河南机专TRIZ创新思维与方法工程课题案例2.docx

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河南机专TRIZ创新思维与方法工程课题案例2

某某机电高等专科学校

创新思维与方法-TRIZ理论

工程课题信息表

课题名称：

高楼逃生缓降器

某某：

学号：

系部：

机电工程系专业：

班级：

填表日期：

2012.0518

指导教师：

免责声明

本课题作为创新方法培训实践环节考核使用，研究成果申报人可以申请专利或发表学术论文。

为了保证课题的正常开展，课题申报者需作以下保证：

1．本课题内容不危害国家安全，符合国家法律，不存在任何某某内容。

2．本课题不涉与国家某某。

3.本课题不涉与任何个人和企业团体的技术秘密。

4．在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当使用本课题的内容用于学术活动。

5.以上内容如有违反，由申报人本人负责。

申报人签字：

年月日

摘要

随着城镇居民的日益增多，高层建筑随处可见，当意外事故发生时，如何安全有效地从

高楼逃生成为当前的一大社会难题。

目前的逃生器种类较多，但是大多结构复杂、价格

昂贵、不方便使用。

本设计中采用常见的滑轮、连杆机构，设计了一款具有结构简单，

使用方便，重量轻等特点的高楼逃生缓降器。

设计书中对逃生缓降器的结构方案、各部

件尺寸进展了详细设计，在保证逃生器美观小巧的根底上，利用工程力学的相关知识进

行了摩擦阻力计算以与强度校核，以保证设计方案的可靠性和安全性。

设计与验算结果

明确，本设计中的高楼逃生缓降器小巧实用，具有广泛的应用前景。

关键词：

高楼逃生缓降器创新设计

摘要

绪论

绪论

随着社会的开展，城镇的人口越来越多，很多人居住在高层建筑里。

虽然高层建筑给我

们生活带来了方便，但是在发生意外险情如火灾、地震、煤气泄漏等时，高楼逃生成了

我们面对的一大难题。

根据调查，我国意外伤亡事故大局部都是由于高楼的防护措施不完善

造成的。

目前，当意外险情发生的时候，人们大局部都是通过电梯或楼梯从高楼逃生，但是

高楼中的楼梯和电梯都是有限的，而高楼里的居民相对较多，通过有限的电梯和楼梯逃生不

可防止会出现拥挤的情况，甚至出现踩踏事件，这样就会造成不必要的人员伤亡。

鉴于此，

我们经过认真讨论，设计了高楼缓降逃生器，旨在发生紧急情况时，给人们提供更多的逃生

手段，使高楼逃生简便快捷，同时减少意外事故的发生。

众所周知，物体从高处下落，到达地面时速度会很大，因而设计高楼逃生器的关键在于

如何保证逃生者以较小的速度到达地面。

目前市面上也有几种高楼救生器，大致可分为

阻尼式和减速盘式，其结构分别由钢丝绳、金属外壳、绳轮、转轴、阻尼电机等和环形

刹车片、胀力减速盘架、胀力减速拉杆、绳索引导滑轮、拉杆轴等组成，这些装置结构

复杂，有的还需要配电机，导致重量过大，操作控制困难，且价格昂贵，不利于普与。

为此，在满足使用性能与要求的情况下，设计一款结构简单，操作简便的高楼逃生器是

非常必要的。

第一章结构方案设计

本章在滑轮机构、连杆机构的根底上，结合汽车减速原理，对逃生器方案进展具体设计。

该方案由简单的连杆机构，摩擦片和滑轮组成。

具体结构方案如下：

图1高楼救生器结构图

该逃生器的工作原理是通过绳子受拉带动活动杆移动，而移动的活动杆带动滑轮压向摩

擦片，摩擦片与滑轮的接触达到减速乃至起到使人匀速下降的作用，从而起到逃生的目

的。

图1所示，使用时，逃生者用一只手抓住手柄，另一只手给绳索

下端施加一定的拉力，使绳X紧。

人和逃生器沿着绳子一起向下运动，绳索下端施加的

拉力会使连杆带动滑轮压紧摩擦片，该压力越大，如此摩擦片与轮子之间的压力也越大，

摩擦力也越大，最终使绳索与轮子之间的摩擦力增大，以达到降速下滑的目的。

第二章尺寸设计与重要部件校核

2.1主要尺寸设计

支架尺寸设计：

为提高材料的利用率以与能满足使用要求，并考虑到整个装置的受力情

况和结构的美观性，支架尺寸见附录Ａ。

滑轮尺寸设计：

为能达到使用要求以与结构的合理性，滑轮尺寸见附录Ｂ。

销钉尺寸设计：

销钉直径初定为8mm。

尺寸见附录C

活动杆尺寸设计：

活动杆尺寸主要由滑轮与摩擦片相配合而确定，尺寸见附录D。

绳套：

尺寸见附录E

摩擦片尺寸设计：

摩擦片的内端尺寸根据滑轮直径而定，厚度设定为2.5mm。

尺寸见附

录F

摩擦杆尺寸设计：

为在能满足使用要求并节省材料的条件下，尺寸见附录G。

