高樓火災(zāi)逃生裝置的設(shè)計【含全套CAD圖紙】

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購買設(shè)計文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 湘潭大學(xué)畢業(yè)論文 題目： 高樓火災(zāi)逃生裝置 院 （系）： 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 湘 潭 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 高 樓火災(zāi)逃生裝置 學(xué)號： 姓名： 專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、 主要內(nèi)容 及基本要求 1、主要研究內(nèi)容 2、 基本要求 通過調(diào)查研究，查閱相關(guān)資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告、文獻(xiàn)綜述（ 3000外文翻譯（不 少于 3000 漢字 ）；寫出設(shè)計說明書一份（不少于 10000 字），完成各非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖和整機(jī)裝配圖的繪制，至少 0號圖紙兩張；畢業(yè)設(shè)計完成時，提交畢業(yè)設(shè)計要求的全部資料。 二、進(jìn)度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成 時間 1 查閱資料、調(diào)研 第 1~2 周 2 開題報告、制訂設(shè)計方案 第 2~3 周 3 結(jié)構(gòu)原理研究分析 第 4~5 周 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計及傳動系統(tǒng)操縱系統(tǒng)的研究設(shè)計 第 6~13 周 5 寫出初稿 第 14 周 6 修改，翻譯和整理說明書 第 15 周 7 答辯 第 16 周 四、 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1]王忠 ,高層建筑管道井防火設(shè)計不容忽 視 [M], 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1996. [2]王旭 ,高永庭 ,高層建筑安全疏散對策探討 [J],工業(yè)安全與環(huán)保 1996,11～ 12. [3]吳龍標(biāo) ,張和平 ,陸法同等 ,關(guān)于高層建筑 中幾個消防問題的探討 [J],中國安全科學(xué)學(xué)報 ,1999 ,24～ 35. [4]胡忠日 ,安全疏散研究的國內(nèi)外動態(tài)和發(fā)展趨勢 [J],消防科學(xué)與技術(shù) ,2001,18～ 19. [5]徐灝 ,機(jī)械設(shè)計手冊 [M],北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2001. [6]濮良貴 ,紀(jì)名剛 ,機(jī)械設(shè)計 [M],北京 :高等教育出版社 ,2001 [7]羅圣國 ,李平林，張立乃 ,機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 [M]，北京 :高等教育出版社 ,2001. [8]王光銓 ,機(jī)床電力拖動與控制 [M]，北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2001. [9]劉江南 ,郭克希 ,機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) [M]，湖南大學(xué)出版社 [10]成大先 ,機(jī)械設(shè)計圖冊 (第 5卷 )[M]，北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2000. [11]東北工學(xué)院 ,機(jī)械零件零件設(shè)計手冊 [M]，北京 :冶金工業(yè)出版社 ,1979. [12]李維榮 ,標(biāo)準(zhǔn)緊固件實用手冊 [M]，北京 :中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2001. [13]劉鴻文 ,材料力學(xué) [M]，北京 :高等教育出版社 ,1992. [14]鄒慧君 ,機(jī)械原 理課程設(shè)計手冊 [M]，北京 :高等教育出版社 ,1998. [15]成大先 ,機(jī)械設(shè)計手冊 [M],化學(xué)工業(yè)出版社 ,2008. [16]],of 000 [17] ]993 I 摘要 在實際生活中有時會遇到緊急的意外情 況，例如，火災(zāi)、地震等。特別是在高樓居住和工作的人員，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，電梯往往不能使用，如何才能安全、快速地離開危險來到安全的地面一直以來都是人們十分關(guān)心的問題。因此在高層居住和工作的人員都需要一種安全、可靠、安裝方便、使用簡單的高樓安全逃生裝置。