毕业设计（论文）-高楼救生装置结构设计（全套图纸）.doc

*学院学士学位论文高楼救生装置结构设计 摘 要高楼是一个城市发展程度的标志，但是当高楼中发生火灾时，个人的逃生和救援工作都是很困难的，对人类生命的威胁也相当严重，因此对高楼救生装置的研究就有一定的必要性和急迫性。本课题要研究一种结构简单、使用方便的高楼救生装置。高楼逃生最需要解决的问题，就是以安全的速度从高处逃生，因此减速机构是高楼逃生的关键。本结构将离心缓降器和手动控制速度的升降机构结合起来，可以把使用者安全的降落到地面。本文根据高楼救生的要求，通过相关资料的收集和分析，确定了此装置的工作原理。结合机械设计方面的知识，对装置的结构进行了具体的设计。根据行星轮系和圆锥齿轮的工作条件和受力分析，对各齿轮的结构参数进行了具体的计算和校核。通过结构设计分析，保证了此高楼救生装置能够完成既定功能，工作安全可靠。关键词：高楼救生器；减速器；缓降器自锁装置；换向装置 全套图纸bstractHigh buildings were a symbol of the urban development. When high buildings fired, personal escape and rescue work was very difficult, and it also could threat to human life seriously. Therefore, the research on escape and rescue device in high buildings was necessary and urgent. This issue was to study rescue equipment which was a simple and easy to use. The problem solved most urgently was that people could escape from high buildings at the safe speed, so the reducer was the key to escape from high buildings. The design combined the centrifugal descent device and lifting body that could control speed by hand, thus user could be lowed to the ground safely.According to the requirement of high buildings lifesaving, the working principle of the device was determined through the relevant data collection and analysis. Combined with the mechanical design of the device, the structure of device was designed in detail. According to the planetary gear train and tapered gear working conditions and stress analysis, the structural parameters of gear was calculated and tested in detail. Through the analysis of the structure design, and the building life-saving device could be functioning, work safety and reliability were ensured.Keywords：high buildings life-saving; device reducer; descending lifeline; Foolproofapparatus; Reversing gear目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 