M W
m 0 1 240

1 140
MT WT
d 14.95mm
故取轴的最小直径为 20mm
m 0
取 S 1.8
计算得 S 2.45 1.8 合理 3.1.4 键的设计 选取平键连接 因为 d 20mm ，查表得
b2 h2
弧形扣的数量为 4 个。它的作用是连 接钢丝绳与安全带，锁定高空缓降器。 3.3 钢丝绳
p
4T 4 39 103 4.875Mpa dhl 2 28
系数高。
取 p 125Mpa
p p
合理
3.2 弧形扣
4 、工作原理及性能分析 擒纵机构可分为固有振动型擒纵 机构和无固有振动型擒纵机构两类。 本设计运用的是无固有振动型擒纵机 构。 本设计为无固有振动系统型擒纵 机构，仅由擒纵轮3和擒纵叉4组成。
因为下降过程中为恒速下降
a 0 m / s2
所以
f G

2 T
T
设计当人的质量 100kg 时， 为下降 速度 v 2m / s 猜测每个人下降的速度都是恒速，且 速度值各不相同，下降的速度与人的 体重成正比。假设存在一个下降速度 系数 k ，使得 v km 。如果求得的 k 满 足安全要求则合理。 显然 k 由机构本身 v 2 确定。 k 0.02 m 100 对某一次下降过程中: 设恒定速度为 v 2m / s 设人的质量： m 100kg 重力加速度： g 9.8 N / kg 设擒纵叉往复振动的周期为 T 设擒纵轮绕钢丝轴的直径为 d 设擒纵轮分度圆的半径为 R
d A3
P n
G mg P Fv mgv 100 9.8 2 1.96kw
由 v 2m / s 得
3.1.3 轴的安全系数校核计算 按疲劳强度安全系数校核
S S S
2 S S2
பைடு நூலகம்
v d
1 v n 60 f 60 60 2 2 d
2、 设计方案
该机构由四部分组成：齿轮减速 装置、弧形扣、钢丝绳、安全带。使 用时先将挂钩挂在房屋内可固定承重 的地方，然后把安全带套在人身上， 最后小心将身体移出窗外降至地面。 齿轮减速装置结合了行星齿轮机构传 动和擒纵机构传动，类似钟表里面的 擒纵机构。由于擒纵机构特性：擒纵 叉往复振动的周期与擒纵叉转动惯量
取 T 45Mpa 计算得 9.55 106 3 A 103 0.2 45 综上
0.1 0.2
取 0.15 取 kN 1 查得
0.05 0.1 0.08
1
d 103 3
1.96 d 30

