撞击与摩擦式缓降器阻尼装置

摘要

一种撞击与摩擦式缓降器阻尼装置，涉及高空救生缓降器领域，主要是采用特殊的撞击阻尼方式实现匀速缓降，并解决撞击磨损影响缓降效果的问题。结构上，绳轮与内齿圈固定装配、同步转动，内齿圈再带动4个小齿轮沿着固定于盒体上的齿轮轴高速旋转，小齿轮与一个槽钢形状的滑槽固定装配，滑槽再各自带动一对离心块高速旋转，离心块能在滑槽中往复移动，依靠离心力，不同滑槽中的离心块之间相互撞击、摩擦，各离心块与盒体内壁之间也产生撞击、摩擦，进而达到匀速缓降目的。因以撞击阻尼为主，并且离心块、盒体内壁产生的磨损不会影响阻尼效果，故该装置不怕水，不怕油，性能稳定、使用寿命长，并且结构紧凑、体积小、造价低。

权利要求

1.一种撞击与摩擦式缓降器阻尼装置，包括盒体、挂轴、中心轴、绳轮、内齿圈，其中，盒体主要是由底盖、扣盖以及盒体环组成的腔体，挂轴安装于底盖与扣盖之间并位于上部，中心轴的两端分别与底盖中心孔、扣盖中心孔装配，底盖、扣盖上均设有环形槽，并与底盖中心孔、扣盖中心孔同轴心，盒体环的两端分别嵌入环形槽中，即盒体环与中心轴同轴心，绳轮位于盒体内，绳轮的中心孔与中心轴活动装配，其特征是：内齿圈为一侧有底的筒状或瓶盖形状，内齿圈的侧面设有内齿圈中心孔和内齿圈安装孔，绳轮侧面设有绳轮螺孔，内齿圈通过沉头螺钉、内齿圈安装孔、绳轮螺孔与绳轮固定装配，同时，内齿圈通过内齿圈中心孔与中心轴活动装配，即内齿圈、绳轮能同步转动，盒体内还设有完全相同的4个齿轮轴、4个小齿轮、4个滑槽以及8个离心块，底盖上设有均匀分布的4个齿轮轴安装孔，4个齿轮轴右端穿过齿轮轴安装孔进入盒体后，其左端与底盖固定装配，小齿轮为圆柱直齿轮，其上设有齿轮中心孔和2个对称的齿轮螺孔，滑槽为槽钢形状，每个滑槽的中心线上设有滑槽中心孔和

2个对称的滑槽安装孔，每个滑槽与小齿轮之间通过沉头螺钉、滑槽安装孔、齿轮螺孔固定装配，二者再利用滑槽中心孔、齿轮中心孔与齿轮轴活动装配、同步转动，离心块的一端为半个圆柱形状，其弧形端面为离心块圆弧端，离心块的另一端的尾片为平板形状，尾片上设有长圆孔，每两个离心块的尾片相互重叠，并构成一对离心块，并通过长圆孔同时与齿轮轴活动装配，两离心块还同时位于一个滑槽中，并能够在滑槽中往复滑行，4个小齿轮同时与内齿圈啮合，并且在装配时使4个滑槽同方向，当钢丝绳带动绳轮转动时，绳轮带动内齿圈转动，内齿圈再带动4个小齿轮同步转动，小齿轮再带动滑槽转动，各滑槽再推动其中的一对离心块转动，在其转动过程中，各滑槽之间、滑槽与盒体环的内圆面之间均无接触，但由于离心力的作用，各个离心块均向外移动，当离心块向外移动无阻碍时，离心块直至尾片的长圆孔的一端与齿轮轴接触而停止外移，当滑槽转动至某一角度时，相邻两组滑槽中的离心块的离心块圆弧端相互接触，产生撞击和摩擦，并相互起到阻碍滑槽继续旋转的作用，同时两离心块做回缩运行，当滑槽再转动一定角度后，离心块圆弧端与盒体环的内圆面接触并产生撞击和摩擦，并对滑槽继续旋转起到阻碍作用，同时也使该离心块做回缩运行，所有的撞击及摩擦最终使绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

说明书

撞击与摩擦式缓降器阻尼装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高空救生缓降装置，具体涉及一种撞击与摩擦式缓降器阻尼装置。

背景技术

[0002] 现有技术中的高空救生缓降装置，多数主要由三部分组成，即绳索缠绕机构、增速机构（齿轮组）及阻尼装置。阻尼装置多数为摩擦式，结构上主要是由高速旋转部件（离心体）和固定件（例如盒体的内圆面）组成的摩擦副，通过高速旋转部件（离心体）的离心力使摩擦副之间产生摩擦，限制绳索缠绕机构的旋转速度，达到匀速缓降目的。这种摩擦式阻尼装置主要存在问题是：怕水、怕油，即一旦有水、油等介质进入摩擦副之间，因摩擦系数急剧下降，阻尼效果大幅度降低，甚至缓降作用失效。因两种普通金属材料之间的摩擦系数一般都很小，故有的缓降器的离心体的与盒体接触部分采用橡胶等材料，但摩擦生热后磨损非常严重。

