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1、本科毕业论文（设计）论文题目：高层建筑应急逃生缓降装置设计摘要21世纪后，随着经济的快速发展，城市化进程加快，人口密度增大，传统住宅的居住面积已经无法适应现代人的需求。为了适应人民的需要，高楼快速发展，但是城市的灾害频发，让高层建筑的应急措施更完善更便于使用已经成为了当下应当引起重视的重点。发生火灾时，房屋的防火性能和设计模式都会对火势的扩散产生一定的不利作用，从而使人员的生命财产和财产的损失更加严重。因此，本文设计了一套适合于不同群体,且不受限于建筑高度的个体自救逃生装置。它不同于传统逃生通道的固定，不仅增多逃生手段、减少逃生时间，还可以在最小的范围内快速撤离，并最大限度地减少伤亡。本文从目
2、前国内外已有逃生设备的应用情况出发。分析高层火灾事故的危害性，设计了一款基于擒纵原理的高空逃生装置，实现匀速缓降的目的。首先对擒纵装置中的卡摆进行了有限元分析来验证零件强度是否在合理范围内，因为卡摆是整个装置中使用频率最高，磨损最多的零件。然后再进行Motion仿真分析确定零件之间没有干涉，能够实现运转，通过这一系列操作完善了装置的合理性。同时具备相当的经济实用性，能够解决大多数家庭高层的安全逃生需要。关键词：高层建筑；逃生装置；间歇冲击式；擒纵机构论文类型：工程设计AbstractAfterthe21stcentury,withtherapideconomicdevelopment,thea
3、ccelerationofurbanizationandtheincreaseinpopulationdensity,thelivingareaoftraditionalhouseshasbeenunabletomeettheneedsofmodernpeople.Inordertomeettheneedsofthepeople,high-risebuildingsaredevelopingrapidly,buturbandisastersoccurfrequently,somakingemergencymeasuresforhigh-risebuildingsmorecompleteande
4、asiertousehasbecomethefocusofattentionatpresent.Whenafireoccurs,thefireperformanceanddesignmodeofthehousewillhaveacertainadverseeffectonthespreadofthefire,therebymakingthelossoflife,propertyandpropertymoreserious.Therefore,thispaperdesignsasetofindividualself-rescueescapedevicesthataresuitablefordif
5、ferentgroupsandarenotlimitedbytheheightofthebuilding.Itisdifferentfromthefixationoftraditionalescaperoutes.Itnotonlyincreasesthemeansofescapeandreducestheescapetime,butalsocanquicklyevacuatewithinthesmallestrangeandminimizecasualties.Thispaperstartsfromtheapplicationofexistingescapeequipmentathomean
