逃生晾衣架机械创新设计

机械创新设计作品名称：逃生晾衣架 设计者：指导教师：目录摘要 1作品内容介绍2 1. 研制背景及意义22. 主要功能和性能指标.3 2.1 主要功能 .32. 2 主要性能指标 3 3.设计方案 .3 3.1设计原理.33. 2 作品的结构.4 3.2.1 齿轮传动机构 .43.2.2 换挡传动机构 .5 3.2.3 自锁机构63.2.4轴的设计 .73.2.4.1 轴1、3设计.7 3.2.4.2 轴2设计.8 3.2.5绕线卷筒的设计 .8 3.2.6 安装图9 4. 理论设计计算 9 4.1 零件主要数据9 4.2 机构零件数据的计算设计 10 4.2.1传动比 .10 4.2.2 各轴的功率及转矩 10 4.2.3 齿轮受力10 4.2.4 轴的校核10 4.2.4.1 轴1、3的校核 11 4.2.4.2 轴2的校核.11 5. 性能的分析 .11 6. 作品主要创新及应用 .11 6.1 作品主要创新点 11 6.2 作品应用 12逃生晾衣架的设计1摘要：本作品是在现有的升降晾衣架的基础上进行改装设计，通过实验和理论数 据计算设计了一套既可以作为晾衣架，也可作为逃生工具的生活用品。该产品一 般情况下用于晾衣服，在紧急情况下可用于逃生。当作为晾衣架使用时它可以自 动升降控制速度，操作简单方便 ,此产品可以推广到每个普通家庭，材料普通常 见，价格低廉，拆装方便，安全可靠。利用齿轮之间的啮合带动轴转，达到上升 与下降的目的。同时还应用机械原理中的自锁原理来控制人的下降速度，达到所 需要的目的。关键词：齿轮，自锁，啮合，速度作品内容介绍逃生晾衣架是一种既可以用于晾衣服，又能用于逃生的生活用具，本作品的2设计是在原有可升降晾衣架的的基础上，增加了逃生功能。主要由：齿轮传动机 构、换向机构、自锁机构、钢丝绳、摇柄、轴等组成。本产品适用于每个普通家庭，平时可作为晾衣架使用，在紧急时可作为逃 生工具使用，主要利用自锁机构和齿轮之间的啮合来控制速度。操作简单方便， 另外还附加安全腰带，提高安全性能。本作品设有换档装置，在发生火灾等紧急情况时可利用逃生档逃生。而且逃 生效率高，循环式逃生，节约了时间，能拯救更多的生命。材料普通常见，价格 低廉，有利于推广。图一、升降晾衣架1.研制背景及意义在社会生活中，火灾是威胁人生安全，危害人们生命财产的灾害之一。俗话 说：“水火无情”；“贼偷一半，火烧全光”。当今，火灾是世界各国人民所面 临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成不少生命、财产的严重损失。随 着社会生产力的发展，社会财富日益增加，火灾损失上升及火灾危害范围扩大是 个必然的趋势。近年来，随着国民经济的持续快速发展，城市建设的步伐加快，建筑用地日3益紧张，城市中高层建筑的数量日益增多，在建的高层建筑随处可见，高层建筑 消防安全形势越来越严峻，而且大部分在建高层建筑工地都位于繁华的城市中 心，如果发生火灾必将造成较大社会影响。以上海为例，据不完全统计，目前上 海高层建筑有 1 万多幢，其中超高层 300 多幢。2000 年以来，上海市共发生 1213 起高层起火事故，年平均发生 152 起火灾，死亡 8 人，伤 15 人，造成财产损失 1131.3 万元。在建高层建筑在近年火灾频繁发生，2009 年 2 月 9 日 20 时 20 分 许，北京市朝阳区东三环中央电视台新址附属文化中心在建大楼发生火灾，北京 市公安消防总队 20 时 27 分接警后迅速调集 27 个消防中队、85 辆消防车、595 名官兵赶赴现场扑救，大火于 10 日 4 时 01 分被彻底扑灭。