,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命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,从而起到逃命的目的；图 1 所示,使用时,逃命者用一只手抓住手柄,另一只手给绳名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 索名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - -

6、 - - 下端施加肯定的拉力,使绳张紧；人和逃命器沿着绳子一起向 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,就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；其次章 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意使用要求,并 考虑到整个装置的受力情形和结构的美观性,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协作而确 定,尺寸见附录 D；绳套

7、：尺寸见附录 E 摩擦片尺寸设计：摩擦片的内端尺寸依据滑轮直径而定,厚度 设定为 2.5mm；尺寸见附录 F 摩擦杆尺寸设计：为在能满意使用要求并节约材料的条件下,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形（假定人的重量为名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 100KG）,滑轮受力如图（1）所示,摩擦片的摩擦系数取f0.39,绳子与滑轮的包角75；依据公式F 1ef1；F2可以求得绳子伸出端需要张紧力F 520 N ；即人需要用手对绳子施加 20N 的力,就能随着机构以肯定的速度下降；正

8、常人的力气完全能够满意实际要求；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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形如图（2）、（ 3）所示；通过受力平衡原就以及极端情形可得到如下方程：名师归纳总结 F2cosF bF 1cosfFN1第 9 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - F aFNF 1sinF 2sin2联立求解可得到：F a 1163 N F b 308 N从而可解得最大剪切力：F s 1203 N材

9、料选用 45 号钢材,剪切强度为 36MPa 由剪切强度运算公式：F s2 m d 0/ 41203 22 306 224MPa 36MPa 8 / 4选用直径为 8mm 的销强度完全能够满意实际要求；2.4 摩擦杆强度校核分析可得,摩擦杆的受力情形如下所示；图 3 （1）由静力平稳方程得：名师归纳总结 F n2Fb l,F nF aC 点受集中力F 作用,引起第 10 页,共 21 页l（2）列剪力方程和弯矩方程；由于- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - AC,名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 21 页精选学习资料 - - - -

10、 - - - - - CB 两段的剪力方程各不相同,故必需分段列方程；建立如图坐标系；对AC 段,取1x 截面的左段为争论对象,可得剪力方程和弯矩方程分别为：F sx 1FAF b0x 1x 1aa lM x 1F x 1Fb0x 1l同理,对 CB 段可得剪力方程和弯矩方程分别为Fb FaF s x 2 F A F F a x 2 l l lFbM x 2 F x 2 F x 2 a x 2 F x 2 a lFa l x 2 a x 2 l l（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,F s Fb,剪力图是一条平行于 x 轴的水平线； CB 段内剪l力也类似

11、,F s Fal；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=Fab 打算；而式（ d）表示在 CB 段内l的弯矩图是一条向右下方倾斜的斜直线,由 x=a,M=Fab；x=l,lM=0 打算；弯矩图在集中力F 作用处形成一折角；名师归纳总结 由sF图和 M 图可知,当ab 时,CB 段内任意截面上的剪切力值第 12 页,共 21 页为最大,F s,maxFa l；当 ab 时,AC 段内任意截面上的剪力值为最大,Fs ,maxFb l；最大弯矩值发生在集中力F 作用的 C 截面上,其值为MmaxFab；l从F 图上可明显看出,在集中力F 作用处

12、,剪力图上发生突变,突变的值即等于集中力的大小；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 依据上述方程并带入设计尺寸运算可得,磨擦板的强度完全能 够满意实际要求；结论我们设计的高楼逃命缓降器胜利的解决了人们如何能够从高处 安全下降的难题；高楼逃命缓降器具有设计特殊,机构简洁,易于 操作,使用便利等特点；并且高楼逃命缓降器的制作材料相对其它 逃命器价格廉价；例如滑轮使用工程塑料即可满意要求,成本比市 面上的同类产品下降了很多,而且工程塑料稳固性强,不像金属那 么易腐蚀,易生锈,真正做到了经济、有用的目的；其余构件在市 场上用特别廉价的价格就能购买到；物美价廉、性

13、价比高、安全可 靠,是真正适合大众的产品；信任上述这些优点对于我们设计的高 楼逃命缓降器市场前景和市场竞争力都有着很大的优势；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录支架（）滑轮（）名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 销钉（）活动杆（）名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 绳套（）摩擦片（）名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 21 页精选

14、学习资料 - - - - - - - - - 摩擦杆（）名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参 考 文 献1.张定华 主编 .工程力学 .北京:高等训练出版社2.刘孝明 黄卫萍主编 .机械设计基础 .广州：华南理工高校出版社3.周开勤 主编 .机械零件手册 .北京 :高等训练出版社4 程晓宇 主编.工程材料与热加工技术 社.西安:西安电子科技高校出版5 黎传 袁斌 主编 .互换性与测量技术 .广州 :华南理工高校出版社名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 21 页