6、dabroad.Analyzingthehazardsofhigh-risefireaccidents,ahigh-altitudeescapedevicebasedonescapementprincipleisdesignedtoachievethepurposeofslowdescentatauniformspeed.Finiteelementanalysisiscarriedoutonthependulumintheescapementtoverifywhetherthestrengthofthepartsiswithinareasonablerange,becausethependul
7、umisthemostfrequentlyusedandwornpartintheentiredevice.Then,Motionsimulationanalysiswascarriedouttoconfirmthattherewasnointerferencebetweentheparts,andtheoperationcouldberealized.Throughthisseriesofoperations,therationalityofthedevicewasimproved.Theneedforsafeescapefromtheupperfloorsofthehome.KeyWord
8、s：High-risebuilding;escapedevices;intermittentimpacttype；escapement摘要IAbstractII1绪论11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 国内外研究现状21.3.1 国内研究现状21.3.2 国外研究现状31.4 研究内容42擒纵式逃生装置的方案分析52.1 高层建筑火灾概述52.1.1 高层建筑火灾的原因及危害52.1.2 高层建筑火灾发展持续时间52.1.3 高层建筑火灾人员逃生疏散时间52.2 擒纵机构的结构62.2.1 擒纵机构的结构特点62.2.2 销钉式擒纵机构的工作过程62.3 擒纵机构的经验设计62.4
9、销钉式擒纵机构的振动周期计算方法72.5 销钉式擒纵机构的理论计算83擒纵式缓降装置的设计93.1 擒纵式缓降装置的方案提出93.2 擒纵式缓降装置整体方案设计93.3 擒纵式逃生装置的参数设计113.3.1 销钉式擒纵机构的参数确定113.3.2 销钉式擒纵机构的运动学分析113.4 传动轮系统的选择133.4.1 齿轮的设计133.4.2 传动轴的设计133.5 其他零部件的选型133.5.1 绳索的选择133.5.2 卷筒的大小设计143.5.3 轴承、螺栓的选型144缓降装置的建模及分析154.1 缓降装置的建模图154.2 主要零件的有限元分析194.2.1 模型信息19422负载和
10、夹具204.2.3 算例结果204.3 主要零件的运动仿真分析224.3.1 动画仿真224.3.2 Motion分析23结论25参考文献26致谢271绪论1.1 研究背景高层建筑是现代都市的一种重要的经济和文化载体，它在人类的发展进程中扮演着重要角色。当灾难来临时，经常会造成重大的人员损失。高层建筑物的高度与人员的垂直撤离有很大关系，而居民的密集程度也会对人员的撤离造成很大的影响。在紧急撤离的时候，每一分钟都是宝贵的，每一分钟都有可能导致人员死亡。在高层建筑疏散的过程中，疏散的时机受到多种因素的制约，例如：房屋的内部构造和抗灾能力、人员的逃生素质、逃生能力、疏散设施和设备配置等。高层住宅的住
11、户有男女老少，有老弱病残，人员组成十分复杂，在疏散的时候，性别、年龄、移动能力、生理、私理、教育程度、对周围的情况都有很大的影响。作为一个发展中国家，我们的经济水平和安全意识还不能与发达国家相比。城市快速发展，城市的规模越来越大，人口越来越密集，因此，高楼成为缓解城市居民紧张关系的重要手段。然而，随着我国城市高层住宅的迅速发展，其安全意识、管理理念、规范要求和配套安全设施的缺失等问题日益突出。1.2 研究意义由于城市的发展，高层建筑的密集性，火灾造成的人身伤害和经济损失日益突出，而造成的人身伤害和经济损失最为突出。根据数据显示，2008年到2012年，全国森林草原、军队和矿井地下部分火灾共计6