引 言11.2 高楼救生器的结构形式及其国内外研究现状11.3 本文的所做工作的目的和意义41.4 本章小结5第2章 高楼救生器的工作原理及结构组成62.1 概 述62.2 高楼救生器工作过程简述62.3 高楼救生器的各部分的结构组成及其功能的实现72.4 动力的传动72.5 离合器的基本原理和工作方式82.6 直齿轮的转动原理以及与离心减速器的工作关系92.7 离心减速器的结构和工作原理102.8 本章小结10第3章 高楼救生器齿轮设计计算113.1 概 述113.2 行星齿轮的具体设计及其计算过程11 3.2.1 参数选择11 3.2.2 按齿面接触强度设计11 3.2.3 校核齿根弯曲疲劳强度133.3 圆锥齿轮的设计及计算14 3.3.1 选择材料、热处理方式、精度等级及齿数14 3.3.2 按齿面弯曲疲劳强度设计143.4 本章小结16第4章 轴的弯曲强度计算184.1 概 述184.2 轴的弯曲强度的计算184.3 本章小结20第5章 手摇机构的计算及辅助零件介绍215.1 概 述215.2 手摇机构的设计及其计算21 5.2.1 手摇机构的受力计算21 5.2.2 机构设计225.3 辅助零件介绍245.4 本章小结25结 论26致 谢27参考文献28第1章 绪 论1.1 引 言 近年来，随着经济的飞速发展，全国全世界涌现出众多的大型公共场所，例如：宾馆、商场、舞厅、办公楼等。由于人员密集，结构复杂、消防设施不完善，存在着严重的火灾隐患。特别是近几年来，地震、雪灾、水灾、疾病等不适的侵扰着我国，使人民的生命和财产受到了严重的威胁。我国连续发生多起重大火灾。例如：湖南、洛阳、郑州、吉林等各大城市，造成了极大的人员伤亡和无法挽回的经济损失。人们越来越重视灾难发生时救援和自救的设备的研究，而且近几年对此类装置的需求也在迅速增加。火灾时所用灾难中损失最大的一种灾难，而且随着城市的扩大，其频繁程度在增加，危害性也在逐年上升。高楼是一个城市的发展程度的标志，但是当高楼中发生火灾时，个人的逃生和救援工作都是很困难的，因此对人类生命的威胁也相当严重，更加有效和方便使用的高楼逃生救援装置的研究就具有一定的必要性和急迫性。 本课题要研究一种结构简单、使用方便的高楼救援装置。当发生火灾时，公共通道就像一个烟囱充满了二氧化碳、有毒气体及浓烟，能见度很低，使人辩别不清方向，找不到出口。容易引起人群骚乱，因此错过最佳逃生时间和机会，造成众多人员伤亡。如果以上场所安装该逃生器，情况就大不一样。当发生火灾时，逃生人员就不必在充满有毒气体和烟雾的通道内捅挤，而是从各个房间窗口分散逃离，而且极大限度的缩短了逃离时间，避免了由于人群本身捅挤而造成的人身伤害。 在消防队员来到之前，就可使部分人民迅速逃离火场，争取了营救时间。因此发明出一种行之有效高楼自救器成为需要，该逃生器在不需用电的情况下，可以缓慢匀速下降，快速回升，使被困人员在绝对安全的情况下连续不断地逃离火灾现场。1.2 高楼救生器的结构形式及其国内外研究现状高楼救生器要实现的基本目的就是发生火灾或者其他紧急情况时不能通过楼梯逃生，使用救生器时能够让处在高楼上的人员安全的降落到地面。其基本的机械装置就是缓降器。缓降器是一种用于高层建筑的新型救生装置。遇险时，首先将缓降器悬挂在室内或走廊尽头的窗口边、用台上或屋顶预设的支架上；然后避难者系上吊带固定在安全绳的一端井跳离危险位置；避难者就会在缓降器的控制下，以安全速度(0.161.5m/s)降至地面。目前的高楼救生装置大致分为：单纯的自动缓降器，手动的缓降器，轨道式高楼救生箱，高楼救生索，折叠式高楼救生器。 手动缓降器图1-1基本的原理为：在壳体内上方装有吊环，杠杆一端与吊环连接，另一端与连杆上端铰接，连杆下端与摆动架铰接，壳体内装有两个摩擦轮，上轮安装在摆动架上，下轮与涡轮制成同轴一体结构安装在壳体上，与涡轮啮合的蜗杆轴上装有两个小锥齿轮，与小齿轮啮合的大齿轮上装有手柄和驻停销，导轮的两侧各有一个压绳轮，刚好绳两头通过导轮由安全救生器下端伸出。