起火建筑为中央电视 台新址附属文化中心在建大楼，共 30 层，高 159 米，建筑面积约 10 万余平方米。 火灾原因认定为业主违规燃放礼花引发火灾。2008 年 2 月 13 日晚 20 时 05 分， 广西南宁市园湖路 5 号的广西地质矿产勘查开发局在建的科技业务楼高楼突发 大火，该楼高近 90 米，地上 25 层，地下 1 层。当晚，该楼楼顶 25 层处突然着 火，楼顶火势顺着建筑物防护网迅速向下蔓延。南宁市消防支队接警后先后调集 4 个中队 17 辆消防车、105 名官兵到场扑救。由于调集力量及时，科学指挥，战 术措施得当，开展疏导工作到位，没有造成二次火灾和人员伤亡事故的发生。在 建高层建筑火灾教训十分深刻，引起了各级政府以及人民群众的高度关注。大部分死亡原因都是由于火灾烟雾引起的，该作品就是在这个基础上启发设 计的，为了解决此问题我们利用现成的晾衣架进行改装设计，这样对于消费者既 实惠同时又为自己的生命买了份保险，具有很大的推广价值。2. 主要功能和性能指标2.1 主要功能1. 自动升降晾衣服1. 一人操作放另一人逃生(若是两个小孩可同时放下去)2. 可独自控速逃生2.2 主要性能指标最大下方高度：根据钢丝绳的使用的长度确定最大下方速度：1m/s-1.5m/s4最大下方载重：100kg-150kg手摇柄的转速 ：4rad/s3.设计方案3.1设计原理本作品在原升降晾衣架的基础上进行改装。利用齿轮之间的啮合控制转动方 向，转动齿轮 2，使齿轮 1、3 按相同的方向转动（齿轮安装在轴上，绕线筒装 在齿轮 1、3 的轴上），从而达到（晾衣服时）同上同下的目的。当需要使用逃生 的功能时，通过主动齿轮 2 轴上类似于离合器的机构来进行换挡，同时也利用原 有晾衣架的手摇器附加一个半圆齿与从动齿轮 2 啮合，达到自锁。其中半圆齿做 成可动的，当用于逃生时，转开主动齿轮 2 的轴，使齿轮 1 与齿轮 2 脱离(不啮 合)。并且，将齿轮 1 轴线筒上的线全部抽出，然后再将齿轮 2 的轴转回，使三 个齿轮又正常啮合。此时，齿轮 1 上的线处于全部收回状态，并将齿轮 3 上线的 一端系到逃生人的身上，最后将半圆齿与从动齿轮 1 啮合，形成自锁，从而可达 到逃生的目的。3.2图二、原理图1、2、3小齿轮 4、5绕线圈 6、手柄 7、8、9轴 作品的结构本作品设计成五大组成部分，其名称及功能如下： 1. 齿轮传动机构：传递、改变运动方向52. 换挡机构：隔离齿轮之间的啮合3. 自锁机构：锁死机构，使机构安全可靠4. 轴：传递动力5. 绕线卷筒：绕线3.2.1 齿轮传动机构齿轮1、2、3的设计齿轮1，2、3选用材料为40cr(调质)，硬度为280HBS，齿数取 z =z =z =18 ，1 2 3m=2, d =36mm, d =40mm, d =32mma f齿轮的传动比i=1，所以当你手摇一圈时人下降1圈，达到下降的效果。图三、齿轮啮合图3.2.2 换挡传动机构在原有晾衣架的手摇器上附加三个齿轮。当齿轮两两啮合时，不但能使两根钢 丝绳满足原来的原地方向（同上同下)，同时达到了一定的载重要求。换挡机构的设计6将主动轴外附加一个轴架，当用于晾衣服时，三个齿轮可以两两啮合，达到晾 衣服的目的，当用于逃生时，可以转动轴架可使得齿轮 2不与齿轮1（或齿轮3） 啮合，进行换挡。图四、换挡套轴架图五、移动轴7图六、换向装置装配图3.2.3 自锁机构该作品设有双重自锁机构，一是：利用弹簧压缩达到自锁目的，二是：利用齿 与齿啮合达到自锁。其中圆弧状的齿做成可动的，当用于逃生时两齿啮合才起作 用。结构形状如下图所示。3.2.4图七、自锁机构 轴的设计3.2.4.1 轴1、3设计材料 45钢 ，车 、铣加工而成 。8图八、轴1、33.2.4.2 轴2设计材料45钢，车、铣加工而成。