高楼逃生装置设计

高楼逃生装置设计 南昌工程学院本科毕业设计 高楼逃生装置设计 The Design of tall Building escape device 总计 毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 37 页 表 格 3 个 幅 插 图 12 摘 要 本文从开始介绍了高楼逃生装置的背景和研究意义，并对现有的一些高楼逃生装置进行了分析和对比，发现大多数的装置有成本高、机构复杂、安全系数低等一些不足之处。本设计根据机械创新理论，设计出一种基于负反馈闭环系统的高楼逃生装置，该装置具有成本低、操作简单、安全系数高、纯机械无电气结构等优点，最后通过对设计机构的零部件进行计算，得出整个机构的图形，在多次试验和计算之后，确定了不论是小孩还是老人都能从高楼平安降落到地面，达到了本次设计的目的。 关键词: 机械创新理论 负反馈闭环系统 高楼逃生器 纯机械无电气结构 I Abstract Firstly,this paper describes the background and significance of tall building escape device.And some of the existing tall building escape devices are analyzed and compared， most of the devices are costly, complex organization, the safety factor and low number of shortcomings are found. The design applied theory of inventive problem solving. To design a negative feedback loop system based on tall building escape device. The device has many advantages such as low cost, simple operation, high safety factor, purely mechanical no electrical structure. Finally, the components of the calculated design agency .The graphics get in the whole body ,after many tests and analysis, determining whether children or the elderly can safely descend to the ground from high buildings. the purpose of this design has achieved. Key words: Machinery innovation theory Negative feedback loop system Tall building escape device Purely mechanical without electrical structure II 目 录 摘要…………………………………………………………………………………………………? ABSTRACT………………………………………………………………………………………? 第一章 绪论 ...................................................................................................................................... 1 1.1设计背景 ................................................................................................................... 1 1.2高楼逃生装置的实例 ............................................................................................... 1 1.2.1内凸轮式高楼逃生器 ................................................................................................................ 1 1.2.2蜗轮蜗杆式高楼逃生装置 ........................................................................................................ 2 1.2.3钢丝绳防滑逃生装置 ................................................................................................................ 3 1.2.4心摩擦式高楼安全逃生器 ........................................................................................................ 4 第二章 整体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 ................................................................................................................ 5 2.1整体方案的设计………………………………………………………………………………...5 2.2装置的原理 ............................................................................................................... 