图1-1 手动缓降器1-吊环 2-壳体 3-杠杆 4-连杆 5-摆动架 6-摩擦轮 7-闸块8-蜗杆 9-涡轮10-压绳轮 11-导轮 12-钢绳 13-小锥齿轮 14-大锥齿轮 15-驻停销 16-手柄自动缓降器图1-2具体使用时，胸部套上安全带(1)，扣上锁扣后直接从高处往下跳，人体下降时，卷筒(5)转动，卷筒的转动引起大齿轮(7)的转动，大齿轮(7)带动转动齿轮(9)转动，传动齿轮带动小齿轮(10)转动，并使小齿轮的转速达到卷筒(5)的110左右，小齿轮的转动使扇形离心片(11)在离心力的作用下往外运动，当速度大于安全下降的速度时，把连有移动刹车压板13的刹车片(14)推向固定板，达到减速的目的。图1-2 自动式缓降器1-安全带 2-钢绳 3-摇把 4-吊环 5-卷筒 6-卷筒轴 7-大齿轮8-轴承套 9-传动齿轮10-小齿轮11-扇型离心片 12-键槽 13-移动刹车压板 14-刹车片 15-离心支架 16-支撑杆图1-3中，救生绳索(1)采用阻燃纤维特制成足够强度、粗细和长度。安全扣(2)用不锈钢制成与救生绳索一端相连，并固定在滑轮中心轴上。安全扣(3)与救生绳的另一端相连，在救生时可以用以扣住人或物品先吊达地面，并可寻到物体(如树木，石块等)固定绳索减少摇摆。滑轮(4)(7)采用防锈合金制成，凹槽供绕救生绳。固定钉(6)穿过滑轮中心轴孔(5)，将滑轮固定在外墙上(8)。外罩(9)，能罩住并保护滑轮及绳索。为万无一失起见，此外罩应易被击碎，可用玻璃等物品制作。外罩下方小孔(10)供绳索拉出。图1-3 高楼救生绳1-绳索 2-安全扣(小) 3-安全扣(大) 4-滑轮 5-滑轮中心轴孔6-固定定滑轮用的螺丝钉7-滑轮之侧面观 8-外墙 9-外罩 10-外罩下方之小孔无动力折叠式高楼应急救生装置如图1-4，由一个长方形框架，框架内端上连接有活动架，活动架的端头分别设有横杆和主轴，主轴的二边端头安装有绳轮，绳轮内绕有钢丝绳，钢丝绳的端头设有吊钩；在一端绳轮外端安装有限速机构；框架与活动架之间由链条或钢丝绳连接。本救生器在原设计限速机构的基础上提出了可以以多种形式能连续地上下循环的救生设备，结构十分的简单，由两个折叠在一起的折叠式架子，然而他可以安装在靠墙体外侧的门或窗户上，应急时打开活动架实施逃生；也可以为卧式使用，即在长方形框架的下端安装上轮子，在其上端设置压载物，卧式机构可以灵活放置在楼道、阳台以及平顶屋顶上，实施救生时使用。一种高楼救生葫芦如图1-5，它包括壳体、盒盖、降落安全绳、绕轮和左、右手柄。其特点是：绕轮固定连接两侧抱闸轮，在两侧抱闸轮的外周组装左、右手抱闸带，在左、右手柄内分别铰接制动握柄和扩张握柄，制动握柄的前端铰接左手抱闸带的一端，左手抱闸带的另一端固定在盒盖上，在壳体的下端铰接两块压板，一块压板背面通过铰接的吊杆连接制动握柄，另一款压板背面通过铰接的吊杆连接右手抱闸带的一端，右手抱闸带的另一端固定在壳体上，两块压板相对面通过柔性连接件连接安全带穿环，扩张握柄的前端设有拨动右手抱闸带一端的拨头。通过壳体和盒盖的内侧分别固定组装摩擦片，摩擦片接触抱闸轮的外侧表面。通过两手控制抱闸，来控制降落，使遇险人员从高层安全降于地面，安全脱险，使用简便。图1-4 无动力折叠式高楼应急救生装置1-框架 2-铰链 3-活动架 4-横杆 5-主轴 6-限速机构 7-小齿轮 8-大齿轮9-绳轮 10-钢丝绳 11-吊钩 12-拉绳 13-压载物 14-车轮 15-调节手柄图1-5 一种高楼救生葫芦1-压板 2-吊杆 3-手柄 4-制动握柄 5-铰轴 6-右手抱闸带 7-绕轮 8-钢丝绳 9-定滑轮 10-定滑轮 11-壳体12、右手抱闸带 13-左手抱闸带 14-螺栓 15-拨头 16-铰轴 17-扩张握柄 18-手柄 19-吊杆 20-压板21-链条 22-铰轴 23-安全带穿环 24-抱闸轮 25-摇柄 26-盒盖 27-摩擦片 28-螺钉 29-左手抱闸带1.3 本文的所做工作的目的和意义当发生火灾时，公共通道就像一个烟囱充满了二氧化碳、有毒气体及浓烟，能见度很低，使人辩别不清方向，找不到出口。容易引起人群骚乱，因此错过最佳逃生时间和机会，造成众多人员伤亡。如果以上场所安装该逃生器，情况就大不一样。当发生火灾时，逃生人员就不必在充满有毒气体和烟雾的通道内捅挤。火灾发生时在消防救援官兵未赶到或云梯高度不够的情况下，从各个房间窗口分散逃离，而且极大限度的缩短了逃离时间，避免了由于人群本身捅挤而造成的人身伤害。