12、7.6000件，其中包括森林、草原、军队和矿井地下部分的大火，造成6098人的伤亡。这对人们的生活造成了很大的危害，对社会的协调发展造成了很大的障碍。仅在2015年度，全国共有338,000多起火灾，死亡1742人，受伤1112人，经济造成的直接经济损害达39亿5千万。在所有的火灾中,有ILlooo例发生在家庭，占32.8%,在全部事故中有1213人丧生，占69.6%o可见，在高层住宅中，发生火灾会产生严重的人员死伤HL在全面思考各种应急措施的基础上，设计了一套可以在火灾来临时，将人员的伤亡降低到最小，以保障人员的生命安全，并设计一套实用的逃生设备，以满足各种紧急情况（洪水、火灾、地震）的需要
13、。这种可以为人们带来好处的逃生设备，在将来有着广泛的用途。1.3 国内外研究现状1.3.1 国内研究现状目前，我国的高层建筑中，居民的疏散仍以普通楼梯、防烟楼梯为主，如阳台、走廊、避难层、墙壁水管、房间内床垫、安全绳索等，但随着楼房越来越高，传统的逃生措施已经不能满足我们的灾难安全措施。所以，各种各样的逃生装置都被使用了出来。现阶段所采用及研发的救生器材主要有一下几种，如下图Ll所示的救生索、图1.2所示的救生梯、图1.3所示的救生垫、图1.4所示的高空缓降器类等。图1.3救生气垫图1.4缓降器以下是关于几种逃生装置的研究现状网：(1)高空减速装置：根据控制系统的转速控制原则，这种高空缓降器可
14、分为摩擦式缓降器U3、阻尼缓降器UL电磁阻尼式H2】、电动缓降器、间歇冲击式缓降器网等。(2)救生滑道类：一种专门用于群体脱困，通过管道内部的摩擦来减缓速度和速度，通过这种方法，紧急情况下，可以通过滑道迅速脱离险境。(3)升降机类：这种设备是一种可控缓降器，通常具备电力驱动与控制，适用于多层多人的疏散。如图1.5;图L5高楼逃生梯图1.3 .2国外研究现状为提高土地利用率，各国高层建筑数量增多，火灾频发，高楼火灾的救援难度也随之上升，世界各国开始重视高楼逃生和救生的重要性，此类发明专利越来越多，英国发明了逃生通道，使用防火耐高温材料，逃生者可以沿其内壁进行缓降；美国在三层及三层以上的高楼外侧配
15、备消防楼梯，采用角钢焊接；以色列还发明了折叠救生舱,可以多人一起逃生；德国还研发了一个能够在高层建筑外部的固定齿轮导轨上自由活动的紧急逃生装备，极大地提高了营救效果。另外,各式各样的气囊式缓降系统也不断问世。在满足和发展安全、实用性的基础上,在国外也逐步地向现代技术的通用化、人性化、简单化方向过渡。1.4 研究内容在高层建筑中，由于使用了大量的家具和装饰，导致了增加建筑物的火灾荷载，而楼梯、电梯井、通风管道等由于上下温差和密度的差异，产生了强烈的气流流动。这些都有利于火焰的扩散，加速火焰的扩散，在大楼内建立起一个三维空间，增加了人们的逃生和撤离难度。而通过阳台、窗户等逃生通道，可以迅速地避免烟
16、雾和高温对身体造成的危害。表1.1四种逃生缓降装置原理比较逃生装置类别能量转化优点缺点机械摩擦式重力势能一内能维护方便、噪音较大、下降速度不结构简单稳定电磁阻尼式重力势能一电能可靠性高、设备较大、使用不方便、噪音较小维护困难间歇冲击式重力势能一内能可靠性高、噪音较大、对受力件要维护方便噪音小、求较局流体阻尼式重力势能一内能可靠性高结构庞大、使用不方便根据表1.1可以看出每个缓降器都存在各自的优点和缺点，在综合目前已有的逃生装置的缺点与不足，通过对高层建筑物消防疏散的各个要素进行了研究，并根据其特点可以得出应使缓降器尺寸尽可能小并能够保证匀速下降，通过对比本次设计将采用间歇冲击原理来实现缓冲。主