6 2.3装置的优点与不足 ................................................................................................... 7 2.3.1装置的优点 ................................................................................................................................ 7 2.3.2装置的不足 ................................................................................................................................ 8 2.4装置的实物图 ........................................................................................................... 8 第三章 装置零部件设计 ........................................................................................................ 9 3.1轴的设计 ................................................................................................................... 9 3.1.1轴的概述 .................................................................................................................................... 9 3.1.2主动轴的设计 .......................................................................................................................... 10 3.1.3从动轴的设计 .......................................................................................................................... 10 3.2齿轮设计 ................................................................................................................. 11 3.2.1 齿轮概述 .................................................................................................................................. 11 3.2.2齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度设计 ............................................................................... 11 3.3棘轮的设计 ............................................................................................................. 12 3.3.1棘轮概述 .................................................................................................................................. 12 3.3.2棘轮的设计 .............................................................................................................................. 14 III 3.4其他零部件的设计 ............................................................................................... 15 3.5装配图与零件图 ..................................................................................................... 15 第四章 零部件的加工 ............................................................................................................ 19 4.1轴的加工工艺过程 ................................................................................................. 19 4.2齿轮的加工工艺过程.............................................................................................. 21 4.3棘轮的加工 ............................................................................................................. 22 4.3.1加工方法 ................................................................................................................................... 22 4.3.2刀具与工件中心距的计算 ....................................................................................................... 23 第五章 计算和验证 .................................................................................................................. 25 5.1计算 ........................................................................................................................ 25 5.1.1静力学平衡计算 ....................................................................................................................... 25 5.1.2绕绳计算 ................................................................................................................................... 26 5.1.3速度计算 ................................................................................................................................... 26 结束语 .................................................................................................................................................. 29 参考文献 ............................................................................................................................................ 30 致谢 ....................................................................................................................................................... 31 IV 南昌工程学院本科毕业论文 第一章 绪论 1.1设计背景 高楼火灾和一些突发性的灾难对身处高楼的人来说始终是一个安全隐患。一旦灾难发生的时候，上天无门，下无去路，逃生人员的生命随时受到威胁。所以逃生人员 ,电梯不能用,楼自救是一个极待解决的重要问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。高楼突然失火或其他灾难发生时 梯阻塞,飞不上去也跳不下来,怎样才能迅速逃生?这样的情况每年都有发生 ,也有很多人因无法逃生而遇难,而高楼逃生装置在这样的环境下应运而生。在人们将越来越多的精力和时间都投入到对安全问题保障研究的同时,却忽略了最基础的一种手段 ,在人们越来越多的用到各种高科技和现代手法进行安全保障的同时,却忽略意外事件的发生,是不可以借助外力和各种现代手段解决的 ,要靠最基础和最简单的方式 ,也就是机械传动的方式才是最安全和稳定的。 通过分析比较现有的一些高楼逃生器，大多数装置虽然能达到高楼逃生这一功能，但其结构原理复杂，操作繁琐，安全性差，生产成本高，部分装置还需要电力控制，局限性大(发生地震或火灾时很有可能断电，也不允许操作人员进行复杂的操作)。但是本设计应用创新理论设计出一种基于负反馈闭环系统的高楼逃生装置，本装置结构简单，操作简便，且无需电力或其他能源驱动，纯机械结构。其原理是利用逃生人员的重力，通过机构的转换，产生阻止逃生人员快速下落的阻力，随着下降中绕绳层数的减少，包角(轴与绳的接触面积)增大，阻力增大，使逃生人员依次有加速、匀速、减速下降的过程，最终以安全速度到达地面。而且装置的仰角大小可以人为调节。当从动轴与安全绳的粗糙度、安全绳的直径发生改变时可以通过改变仰角的大小，使本装置仍然可以正常使用，适应了各种环境。通过了试验，实验结果达到预想要求，借助本装置逃生人员可以安全的速度下落到地面，且下降到地面很平稳。因而可以在灾难发生的时候保证人的生命安全。是高楼逃生的良好装置。 1.2高楼逃生装置的实例 1.2.1内凸轮式高楼逃生器 1 第一章 设计背景 图1-1内凸轮式高楼逃生器原理图 它包括一固定内凸轮(外径200mm)，其特征在于所述的内凸轮型腔内设置有一导轨支架，所述的导轨支架的中部横向设置有滑动芯阀，所述的内凸轮型腔的内周壁由若干个依次连续并沿同一圆周均匀分布的拱形曲面组成，两相邻拱形曲面的交接处至内凸轮中心连线的延长线恰好通过延长方向所对的拱形曲面的顶点，所述的内凸轮型腔内过内凸轮中心点的径向线的长度与滑动芯阀的长度相等，所述的导轨支架体内设置有油腔，所述的滑动芯阀上下侧固定联接有位于油腔内的阻尼片。当内凸轮驱动滑动芯阀作往复横向移动时，使得油脂从油腔的一侧自缝隙翻越阻尼片流到油腔的另一侧，再从另一侧翻越阻尼片流回油腔的原侧端，在此过程中产生很大的阻尼，以此来限制内凸轮的速度。将该内凸轮与任何需要限速的回转件联接，即可达到自动限制该回转件转速的目的。 优点:体积小，无噪声，成本低，生产安装及维修方便，持久耐用，实用性高。 缺点:结构复杂，部件多，制造费工费时，下降速度不稳定，安全系数低。 