1 、研制背景及意义
随着建筑高度的增加和日趋密 集，建筑的安全隐患也越来越多。即 使在发达国家的高楼遇有火灾爆炸等 事件时，虽上有救援直升飞机，下有 救援云梯车，但因时间、空间等诸多 因素的限制，仍难发挥理想的作用， 屡屡造成伤亡。其中，震惊世界的美 国 “9． 11 事件” 就是一例。 美国9． 11 事件中几百名消防员丧生的原因之一 就是不能及时有效地脱离现场。因此， 如果有在灾难发生时供受困者进行自 救的设备，相信可以挽救很多生命。 城市高楼火灾是一种发生频率 高、涉及面广、蔓延速度快、破坏性 大、救援和逃生困难的突发性灾害。 目前国内外现有的高层建筑逃生装置 主要有三种类型。一种是机械电动式 逃生装置，需要电源提供动力，同时 还需要机械传动机构进行变速缓降； 很显然灾害发生时电源能否可靠使用 是个大问题，其次该装置复杂庞大、 成本高，不宜推广使用。一种是斜索 滑降逃生装置，需要先将绳索的一端 固定在地面上，然后逃生者依靠夹持 绳索装置夹持斜索滑降逃生；该装置 需要别人帮忙固定绳索来完成逃生， 及时性和容易性是个问题。还有一种 是利用各种齿轮系、滑轮组等机械装 置同时结合相应的摩擦阻尼或液 体流动阻尼的方法进行缓降逃生，这 类逃生装置都需要零件固定安装支 架；结构复杂，一个构件出问题就会 给逃生者带来安全隐患，而且使用繁 琐费时、且成本较高。因此简单、安 全、快速的机械自助逃生装置是高层 建筑逃生装置今后发展的一个重要趋 势。本文所述的逃生装置为纯机械装 置，结构简单，不需要外在动力，可 多人次循环使用；利用偏心钟摆结构 使逃生者自重转化为相应的摩擦阻力 矩，可使不同体重的逃生者都以安全 的下降速度进行缓降逃生。
6 、结束语 通过理论论证，纯机械、利用无 固有振动系统型擒纵机构达到减速的 目的高空缓降逃生装置结构简单、成 本低、性能可靠、使用方便。
参考文献
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机械创新设计综合设计
高空逃生装置设计说明书
设 计 者：刘忠中、刘翔、廖敏 指导教师： 杜义贤
三峡大学机械与材料学院 20091053 班 2012 年 9 月
高空逃生装置
摘要：通过分析国内外现有的几种高楼逃生装置，提出一种新的设计思想---基于无固有振 动系统型擒纵机构的新型高楼逃生装置。该机械装置不需要外在动力，可多人次循环使用。 其技术原理是利用擒纵机构使逃生者自重转化为相应的摩擦阻力， 逃生者体重越重、 该装置 产生的摩擦阻尼越大， 从而使不同体重的人都能以近似相同的 2m / s 安全速度缓降逃生。 该 装置结构紧凑、简单，并通过机械结构和力学方面的分析计算，证明其安全可靠。 关键词：逃生装置；擒纵机构；高空缓降
1 f
v d
由于擒纵机构特性：擒纵叉往复 振动的周期与擒纵叉转动惯量的平方 根成正比，与擒纵轮给擒纵叉的转矩 大小的平方根成反比，因擒纵叉的转 动惯量为常数，故只要擒纵轮给擒纵 叉的力矩大小基本稳定，就能使擒纵 轮作平均转速基本恒定的间歇运动。 （机械原理，第七版 P244） 3.1.1 轴的设计计算及校核 轴的材料的选择，确定许用应力。 选用 45 钢，正火处理。 b 600 Mpa 3．1.2 按扭矩强度初步估计轴的最小 直径。
的平方成正比，与擒纵轮给擒纵叉的 转矩大小的平方根成反比，因擒纵叉 的转动惯量为常数，故只要擒纵轮给 擒纵叉的力矩大小基本稳定，就能使 擒纵轮作平均转速基本恒定的间歇运 动。齿轮转动的每一步都被机构控制， 所以它完成了一个对人体下降速度恒 速的控制。 3、 理论设计计算 3.1 齿轮减速装置
G f ma
可取键长 L 8
键的强度校核
p
nN
4T p dhl 30 30 478r / min d 20 103 3.14
钢丝绳防松接头 钢丝绳的直径为 10mm 。 3.4 安全带 采用全身型安全带，容易穿戴，安全
T 9.55
PN 1960 9.55 39 N m nN 478
WT 0.2d
3
查附表 19.1 19.3 得（机械设计，吴克 坚，高等教育出版社。2003.3） k 1.76 k 1.54
0.91
T
T 9.55 106 P T WT 0.2d 3 n
A 126 103
0.89
对于碳钢：
7、底盖
创新点三：防水、防油。 传统离心摩擦式高空缓降器是利 用摩擦力工作的。一旦缓降器中进入 了消防水、油，其摩擦璧之间的摩擦 系数大大降低，甚至使缓降器失灵。 可能使人直接摔下来，造成严重后果。 而本装置采用全金属制造，利用无固 有振动系统型擒纵机构达到减速的目 的。可以达到防水、防油的效果。 创新点四：机构简单，容易使用 本机构关键零件只有3个，每个零 件在计算时都做了安全范围保留。简 单易于维修。使用人员不用进行培训 即可自行使用。 目前国内外现有的高层建筑逃生 装置主要有三种类型。一种是机械电 动式逃生装置，需要电源提供动力， 同时还需要机械传动机构进行变速缓 降；很显然灾害发生时电源能否可靠 使用是个大问题，其次该装置复杂庞 大、成本高，不宜推广使用。一种是 斜索滑降逃生装置，需要先将绳索的 一端固定在地面上，然后逃生者依靠 夹持绳索装置夹持斜索滑降逃生；该 装置需要别人帮忙固定绳索来完成逃 生，及时性和容易性是个问题。还有 一种是利用各种齿轮系、滑轮组等机 械装置同时结合相应的摩擦阻尼或液 体流动阻尼的方法进行缓降逃生，这 类逃生装置都需要零件固定安装架； 结构复杂，一个构件出问题就会给逃 生者带来安全隐患，而且使用繁琐费 时、且成本较高。因此简单、安全、 快速的机械自助逃生装置是高层建筑 逃生装置今后发展的一个重要趋势。 本文所述的逃生装置为纯机械装置， 结构简单，不需要外在动力，可多人 次循环使用；可使不同体重的逃生者 都以安全的下降速度进行缓降逃生。 这种机构机构简单，便于制造， 价格低，可以用于消防、家庭、宾馆、 酒店、高楼、登山、探险、井下工作 等等。
4、擒动叉支杆
8、定位螺钉
5、擒动轮