17、要研究项目：(1)为了解基于擒纵机构的缓冲机理，提出了一种新的逃生装置的整体设计。(2)完成擒纵式缓降器零部件的设计：完成擒纵机构、齿轮、卷筒等的从原理上对该装置进行整体设计和分析。本文基于已有的研究结果，总结和剖析了高层建筑物的灾害特点和危害，提出了利用擒纵机构作为核心功能部件的缓降器设计方案1，主要通过擒纵机构的间歇性运动产生不连续的运动,从而将人体下落时的重力势能转化为内能,来达到匀速低速下降、减速减震的作用，并将此理论运用于紧急避险设备中，设计出一款适用于多种场合、多种人群的、实用的、便于使用的逃生装置，该装置采用纯机械结构，分为传动系统和控制系统，组合为一个整体，成为一种易于操作的自
18、救装置。2擒纵式逃生装置的方案分析2.1 高层建筑火灾概述2.1.1 高层建筑火灾的原因及危害火灾的发生是明火失去控制而快速蔓延的灾害性结果，火源、氧化剂和易燃物质是必不可少的。在高层建筑中，主要有家庭用火、用电等，而在建筑周围的空气中，要保证充足的氧气，而建筑材料、装饰品、家具、衣物、燃气等都是易燃品，所以很有可能会引发大火。造成高楼的火灾的原因时有：(1)在日常使用火中，使用不当。(2)抽烟导致：抽烟时使用的烟蒂或点燃器具都会引发起火。(3)玩火或放火：儿童在日常的生活中，最常引起的是儿童的玩火行为。(4)由自然燃烧现象所致的火灾，例如易燃易爆物品长期堆放很容易发生爆炸。(5)违规作业；在
19、易燃易爆场所使用明火；与易燃易爆物品混存等。2.1.2 高层建筑火灾发展持续时间火灾的发展过程从着火到熄灭可以分为初始扩增期、轰燃阶段、完全发展期、火灾息灭阶段。2.1.3 高层建筑火灾人员逃生疏散时间从以上的研窕结果来看，在火灾发生的关键时刻，正是人员撤离的最好时机，一旦发生爆炸，就会极大地减少人员的生还几率，其中人员撤离时间趋势见图2.2。必要的紧急撤离时间RSET(RequiredSafetyEgressTim):从火灾发生到撤离的期间。从着火至火灾发生的时间，预先采取措施和人员撤离措施的时间。当大楼着火时，若被围困的人群在火势发展到危险期时及时撤离至安全地带，那么，该大楼内的人就可以安
20、全地撤离。为了确保人员的安全撤离，应符合下列规定：ASETRSET1161ii71O因此，通过对人员逃生疏散时间、高层建筑火灾持续时间以及产生火灾的原因等方面分析后确定使用擒纵式逃生缓降装置更加符合设计初衷。2.2 擒纵机构的结构2.2.1 擒纵机构的结构特点擒纵机构是一种延时装置，属于间歇性的运动机构，常被用于计时或改变运动轨迹时使用，是钟表的核心部件，抗干扰能力极强，该机构依靠擒纵轮与卡摆之间进行碰撞后产生无固定周期的振动。擒纵机构的功能也可以理解为两个方面，分别为擒和纵，擒就是将主传动的运动锁住，而纵就是用振荡产生的一部分势能放开主传动系统，同时从主传动链中回收一部分能量来保持振荡系统的
21、工作。擒纵机构结构普遍都由卡摆和擒纵轮组成，又分为叉瓦式和销钉式擒纵机构。二者工作原理基本相同，都是通过卡摆和擒纵轮的碰撞来实现延时。图2.3销钉式擒纵机构图2.4叉瓦式擒纵机构如图2.3和2.4所示为销钉式擒纵机构和叉瓦式擒纵机构，其中销钉式擒纵机构卡摆由销钉和卡摆座两部分组成，可通过销钉与擒纵轮相互作用来实现延时，在此机构中，只有销钉是主要受力零件，受损后可只更换销钉来延长擒纵机构的使用寿命，不用更换整个卡摆，而且结构相比较叉瓦式擒纵机更加简单，方便后期更换保养。因此本论文选择了销钉式擒纵机构作为装置主要零件。2.2.2 销钉式擒纵机构的工作过程销钉式擒纵机构I网的工作过程在一个周期里可以
22、分为八个阶段，分别为：进销传冲阶段、卡摆进销自由转动段、出销碰撞阶段、出销附加角阶段、出销传冲阶段、卡摆出销自由转动阶段、进销碰撞阶段以及进销附加角阶段。2.3 擒纵机构的经验设计经分析查阅可知擒纵机构的特性与卡摆和擒纵轮的转动惯量、擒纵轮齿数、卡摆的振幅、卡摆和擒纵轮的中心距等有关。将对擒纵机构的主要参数进行经验设计12纥(1)擒纵轮齿数增大擒纵轮齿数可以降低传动系统的传动比减小缓降装置的尺寸，提高了传动效率，随着齿数的增多，包角也会相应的减少，使擒纵机构启动不方便，因此齿数的选择应该根据以下经验公式来确定：Z=3+(47)(2.1)式中：n卡摆的包齿数。(2)卡摆的擒纵轮的中心距中心距的大