图九、 轴23.2.5 绕线卷筒的设计铝制的卷筒 r=20mm，逃生绳由钢丝 1.5mm 做成，所有的材料都防火抗高温。9图十、绕线卷筒3.2.6 安装图图十一、手摇控速装配图4. 理论设计计算4.1 零件主要数据轴材料 45 钢1013ta轴 1:总长 70轴 2:总长 70与轴 1 相配齿轮 1：齿数 18 与轴 3 相配齿轮 3：齿数 18模数 2模数 2齿轮 2：齿数 18模数 2与轴 3 相配齿轮 3：齿数 18模数 24.2 机构零件数据的计算设计 4.2.1传动比n ni = 2 = 2 =1,n n1 3设n =4 rad / s,即n =n =4 rad / s. 2 1 34.2.2 各轴的功率及转矩F =1000 N ,V =1m / s,p = p =FV =1KW ,1 3P =hP =0.98 KW , (h=0.98) 2 1PT =T =9.55 10 6 1 =3.97 10n14N *m m,T =3.92 10 24N *m m.4.2.3 齿轮受力齿轮1、2、3的受力分析计算2TF = 1d=3960 N .F =F tan =1425.6 N , r tFF = t =4125 N cos 齿轮2的受力分析计算 同理可得：F =3954 N ,t 2F =1420 N ,r 2F =4118 N .a 24.2.4 轴的校核11+M+M24.2.4.1 轴1、3的校核FNV 1FNV 2FNH 1FNH 2MHMV 1MV 2=781.7 N ,=1643.8 N=2545.7 N=1414.3 N=178199 N *m m =54719 N *m m =19800 N *m mM = M1M = M2HH2 2V 12 2V 2=184 N *m m=178.7 N *m mT =T =19800 N *m m 1 3s =acs sacM +( T ) 21 1 =11.8Mpa ( =0.6) W=60Mpa , 故安全-14.2.4.2 轴2的校核同理可得 sac=20 Mpa s-1,故也安全。5. 性能的分析摇动转柄并通过三个齿轮啮合改变转动方向采用传动比为 1：1 的变速器进行控速,使下降绕线的那根轴转速达到要求的速 度.将主动轴做成可动轴进行换挡。采用齿轮的啮合来自锁。将晾衣架与减速器结合达到逃生和晾衣服的目的。6. 作品主要创新及应用6.1 作品主要创新点12（1） 操作简单便捷。（2） 设有换档装置，晾衣逃生两互不干扰。（3） 逃生效率高，循环式逃生。（4） 具有自锁功能，在逃生人员还未准备好逃生时，自动锁死，可实现安 全逃生。（5） 设有醒目标志在发生火灾时，为在火灾中迷失方向的人员指引方向， 使逃生顺利完成。（6） 适用于不同年龄段的人，其中老人、小孩可在中青年人的陪同下完成 逃生（老人、小孩在 A 绳，中青年人在 B 绳子等速下降），若是两个 小孩可以同时放下去。（7） 配有安全腰带，操作方便可靠。6.2 作品应用在现实生活中，晾衣架一般都只有单一晾衣服功能，但事，我们常碰到某些 想象，如需要急速离开高层建筑，像发生火灾时必须离开或者救人等情况，需从 高楼的阳台、窗户离开时就不得不借助攀岩工具。本产品就是一个安全、便捷、 循环式攀岩工具，能顺利安全地将人送到安全地点。总体来讲，买了这样一个晾衣架就相当于买了一份保险，一份廉价的保险， 一份普通百姓都能买得起的保险。这么一个能达到双赢效果的产品正是我们所 求，客户所求。参考文献1.成大先. 机械设计手册. 北京：化学工业出版社2.郑文纬.机械原理.北京:高等教育出版社3.刘庆国.计算机制图.北京:高等教育出版社4.濮亮贵.机械设计.北京：高等教育出版社13忽略此处.14