逃生晾衣架设计说明书

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……………………………………2 2. 主要功能和性能指标.………………………………3 2.1 主要功能………………………………………..3 2.2 主要性能指标……………………………………3 3.设计方案…………………………………………..3 3.1设计原理………………………………………….3 3.2 作品的结构……………………………………..4 3.2.1 齿轮传动机构………………………………..4 3.2.2 换挡传动机构………………………………..5 3.2.3 自锁机构………………………………………6

3.2.4 轴的设计…………………………………….7 3.2.4.1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电视台新址附属文化中心在建大楼发生火灾，北京市消防总队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

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 2.2 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/s

4

最大下方载重：100kg-150kg 手摇柄的转速 ：4rad/s

3.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。

图二、原理图

1、2、3小齿轮 4、5绕线圈 6、手柄 7、8、9轴

3.2 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

5

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 3.2.1 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z1z2z318，m=2,d36mm,da40mm,df32mm

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。

图七、自锁机构

3.2.4 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、3 3.2.4.2 轴2设计

材料45钢，车、铣加工而成。

图九、 轴2 3.2.5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

10

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 4.2机构零件数据的计算设计 4.2.1传动比

in2n21,n1n3设n24rad/s,即n1n34rad/s.

4.2.2 各轴的功率及转矩

F1000N,V1m/s,p1p3FV1KW,P2P10.98KW,(0.98)T1T39.55106P1 3.97104Nmm,n1T23.92104Nmm.4.2.3 齿轮受力

齿轮1、2、3的受力分析计算2TFt13960N.dFrFttan1425.6N,Ft4125Ncos齿轮2的受力分析计算Fa同理可得：Ft23954N,Fr21420N,Fa24118N.

4.2.4 轴的校核

11

4.2.4.1 轴1、3的校核

FNV1781.7N,FNV213.8NFNH12545.7NFNH21414.3NMH178199NmmMV154719NmmMV219800NmmM1MHMV1184NmmM2MHMV222222178.7NmmT1T319800NmmM1(T1)2ac11.8Mpa(0.6)Wac160Mpa,故安全

4.2.4.2 轴2的校核

同理可得ac20Mpa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

14