23、小影响着擒纵轮与卡摆的约束是否符合要求，这直接决定了缓降装置能否安全匀速的下落，因此在理论设计中要保持定位准确确保中心距不变。在确定卡摆和擒纵轮的中心距时，需要保证卡摆在进销和出销阶段的传递效率。公式如下所示：O=(1.351.5)0(2.2)式中：D摆和擒纵轮的中心距，mm；Rx擒纵轮半径，mm。(3)卡摆冲击角冲击角的大小需要综合考虑擒纵轮和卡摆的各项参数。公式如下所示：lg1.5(2.3)a式中：卡摆冲击角；擒纵轮在冲击过程中转角。2.4销钉式擒纵机构的振动周期计算方法根据擒纵机构的工作原理可以得出擒纵机构的最小周期即为擒纵机构完成一次工作过程所需要的时间。常用计算方法有：能量法；动力学
24、法；分段计算法等。(I)振动周期分段计算法此方法是将卡摆的运动振动周期多段化，建立各段运动方程，代入边界同条件后再将求出的每段时间相加得到。(2)能量计算法此方法是求出碰撞传冲段的平均速度后再将其看作半个振动周期内的平均速度来计算，公式(2.4)和公式(2.5)分别为卡摆碰撞后反跳和卡摆碰撞后不反跳，具体公式如下：T=三(2VMK)T=三(2.5)VMmK)-式中：振幅，mm；Ma卡摆输入力矩，Nmm；K速度恢复系数：卡摆与擒纵轮碰撞前后角速度的比值(3)动力学法计算法动力学法是建立卡摆或擒纵轮运动过程的各阶段运动方程，分别求解各阶段时间后进行累加获得一个完整周期。i般可表示为：T=r1+t2
25、+t3+At(2.6)式中：T振动周期，mst1两次传冲总时间，mst2两次自由运动总时间，mst3两次制动总时间，mst两次碰撞总时间，ms简化计算过程，t3可以为零且At可以是高阶无穷小，均可忽略不计，公式可进一步简化为传动总时间与自由运动总时间的和，如下：T=Z1+r2(2.7)2. 5销钉式擒纵机构的理论计算擒纵装置的设计中采用的是销钉式擒纵机构，从销钉式擒纵机构的工作过程中可以看出，擒纵机构的碰撞阶段和制动制动阶段相比于传冲阶段和自由运动阶段，作用时间短，角位移小。为了简化分析模型，结合各种计算方法做了以下假设条件】：(I)擒纵轮与销钉再碰撞传冲阶段始终保持接触；(2)忽略销钉式擒纵
26、机构以外的摩擦力影响；(3)顺时针为正，逆时针为负；(4)忽略碰撞阶段时间和附加角阶段时间；(5)擒纵机构的传冲阶段分为齿传冲阶段和销传冲阶段；在假设条件下，得出销钉式擒纵机构周期的计算公式，分别建立这三个阶段的受力情况和几何关系：销钉式擒纵机构振动周期=2*(齿传冲段时间+销传冲段时间+自由段时间)3擒纵式缓降装置的设计3.1擒纵式缓降装置的方案提出针对目前各种逃生设备的缺陷，采用擒纵式缓冲技术，将从一种看似非常不合理的逃生方法转变为一种合理、便捷、快捷、安全的逃生方法。它包括以下三个方面：（I）轻便：火势扩散的区域允许疏散者在疏散时能充分地使用其所能使用的安全疏散通道，因而应当具备便携性质
27、。而此装置的特点是体积小，质量轻，方便在紧急情况时使用。（2）操作简单：当遇到火灾时，由于工作人员的慌乱和恐慌，很容易造成错误，所以，在设备的设计中，结构要比较简单，一定要确保使用简单，避免出现不合理的错误。（3）有效的安全性；选择一个合适的逃生通道，在最短的时间内到达安全地带，它可以通过擒纵原理为理论基础的间歇式冲击控制下降速度，这样可以防止它的降落位置不稳。在满足上述基本要求的前提下，还需要一些基础参数：（1）缓降装置最大载重不得超过120kg；（2）适合在层高15Om以内的高度内使用；（3）下降速度需在成年人所能承受范围内，不超过3m/s；（4）缓降器尺寸应不宜过大方便使用，长、宽、高均