高樓逃生設(shè)備中較成熟的有逃生傘和放火梯，其中逃生傘至少要求樓層在 220米以上才能使用，而放火梯的使用高度在 15 米以下，這大大的影響了它門得使用范圍。本課題研究的高樓自動安全降落逃生裝置則適用于 6－ 250 米的高度范圍，這正好可與逃生傘，放火梯優(yōu)勢互補(bǔ)。該高樓逃生器結(jié) 構(gòu)簡單，性能可靠，可以安裝在高樓的外墻壁上，遇到緊急情況時就可以使用，具有較強(qiáng)的實用性和經(jīng)濟(jì)性。 關(guān)鍵詞： 高樓逃生器；自動減速；安全；可靠 n in a of is a to of to So in a of a in at 20 of 5 it of it of is be in a 錄 摘 要 ..................................................................... I ................................................................. I 1 概述 .................................................................... 1 樓逃生器研究的意義 ............................................... 1 內(nèi)外高樓逃生器的主要類型 ......................................... 1 設(shè)計的創(chuàng)新部分及獨特優(yōu)勢分析 ..................................... 2 2 高樓自動逃生器的設(shè)計 ................................................... 2 生器簡介 ......................................................... 2 生器結(jié)構(gòu) ..................................................... 2 生器使用方法 ................................................. 3 生器加速環(huán)節(jié)設(shè)計 ................................................. 3 算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比 ......................... 3 算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) ................................... 4 輪的設(shè)計與校核 ............................................... 4 的功能和工作原理 ............................................ 14 的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 .............................................. 14 的作用 ...................................................... 14 的類 型 ...................................................... 15 按其承載情況分類：轉(zhuǎn)軸和心軸和傳動軸 ........................ 15 的材料選擇 .................................................. 15 的設(shè)計與校核 ............................................... 15 生器速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)設(shè)計 ............................................ 23 量塊的設(shè)計 .................................................. 25 生器多人循環(huán)環(huán)節(jié)設(shè)計 ............................................ 26 生器安全鎖緊裝置的設(shè)計 .......................................... 27 結(jié)論 ..................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ................................................................. 29 致謝 ..................................................................... 30 外文翻譯 ................................................................. 