[0003] 为了克服水、油等介质进入缓降器的摩擦副而严重影响阻尼效果的弊端，“一种钢珠、条棱式缓降器阻尼装置”（专利号ZL201310429345.4）和“一种双向变轨式缓降器阻尼装置”(专利号ZL201310505232.8)两项发明专利有效地解决了这方面的问题，但存在问题是磨损比较严重。事实上，这两项发明技术，之所以不怕油、不怕水，是因为阻尼作用主要来源于运行部件与固定件之间的不停顿的连续撞击而非摩擦。其中：

[0004] 钢珠、条棱式缓降器阻尼装置，依靠运行中的钢珠（离心体）与固定不动的盒体内圆面上的条棱产生撞击而实现绳索缠绕机构的匀速旋转。因条棱的高度比较小（受钢珠直径的限制，条棱太高会造成钢珠卡死不动，故条棱高度为钢珠直径的五分之一至四分之一），条棱被撞击后发生变形、变矮，长期或多次使用会大幅度降低缓降效果；

[0005] 双向变轨式缓降器阻尼装置主要有两种结构形式，第一种是依靠运行中的离心体与固定不动的S形变轨滑道的内侧滑道、外侧滑道的凸起产生撞击而实现绳索缠绕机构的匀速旋转，因撞击时接触面积较大、撞击角度较小，故产生的磨损相对较轻，但对各部件的加工、装配精度要求较高，离心体需要较大质量，S形滑道的直径也不能太小，整体尺寸较大，成本也偏高；第二种是只设置外侧滑道，共装配4个圆柱形的离心体，每两个圆柱形的离心体之间设有一推杆，两个推杆呈十字交叉重叠，其阻尼效果优于第一种，但结构复杂，推杆磨损较大，对各部件的加工、装配精度要求高，成本也高。

[0006] 在上述发明专利中，撞击均发生在离心体与固定件之间，其中，离心体自身的撞击变形易于补偿，并且对阻尼效果影响较小。相反，固定件的撞击变形就不容易补偿，并且对阻尼效果的影响很大。

[0007] “一种金属颗粒介质的缓降器阻尼装置”（专利号ZL201310656418.3），基本上不存在撞击磨损，但增速机构齿轮组、反转齿轮组比较复杂、部件多、成本高，使用大量的钢珠作为颗粒介质，质量大、成本也高。

发明内容

[0008] 为克服现有技术中的缓降器存在的不足，本发明提供一种撞击与摩擦式缓降器阻尼装置，该装置采用撞击和摩擦两种阻尼方式共同发挥阻尼作用，并以撞击阻尼为主，其中的撞击阻尼又包括两种形式，一是高速旋转部件（离心体）之间相互撞击，二是高速旋转部件（离心体）与盒体内圆面之间相互撞击。该装置不但水、油等介质进入摩擦副之间，不会影响阻尼效果，而且撞击产生的磨损也不会影响阻尼效果。