28、不超过20cm。从上述来看，本章将基于缓降装置的基础参数，对缓降装置进行详细的结构设计和必要的参数计算；根据设计的参数尺寸建立三维模型，方便后续仿真分析。3.2擒纵式缓降装置整体方案设计1 .系统组成根据缓降装置的设计要求和基础参数完成基于擒纵原理的缓降装置整体方案设计，大致组成如图3.1所示。如图3.1所示，将传动单元和擒纵机构内置于卷筒内部。在缓降装置工作时，重物通过钢丝绳将驱动力矩传递给卷筒，经过传动轮系统传递给擒纵机构，作为缓降装置的功能核心部分，通过卡摆和擒纵轮的碰撞传冲控制下降速度，从而实现重物低速匀速下降。图3.1缓降装置内部图图3.2缓降装置外部图图3.1中：1内齿圈；2一擒纵
29、轮；3齿轮1；4齿轮2；5低速轴；6高速轴；7卡摆；8一卷筒；17钢丝绳；18一重物；2 .工作原理使用前按照要求将可移动单元和外部支撑单元固定配合在一起，把绳子的上端固定在高层建筑的墙体或者需要逃生的窗口等地方，逃生者在逃生时可采用手持式的方式或者身体条件不允许的人可采用背携式的设备连接缓降装置进行缓降，比传统逃生装置更加方便。擒纵式缓降装置以逃生者的重力为驱动力，下降时缓降装置与重物保持静止，驱动力矩通过钢丝绳带动卷筒转动，由于在同一轴连接，通过齿轮啮合运动被传递至下一级齿轮。重物随着卷筒的转动放绳下降；卷筒内部与内齿轮固定，卷筒转动的同时，通过传动轮系将输入力矩传递到擒纵机构，通过卡摆和
30、擒纵轮的碰撞传冲消耗系统动能，再通过传动轮系传递给卷筒，通过控制轮系速度来实现重物的缓慢匀速下降。而且为了安装维修方便，将卷筒内部设计为可移动部分。在使用完后绕绳时，只需取出内部可移动的部分，就能够使绕绳的操作更加简单，同时在更换内部零件时也比较容易。3.3 擒纵式逃生装置的参数设计3.3.1 销钉式擒纵机构的参数确定根据第二章中的经验设计，确定擒纵机构的结构尺寸，如表3.1和图3.3所示：表3.1擒纵机构的结构尺寸表图3.3擒纵轮03000000000mm000000mml2103000000mmmmmm0Omm团0mm0RImm团123364530881533.3.2 销钉式擒纵机构的运动
31、学分析继续采用分段方法研究卡摆振动周期的计算方法将卡摆的振动周期分为四个小周期，即为式（2.6）,且之和以可忽略得到式（2.7）,因此建立平衡摆运动方程:2(3.1)J前式中：M一传递给卡摆的力矩；J一卡摆转动惯量；0一卡摆转角。将M视为常数，对上式积分可得：(3.2)(3.3)安V%式中：Wi，%一沿进销和出销传递冲量时卡摆的转角;M1.知2一在进销和出销上卡摆所受到的力矩。卡摆的振动周期和为：(3.4)对于擒纵机构的实际计算后，在进销和出销上的传冲时间4和是不等的。如果认为进销和出销上的传冲特性相同，则有：T=，上式以擒纵轮力矩则有：T=p(3.5)(3.6)式中：大小为销钉半径和擒纵轮半
32、径。则擒纵轮上等效力矩公式：M=Fr4-fkpxdx+p1d1-pEdEr)2L%式中：一传动效率；N2、M一第一过渡轮与第二过渡轮轴、第二过渡轮与擒纵轮轴间的传动比；尸y一人的重力；L摩擦系数；乙一大转轮半径；弓一第一级齿轮半径；第三级齿轮半径；k一过载系数；p,P2,第一过渡轮部件、第二过渡轮部件、擒纵轮部件动量；4一擒纵轮轴直径。做初步计算时可以假设该系统无摩擦，可得下式：/2AMv=Fr4(3.7)r2J由于销钉式擒纵叉每转动一个周期，擒纵轮转动一个齿数，有：wxT=2(3.8)式中：w一擒纵轮转动角速度；n一擒纵轮齿数；T一卡摆周期。将v=卬盟代入联立方程可得：r2(3.9)nr2V
33、2Jvr2由此可在擒纵式逃生装置整体参数不变时求出人下降速度只与下降人本身质量有关，下降人质量越大时，销钉式卡摆所承受的力矩越大，卡摆往复摆动时周期越小，下降速度相应就更大，通过计算最终可知可以通过控制卡摆质量来控制人体下降时的速度。销钉的材料选用45钢，表面淬火处理，经查表在脉动循环状态下的许用弯曲应力为102MPa,计算得到的弯曲应力小于许用弯曲应力，满足强度的要求，不会发生弯曲变形。抗拉强度为610MPa,屈服强度为355MPa,许用应力为12OMPa,计算得到的剪切应力小于许用应力，满足强度的要求，不会发生剪切破坏。3.4 传动轮系统的选择传动系统是缓降装置又一重要组成部分，用于传递力