31 1 1 概述 樓逃生器研究的意義 在實際生活中有時會遇到緊急的意外情況。例如，火災(zāi)、地震等。 特別是在高樓居住和工作的人，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，電梯往往不能使用，而當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，熊熊大火能在 60秒鐘內(nèi)卷入整個房間，煙霧報警器和熱報警器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高層建筑火災(zāi)報警，但它們只能起到警告的作用；人們?nèi)匀恍栌靡环N裝置來逃離著火的建筑。如何才能安全、快速地離開高處來到安全的地面一直以來都是人們十分關(guān)心的問題。如果有一種安全可靠，操作方便，價格合理的救生器備用那么受困的人將非常幸運(yùn)，否則他們得想辦法逃離大火。如美國 911發(fā)生的災(zāi)難，如果設(shè)置了相應(yīng)的逃生裝置可以減少人員的傷亡。 同時城市火災(zāi)是一種發(fā)生頻率高、涉及面廣、 破壞性大、反響強(qiáng)烈的突發(fā)性災(zāi)害。隨著建筑高度的增加和日趨密集，建筑的安全隱患也越來越多，即使在發(fā)達(dá)國家的高樓遇有火災(zāi)、爆炸等事件時，由于時間、空間等諸多因素的限制，人員自救逃生也是一個極待解決的重要問題。高樓突然失火 ,電梯不能用 ,樓梯阻塞 ,飛不上去也跳不下來 ,怎樣才能迅速逃生， 安全、快速地離開現(xiàn)場來到安全的地面，一直以來都是人們十分關(guān)心的問題， 這樣的情況每年都有發(fā)生 ,也有很多人因無法逃生而遇難 ,而高樓失火逃生裝置在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。 內(nèi)外高樓逃生器的主要類型 目前國內(nèi)外高樓逃生器主要有以下幾 種類型： （ 1）包角加手控式：該類逃生器增加鋼絲繩與輪之間的包角，使得鋼絲繩與鋼絲輪之間的摩擦力增加。另外，再利用手控裝置，進(jìn)一步調(diào)節(jié)下降速度的快慢。 （ 2）間歇沖擊式：間歇沖擊式逃生器是通過間歇撞擊能來消耗能量，如利用鐘表中的擒縱叉和擒縱輪原理來消耗能量。 （ 3）液體流動阻尼式：液體流動阻尼式是利用液體流動阻尼把人體勢能轉(zhuǎn)化成液體熱能，以達(dá)降低速度的目的。其主要特點是由于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。 通過對上述幾種逃生器的認(rèn)識，我們認(rèn)為逃生器應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)緊 湊，工藝簡單，安全可靠、使用方便、成本低廉等特點。 高樓逃生設(shè)備中較成熟的有逃生傘和放火梯，其中逃生傘至少要求樓層在 220 米以上才能使用，而放火梯的使用高度在 15 米以下。這大大的影響了它門的使用范圍， 基于此，本文設(shè)計出高樓自動逃生器， 適用于 6－ 250米的高度范圍，這正好可與逃生傘，放火梯優(yōu)勢互補(bǔ)。 2 這樣不僅滿足了高樓逃生器的基本特點，而且創(chuàng)新利用了齒輪傳動比的調(diào)速功能。此設(shè)計由于小巧便捷，成本低，特別適宜家庭備用于緊急脫險。 設(shè)計的創(chuàng)新部分及獨特優(yōu)勢分析 總結(jié)以往逃生器的不足，經(jīng)過多方面的改進(jìn)與 完善，我們的設(shè)計形成了自己獨特的優(yōu)勢。 （ 1）自動調(diào)速。該裝置在逃生者下降的過程中自動調(diào)速，無需手動操作，不需要專業(yè)知識。解決了以往逃生器兒童、婦女以及老人無法使用的難題。 （ 2）自動實現(xiàn) s 左右的速度下滑。該裝置的離心力摩擦系統(tǒng)，使速度變化趨于和緩，有緩沖作用，使任何人使用都會保持 （ 3）滿足多人使用。該裝置 正反都可方向旋轉(zhuǎn)且速度相同， 特有的雙線軸結(jié)構(gòu)，能滿足多人循環(huán)使用，在有限的時間里挽救更多人的生命。 （ 4）附加有安全瑣緊裝置。該裝置在人體下落前鎖住逃生 器傳動機(jī)構(gòu)，使人體安全停留在空中，等待人體位置穩(wěn)定后，打開該裝置，人體開始下降，逃生器便開始工作。該裝置的應(yīng)用可以使人體從開始就可以平穩(wěn)下滑，而不會左右搖擺不定，這樣就避免了人體碰上建筑物而受傷。 2 高樓自動逃生器的設(shè)計 生器簡介 生器結(jié)構(gòu) 此逃生裝置呈圓柱體。主要由多人循環(huán)環(huán)節(jié)、加速環(huán)節(jié)、以及速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)四大部分組成。獨特的速度調(diào)節(jié)器能使逃生速度保持在 s 左右。精心構(gòu)思的多人循環(huán)部分使小小的逃生器能夠挽救多人的生命，精巧的減速器結(jié)構(gòu)簡單，卻能起到落地前減速的效果。 該逃生器 適用于體重 25~170 總之，此逃生裝置體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)經(jīng)湊，工藝簡單用于緊急脫險。 