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往 复 式 高 楼 逃 生 装 置 作品内容简介 作品是采用二力平衡原理，使重物下降时的主轮受到的主动力矩与刹车的制动力矩相平衡，从而实现匀速下降的一种缓降器。 作品主要由摆线轮机构和刹车机构两部分组成。摆线轮机构由一个主轮两个副轮构成，线绳嵌在主副轮的啮合面之间，参于啮合，以防止绳子与轮之间的打滑；当绳子受到重力时，缓降器上方受的拉力与重力相平衡，而吊钩下的楔形块将拉力转化为正压力，使刹车片产生摩擦力矩。通过设计与实验，我们得到了合理的楔形块角度，对于不同重量的人或重物，使主轮受的主动力矩与刹车的制动力矩始终保持平衡，因而无需任何调整，均能实现匀速降落。使用时，将卷线轮向楼下抛出，绳子被打开，人用绳子的一端向下缓降，当一人完成缓降后第二个人可用绳子的另一端进行逃生，来回往复以提高逃生效率。 作品重量轻，制造成本低，是一种便携式设计，市场前景大。 1 研制背景及意义 随着城市化进程的加快，越来越多的人在高楼中居住和办公室。在高楼大厦发生火灾等紧急状况、特别是楼梯等安全出口已无法使用时，仅仅等待消防人员的营救是不够的，若能有效自救会给受困人员带来更多机会。在这种情况下，高楼逃生装置应运而生。目前国内高楼逃生装置取得了较好的进展，典型的逃生装置有：高楼逃生绳，高楼逃生缓降器，高楼逃生伞，高楼逃生管，救生梯等，其中与本作品较为接近的产品是高楼逃生缓降器。 高楼逃生缓降器：是在绳子上加一装置，人摩擦阻力使人获得降落的救生装置。 （1） 设轮子与摩擦块之间的摩擦系数为f，轮子受到摩擦块的轮子摩擦力为 （2） 匀速运动时，轮子所受的主动力矩与阻力矩相等，则有： （3） （4） （5） 式（5）中，a,b,r是机构的几何参数（如图1所示），f是摩擦系数。从这一式子可得：绳子的平衡只需满足一定的几何条件，而与重力大小无关。因而这一设想若能成功地应用在逃生装置中，则可使这一逃生装置只要满足一定的几何条件，就可使人们在下降过程中保持匀速运动，并且这一匀速运动与重力大小无关。 若将如图1中所示的力学模型中应用于工程中，显然应解决几下几个问题： 当在摩擦副作用下，主轮不转动时，绳子与轮子有相对滑动的可能，若绳子与轮之间出现相对滑动，则摩擦副的摩擦力将不会对绳子产生作用，因而必须防止绳子与主轮之间相对滑动。 由于力学模型中杠杆机构尺寸较大，结构也较为松散，其结构必须进行优化。针对上述问题，我们在实验的基础上进行了探讨，得到了有效的解决方案。 3.2 解决绳子与主轮之间的相对滑动的问题 在《机械设计》基本理论中，带传动中的同步带传动与普通带传动有一显著的区别，普通带传动是利用摩擦进行传动的，带与轮之间存在弹性滑动，甚至是打滑，而在同步齿型带传动中，带与轮是相互啮合的，而正是由于啮合传动，带与轮之间已不再是靠摩擦力传动，因而不会产生打滑现象，所以啮合传动是有效解决绳子与轮子相对滑动的一种方法。 为此，我们利用互相啮合的机构来解决打滑的问题，如图2所示，围绕着主轮有两个副轮，线绳夹在主轮与两副轮之间，让主轮——线绳——副轮三者形成啮合传动。 齿形的选择： 渐开线齿轮传动是啮合传动中最常用的传动，但在两齿轮中要卡一绳子再进行传动，一是绳子对传动特性影响有较大，二是若采用普通齿轮传动，则普通齿轮的齿形中，齿面与齿顶圆的拐点势必会对绳子产生较大的损伤，综合各种齿形，我们选择了摆线轮传动，见图2。 摆线轮的设计 根据摆线运动规律，建立摆线方程 圆外摆线：（t为摆圆转过的角度，t=0～360°） X= R·sin(t/2z)-2r·sin(t/2) ·cos(t/2+t/2z) （6） Y= R·cos(t/2z)+2r·sin(t/2) ·sin(t/2+t/2z) （7） 圆内摆线：（t为摆线圆转过的角度，t=0～360°） X= R·sin(t/2z)-2r·sin(t/2) ·cos(t/2-t/2z) （8） Y= R·cos(t/2z)-2r·sin(t/2)·sin(t/2-t/2z) （9） 取内摆线轮齿数Z=14，取摆圆半径r=2，则基圆半径R=2rZ=28，代入摆线方程，用CAD中函数曲线方式，作出单个齿的摆线图线，通过阵列得到全部的齿形。 由于主轮与副轮之间还有一线绳，为了更好地进行传动，主轮与副轮之间应留有线绳子的厚度，因而将前述所作的摆线轮曲线向内用CAD软件作等距线，得到实际的齿形摆线轮曲线，见图2所示。 摆线轮传动的中心距： a=2R=2r(z1+z2)=56 正确啮合传动的保证 由于在主轮与副轮之间有一线绳，因而主轮与副轮不相互接触，通过实验发现，在线绳受力后压紧时，主轮与副轮之间有时会出现啮合不正确的现象，导致主轮与副轮会卡住，