2.2机构可行性分析

分析整个机构在实际运用中的受力情况〔假定人的重量为100KG〕，滑轮受力如图〔1〕

所示，摩擦片的摩擦系数取

绳子与滑轮的包角

。

根据公式

[1]。

可以求得绳子伸出端需要X紧力

。

即人需要用手对绳子施加20N的力，就能

随着机构以一定的速度下降。

正常人的力气完全能够满足实际要求。

2.3销钉强度校核〔剪切强度〕

图2轮的受力分析

图3活动杆受力分析

滑轮以与活动杆的受力情况如图〔2〕、〔3〕所示。

通过受力平衡原如此以与极端情况可

得到如下方程：

联立求解可得到：

从而可解得最大剪切力：

材料选用45号钢材，剪切强度为36MPa

由剪切强度计算公式：

24MPa

36MPa

选用直径为8mm的销强度完全能够满足实际要求。

2.4摩擦杆强度校核

分析可得，摩擦杆的受力情况如下所示。

图3

（1）由静力平衡方程得：

，

（2）列剪力方程和弯矩方程。

由于C点受集中力F作用，引起AC，

CB两段的剪力方程各不一样，故必须分段列方程。

建立如图坐标系。

对AC段，取

截面的左段为研究对象，可得剪力方程和弯矩方程分别为：

同理，对CB段可得剪力方程和弯矩方程分别为

〔3〕绘制剪力图和弯矩图。

式〔a〕表示在AC段内各截面上的剪力为常量，

，剪力图是一条平行于x轴的水平线；CB段内剪力也类似，

。

式〔b〕表示在AC段内的弯矩图是一条向右上方倾斜的斜直线，由x=0，M=0；x=a，M=

决定。

而式〔d〕表示在CB段内的弯矩图是一条向右下方倾斜的斜直线，由x=a，M=

；x=l，M=0决定。

弯矩图在集中力F作用处形成一折角。

由

图和M图可知，当a>b时，CB段内任意截面上的剪切力值为最大，

；当a

。

最大弯矩值发生在集中力F作用的C截面上，其值为

。

从

图上可明显看出，在集中力F作用处，剪力图上发生突变，突变的值即等于集中力的大小。

根据上述方程并带入设计尺寸计算可得，磨擦板的强度完全能够满足实际要求。

结论

我们设计的高楼逃生缓降器成功的解决了人们如何能够从高处安全下降的难题。

高楼逃生缓降器具有设计独特，机构简单，易于操作，使用方便等特点。

并且高楼逃生缓降器的制作材料相对其它逃生器价格廉价。

例如滑轮使用工程塑料即可满足要求，本钱比市面上的同类产品下降了许多，而且工程塑料稳定性强，不像金属那么易腐蚀，易生锈，真正做到了经济、实用的目的。

其余构件在市场上用非常廉价的价格就能购置到。

物美价廉、性价比高、安全可靠，是真正适合大众的产品。

相信上述这些优点对于我们设计的高楼逃生缓降器市场前景和市场竞争力都有着很大的优势。

致谢

光阴似箭，岁月如梭。

创新设计就接近尾声了，在这里千言万语都难以表达我们心中澎湃的心情。

能够有幸参加本次活动是我们大学里最美妙的一笔，是对过去所学专业知识的一次全方位运用。

从我们最初的一点设想，再到我们设想的实现，再加上指导教师和领导的大力支持，我们小组成功诞生了。

从脑海的构想至二维图的根本完成，我们都以笑脸相迎。

经过讨论研究我们有了统一的想法，很快我们的构想变成了现实。

殊不知困难悄然降临，我们的产品名叫高楼逃生缓降器，与人密切相关，人命关天。

产品的可行性分析，材料的选用，强度校核，尺寸设计等等。

每一步都得做十分缜密的计算。

就我们所学的知识想解决所有问题简直比登天还难，可是在困难面前我们没有低头，通过回忆以往所学以与查找资料，在指导教师的正确领导下我们遇到的困难被一个个克制了。

皇天不负有心人，最终得到了正确的尺寸。

其间我们经历了相当长的一段时间。

接下来就是三维实体建模，由于前期工作在大家的一致努力下都做得几近完美了。

从实体建模到模拟仿真用了两天多就完成了。

说明书的编写问题也随之而解决了。

通过参加本次设计，我们会终身受益，本次设计是对过去所学的一次大结合。

经过指导教师和领导的正确指导，我们提前了解到了一些将来能派上用场的专业知识，对怎样正确设计有了一个比拟明确的认识。

总之，这辈子我们都不会忘记我们的处子作。

在这里，我们要感谢我们的指导教师，系袁主任以与与本次创新设计相关的所有人！

附录

支架〔Ａ〕

滑轮〔Ｂ〕

销钉〔Ｃ〕

活动杆〔Ｄ〕

绳套〔Ｅ〕

摩擦片〔Ｆ〕

摩擦杆〔Ｇ〕

参考文献

1.X定华主编.工程力学.:

高等教育

2.X孝明黄卫萍主编.机械设计根底.某某：

华南理工大学

3.周开勤主编.机械零件手册.:

高等教育

4程晓宇主编.工程材料与热加工技术.某某:

某某电子科技大学

5黎传袁斌主编.互换性与测量技术.某某:

华南理工大学