此裝置采用直徑 解釋繩子或用鋼絲繩線軸繞成可長達(dá) 55m，能滿足最高 15層的高樓逃生使用 3 圖 1 逃生器結(jié)構(gòu)圖 生器使用方法 （ 1）將裝置固定在所在樓層，開始時，兩根繩子分別纏繞在線軸 1，線軸 2上，并且繞向相反。 （ 2）將安全鎖緊裝置的扳手抬起，使其鎖住傳動機(jī)構(gòu)。 （ 3）逃生者 1 號將身上的繩索掛于線軸 2 上的繩索的掛鉤上，等待人體在空中穩(wěn)定后， 將鎖緊裝置的扳手扳下，跳樓逃生。隨著線軸 2的轉(zhuǎn)動，線軸 1 同時的以同一方向轉(zhuǎn)動，將線軸 1的繩子自動收起。待逃生者 1號降到地面，線軸 1收起的長度恰好為所在樓層高度，為第二個人逃生創(chuàng)造了條件。 （ 4）待逃生者 1號解除繩索掛鉤，逃生者 2號可以從線軸 1的掛鉤逃生，當(dāng)線軸 1下放的同時，線軸 2自動收起，待逃生者 2號降到地面，線軸 2收起的長度恰好為所在樓層高度，為第 3個人逃生創(chuàng)造了條件，于是逃生者 3號可以使用線軸 2的掛鉤逃生，如此循環(huán)，可滿足多人逃生。 生器加速環(huán)節(jié)設(shè)計 算傳動裝置的總傳動比及 分配各級傳動比 該逃生器的傳動部分采用兩級加速傳動，每級傳動比為 4 總傳動比為 計加速 。 算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 初始數(shù)據(jù)：人下降速度為 s，線軸繞滿時的半徑為 10體質(zhì)量 200㎏。 各軸轉(zhuǎn)速： Ⅰ軸： nⅠ =60/2∏ /43.3 r/軸： nⅡ = nⅠ × 58.3 r/軸： nⅢ = nⅡ × 95.7 r/軸輸入功率： 人對線軸的輸入功率 :P0=軸 ： PⅠ = 軸： PⅡ = PⅠ ×η r =W Ⅲ軸： PⅢ = PⅡ ×η r =軸輸入轉(zhuǎn)矩 : Ⅰ軸： TⅠ =9550 PⅠ /nⅠ =· m Ⅱ軸： TⅡ = 9550 PⅡ /nⅡ =· m Ⅲ軸： TⅢ = 9550 PⅢ /nⅢ =· m 輪的設(shè)計與校核 （一） 齒輪 1（大齒輪）、 2（小齒輪）的設(shè)計計算 1. 齒輪類型，材料，熱處理及精度 為利于機(jī)器的平穩(wěn)，壽命及制造方便，故選用直齒齒輪傳動。 此 機(jī)器為一般工作機(jī)器，選用 8級精度，采用鑄造制造。齒輪材料均使用 40質(zhì)），硬 度為 280 齒輪 1（大齒輪） 0，小齒輪 4， 2. 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 2131 )][(12??????? 確定各參數(shù)的值 ①試選載荷系數(shù) 選取區(qū)域系數(shù) Z ， 端面重合度 ??， ??，則 ????②查表得：接觸疲勞極限 σ 10初步計算許用接觸應(yīng)力 [σ =39σ 5 ③查表得：彈性影響系數(shù)寬系數(shù) ?①齒輪 1（大齒輪）的分度圓直徑 1d 2131 )][(12??????? ? 39 43 ???????? ②計算圓周速度 ? 100060 11 ?? ????? ?、塾嬎泯X寬 1b 和模數(shù) 1m 計算齒寬 1b 1b = 721 ??算摸數(shù) 1m 初選螺旋角 ? =14? 1m = 4c o o ??④計算齒寬與高之比 ? ⑤計算縱向重合度 ??=d a a n ?????=計算載荷系數(shù) K 使用系數(shù) 1 根據(jù) ,8級精度 , 查表得 動載系數(shù) 查表得：齒向載荷分布系數(shù) K?H=表得 : K?F=表得 : K?H=?載荷系數(shù) : K＝ K K K?=1× 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 d1 =144×145 ⑧計算模數(shù) 4c o 5c o ???4. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 )][(c ??? ?? ⑴ 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 ① 齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ＝ m 確定齒數(shù) z 因為是硬齒面，故取 601 ?z ， 24 傳動比誤差 i＝ u＝ 1 ??? i=0 ② 計算 當(dāng)量齒數(shù) o 1? ?o 2? ?③ 初選齒寬系數(shù) 由 表查得 ＝ 初選螺旋角 初定螺旋角 ＝ 14 ⑤ 載荷系數(shù) K K＝ K K K K =1× 查取 齒形系數(shù) Y 和應(yīng)力校正系數(shù) Y 查 得 : 齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù) 重合度系數(shù) Y 端面重合度近似為 ＝ [2111 ） ] ? [ 1/60＋ 1/24） ]× ＝ t?＝ tg n? /）＝ ＝ ? ? o ct ? t??? 7 則重合度系數(shù)為 ?? 螺旋角系數(shù)? 0? o?? ??Y⑨ 計算大小齒輪的 ][ ??安全系數(shù)由表查得 S ＝ 到彎曲疲勞強(qiáng)度極限 小齒輪?大齒輪?查表得彎曲疲勞壽命系數(shù) : 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= F? ]1 = ??