使用救生缓降器，被困人员可立即自行脱险，彻底改变以往只能依靠消防救援的被动局面，就可使部分人民迅速逃离火场，争取了营救时间。同时也是楼房建筑突发事件被困者迅速脱险的最佳选择。1.4 本章小结首先对房屋结构和火灾发生时的情况进行分析，再对目前存在的火灾逃生救援装置进行资料的收集和分析，经过比较，总结其优点和缺陷，结合自身的思想，设计出一种结构简单、操作方便的高楼救生装置。根据工作原理，对机械本体进行设计，装配检查，通过力学分析，确定零部件的结构形式，再根据机械设计中的具体要求对其进一步修正；绘制装配图和零件图。第2章 高楼救生器的工作原理及结构组成2.1 概 述一般的高楼救生器的功能只是进行自动或者手动缓降到地面实现逃生，无法很好的控制下降的高度和速度，而且只能进行单一的通过重力进行从上到下的单一逃生方式。当出现例如井下像高出逃生，或是井下探险等类似的逃生机械并不多见。同时一下高空单人作业的工作修要进行间歇的上升或者下降，如若能通过一种结构简单，操做方便的小型升降器，来完成将会得到广泛的应用解决许多生活中的。另外多数救生机械都是装置固定，自救者只能被动的去降落逃生，不能由自救者进行完全的操控，它包括一个通道，该通道可贴紧在建筑物的外表面，也可在高楼建设过程中预先设置在高楼里，通道上设有与每一层楼道相同的进口，通道里面设有与楼层各处相同的漏斗式滑道，所述滑道由弹性材料做成。每个漏斗式滑道的张口端对应在另一个漏斗式滑道的紧口端，每个漏斗式滑道的张口端安装在通道的进口处。因此设计了一种多功能逃生救生探险升降器，此种高楼救生器不仅可以进行自动进行缓降，也可以进行手动的缓降，主要的是可以实现上升的功能，同时此种高楼救生器还有辅助绳轮，当主绳轮发生任何故障或者绳索用尽的时候，可以打开辅助绳轮进行继续的自动缓降到地面达到双重的安全。2.2 高楼救生器工作过程简述此种高楼救生器主要结构由主辅两个绳轮，一个具有双向传动手动手摇轮，行星齿轮，离合器，圆锥齿轮换向装置，自重摩擦离心减速器，棘轮棘爪单向传动反向自锁机构，另外配有安全挂钩，安全背带。主绳轮可由手动轮通过操作者控制其进行上升或者下降，也可以通过换挡降主动绳轮与离心摩擦减速器相连进行自动下降，当主绳轮发生故障或者主绳轮的绳索长度不够的时候可以打开辅绳轮，此时辅绳轮与离心减速器相连接，进行自动缓降，继续安全的到达安全处。设有主辅两个绳轮，增加了装置携带绳索的数量，又增加了安全性。当主绳轮发生任何故障无法进行降落的时候，可以打开辅绳轮通过离心减速器进行自动缓降，到达安全的地点。整体装配图2-1具体操作过程：扭动离合器拉环，使离合器处于工作状态，顺时针摇动手柄，此时手柄带动行星齿轮轴，通过行星减速器带动减速，由行星杆连接心轴传递到一个离合器，传递到绳轮进行上升操作。当逆时针转动手摇柄的时候同样通过上述传递过程进行传递，使绳轮下降。当离合器分离的时候通过齿轮传动到离心减速器，由离心减速器控制绳轮的下降速度，使人以一定的速度进行缓降。当主绳轮发生故障的时候可以打开辅助绳轮进行同样通过离心减速器进行安全的缓降。使使用者的安全性大大的增加。 图2-1 整体装配图2.3 高楼救生器的各部分的结构组成及其功能的实现手摇轮的结构设计及其功能实现实现的功能是通过手摇轮带动行星齿轮轴进行正转和反转，并且能够使轴达到自锁的功能。手摇轮图2-2具体功能介绍：当摇动手动手柄顺时针旋转时制动螺母由螺纹旋向摩擦片，使摩擦片棘轮制动器座压为一体，如刚性连接一样进行转动。此时棘爪在棘轮齿上滑过，制动机构起着联轴起的作用。一旦停止操作，人的重力想要拽动齿轮轴反转，但棘爪卡住棘轮，机构呈现制动状态，使人停止不动。想要降落的时候，反向转动手柄，由于制动螺母反向微量转动，使摩擦片间的轴向压力降低，制动力矩下降，摩擦片打滑，此时棘爪仍卡住棘轮不动，人可以徐徐下降。一旦停止转动，人的重力就欲拽动齿轮轴继续下降，制动器座由螺纹旋向摩擦片，使摩擦片棘轮制动螺母和制动器座再次的压为一体，被棘爪卡住，机构再次进入制动状态，使人停止不动。如此的反复，既能完成人的升降作业。 图2-2 手摇机构2.4 动力的传动动力的传递图2-3当通过手摇上升的时候，摩擦片棘轮制动器座压为一体，制动机构起着联轴起的作用，手轮的转矩通过长轴传动到行星齿轮减速器的中心轮输入，经过行星齿轮减速后，行星轮的连杆带动心轴转动，心轴穿过固定有绳轮的轴套与离合器的一段相连接，离合器的另一端也是与心轴连接的，心轴通过花键与又一齿轮进行转矩的传递，同时这个齿轮通过连杆与装有绳轮的轴套固联，这样当离合器结合的时候，就可以将手轮的转矩传递到绳轮了。