一种多功能救生椅结构设计与分析

　　摘要：随着经济的发展，生产生活中各种事故时有发生，为很好的解决各类安全事故发生时的救生问题，本文探讨了一种多功能救生椅结构设计与分析。它适合休息、发生火灾及送病人具有多种功能的生活用品。设计的椅子背上有挂钩，钩下端连接通过椅背两侧的通孔绕在坐板下阶梯轴上的绳子，并且椅子前腿和坐板可以展平似梯子状，遇到突发火灾时人可立在前腿之间的连扳上，通过放松绳子进行逃生，还有遇到突发情况有伤员或病患时，椅子还可展平形成单架进行紧急救援，不用时可以当休息椅用。它所用材料简便，易得，造价合理，使用性强，可普及推广。
　　关键词：多功能；逃生；紧急救援
　　1 研制背景及意义
　　目前在大学校园里，教学楼和学生公寓都是高楼，一种多功能救生椅，是适合休息、发生火灾及送病人具有多种功能的生活用品。多功能救生椅是在传统的坐椅的功能和外观上经过一些设计改变，多功能救生椅具有休息、遇险逃生、救生等多种功能的椅子，当今公众避灾自救意识弱,尤其是青少年的紧急避险自救能力不强。针对现在的高楼大厦容易出现险情的时候，能临时找到救生和逃生的工具，以减少在发生灾情的时候人员的伤亡和不必要的损失。并可作为简单的单架使用，用来救护伤者，此多功能救生椅椅可以展成为社会公共抢险救灾工具,一个是救生，一个是逃生。在火灾或危险时刻能挽救人的生命。
　　
　　2设计方案
　　2.1减速器式
　　在设计高楼逃生时，考虑到如果变形后的椅子上没有刹车装置人站在梯子上就会加速下落，所以我们想到在椅子上安装一个减速器，用来控制人下滑的速度。但是用减速器装置就必须再安装一个电动机来带动减速器，而我们的作品是一个能紧急救援的多功能椅子，它最大的特点是在平时没有突发情况下它就是人们生活中的一把普通的椅子，所以，如果采用这种装置的话会使得椅子的体积和重量都大大增加，既不美观在逃生由于椅子的重量过大也会带来许多的不变。因此我们放弃勒这种装置。
　　2.2改装刹车
　　在设计时我们联系到实际的生活，想到自行车在冲力很大的情况下也能及时的刹住车，所以我们考虑把自行车的刹车装置进行改装来安装到我们的多功能救生椅上，固定绳子的轴用轴承固定在椅座的底部，所设计的刹车要想控制椅子下落过程中的速度，其产生的阻力必须要大于人体和椅子的重力的合力，因此我们在安装绳子的两端分别装上一个刹车，刹车在开始的时候一端已经被固定刹死，另一端用手轧控制，来防止人在登上变形后的椅子时瞬间下落。
　　3理论计算
　　3.1刹车
　　3.1.1刹车原理
　　刹车盘的外盒与椅子外架固定，刹车装置的内芯与滚动轴固定，下滑的绳索缠绕在滚动轴上，整个机构要下滑滚动轴必需滚动。当刹车盘上的刹车片（坏状）刹住内芯时，便刹住滚动轴，从而刹住整个机构。为了操作方便，在操控端运用了一个省力杠杆，并且在刹车盘上预留三个螺孔，以便根据情况的需要施加预紧力。
　　3.1.2刹车装置结构示意图如图1（单位:毫米）
　　
　　图1刹车装置结构示意图
　　3.1.3受力分析
　　假设整个系统（包括人和机构）的重量为G千克，重力加速度为g（取值10m/s²）。滚动轴直径为d，刹车盘最大直径（与刹车片接触）为D，查表得摩擦系数为0.75，需要的制动力为。
　　则：
　　
　　通过省力杠杆的作用：
　　
　　因为采用双制动，故最终制动力,代入得：
　　
　　取
　　则：
　　
　　此外，还可以根据需要在在刹车盘上预设一个预紧力以减少人的施力负担。
　　因此，设计可以达到实际要求。
　　
　　3.2钢丝绳的计算与选择
　　3.2.1确定钢丝绳直径
　　：选择系数：钢丝绳的最大工作静拉力
　　在钢丝绳充满系数为0.46，折减系数为0.82时
　　由表可查得：=0.1，
　　=3.13mm
　　3.2.2钢丝绳的破断拉力
　　;
　　N为钢丝绳最小安全系数n取5；
　　9805=4900N
　　根据上面的计算，查表可知选取的钢丝绳直径d=4mm的天然纤维芯钢丝绳，该型号钢丝绳的。
　　3.3卷筒的设计计算
　　3.3.1卷筒名义直径
　　==16*3.13=50.08mm；
　　3.3.2绳槽半径
　　R==0.54d=0.54*3.13=1.69mm；
　　3.3.3绳槽深度
　　标准槽：
　　深槽：
　　3.3.4绳槽节距
　　标准槽：
　　深槽：
　　3.3.5卷筒的厚度
　　钢卷筒：
　　3.3.6卷筒长度
　　双联卷筒：；
　　
　　
　　3.4卷筒的强度计算
　　3.4.1卷筒壁内表面最大压应力
　　
　　3.4.2由弯曲产生的拉应力
　　
　　4工作原理及性能分析
　　工作原理：
　　通过改变构件之间的连接方式从而转换为不同功能的机构。对于“窗外逃生梯”，还运用了手控刹盘来控制下降速度。
　　性能分析：
　　结构较为简单，可靠性与实用性较强，但在安全与面对突发情况或特殊情况方面缺乏绝对的保障。
　　完成制作后，实物照见图2。
　　
　　图2多功能救生椅的实物照
　　5创新点及应用
　　1. 运用发散性思维来解决问题。这是一种尝试，与传统的单元思想不同，可能这种尝试并不等同于成功，但这种创新思维的锻炼过程是最为宝贵的。
　　2. 在功能方面，实现了“一体多能”的目标。在需要救援的情境下，可以迅速组装成担架，特别是可以组装成救生梯从窗外逃生。而这样一个较为专业的救生工具平时可以变身为一把普通的椅子，而并不需要占据额外的空间。
　　
　　参考文献
　　［1］雷天觉.《机械设计手册》[M].北京：.机械工业出版社，2001
　　［2］陆元章.《现代机械设备设计手册》：第二卷[M].北京：机械工业出版社，1996
　　[3]濮良贵．纪名刚．机械设计[M]．高等教育出版社出版，2004
　　[4]朱冬梅．画法几何及机械制图[M]．高等教育出版社．第五版，2000

《一种多功能救生椅结构设计与分析》

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