34、矩和转速，由于为了轻便，卷筒内部尺寸有限，传动系统又在卷筒内部，因此传动系统的尺寸也相应的要小，在尺寸较小的同时还需要获得较大传动比。3.4.1 齿轮的设计齿轮材料为45号钢，缓降装置中使用的齿轮为标准直齿齿轮不存在轴向力，为提高轮齿的接触强度和抗弯能力进行表面淬火处理，齿面硬度为40-50HBSo接触疲劳极限?诋：IO/150MPa,弯曲疲劳极限680-700MPa,确定齿轮的接触疲劳极限为1135MPa、弯曲疲劳极限为=690MPa,最小安全系数5”而”=1.25,Sfmin=ISo齿面接触强度校核的齿面接触应力可以根据下式计算：(3.10)通过计算可得齿轮1和齿轮2均满足强度要求，安全。
35、3.4.2 传动轴的设计轴材料选用45钢，在设计轴时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外,轴在结构设计中应该满足制造安装要求、满足定位和固定要求、减小引力集中的要求，本文中也选择为转轴，既传递转矩也承受弯矩。3.5 其他零部件的选型3.5.1 绳索的选择目前，市场上现有的逃生缓降器多采用尼龙绳。尼龙绳的抗拉能力和抗磨度并不是很强，重点考虑该装置在高层建筑发生火灾时使用。与尼龙绳相比，钢丝绳是由金属材料做成，防火耐高温，具有较高的使用寿命，另外钢丝绳的抗拉能力强，选用细钢丝绳可使缓降装置的尺寸不会很大。本设计中选用的是钢丝绳，根据国标(GB/T38111983)钢丝绳的计算和选择标准选取
36、，为提高钢丝绳的使用寿命，卷筒的直径与钢丝绳的直径比需要大于25,设计中选用的钢丝绳直径为4mm,与之对应的卷简直径需要大于100mm,本次设计中卷筒的直径为140mm,符合钢丝绳的寿命要求。3.5.2 卷筒的大小设计卷筒结构尺寸的设计是根据绳索的选型来选择的，要求能够使绳索的释放和收纳都快捷方便的的前提下尽可能紧凑，选用卷筒直径为14Omm左右可满足使用。3.5.3 轴承、螺栓的选型(1)轴承由于逃生缓降装置作为不经常使用的设备，属于特种设备，根据轴承寿命参考值，确定轴承寿命为%=5(X)3工作温度为20(TC左右。可选择不同规格的两种深沟球轴承。(2)螺栓、螺母等的选型分别选用14x14六
37、角头螺栓、M510内六角沉头螺钉、1型六角螺母标准件。4缓降装置的建模及分析4.1缓降装置的建模图完成初步的设计及参数计算后，对缓降装置通过SOlidWOrk进行三维建模，将各个零件的三维模型配合在一起对关键零件进行具体分析,置。(I)内部关键零部件的三维建模图：(i图4.1齿轮1S图4.3擒纵轮方便更加直观简单的分析该装gI图4.7盖板图4.8内齿圈图4.9高速轴（2）装配体的三维建模图:（3）装配图图4.10装配体图4.11装配体内部图4.2主要零件的有限元分析擒纵式缓降装置中擒纵机构的卡摆是一种容易磨损并且非常重要的零件，为了装置能够安全运行，特别对卡摆进行了静应力的有限元分析，具体分析
38、内容如下：4.2.1模型信息卡摆凸台容积信息中质量为0.50913kg,体积为1.87871e-06m八3,密度为2,710kgm3,重量为0.498947N。如图4.4所示：卡摆分割线以下容积信息为质量0277502kg,体积L02399e-05m八3,密度2710kgm3,重量:0.71952N。材质属性如表4.1所示:表4.1材质属性表属性数值单位弹性模量7e+10牛顿/m2泊松比0.3897张力强度2.4e+08牛顿/m2屈服强度2.2e+08牛顿/m2质量密度2,710Kgm3抗剪模量2.7e+10牛顿/m24.2.2负载和夹具负载选择为压力，垂直于所选面，相位角度为0,如图4.6所