当逆时针转动时，摩擦片打滑，此时棘爪仍卡住棘轮不动，转矩直接由手摇柄传递到齿轮轴，通过行星齿轮传递到绳轮。图2-3 动力的传递2.5 离合器的基本原理和工作方式离合器如图2-4所示，采用牙嵌式离合器，通过花键可以在轴套里沿着轴向进行移动，进行离合器的闭合和分离，在心轴外部轴套和离合器之间放有弹簧，可以保证两离合器片能够不借助外力而随时保持闭合状态。在心轴的另一端装有可以绕心轴转动的挡片并且挡片上有对称的凸起图2-4(a)，同时轴套设有对应的凹槽图2-4(b)，凸起可以放入凹槽中，这样弹簧就可以把离合器推向右端，使两离合片啮合一起实现传动。当拉动心轴使凸起离开卡槽并进行旋转，使凸起卡到卡凹槽的边沿上这样一端的离合器片图2-4(c)，(d)就会分离，致使动力的传递终止。由于该离合器传递的扭矩较小，震动较小转速很慢，并且此处的离合器在运动中多是只进行由闭合到分离的过程，很少在运动中由分离到闭合的过程，通常都是在无载荷，无运动进行由分离到闭合的状态10。因此设计的离合器采用矩形牙型，以便于加工，和节约成本。 (a)离合器总图 (b)离合器挡片凸起 (c)凹槽轴套 (d)离合器凹槽片 (e)离合器凸起片图2-4 离合器2.6 直齿轮的转动原理以及与离心减速器的工作关系1.直齿轮相互啮合，并且始终与绳轮固联，当离合器闭合的时候，顺时针旋转手轮绳轮上升这时离心减速器的左端的棘轮棘爪是滑过的，当手轮逆时针摇动的时候，绳轮下降，此时棘轮棘爪相互啮合，这时候离心减速器工作，这样也可以减小手摇轮所受到的力，当离合器分开的时候绳轮进入自动缓降模式，由齿轮连接离心减速器进行自动的缓降。2.离心减速器如何实现两主辅绳轮共同使用图2-5，而且不发生烦扰离心减速器与圆锥齿轮固联与另两圆锥齿轮相啮合，当主绳轮进行自动缓降的时候，离心减速器左侧的棘轮棘爪是处于啮合状态进行力的传递。而另一边的棘轮棘爪是处于滑过的状态。当打开辅绳轮的时候，辅绳轮拉动棘轮，棘轮与棘爪啮合，拉动离心减速器进行自动的缓降。而另一端的棘轮棘爪是处于滑过的状态的。这样就实现了同一个离心减速器实现主辅两个、绳轮共用的目的。图2-5 离心减速转动齿轮2.7 离心减速器的结构和工作原理离心减速器如图2-6所示，设有离心支架的圆锥齿轮和设有同轴刹车车片的移动刹车压板以及键槽相连接，并同轴转动，离心支架的两端设有扇型离心片。 打开离合器，人进行自降的时候转速增加，由于离心力的作用使扇型离心片向两侧张开，并通过前端卡爪推动套筒压向固定在底板的刹车片，来达到控制速度，当速度越大离心片与刹车片压的越紧密，产生的阻力就越大。因此离心减速器的作用最后使使用者以一定的速度进行匀速降落，并将此速度设定到安全降速的范围之内。图2-6 离心减速器2.8 本章小结 本章对自救器的整体功能和各个部分的具体功能都做了具体的介绍。通过手摇柄在齿轮轴上通过螺纹的微量转动，及其摩擦片和棘轮棘爪的，很好的实现了通过手摇轮实现进行升降的功能，实现了停止运动能够自锁的功能。通过门锁的启发构想出了心轴式的离合器，很好的实现了离合器的闭合和分离。同时两个棘轮棘爪，很好的利用了单向传递扭矩，反向自锁的功能。第3章 高楼救生器齿轮设计计算3.1 概 述齿轮传动是应用最广泛的一种转动形式。其主要特点为传动比准确、效率高，转动功率和速度范围广、工作可靠、寿命长、结构紧凑；基于上述特点，因此大多数的转动采用了齿轮转动。行星齿轮转动与普通定轴传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及转动平稳和转动效率高等优点，因此采用行星齿轮作为本结构的主要减速转动机构。圆锥齿轮用于传递相交轴的传递动力，能够节约很大的空间。下面对所要选用的行星齿轮，和圆锥齿轮进行具体尺寸的计算，以及强度的校核。3.2 行星齿轮的具体设计及其计算过程输入的转速为=60；输出的转速为=8.8；能够承载人的初步设计为150kg；传动比为=6.8；=1.6；=4.25； 输出功率为=123.6W；输入的功率为=123.60.980.980.990.99=131.3W3.2.1 参数选择选择小齿轮的材料40Cr，调质处理，硬度241286HBS12；大齿轮材料ZG35CrMo，调质处理，硬度190240HBS，精度8级。