[ F? ]2 = ??01 59 1 11 ???Y ? ?? 015 2 22 ???Y ? ?? 大齒輪的數(shù)值大 ⑵ 設(shè)計計算 ① 計算模數(shù) n o 243??? ??????? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù) 1357整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) ,取 要按接觸疲勞強(qiáng)度算得 的分度圓直徑 145計算應(yīng)有的齒數(shù) z1= 14取 60 那么 24 ② 幾何尺寸計算 8 計算中心距 a=? 21 = 中心距圓整為 65計算大 度圓直徑 14co s ??45mm 14co s ??0計算齒輪寬度 2B = ???圓整的 B B 圖 2 齒輪 1（大齒輪 9 3 齒輪 2圖（小齒輪） （二） 齒輪 3（大齒輪）、齒輪 4（小齒輪）的設(shè)計計算 1. 齒輪類型，材料，熱處理及精度 為利于機(jī)器的平穩(wěn)，壽命及制造方便，故選用直齒齒輪傳動。 此機(jī)器為一般工作機(jī)器，選用 8級精度，采用鑄造制造。齒輪材料均使用 40質(zhì)），硬 度為 280 齒輪 3（大齒輪） 42小齒輪 174 ?z ， 2. 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 2333 )][(12??????? 確定各參數(shù)的值 ①試選載荷系數(shù) 選取區(qū)域系數(shù) Z ， 端面重合度 ??， ??，則 ???? 10 ②查表得：接觸疲勞極限 σ 10初步計算許用接觸應(yīng)力 [σ =39σ ③查表得：彈性影響系數(shù)寬系數(shù) ?設(shè)計計算 ①齒輪 3（大齒輪）的分度圓直徑3][(12??????? ? 39 43 ???????? ②計算圓周速度 ? 100060 33 ?? ????? ?、塾嬎泯X寬3513 ??dd?算摸數(shù)3 =14? 3m= 4co 2co ??④計算齒寬與高之比 133 ?? ⑤計算縱向重合度 ??=d a a n ?????=計算載荷系數(shù) K 使用系數(shù) 1 根據(jù) ,8級精度 , 查表得 動載系數(shù) 查表得：齒向載荷分布系數(shù) K?H=表得 : K?F=表得 : K?H=?載荷系數(shù) : K＝ K K K?H K?H=1× 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 d3 =102× 11 ⑧計算模數(shù)4c o 5c o ??4. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 )][(c ??? ?? ⑴ 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 ① 齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ＝ m 確定齒數(shù) z 因為是硬齒面，故取 423 ?z， 17 傳動比誤差 i＝ u＝ 3 ??? i= 允許 ② 計算當(dāng)量齒數(shù) o 3? ?o 4? ?③ 初選齒寬系數(shù) 由表查得 ＝ 初選螺旋角 初定螺旋角 ＝ 14 ⑤ 載荷系數(shù) K K＝ K K K K =1× 查取 齒形系數(shù) Y 和應(yīng)力校正系數(shù) Y 查 得 : 齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù) 重合度系數(shù) Y 端面重合度近似為 ＝ [2111 ） ] ? [ 1/42＋ 1/17） ]× ＝ t?＝ tg n? /）＝ ＝ ? ? o ct ? t??? 12 則重合度系數(shù)為 ?? 螺旋角系數(shù)? 0? o?? ??Y⑨ 計算大小齒輪的 ][ ??安全系數(shù)由表查得 S ＝ 到彎曲疲勞強(qiáng)度極限 小齒輪?大齒輪?查表得 彎曲疲勞壽命系數(shù) : 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= F? ]1 = ??[ F? ]2 = ??01 59 1 11 ???Y ? ?? 015 2 22 ???Y ? ?? 大齒輪的數(shù)值大 ⑵ 設(shè)計計算 ② 計算模數(shù) n o 243??? ??????? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù) 1357整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) ,取 要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 計算應(yīng)有的齒數(shù) z3= 取 42 那么 17 ② 幾何尺寸計算 13 計算中心距 a=?( 43 =中心 距圓整為 45計算大 度圓直徑 ??05mm ??算齒輪寬度 4B = ???