39、示；使用夹具名称为固定较链，夹具图像由图4.7所示，X、Y、Z方向的反作用力分别为1.45049N、1.69583N、-0.242126N,合力为2.24464N,反作用力均为ON。图4.6压力施加图4.7夹具图像4.2.3算例结果（1）应力分析对卡摆进行应力分析，最小为0Nm”,最大为5.763e+05Nm八2,符合设计要求,具体图解如图4.8：Ia里名称:卡将称:峥应力分听改前人）J膜婴峥应力例f节应力ffi 制:3445%von MiSeS(Nm7)5.7e05 5.17eO5. 461Ie*05.4034e05.358e*05J 2胸班.2.305e405.1.729e051.153e
40、455.763e*MQOOOfOOffiSK: 2.2Ooe“6图4.8应力分析图解卡摆-静应力分析应力对卡摆继续进行位移分析，最小位移为Omm,最大位移为2.332emm,变化量符合最后对卡摆进行应变分析，最小为0，最大为6.201e-06,具体图解如图4.10所示:尊例名杯;峥应力分析MH队) 3y;ESTCN6.201 -06F. 5.581e06.4961e-06.4Mle06.1721e-06 3.101e-06.2硼06.10e06* L24Oe06 .6 *07 Og.00图4.10卡摆-静应力分析应变根据对卡摆静应力分析发现，卡摆应力、位移、应变均在变化范围内，符合零件的使用承
41、受标准。4.3主要零件的运动仿真分析4.3.1动画仿真使齿轮与低速轴、擒纵轮与高速轮、齿轮与高速轴、内齿圈与卷筒等进行同心配合,齿轮间进行齿轮配合，通过对各个零部件进行配合，以便于完成动画仿真，部分配合如图4.11所示。aW1URU.三W1)弊配A自9(tm.l=k4(6fiici,M)RO9MkKJUM)ROiO(CM2.KiMl)WM3(CMe2.tfctt1).*1)nM4(rt三4Mei)#ewcrtMi.%三)W三三5(ee.MA三eiOMK-1,石MUmdb同34(0lf1)A三e2ottue,三)4on(w三.m)QO2O(tfiM.de*p9r00veWlbeamgs9b)WO
42、2i(K三三.depgrooveIMllbwggb)RO22(l三.deep9,ovrAUgrg,gb)I9O23(IttMI.deepgroovetllberr*ggb)AM231.deepgrooveIMllgrgggb)A自241”,deepyoovttllbMrg9b)A三7S(J4n,dyoovNlbMrin99b)A合26m1LdeCP9r00ve21beAtf9tgb)RO24gM,W)ABe2Z(三三,W)人台28(Km,)AA30(三.depgrooveWlbearingsgb)A合八(三三.decp9v0wbtlbe4r119gb)HB,*I/4*zfz*Km*v*m*,.
43、MttCx图4.ll各零件的配合在运动算例2中调用动画显示，在不同时间段用旋转马达给模型各装置施加驱动。然后计算运动算例并播放生成运动仿真，调整后导出动画，如图4.12所示。CflKUj(一)卡1(RU,Stt1).OW(JRU.三tt1)()WgrooveKmIbejrin9tgb(RovOdeepgroovebelbeMi9gb(RoKr()de9ovctlbevingtgb(RoUo(一)deepgroovebalbeMingt9b(RoKf1-)c.a11tfcs(K)deepgroovebbearing)gb(Ro()dzpoovebbewi11gb(Rofc!(Az9ff(KU.SMt1.(Mtfi)CttU.三*l(ftS)B(.5tt1)a，W2(U) K)M、mui ()三(KU.ttS1).)mcflRu.三ttj1).i)t(J tMe2(u.三uoi).)ai(tw.stts1) Ow(KU,三ttt1) (tu.stti)v0,fW,gftu、ON“1图4.12动画仿真Htiiu.3DH.运利(例2则IW例1装配体布局草图标注泮估1 习fm4.3.2Motion分析利用moti