取=50，则=1.650=80 (3-1)3.2.2 按齿面接触强度设计 (3-2)1.确定各参数值Nmm (3-3) Nmm (3-4)初选载荷系数=1.2；取齿宽系数=0.6；查的弹性系数=188.9，查取节点区域系数=2.5，查取接触疲劳强度极限=800MPa，= 560MPa。小齿轮应力循环次数 60325085=5.9 (3-5)大齿轮应力循环次数 =6025085=4.6 (3-6)查得接触疲劳寿命系数=1.6，=1.6(允许局部点蚀)。取安全系数=1,许用接触应力 Mpa (3-7) Mpa (3-8)2.确定传动尺寸初算小轮分度圆直径 (3-9) = =24.4mm 由圆周速度 m/s， (3-10)查得动载荷系数=1.0；查得使用系数=1.1。 假设N/mm，查得齿间载荷分配系数=1.1；查取齿向载荷分布系数=1.07(轴的刚性大)，故载荷系数 K=1.01.11.11.07=1.29 (3-11)按K=值对修正，即=25.00mm (3-12)确定模数=2mm (3-13)查得取m=2mm；中心距a=(+)=(25+40)=65mm (3-14)圆整中心距为五的倍数。取Z1=25，Z2=40，a=65mm不变，此时传动比 ，保持不变完全符合设计要求。分度圆直径=m=252=50mm (3-15)=m=402=80mm (3-16)齿宽b=0.625=15mm，取大齿轮齿宽=10mm。3.2.3 校核齿根弯曲疲劳强度MPa (3-17)1.确定各参数查取齿形系数与应力校正系数=2.32，=1.70，=2.22，=1.77；查得弯曲疲劳寿命系数= 1.3，=1.6；查得弯曲疲劳极限=600MPa，=480MPa取=1.25可得许用应力=624Mpa (3-18)=614.4MPa (3-19)2.验算齿根弯曲疲劳强度 (3-20) = 2.321.70 =140.4MPa (3-21) =140.4 =139.9MPa弯曲疲劳强度足够。3.验算 (3-22) 符合设计要求。3.3 圆锥齿轮的设计及计算自降速度为1m /s；使用者的体重许用为150kg；圆锥齿轮所要承载的功率为=150kg9.8N/kg 1 m/s=1.5kW (3-23)传动比 =5/3=1.673.3.1 选择材料、热处理方式、精度等级及齿数选择小齿轮的材料40Cr，调质处理，硬度241286HBS；大齿轮材料ZG35CrMo，调质处理，硬度190240HBS；精度8级。取=24，则=1.6724=40。3.3.2 按齿面弯曲疲劳强度设计 (3-24)1.确定各参数数值 (3-25) (3-26)初选载荷系数=1.2取，齿宽系数=0.25，查取齿形系数与应力校正系数=2.65，=1.58，=2.28，=1.73；查得弯曲疲劳极限=600Mpa，=480MPa；查得弯曲疲劳寿命系数= 0.9，=0.91。取=1.25可得许用应力=432MPa (3-27)=349.44MPa (3-28)2.确定转动的参数 初算小齿轮的模数 (3-29) = =2.24 由圆周速度 (3-30)查得动载荷系数=1.06；查得使用系数=1.1；由于直齿圆锥齿轮精度较低，取齿间载荷分配系数=1；查取齿向载荷分布系数=1.02(轴的刚性大)；故载荷系数K=1.061.111.02.=1.19；按K值对修正，即=2.23mm (3-31)取模数m=3。由分度圆直径=m=243=72mm (3-32)=m=403=120mm (3-33)齿宽 b=0.2572=18mm (3-34)轴交角 锥距=70mm (3-35)锥角， (3-36)齿宽中点分度圆直径=63mm (3-37)=105mm (3-38) 当量齿轮模数 =2.625 (3-39)当量齿数 =28 =77.66 (3-40)当量齿数比 =2.78 (3-41)图3-2 圆锥齿轮3.4 本章小结 根据行星轮系和圆锥齿轮的工作条件和受力分析，对行星齿轮按照接触疲劳强度设计计算弯曲疲劳强度校核。对圆锥齿轮进行弯曲疲劳强度计算，按照接触疲劳强度校核。确定了各种齿轮中心距，模数，齿数，齿轮厚度等参数。