圓整的 B 圖 4 齒輪 3（大齒輪） 14 圖 5 齒輪 4（小齒輪） 的功能和工作原理 軸是支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回 轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件就裝在軸上。根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可分為：①轉(zhuǎn)軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見的軸，如各種 減速器 中的軸等。② 心軸 ，用來支承轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如 鐵路車輛 的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承 滑輪 的軸等。③ 傳動軸 ，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如 起重機(jī) 移動機(jī)構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用 球墨鑄鐵 或 合金鑄鐵 等。軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛 度，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動穩(wěn)定性。 的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計，必要時可做幾個方案進(jìn)行比較，以便選出最佳設(shè)計方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則： 1、節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀； 2、易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、 裝配、拆卸和調(diào)整； 3、采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施； 4、便于加工制造和保證精度。 的作用 軸的作用：支承回轉(zhuǎn)件、傳遞運(yùn)動和動力。 15 的類型 軸按受載荷不同分： 轉(zhuǎn)軸：既受轉(zhuǎn)矩又受彎矩。 心軸：只受彎矩。 傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩。 按軸的形狀分：直軸和曲軸 按其承載情況分類：轉(zhuǎn)軸和 心軸 和 傳動軸 轉(zhuǎn)軸其特點是：工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見的軸，如各種 減速器 中的軸等。 心軸 用其特點是：來支承轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些 心軸轉(zhuǎn)動，如 鐵路車輛 的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承 滑輪 的軸等。 傳動軸 其特點是：主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩， 如 起重機(jī) 移動機(jī)構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用 球墨鑄鐵 或 合金鑄鐵 等。 的材料選擇 選擇軸的材料首先要有足夠的強(qiáng)度，對應(yīng)力集中敏感性低，其次還須能滿足剛度、耐磨性、耐腐蝕性等方面的要求，并具有良好的加工工藝性，且價格低廉、易于獲得。還要有經(jīng)濟(jì)性、合理性、適用性。在 45 號剛、 些材料中，經(jīng)過對比，選取 45號剛為軸的材料。 45 號剛化學(xué)成分是含碳（ C）量是 量為 量 <=在設(shè)計毛胚直徑 <100，經(jīng)正火處理，其硬度為 170~217抗拉強(qiáng)度 極限為 ??，屈服強(qiáng)度極限為 ?，彎曲疲勞極限為 P?? ，剪切疲勞極限為 ?? ，許用彎曲應(yīng)力為 55p ??，具有價格便宜， 經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能的優(yōu)點，所以材料選擇 45鋼。 的設(shè)計與校核 （ 1）Ⅰ軸的設(shè)計與校核 已知軸上所傳動扭矩為 ? 選擇材料 45 號剛，正火處理，硬度170~217拉強(qiáng)度極限 ??,屈服強(qiáng)度極限 ?,抗彎疲勞極限 P?? ,剪切疲勞極限為 ?? ,許用彎曲應(yīng)力 55p ?? 則按許用切應(yīng)力計算軸徑的計算式得 3 16? 16 代入數(shù)據(jù)得 取軸的最小直徑 即 ， 選擇軸承：選擇深溝球軸承，主要承受徑向載荷也能承受一定的軸向載荷。 處選擇軸承 6006型，其基本尺寸： ， ， ， Ⅰ軸結(jié)構(gòu)如圖 圖 6 Ⅰ軸結(jié)構(gòu)圖 軸的受力分析和校核 大齒輪受力 t ? 1tF =線軸受力 t ? 計算支承反力 ?? ??? ???