1.2.2蜗轮蜗杆式高楼逃生装置 原理:利用蜗轮蜗杆的自锁性，蜗杆能带动蜗轮，但蜗轮不能带动蜗杆，使逃生 2 南昌工程学院本科毕业论文 人员在逃生过程中，控制自己的下落; 优势:结构简单;具有自锁性，安全性高，制造成本不高; 缺点:摩擦磨损大，材料要求高，操作复杂，普通人不易操作。 1.2.3钢丝绳防滑逃生装置 图1-2 钢丝绳防滑逃生装置原理图 钢丝绳缠绕在回转轴上的楔形槽内。有两个摆架，摆架可分别绕上端固定轴摆动，每个摆架上均转有一个V形滚压轮架，V形滚压轮架可相对于摆架绕小轴摆动，每个V形滚压轮架上均装有两个滚压轮，滚压轮压在钢丝绳的外缘。每个摆架下端还有一个槽滚轮。钢丝绳缠绕方式如图2所示。钢丝绳从左侧槽滚轮的左边向上穿，向右拐，沿逆时针方向缠绕在回转轴上，然后从右侧槽滚轮的右边向下穿。假设重物挂在钢丝绳左端。缠绕在回转轴上的钢丝绳在重物的拉动下，对左侧槽滚轮产生一向右的压力，该压力使左侧摆架绕上端固定轴作逆时针摆动，从而使左侧V形滚压轮架上的两个滚压轮紧紧地压在钢丝绳左侧自由端的外缘，使得钢丝绳左侧自由端与回转 3 第一章 设计背景 轴间的压力增大，摩擦力矩也因此增大。重物的重量越大，则钢丝绳左侧自由端与回转轴间的压力也越大，摩擦力矩也越大。从而避免了钢丝绳与回转轴之间的打滑。 优点:防打滑，安全系数高 缺点:装置复杂，成本较高，不能快速把人能降落到地面。 1.2.4心摩擦式高楼安全逃生器的设计 原理:重力带动卷轴转动，使得卷轴上的活动快由于离心力产生正压力，摩擦片与外壳产生摩擦力，在下降速度达到一定值，摩擦力矩与人体重力力矩平衡，匀速下滑; 优势:逃生人员下降过程中不需要人来控制; 缺点:局限性大重力越大下落到地面速度越大安全系数低且最小使用重量为20kg. 4 南昌工程学院本科毕业论文 第二章 整体方案设计 机械系统是由原动机、传动系统、执行系统、控制系统和其它辅助系统组成的，所以，机械系统总体方案设计的内容应是这几部分的方案设计及其各部分间的协调设计。即执行系统的方案设计、原动机类型的选择、传动系统的方案设计、控制系统的方案设计和其它辅助系统的方案设计。 机械系统整体方案设计的特点:1(协调性:整体系统由各个子系统组成，虽然各子系统的功能不同、性能各异，但它们在组合时必须按照整体功能的需要。2(相关性:构成系统的各要素之间也是互相关联的，它们之间有着相互作用、相互制约的特定关系。某个要素性能的变化将影响对相关要素的作用，从而对整个系统产生影响。 系统必定存在于一定的社会和物质环境中，机械系统也不例外。3(内外结合性:任何 环境的变化必将引起系统输入的变化，从而也将导致其输出的变化。 2.1整体方案的设计 图2-1正视图 5 第二章 整体方案的设计 整体方案的设计包括了原动机、传动系统、执行系统、控制系统和其它辅助系统的设计。由于本设计是无需其他能源，仅依靠逃生人员的自身重力，所以没有使用原动机。传动系统选择了齿轮传动，齿轮传动-稳定，结构紧凑，而且使用双向传动，传动更加稳定，受力更加均匀，更能保证逃生人员的安全。控制系统主要有齿轮外侧的手柄。辅助系统主要有轴边棘轮机构和手柄机构，在轴上绕绳的时候更加方便。整个机构的立体图如上图: 2.2装置的原理 图2-2 结构侧面图 1.板件 2.支架 3.主动轴 4.齿轮一 5.齿轮二 6.从动轴 7.棘轮 8.手柄 绳索一端固定在主动轴上，并且顺时针缠绕数圈，绳索另一端从从动轴上方通过从动轴后自然垂下。当绳索上有重物并以一个初速度自然下落时，由于绳索在主动 6 南昌工程学院本科毕业论文 轴上顺时针缠绕，所以对绕绳主动轴产生顺时针的转矩，并通过主动轴传递到齿轮一上。而绳索又从从动轴上方通过从动轴，由于摩擦力对从动轴产生一个顺时针的转矩，并通过主动轴传递到齿轮二上。通过齿轮啮合处转矩的作用，使重物先后经历加速， 减速的运动过程，最后以安全速度落地。当两个齿轮上的转矩大小相等时，由匀速， 于在齿轮啮合处，力的方向相反，达到转矩的平衡，重物就会以恒定的速度下落。 在实际操作过程中，需要调整机构仰角，逃生人员可以以一个很小的加速度加速下落。经过一段时间之后，从动轴上的包角越来越大，接触面积增大，摩擦力也增大，加速度减小，人经历了从加速，匀速，减速的过程，最终以安全的速度降落到地面。 2.3装置的优点与不足 2.3.1装置的优点 1.装置具有自减速功能 原因如下:绳索有一定的直径，当在轴一上面缠绕数圈时，会有一定的厚度。随着逃生人员的下落，绳索在轴一上缠绕的层数减少，从而引起绳索在轴二上的包角增大(如下图所示，α,β,γ)。由于压力一定，接触面积增大，则摩擦力f增大，反馈到齿轮二上，此时，齿轮一也必然会减速，也就是人下降的速度会降低。达到先加速再匀速后减速下降的目的，最终以安全速度下降到地面。 图2-3 自减速原理图 7 第二章 整体方案的设计 2.其他优点 相比其他的现有高楼逃生装置，本装置最大的优点就是不需要利用其他能源，而是逃生人员自身的重力，下降不需要逃生人员来控制，适合不同人群，纯机械结构，结构简单，操作简单，结构的仰角可以调节适用于不同的条件。在绳子末端与逃生人员挂接处接一段弹性绳减缓冲击力，更加能保证人的生命安全。 2.3.2装置的不足 装置对机构的制作材料要求较高，要求各部件的链接紧密，而且刚开始的初速度比较大，人需要有一定的承受能力。目前逃生人员不能够连续的进行逃生，每完成一个逃生人员，下一个逃生人员需自己缠绕绳子后，在进行逃生，浪费逃生人员宝贵时间。而且各方面的摩擦力不好控制，导致人下降的加速度也会不定的变化。 2.4装置的实物图 图2-4 8 南昌工程学院本科毕业论文 第三章 装置零部件设计 3.1轴的设计 3.1.1轴的概述 轴一般有两种分类方法: 一、按受载情况分: 1)转轴 既受弯矩又受转矩的轴如减速器中的轴。 2)传动轴 主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴-----如汽车发动机与后桥之间的轴。 3)心轴 只受弯矩而不受转矩的轴。 心轴根据其工作时是否转动，又可分为:(1)固定心轴----如自行车的前轮轴;(2)转动心轴-----如铁路机车轮轴。 二、按轴线形状分: 1、曲轴 各轴段轴线不在同一直线上-----如内燃机中的曲轴 2、直轴 各轴段轴线为同一直线。直轴按外形不同又可分为: 1)光轴 形状简单，应力集中少，但轴上零件不易装配和定位。常用于心轴和传动轴。 