通过齿轮的计算基本确定了此装置的主要尺寸：中心距、箱体尺寸、以及其它部件的关联尺寸。第4章 轴的弯曲强度计算4.1 概 述轴的弯曲和扭转变形是工程中遇到较多的一种基本变形，弯曲强度是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。扭转刚度是指材料抵抗扭转变形的能力大小,作为输入构件的齿轮轴直接由手摇杆传递动力因此的结构零件，对二者进行弯曲强度和扭转刚度的计算显得尤为重要。轴的结构设计应满足以下要求：1.轴应便于加工，轴上零件应易于安装、调整和拆卸(制造安装要求)；2.轴的受力要合理，应力集中小；3.轴上零件应定位准确、固定可靠；4.轴的加工工艺性好。4.2 轴的弯曲强度的计算 1.计算出轴的最小轴径为 (4-1)所求d为最小轴径。取d为18mm。2.轴的受力分析传递的转矩mm (4-2)齿轮部分分解的力切向力 (4-3)径向力 (4-4)轴向力 (4-5)垂直面上 (4-6)则 (4-7) (4-8)弯矩和扭矩合成图如图4-7。可见M截面是危险截面，根据公式 (4-9)式中 轴的计算应力，单位：；为折合系数，扭转减怯应力 循环变应力时，；M轴所受到的弯矩，单位：；T轴所受的扭矩，单位：；W轴的抗弯截面系数，单位为，(1截面处有键槽)，为轴的直径，为轴上键槽的宽度，为键槽的深度。图4-1 弯矩及扭矩图根据上面图4-1可知对称循环应力时轴的许用弯曲应力，所以=55Mpa (4-10)满足强度要求。4.3 本章小结在进行扭转分析的时候正常的扭力是施加在长轴的表面的，在计算时是通过两个集中力来代替这个扭矩的，虽然不能完全反应实际情况，但是通过计算得到的数据完全符合设计的要求。第5章 手摇机构的计算及辅助零件介绍5.1 概 述手摇轮是救生器的关键控制部件，因此手摇机构的设计计算显得还是很重要的一部分，因此对手摇机构进行受力分析计算是很重要的。手摇机构的运动形式还是比较复杂的，在上升、停止、下降的过程中各个状态的具体分析受力情况，以及手摇机构最重要的传动方式，螺纹传动的具体的设计是在实际操作当中，能否十分流畅的进行运动的关键部分，棘轮棘爪是整个装置在静止的时候的自锁机构。5.2 手摇机构的设计及其计算5.2.1 手摇机构的受力计算手摇柄制动机构结构。由于制动机构在上升的过程时棘轮和棘爪是处于滑过的状态起不到任何的制动作用，只有在停止和进行下降的过程中才能起到作用，因此分别分析在停止和下降的过程中制动机构的具体的受力情况就可以了。手摇机构及其制动机构的结构具体如图5-1。1.停止时当使用者上升停止后，由于使用者重力的作用使中心轴受到一旋转力矩，该力矩在螺纹副中产生摩擦力矩，其值为。螺纹摩擦力矩所产生的轴向力P即为制动器座与制动螺母间的夹紧力，该夹紧力在制动器座与棘轮间产生了摩擦制动力矩其值为。旋转力矩由螺旋摩擦力矩和制动力矩平衡27。 图5-1 手摇柄机构1-棘爪 2-棘轮 3-制动器座 4-长轴 5-摩擦片 6-摩擦片 7-制动螺母 8-手摇柄即= (5-1) = (5-2)制动机构的最大制动力矩等于两块摩擦片可能产生的最大摩擦制动力矩，即 (5-3)通常用制动机构的最大制动力矩与重物的旋转力矩的比值来反映制动机构的制动安全程度，该比值称为制动安全系数K。即K = (5-4)式中 螺纹升角；螺纹当量摩擦角；摩擦片的摩擦系数；螺纹平均半径；制动器座与棘轮间的有效摩擦半径，取= ( + ) /4；制动螺母与棘轮间的有效摩擦半径, 取= (+) / 4。由式(5-4)可见，手摇机构制动机构的制动安全性与螺纹(、)，摩擦材料()和制动零件尺寸(、)有关。2.下降时要使使用者下降, 必须在制动螺母上施加一旋松力矩Ms , 该力矩与使用者的旋转力矩Ms之和应当等于最大制动力矩，即 (5-5) (5-6)由式(5-5)可以看出, 旋松力矩依K 值大小而定, K值越大,旋松力矩越大。5.2.2 机构设计1.K值的合理值制动安全系数K值反映了制动机构的制动安全性。当使用者处于停止状态时，K值越大，制动机构越安全可靠; 当使用者处于下降时, K值越大, 下降所需的旋松力矩 越大，也就是说，下降所需的操作力也越大。过大的操作力会给使用带来诸多的不便,如:耗费体力,制动打不开,机体摆动过大影响使用等问题。