= =1348 N 17 水平受力圖水平彎矩垂直受力分析垂直彎矩合成彎矩圖圖 7 校核Ⅰ軸 表 1 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F = =257N =1348 N =彎矩 1M=89883 N·m m 2M=74411 N·m m 扭矩 T TⅠ =191250 N·m m 18 許用應(yīng)力值 查表得 [σ 0b]=[σ 60 力校正系數(shù) α =[σ [σ 0b]=量轉(zhuǎn)矩 α · 量彎矩 在線軸中間截面 處 MⅠ =141774 N· 右側(cè)軸承中間截面處 MⅡ =132288 N· 第三強(qiáng)度理論，計算應(yīng)力為 221( T )????? 316?代入數(shù)據(jù)得 ? ? ?? ??故軸強(qiáng)度滿足要求 （ 2） Ⅱ軸的設(shè)計與校核 已知軸上所傳動扭矩為 ? 擇材料 45 號剛，正火處理，硬度170~217拉強(qiáng)度極限 ??,屈服強(qiáng)度極限 ?,抗彎疲勞極限 P?? ,剪切疲勞極限為 ?? ,許用彎曲應(yīng)力 55p ?? 則按許用切應(yīng)力計算軸徑的計算式得 3 16?代入數(shù)據(jù)得 取軸的最小直徑 即 ， 選擇軸承：選擇深溝球軸承，主 要承受徑向載荷也能承受一定的軸向載荷。 處選擇軸承 6004型，其基本尺寸： ， ， ， Ⅱ軸結(jié)構(gòu)如圖 19 圖 8 Ⅱ軸結(jié)構(gòu)圖 軸的受力分析和校核 大齒輪受力 TⅡ / 1tF =850N 小齒輪受力 TⅡ / =486N 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 總彎矩 扭矩 T = = = =M=40951 N·m m 2M=21771 N·m m TⅠ =70100 N·m m 20 合成彎矩圖垂直彎矩垂直受力分析水平彎矩水平受力圖圖 9 Ⅱ軸校核 許用應(yīng)力值 查表得 [σ 0b]=[σ 60 力校正系數(shù) α =[σ [σ 0b]=量轉(zhuǎn)矩 α 1359 N· 量彎矩 在小齒輪中間截面處 MⅠ =58207 N· 在大齒輪中間截面處 MⅡ =46744 N· 第三強(qiáng)度理論，計算應(yīng)力為 221( T )????? 21 316?代入數(shù)據(jù)得 ? ? ?? ??故軸強(qiáng)度滿足要求 （ 3）Ⅲ軸的設(shè)計與校核 已知軸上所傳動扭矩為 ? 選擇材料 45 號剛，正火處理，硬度170~217拉強(qiáng)度極限 ??,屈服強(qiáng)度極限 ?,抗彎疲勞極限 P?? ,剪切疲勞極限為 ?? ,許用彎曲應(yīng)力 55p ?? 則按許用切應(yīng)力計算軸徑的計算式得 3 16?代入數(shù)據(jù)得 取軸的最小直徑 即 ， 選擇軸承：選擇深溝球軸承，主要承受徑向載荷也能承受一定的軸向載荷。 處選擇軸承 6004型，其基本尺寸： ， ， ， Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)圖 圖 10 Ⅲ軸結(jié)構(gòu)圖 22 軸的受力分析和校核 小齒輪 受力 TⅢ / =440N 減速盤受力 減速盤半徑 R=80 TⅢ /R=許用應(yīng)力值 查表得 [σ 0b]=[σ 60 力校正系數(shù) α =[σ [σ 0b]=量轉(zhuǎn)矩 α 5163 N· 量彎矩 在線軸中間截面處 MⅠ =42661 N· 在右側(cè)軸承中間截面處 M Ⅱ =31145N· m 按第三強(qiáng)度理論，計算應(yīng)力為 221( T )????? 316?代入數(shù)據(jù)得 ? ? ?? ??故軸強(qiáng)度滿足要求 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F = == =1220N 總彎矩 1M=39825 N·m m 2M=27203 N·m m 扭矩 T TⅠ =25700 N·m m 23 合成彎矩圖垂直彎矩垂直受力分析水平彎矩水平受力分析圖 11 Ⅲ軸校核 生器速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)設(shè)計 24 速度調(diào)節(jié)器是此裝置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這部分結(jié)構(gòu)簡單，亦相當(dāng)實用，能自動將速度控制在 s 左右或者更小。主要由帶槽圓盤、離心塊、彈簧以及摩擦導(dǎo)槽構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 12 速度控制器 正 面圖 圓盤半徑為 8簧勁度系數(shù)為 1N/簧的預(yù)緊拉力為 量體質(zhì)量為150g。帶槽圓盤上有四個導(dǎo)槽，每個槽內(nèi)有一個質(zhì)量塊，質(zhì)量塊只能在槽內(nèi)沿半徑方向來回運(yùn)動，質(zhì)量塊的一端用彈簧連接在圓盤彈簧槽中的小軸上，質(zhì)量塊與摩擦槽的接觸端裝有梯形橡膠塊，其形狀與摩擦槽吻合，摩擦槽設(shè)計成梯形槽如圖所示，以增大摩擦力。 速度控制器根據(jù)離心原理設(shè)計。圓盤靜止時，彈簧為拉伸狀態(tài)，所以質(zhì)量塊不向外運(yùn)動。