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1、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： 目录目录1摘要摘要11作品内容介绍作品内容介绍22 1.1. 研制背景及意义研制背景及意义222. 主要功能和性能指标. .3 32.12.1 主要功能主要功能.3.32.22.2 主要性能指标主要性能指标3 33.3.设计方案设计方案.3.33.13.1设计原理设计原理.3.33.23.2 作品的结构作品的结构.4.43.2.13.2.1 齿轮传动机构齿轮传动机构.4.43.2.23.2.2 换挡传动机构换挡传动机构.5.53.2.33.2.3 自锁机构自锁机构6 63.2.43.2.4 轴的设计轴的设计.7.73.2.4.1
2、3.2.4.1轴轴1 1、3 3设计设计.7.73.2.4.23.2.4.2 轴轴2 2设计设计.8.83.2.53.2.5绕线卷筒的设计绕线卷筒的设计.8.83.2.63.2.6 安装图安装图994.4. 理论设计计算理论设计计算9 94.14.1 零件主要数据零件主要数据99 4.24.2 机构零件数据的计算设计机构零件数据的计算设计10104.2.14.2.1传动比传动比.10.104.2.24.2.2 各轴的功率及转矩各轴的功率及转矩10104.2.34.2.3 齿轮受力齿轮受力10104.2.44.2.4 轴的校核轴的校核10104.2.4.14.2.4.1 轴轴1 1、3 3的校核
3、的校核11114.2.4.24.2.4.2 轴轴2 2的校核的校核.11.115.5. 性能的分析性能的分析. .11116.6. 作品主要创新及应用作品主要创新及应用.11.116.1 作品主要创新点作品主要创新点11 6.2 作品应用作品应用12逃生晾衣架的设计逃生晾衣架的设计2摘要：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
4、，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3的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
5、。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1.1.研制背景及意义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4日益紧张，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，
6、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 0
7、1 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
8、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主要功能和性能指标2.12.1 主要功能主要功能1. 自动升降晾衣服2.一人操作放另一人逃生(若是两个小孩可同时放下去)3.可独自控速逃生2.22.2 主要性能指标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5最大下方速度：1m/s-1.5m/s最大下方载重：100kg-150kg 手摇柄的转速 ：4rad/s
9、3.3.设计方案设计方案3.13.1设计原理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
10、，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。图二、原理图1、2、3小齿轮 4、5绕线圈 6、手柄 7、8、9轴3.23.2 作品的结构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：61. 齿轮传动机构：传递、改变运动方向2. 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3.2.13.2.1 齿轮传动机构齿轮传动机构齿轮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，m=2,18321zzz
11、mmdmmdmmdfa32,40,36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3.2.23.2.2换挡传动机构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。7换挡机构的设计换挡机构的设计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8图六、换向装置装配图3.2.33.2.3自锁机构自锁机构该作品设有双重自锁机构，一是：利用
12、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。图七、自锁机构3.2.43.2.4 轴的设计轴的设计3.2.4.13.2.4.1轴轴1 1、3 3设计设计材料45钢，车、铣加工而成。9图八、轴1、33.2.4.23.2.4.2 轴轴2 2设计设计材料45钢，车、铣加工而成。图九、 轴23.2.53.2.5 绕线卷筒的设计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。10图十、绕线卷筒3.2.63.2.6 安装图安装图图十一、手摇控速装配图4.4. 理论设计计算理论设
13、计计算4.14.1 零件主要数据零件主要数据轴材料 45 钢11轴 1:总长 70 轴 2:总长 70 与轴 1 相配齿轮 1：齿数 18 模数 2 与轴 3 相配齿轮 3：齿数 18 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 2 4.24.2 机构零件数据的计算设计机构零件数据的计算设计4.2.14.2.1传动比传动比./4,/4, 13123212sradnnsradnnn nni即设4.2.24.2.2 各轴的功率及转矩各轴的功率及转矩.1092. 3,1097. 31055. 9)98. 0( ,98. 0,1,/1,10004 24116 3
14、11231mmNTmmNnPTTKWPPKWFVppsmVNF4.2.34.2.3 齿轮受力齿轮受力.4118,1420,395424125cos,6 .1425tan.396023212221NFNFNFNFFNFFNdTFartt atrt同理可得：的受力分析计算齿轮的受力分析计算、齿轮4.2.44.2.4 轴的校核轴的校核124.2.4.14.2.4.1 轴轴1 1、3 3的校核的校核故安全,60)6 . 0(8 .11)(198007 .17818419800547191781993 .14147 .25458 .1643,7 .78112 12 1312 22 22 12 1212121MpaMpaWTMmmNTTmmNMMMmmNMMMmmNMmmNMmmNMNFNFNFNFacacVHVHVVHNHNHNVNV4.2.4.24.2.4.2 轴轴2 2的校核的校核同理可得故也安全。,201Mpaac5.5. 性能