2)阶梯轴 特点与光轴相反，常用于转轴。 3)钢丝软轴 由几层紧贴在一起的钢丝绳构成，具有良好挠性，可弯曲绕过各种零部件将回转运动灵活地远距离传递-----如手持动力机械、里程表和遥控装置传动。 轴要正常的运转，是需要轴承来固定的，所以轴承是很重要的。一般轴的失效形式为:主要是因疲劳强度不足而产生的疲劳簖裂;或是因静强度不足而产生的塑性变形或脆性簖裂、磨损、超过允许范围的变形和振动等等。 一般轴的设计应该要满足如下的准则: 1(要根据轴的工作条件、生产批量和经济性等原则，选取适合的材料、毛坯形式及热处理方法。 2(要根据轴的受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸及定位方式、轴的加工方法等等具体的要求，确定轴的合理结构形状及尺寸，即进行轴的结构设计。 3(要轴的强度计算或校核。对受力大的细长轴(如蜗杆轴)和对刚度要求高的轴，还要进行刚度计算。在对高速工作下的轴，因有共振危险，故应进行振动稳定性计算。 9 第三章 装置零部件设计 轴的结构设计步骤:1.分析所设计轴的工作状况，拟定轴上零件的装配方案和轴在机器中的安装情况。2.根据已知的轴上近似载荷，初估轴的直径或根据经验确定轴的某径向尺寸。3.根据轴上零件受力情况、安装、固定及装配时对轴的表面要求等确定轴的径向(直径)尺寸。4.根据轴上零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴的轴向尺寸。 3.1.2主动轴的设计 应力为: ,,260MPa ,1 轴的弯矩和转矩合成强度条件，旋转切应力为脉动循环应力只受到转矩,,0.6的作用 M,Gr,2000，30,60000N,mm进行校核时，通常只校核轴上危险截面的1 ,M0.6，60000强度:,,,,[,] ca,13Wr0.1，(2，)1 r,6.1mm推断出: 1 3.1.3从动轴的设计 取切向力的极限最大值，轴的中点为危险点 , FGG,,2sin2max2 对中点的弯矩为 l MGNmm,,,,14000012 轴受到f产生的转矩最大值: , fGGN,,,,2sin1.082160,max2 MfrNmm,,,,69120 22 0当时同时取到最大值。 ,,180 2222140000.669120，，，，MM,,,,,12,,,,，,4 ,,,,,,,ca,11,,,,3WW,,,,0.12，r，，2 rmm,6.0得出: 2 rr由设计计算、的值很小就可以满足强度条件。由缠绕绳的速度和装置结构本12 r,35r,30mm小组初取绕绳轴半径为mm，另一轴半径为。 12 10 南昌工程学院本科毕业论文 3.2齿轮设计 3.2.1 齿轮概述 齿轮是在机器中传递动力和运动的零件。齿轮传动可完成减速、增速、变向等功 能。 常见的齿轮:1(圆柱齿轮 用于两平行轴之间的传动。 2(圆锥齿轮 用于两相交轴之间的传动。 3(蜗杆蜗轮 用于两交叉轴之间的传动。 传动特点:1.效率高，传动比稳定，工作可靠，寿命长; 2.实用的速度和传递的功率范围广; 3.可用于平行轴、相交轴和交错轴之间的传动; 4.成本高，噪声大。 3.2.2齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度设计 取轴r=30mm 取G=2100N 6 10故齿轮传递的最大转矩为:T=63000Nmm应力循环次数取次。 ,,0.07du,1圆柱齿轮的齿宽系数(悬臂布置)齿数比 ,,600MPaHim齿轮的接触疲劳强度极限: K,1.3K,1.2KK,,1K,1.25ATVHF,,根据本设计要求，选用以下数据，，， 12KK,,1.261.2K,1.38ZMP,189.8aHF,,HNE 1%S,1取失效的概率为，安全系数 则接触疲劳许用应力为: K,,1.38550，HNHlim ,,,759MPa,,,HS1 试算齿轮的分度圆直径: 22,,KTZu，，11.364000189.8,,tE133 dmm,，,，，,2.322.322122.8,,t,,1,,,,u0.07759,,,,dH,, d122.8bdmm,，,0.078.598齿宽: ，模数: mmm,,,1.7541tz70 hmmm,,2.253.947齿高: t 常用数据如下: 11 第三章 装置零部件设计 K,1.2K,1，， KKKKK,,，，，,1.251.211.261.89VAAVHH,, 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径: K233 ddmm,,,122.8139.1tt1K1.3t d139.1计算模数: mmm,,,1.987z70 ,,380MPa齿轮的弯曲强度极限: FE 计算弯曲疲劳许用应力: K,1.2380，FNFE取弯曲疲劳安全系数， ,,,325.7MPaS,1.4,,,FS1.4 查得以下数据: Y,2.24Y,1.25，， KKKKK,,，，，,1.251.211.21.8FaSaAVFF,, 设计计算: YY,,221.864002.241.75KT，，，SaFa133 mmm,,，,1.698,,22,,,,z0.0770325.7，,,1dF,, 对比计算结果，有齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲强度计算的模数，由齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮的直径(即模数与齿数的乘积)有关，可取由弯曲强度所计算的模数并就近圆整为标准值，按接触疲劳强度计算的分度圆 1.698mmm,2.0 直径: dd，12ddmm,,140， amm,,140212 计算齿轮齿宽: bdmm,,，,,0.071409.8 d1 3.3棘轮的设计 3.3.1棘轮概述 它由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。它将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动;当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。 12 南昌工程学院本科毕业论文 摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。