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量塊有向外飛離的趨勢，隨圓盤轉(zhuǎn)速的增加，離心力也增加，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速達(dá)到 895.7 r/，即下降速度為 s 左右時。質(zhì)量塊離心力剛好使得摩擦塊與摩擦槽接觸并產(chǎn)生足夠大的摩擦力，使人體以 s 左右速度下降。之后 25 由于線軸繞線半徑越來越小，人體的下降速度會更小，如此更有利于人體安全下落和著地。當(dāng)下降速度減到 s，質(zhì)量塊的離心力小于彈簧的拉力，彈簧收縮，質(zhì)量塊被拉回內(nèi)側(cè)，若圓盤速度再次增大，質(zhì)量塊再次使之減速，如此反復(fù)，圓盤的速度便被控制在 到穩(wěn)速的目的 。 圖 13 速度控制器側(cè)面圖 量塊的設(shè)計 質(zhì) 量塊采用 45鋼，尺寸如圖 26 圖 14 質(zhì)量塊尺寸 生器多人循環(huán)環(huán)節(jié)設(shè)計 逃生器多人循環(huán)環(huán)節(jié)構(gòu)思巧妙，設(shè)計和制造都很簡單，結(jié)構(gòu)如圖所示。 線軸上的繩子起初是反向繞在一起的，繩的一端固定在轉(zhuǎn)軸上，其余的繩依次繞在轉(zhuǎn)軸上，繩的自由端在最外圈，用力拉自由端，轉(zhuǎn)軸就會轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)軸上裝有線性軸承，滑動塊摩擦片組件上的兩銷軸插在線性軸承內(nèi)，滑動塊摩擦片組件可沿轉(zhuǎn)軸的經(jīng)向滑動。當(dāng)繩受到拉力，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸通過銷軸帶動滑動塊摩擦片組件旋轉(zhuǎn)，滑動塊摩擦片受到 離心力沿經(jīng)向向外滑動，直到摩擦片接觸外殼?；瑒訅K摩擦片組件給外殼正壓力，同時其在外殼內(nèi)表面滑動，于是產(chǎn)生摩擦阻力矩來平衡繩所受的拉力產(chǎn)生的拉力矩 ［１５］ 。 27 圖 15 雙線軸結(jié)構(gòu) 因此該逃生器的優(yōu)點有三點： 1． 正反都可方向旋轉(zhuǎn)且速度相同。 2． 繩與轉(zhuǎn)軸之間的聯(lián)結(jié)可靠。 3． 離心力的利用率高，活動塊產(chǎn)生的摩擦力矩大。 使用時逃生者 1號將身上的繩索掛于線軸 2上的繩索的掛鉤上，等待人體在空中穩(wěn)定后，將鎖緊裝置的扳手扳下，跳樓逃生。隨著線軸 2的轉(zhuǎn)動，線軸 1 同時的以同一方向轉(zhuǎn)動，將線軸 1的繩子自動收起。待逃 生者 1號降到地面，線軸 1收起的長度恰好為所在樓層高度，為第二個人逃生創(chuàng)造了條件 [16]。 待逃生者 1號解除繩索掛鉤，逃生者 2號可以從線軸 1的掛鉤逃生，當(dāng)線軸 1下放的同時，線軸 2自動收起，待逃生者 2號降到地面，線軸 2收起的長度恰好為所在樓層高度，為第 3個人逃生創(chuàng)造了條件，于是逃生者 3號可以使用線軸 2的掛鉤逃生，如此循環(huán)，可滿足多人逃生。 生器安全鎖緊裝置的設(shè)計 逃生器安全鎖緊裝置的應(yīng)用及原理圖如圖所示 28 圖 16 逃生器安全鎖緊裝置的應(yīng)用及原理圖 使用順序： （ 1）將裝置固定在所在樓層，開始時 ，兩根繩子分別纏繞在線軸 1，線軸 2上，并且繞向相反。 （ 2）將安全鎖緊裝置的扳手抬起，使其鎖住傳動機(jī)構(gòu)。 （ 3）逃生者 1 號將身上的繩索掛于線軸 2 上的繩索的掛鉤上，等待人體在空中穩(wěn)定后，將鎖緊裝置的扳手扳下，跳樓逃生。隨著線軸 2的轉(zhuǎn)動，線軸 1 同時的以同一方向轉(zhuǎn)動，將線軸 1的繩子自動收起。待逃生者 1號降到地面，線軸 1收起的長度恰好為所在樓層高度，為第二個人逃生創(chuàng)造了條件 [17]。 將安全鎖緊裝置的把手提起，與把手連接在一起的凸輪隨即卡住了傳動齒輪 3，使其不能轉(zhuǎn)動，傳動部分被卡住，同時線軸也就不能轉(zhuǎn)動，這樣 就使得逃生者不下降，而停留在空中，當(dāng)逃生者位置穩(wěn)定后，逃生者就可以用手將裝置的扳手扳下，凸輪離開齒輪 3，齒輪 3開始轉(zhuǎn)動，逃生者開始下降，逃生器開始正常工作。 本裝置的設(shè)計目的就是使生者下落前身體穩(wěn)定在空中，以最大程度減少下落過程中由于人體起初的不穩(wěn)定造成的空中搖擺，讓逃生者安全下落。同時也給了逃生者心理和行動上一定的準(zhǔn)備時間，使本逃生裝置的更加人性化。 29 結(jié)論 很多國家設(shè)立的專門科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家聯(lián)合，推出各種實用性強(qiáng)、價格大眾化的逃生產(chǎn)品。最關(guān)鍵的是，很多國家有充足的逃生預(yù)案，并且高頻率地進(jìn)行模擬體驗。 俗話說熟能生巧，在大量咨詢、體驗、工具的輔助下，國外民眾逃生能力有了巨大的提高。認(rèn)真分析國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的最新發(fā)展動向，填補(bǔ)我國消防應(yīng)急救援裝備技術(shù)的漏洞，這些都急待解決。 本文設(shè)計出高樓自動逃生器， 適用于６－２５０米的高度范圍，這正好適應(yīng)這樣的趨勢，可與逃生傘，放火梯