因此，选择手摇机构制动安全系数时，即要考虑制动安全可靠，又要考虑下降时的操作力不宜过大。通常K值可选为：K = 1.451.65。手摇的手柄较长，操作用手扳动，容易用力，同时下降操作时有一定的力感会感到安全，故K值可选高些。2.螺旋设计在常见的各种螺纹中，一般梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹常用于螺旋传动，三角螺纹一般用于联接。但三角螺纹制造简便，加工成本低，结构尺寸小，因此，对生产批量大，结构尺寸小的手动葫芦来说，制动机构的螺旋通常采用三角螺纹。使三角螺纹不常用于螺旋传动的原因是由于其传动效率低，摩擦阻力大，且易发生自锁。要使三角螺纹用于传动, 就必须解决三角螺纹自身的不足。根据螺旋知识， 三角螺纹传动效率 (5-7)当量摩擦角 (5-8)式中 螺纹摩擦系数；螺纹牙型角。自锁条件 (5-9)由上述可见，增加螺纹升角 就可以提高三角螺纹的传动效率，解除自锁条件。通常采用增加螺纹头数的方法来增加螺纹的升角。由式(5-4)可知，制动安全系数K值与、有关。平均半径 一般由结构确定：增加螺纹升角可提高传动效率，解除自锁条件，但同时也会影响K值，增加使K值下降，因此在设计螺纹升角时，既要考虑提高传动效率，解除螺纹自锁，同时又要考虑机构的制动安全性。通常选 = 1020；当量摩擦角取决于螺纹的牙型角和摩擦系数f ，可通过良好的润滑和提高螺纹的加工精度来减少f 值，提高K值。综上考虑选用，可以选用M20螺距为4的非标准螺纹。如若进行小批量生产可以直接使用M20螺距为4的梯形标准螺纹。3.摩擦材料摩擦片材料的好坏将直接影响制动机构的制动安全性。摩擦材料的特性指标有：摩擦系数、摩擦损耗、硬度、冲击强度及吸水吸油性等29。对手动葫芦而言, 设计时主要考虑摩擦系数和硬度。摩擦系数是摩擦材料的重要性质， 其大小直接影响制动机构的制动性能。摩擦系数并非固定不变，它与制动机构的工作温度、摩擦线速度和制动面比压有关。摩擦系数一般随比压增加呈下降趋势，随温度、摩擦线速度增加较为明显的下降。由于工作是间歇性的，且升降重物的速度不大，因此几乎没有温度和摩擦线速度的影响, 但由于制动件的制动面设计有一定的斜度,因此摩擦片的比压较大, 选择摩擦系数时应考虑比压的影响。手摇机构摩擦片的摩擦系数通常可选为= 0.380.44。摩擦片的硬度对制动性能有一定的影响。软质摩擦片与制动零件的对偶吻合性好，摩擦反应灵敏，但强度差，易破碎；硬质摩擦片与制动零件吻合性要差，接触面小，但强度好，不易摩损。手摇机构可选用硬度HB25HB30 左右的摩擦材料28。本设计选用的摩擦材料为普通软质编织制品，未经热压或硫化，摩擦因数为0.300.60，代号ZP1。抗弯强度25MPa。5.3 辅助零件介绍在使用救生器的时候其他辅助的工具也显得十分的重要，背带的结构如图5-2结构十分的简单、实用、方便、安全。图5-2 背带在挂钩的使用上，一般选用安全的自锁式挂钩，增加的挂钩的安全性。背带的挂钩如图5-3，绳端挂钩如图5-4。 图5-3 背带挂钩 图5-4 绳端挂钩5.4 本章小结通过对手摇机构的具体分析，对本结构中最主要的螺纹传动进行了理论的分析。得出增加螺纹升角就可以提高三角螺纹的传动效率, 解除自锁条件。通常采用增加螺纹头数的方法来增加螺纹的升角。对摩擦片的合理选择和棘轮的应力分析使得制动机构有了很好的理论基础。对于其他辅助零件的有效选择增加了逃生的安全性和便捷性。结 论本文对高楼救生器进行了具体的结构研究和设计。并对救生器的齿轮进行了设计和校核计算，现将主要的工作与结论归纳如下：1.详细的叙述了高楼救生器的结构组成及其有关方面的发展历史和发展的现状。2.阐述了要设计的高楼救生器所具备的功能，以及各部分功能的具体实现。分析了各个部分的具体组成和的具体工作原理。并通过CAD的二位图形使各部分的具体结构完全的呈现出来，其中对几个主要的模块：手摇机构、动力的传动、离合器的原理和工作方式、离心减速器的工作原理和离心减速器的工作关系作了详细的分析和介绍。3.对所要用到的结构，行星齿轮进行在运动的过程进行了受力分析，和所需要的传动比进行计算，并对齿轮的分度圆直径、模数进行选择，并对其进行了力的校核。使得齿轮的选用在理论上有了保证。由于生产和安装的误差使得