棘轮每次转过的角度称为动程。动程的大小可利用改变驱动机构的结构参数或遮齿罩的位置等方法调节，也可以在运转过程中加以调节。如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作频率不能过高。棘轮机构常用在各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用在千斤顶上。在自行车中棘轮机构用于单向驱动，在手动绞车中棘轮机构常用以防止逆转。 工作原理:机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动 棘轮机构的分类方式有以下几种: 按结构形式分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构 齿式棘轮机构结构简单，制造方便;动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节;噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。 摩擦式棘轮机构是用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦代替棘轮。特点是传动平稳、无噪音;动程可无级调节。但因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，虽然可起到安全保护作用，但是传动精度不高。适用于低速轻载的场合。 按啮合方式分外啮合棘轮机构和内啮合棘轮机构 外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块均安装在棘轮的外部，而内啮合棘轮机构的棘爪或楔块均在棘轮内部。外啮合式棘轮机构由于加工、安装和维修方便，应用较广。内啮合棘轮机构的特点是结构紧凑，外形尺寸小。 按从动件运动形式分单动式棘轮机构、双动式棘轮机构和双向式棘轮机构 单动式式棘轮机构当主动件按某一个方向摆动时，才能推动棘轮转动。双动式棘轮机构，在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中，分别带动两个棘爪，两次推动棘轮转动。双动式棘轮机构常用于载荷较大，棘轮尺寸受限，齿数较少，而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合。 13 第三章 装置零部件设计 3.3.2棘轮的设计 棘轮机构的主要设计有:棘轮齿形的选择 、模数齿数的确定 、齿面倾斜角的确定 、行程和动停比的调节方法等。 1(棘轮齿形的选择 上图为常用齿形，不对称梯形用于承受载荷较大的场合;当棘轮机构承受的载荷较小时，可采用三角形或圆弧形齿形;矩形和对称梯形用于双向式棘轮机构。由于本机构承受荷载不是很大，选用齿形。 2(模数、齿数的确定 与齿轮相同，棘轮轮齿的有关尺寸也用模数m作为计算的基本参数，但棘轮的标准模数要按棘轮的顶圆直径da来计算。 m = da/z 棘轮齿数z一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。对于一般进给和分度所用的棘轮机构，可根据所要求的棘轮最小转角来确定棘轮的齿数(z ?250，一般取z = 8,30)，选择z=20，m=2。 3(齿面倾斜角的确定 棘轮齿面与径向线所夹α称为齿面倾斜角。棘爪轴心O1与轮齿顶点A的连线O1A与过A点的齿面法线nn的夹角β称为棘爪轴心位置角。 为使棘爪在推动棘轮的过程中始终紧压齿面滑向齿根部，应满足棘齿对棘爪的法向反作用力N对O1轴的力矩大于摩擦力Ff沿齿面)对O1轴的力矩，即 N?O1Asinβ > Ff?O1Acosβ 则 Ff/N < tanβ 因为 f = tanα = Ff/N 所以 tanβ > tanα 即 β >α 式中f和分别为棘爪与棘轮齿面间的摩擦系数和摩擦角，一般f取0.13 ,0.2。取f=0.2，取α=20? 4. 行程和动停比的调节方法 1)采用棘轮罩 通过改变棘轮罩的位置，使部分行程棘爪沿棘轮罩表面滑过，从而实现棘轮转角大小的调整。 14 南昌工程学院本科毕业论文 2)改变摆杆摆角 通过调节曲柄摇杆机构中曲柄的长度，改变摇杆摆角的大小，从而实现棘轮机构转角大小的调整。 采用多爪棘轮机构 3) 要使棘轮每次转动的角度小于一个轮齿所对应的中心角γ时，可采用棘爪数为m的多爪棘轮机构。 如n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开γ/3 ，当摆杆转角Ф1在γ?Ф1?γ/3 范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动相应角度Ф2为 γ?Ф2?γ/3 范围内γ/3 整数倍。 3.4其他零部件的设计 需要的标准件有: 1、轴承×4: 外径32mm 内径15mm 3.5装配图与零件图 装配图:(清晰图见附图) 图3-1 装配图 15 第三章 装置零部件设计 零件图 图3-2 齿轮 图3-3 主动轴 16 南昌工程学院本科毕业论文 图3-4 从动轴 图3-5 板件 17 第三章 装置零部件设计 图3-6 挂钩 18 南昌工程学院本科毕业论文 第四章 零部件的加工 4.1轴的加工工艺过程 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递转矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项: 1、尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高(IT5~IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6~IT9)。 、几何形状精度 2 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 3、相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件(齿轮等)的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴(如主轴)通常为0.001~0.005mm。 4、表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16μm。 轴的结构工艺性:从装配来考虑:应合理的设计非定位轴肩，使轴上不同零件在安装过程中尽量减少不必要的配合面;为了装配方便，轴端应设计45?的倒角;在装键的轴段，应使键槽靠近轴与轮毂先接触的直径变化处，便于在安装时零件上的键槽与轴上的键容易对准;采用过盈配合时，为了便于装配，直径变化可用锥面过渡等; 19 第四章 零部件加工 从加工来考虑:当轴的某段须磨削加工或有螺纹时，须设计砂轮越程槽或退刀槽;根据表面安装零件的配合需要，合理确定表面粗糙度和加工方法;为改善轴的抗疲劳强度，减小轴径变化处的应力集中，应适当增大其过渡圆角半径，但同时要保证零件的可靠定位，过渡圆角半径又必须小于与之相配的零件的圆角半径或倒角尺寸。 轴类零件的毛坯和材料: 1、轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主;而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 2、轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 (如调质、正火、淬火等)，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质(或正火)后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴(例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 本装置使用的轴是用一根细长轴套入管件内，再焊接而成，从而减少轴的重量。 选用材料:45#钢。 由于轴加工简单，采用数控车床进行加工。 设置端面中心点为0,0点。一号刀为普通切削刀，二号刀为螺纹切削刀。此加工只加工了一半轴，另一半只需要重新装夹，程序一样，不再赘述。 20 南昌工程学院本科毕业论文 数控程序如下: % O0020 G90 G21 G40 G49 G80 S500 M03 T0101 M08 G00 X100. Z100. G0o X25. Z0. G01 X-1.0. Z0. G00 X22. Z0. G01 Z-60. G01 X57. G01 Z-170. G00 Z0. M06 T02 G00 X22. Z0. G78 X21.4. Z-20. F20 X20.8. X20.2. X19.6. X19. G00 X100. Z100. M05 M30 % 4.2齿轮的加工工艺过程 1、齿轮工艺过程分析 加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定 21 第四章 零部件加工 于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准(孔和端面)的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。 第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。 加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。 加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面(孔和端面)进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。 选用材料: 45#钢 加工工序:1.毛坯锻造2.正火 3.粗车外圆及端面，留余量1.5-2mm 4.钳工去毛刺 5.精车外圆及端面至要求 6.检验 7.擦齿，留余量0.04-0.06mm8.倒角 9.钳工去毛刺 10.剃齿，采用角度为5?的剃齿刀 11.齿部高频淬火 4.3棘轮的加工 4.3.1加工方法 采用角度铣刀成形加工，如图所示 加工时，将刀具安装在主轴刀杆上，工件装夹在分度头上调整刀具中心，使刀具中心与工件中心的距离L为图中的OM，这样就可以使刀具靠近工件开始加工了，加工完一齿后，分度头分度加工另一个齿后分度头分度加工另一个齿，至全部加工完成。 22 南昌工程学院本科毕业论文 图4-1 棘轮加工图 4.3.2刀具与工件中心距的计算 已知齿数Z模数m 齿高h，齿顶圆半径为R齿根圆半径为R-h，弦长AB=m，A， B，C均为齿顶圆上的点，D为齿根圆上的点，EO为BC的垂直平分线，DM为角BDC的角分线，， a,2arcsin(1/Z),,360:/Z X,Rsin(,,,)Y,Rcos(,,,)X,0Y,RB点坐标 。C点坐标 CCBB '''以为圆心，半径为C的圆的半径，C=BE/cos30?。 OOO ''OO,R[cos(,,,)/2],OC/cos30: '''的坐标为: OX,OO[sin(,,,)]/2Y,OO[cos(,,,)]/2OO'' 222X，Y,(R，h)齿根圆的方程: XY建立以上两个方程推到出D的坐标，。则直线BD的斜率DD 23 第四章 零部件加工 'K,(Y,Y)/(X,X) DBDB '直线DM的方程为，将D点的坐标代入上式推导出b值 Y,KX，b 'OM,b，(,arctanK) 采用角度铣刀成型铣削棘轮，不但提到了加工效率，而且保证了加工精度。 24 南昌工程学院本科毕业论文 第五章 计算和验证 由于前文没有设计到绳索的计算和下降的时间，不能确定人能在安全的时间内下 落到地面，以及下落的速度大小未知，所以须对其进行计算。 5.1计算 5.1.1静力学平衡计算 N,为绳与轴的正压力，角为包角的微元 ,,,FFFNsinsin=，,，，，,22, f=N,, ,,,,FFFfcoscos，,,，，，22, ,当趋近无穷小，则: ,,, sin,cos1,222 由上式方程组解得: , ,,FFcos,,2 dFdFd,, ,,dF,,F F,d2F ,,d,,,F01F 得到 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 : ,,FF,21e ,GF假设逃生人员重力为,轴一与轴二之间绳的拉力为，为绳与轴二的包角 1齿轮的的分度圆直径相同 则得到关系式: ,,,FRGFR，，1112,,,,GF,,1e, 得到静力平衡的模型: 25 第五章 计算与验证 RR，,,12,eR2 由上式我们可以看出逃生人员匀速下降的与轴一、轴二和摩擦因数有关，而与逃 生人员自身重力无关。 5.1.2绕绳计算 ,,0.45mm为绳子与轴的包角，为摩擦因素为，绳子的直径，设第四圈为平衡点, 29.8m/s重力加速度为。忽略轴承的摩擦力和速度突变损失的能量。 绳长的计算公式: s2,，，,r ，1RR12,=lnR,2 ，114732RR，012,=lnln2.258129.513,,,rad4R0.432,2 仰角: RR，012,,arccos45.664,,,4R2 045.664即当仰角为第四层达到平衡 5.1.3速度计算 合力: R2FFGFg,,,[()]11R1 加速度: 1RR22,，,a[(1)],,eRR11 26 南昌工程学院本科毕业论文 表5-1 加速度的计算: 层数 包角 加速度 2第一层 2.367rad ams,,2.1956/1 2第二层 2.331rad ams,,1.2822/2 2第三层 2.295rad ams,,0.5718/3 2第四层 2.259rad ams,0/4 2第五层 2.223rad ams,0.4754/5 2第六层 2.187rad ams,0.8782/6 2第七层 2.151rad ams,1.2274/7 22.114rad第八层 ams,1.5359/8 当楼层高度为20米时，设计一(每一层为8圈) 表5-2 下降的瞬时速度: 层数 绳长 下降完该长度瞬时速度为 耗时 3.37m 3.53m/s 2.3s 第八层 3.17m 4.68m/s 0.9s 第七层 2.90m 5.29m/s 0.7s 第六层 2.63m 5.57m/s 0.6s 第五层 2.37m 5.58m/s 0.5s 第四层 2.11m 5.27m/s 0.5s 第三层 1.83m 4.70m/s 0.5s 第二层 1.52m 3.64m/s 0.5s 第一层 落地速度为3.64m/s为安全落地速度，总下降需要时间为:6.5s 27 第五章 计算与验证 设计二(每一层为9圈) 表5-3下降的瞬时速度: 层数 绳长 下降完该长度瞬时速度 消耗的时间 1.1m 2.00m/s 1.3s 第八层 3.6m 3.85m/s 1.4s 第七层 3.3m 4.67m/s 1.0s 第六层 3.0m 5.02m/s 0.7s 第五层 2.7m 5.02m/s 0.6 第四层 2.4m 4.68m/s 0.5 第三层 2.0m 3.94m/s 0.5 第二层 1.8m 2.43m/s 0.7 第一层 落地速度为2.43m/s为安全落地速度，总下降需要时间为: 6.7s 从上所述可以看出，人的落地速度在3m/s左右，小于设计要求的5m/s，人相当于从半米的高度跳下，因此由此逃生器逃生时下落速度是安全的。 因此，通过此高楼逃生器，人可以从20米高的楼层降落，下降速度小于5m/s，而且下落时间也只要几秒钟，为其他逃生人员逃生争取了很多的时间，实现了快速安全逃生的目的。由此可知本设计完全符合设计要求，能够实现高楼逃生，可以在灾难发生的时候挽救人的生命，有着重要的意义。 28 南昌工程学院本科毕业论文 结束语 本次设计的完成，也意外着大学最后一次作业的完成。这次设计范围较广，在设计的过程中，充分利用了以前所学习得东西，用到了机械原理，机械设计中的很多知识，也查阅了很多课外的资料。对丰富自己的知识有很大的作用。本次设计也是大学中最有价值的一次设计，涉及的知识也是以前的设计所不能比的，对以后步入社会也是一个很好的过度过程。意义重大。 最后再对本设计总结一下，本装置利用逃生人员自重，通过机构的转换产生阻碍逃生人员自由下落的阻力，从而使逃生人员以安全的速度下落;通过绕绳层数的减少，使包角增加，从而阻力增加，使逃生人员有减速下落的过程，从而在到达地面时为安全速度;机构仰角大小可以调节。在轴二的粗糙度、安全绳的粗糙度、安全绳的直径发生改变时可以通过改变仰角的角度，使该装置仍然可以正常使用，从而适应了各种环境。该装置的可行性很高，适合面广，安全系数高，是高楼逃生的不错选择。 29 参考文献 参考文献 [1] 孙恒 陈作模机械原理 西北工大机械原理研究室(06) [2] 靖如.巧力夹高楼逃生装置.中小型企业科技.2005，(09) [3]袁忠均，陈东，黄平.离心摩擦式高楼安全逃生器的设计.机械设计.2004，(10) [4]檀润华 发明问题解决理论[M].北京;科学出版社，2004 [5] 檀润华，张国红，焦建新，等.产品设计中的冲突及解决原理[M].河北工业大学出版社，2002. [6]濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京:高等教育出版社，2006 [7]何雪明，吴晓光。数控技术 华中科大出版社，2006 ro实例教程，清华大学出版社，2004 [8]唐俊，龙坤。P [9]王伯平 主编 互换性与技术测量技术基础 第二版 2008 [10]张策主编，机械动力学，高等教育出版社，2007 [11]杨家军主编，机械创新设计技术，科学出版社。2008 [12]杜君文 机械制造技术及装备设计 天津大学出版社，1998 [13]朱龙根 机械系统设计 机械工业出版社 2004 [14]侯秀珍主编 机械系统设计，哈尔滨工业出版社，2002 30 南昌工程学院本科毕业论文 致 谢 本次毕业设计工作是在卢全国老师的精心指导下完成的。从前期论文课题的选定，到理论分析、装配图的绘制及后期论文的撰写工作都得到了卢老师的热情帮助，给我提出了许多宝贵意见，给予我大量尽心而有效的指导。设计过程中遇到的疑难他总是耐心地为我们解决，还给予我们许多宝贵的参考资料。这些不仅使我在这几个月的毕业设计中受益非浅，在今后的学习和工作中也仍将给我积极的影响和帮助。 老师对科研的忘我精神和严谨治学的工作态度都给予我莫大的教育和启迪，他严谨的学风、渊博的知识和高尚的为师风范深深地影响和教育了我。在此谨向卢老师表示最诚挚的谢意。并向所有参加论文答辩的老师致以最诚挚的感谢。同时，也向给予过我帮助的同学和室友表示衷心的感谢。 另外由于是初次设计较为复杂的机构，难免会有许多不足之处，还请各位老师批评指正。最后再次感谢卢博和各位老师长久以来的帮助。谢谢～ 31