[0009] 本发明采用如下技术方案：

[0010] 一种撞击与摩擦式缓降器阻尼装置，包括盒体、挂轴、中心轴、绳轮、内齿圈，其中，盒体主要是由底盖、扣盖以及盒体环组成的腔体，挂轴安装于底盖与扣盖之间并位于上部，中心轴的两端分别与底盖中心孔、扣盖中心孔装配，底盖、扣盖上均设有环形槽，并与底盖中心孔、扣盖中心孔同轴心，盒体环的两端分别嵌入环形槽中，即盒体环与中心轴同轴心，绳轮位于盒体内，绳轮的中心孔与中心轴活动装配，其特征是：内齿圈为一侧有底的筒状或瓶盖形状，内齿圈的侧面设有内齿圈中心孔和内齿圈安装孔，绳轮侧面设有绳轮螺孔，内齿圈通过沉头螺钉、内齿圈安装孔、绳轮螺孔与绳轮固定装配，同时，内齿圈通过内齿圈中心孔与中心轴活动装配，即内齿圈、绳轮能同步转动，盒体内还设有完全相同的4个齿轮轴、4个小齿轮、4个滑槽以及8个离心块，底盖上设有均匀分布的4个齿轮轴安装孔，4个齿轮轴右端穿过齿轮轴安装孔进入盒体后，其左端与底盖固定装配，小齿轮为圆柱直齿轮，其上设有齿轮中心孔和2个对称的齿轮螺孔，滑槽为槽钢形状，每个滑槽的中心线上设有滑槽中心孔和2个对称的滑槽安装孔，每个滑槽与小齿轮之间通过沉头螺钉、滑槽安装孔、齿轮螺孔固定装配，二者再利用滑槽中心孔、齿轮中心孔与齿轮轴活动装配、同步转动，离心块的一端为半个圆柱形状，其弧形端面为离心块圆弧端，离心块的另一端的尾片为平板形状，尾片上设有长圆孔，每两个离心块的尾片相互重叠，并构成一对离心块，并通过长圆孔同时与齿轮轴活动装配，两离心块还同时位于一个滑槽中，并能够在滑槽中往复滑行，4个小齿轮同时与内齿圈啮合，并且在装配时使4个滑槽同方向，当钢丝绳带动绳轮转动时，绳轮带动内齿圈转动，内齿圈再带动4个小齿轮同步转动，小齿轮再带动滑槽转动，各滑槽再推动其中的一对离心块转动，在其转动过程中，各滑槽之间、滑槽与盒体环的内圆面之间均无接触，但由于离心力的作用，各个离心块均向外移动，当离心块向外移动无阻碍时，离心块直至尾片的长圆孔的一端与齿轮轴接触而停止外移，当滑槽转动至某一角度时，相邻两组滑槽中的离心块的离心块圆弧端相互接触，产生撞击和摩擦，并相互起到阻碍滑槽继续旋转的作用，同时两离心块做回缩运行，当滑槽再转动一定角度后，离心块圆弧端与盒体环的内圆面接触并产生撞击和摩擦，并对滑槽继续旋转起到阻碍作用，同时也使该离心块做回缩运行，所有的撞击及摩擦最终使绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

[0011] 因沉头螺钉也有可能松动，将对应的螺孔变为通孔，将沉头螺钉变更为铆钉，绳轮与内齿圈之间、滑槽与小齿轮之间的固定装配方式还能更换为铆接方式。

[0012] 尾片的长圆孔的长度必须适当，才能保证既能产生充分的撞击与摩擦，还能使离心块易于回缩。长圆孔的长度过大，会使两离心块相互卡死、不能回缩，缓降器不能运行；长圆孔的长度过小，撞击与摩擦不能起到应有的阻尼作用。

[0013] 理论上，离心块匀速转动时只受到向心力的拉动作用，离心块与滑槽之间只接触、无推力。离心块虽然不是绝对意义上的刚体，但两个离心块之间的撞击（也即碰撞）首先符合动量守恒。只要所用金属材料抵抗塑性变形的能力较强，就基本符合机械能守恒（即热能损耗少），所以，理论上两个同质量的离心块撞击后应以原速度、反方向运行，于是离心块再与滑槽撞击，之后再以减慢的速度继续旋转，两组滑槽及离心块再共同撞击，再产生反方向的动量。相对而言，撞击力通常都是巨大的，这种瞬间反方向的动量（同时具有动能）最终形成部件的弹性变形，并对原方向的旋转形成反向阻力矩，即实现所需的阻尼作用。同理，盒体环的内圆面对离心块的反作用力也会形成对滑槽的反向阻力矩。

[0014] 两个离心块之间、离心块与盒体环的内圆面之间产生的撞击与摩擦，也会使离心块圆弧端产生一定的磨损或变形（即塑性变形），但因离心块圆弧端的面积较大，磨损或变形的幅度很轻，且相对自身的整体尺寸很小，故对阻尼效果无影响或基本无影响。

[0015] 特别地，4个小齿轮同时与内齿圈啮合装配时，必须使4个滑槽同方向，才能使相邻的两滑槽中的离心块之间产生有效的相互撞击和摩擦，否则会严重影响阻尼效果。

[0016] 进一步，为便于保证所有的滑槽同方向装配，选择内齿圈、小齿轮的齿数时应按下述规则确定：

[0017] 1.内齿圈的齿数、4个小齿轮的齿数均为4的整数倍，当滑槽与小齿轮装配时，应使所有的滑槽的中心线均对准小齿轮的齿顶中心或均对准齿根中心；

[0018] 2.内齿圈的齿数、4个小齿轮的齿数均选择偶数并且不同时为4的整数倍，或者内齿圈的齿数选择偶数但不是4的整数倍、4个小齿轮的齿数选择奇数，当滑槽与小齿轮装配时，应使其中的2个滑槽的中心线对准小齿轮的一个齿顶中心，另2个滑槽的中心线应对准小齿轮的一个齿根中心；

[0019] 3.内齿圈的齿数选择4的整数倍、4个小齿轮的齿数选择奇数，当滑槽与小齿轮装配时，应使其中2个滑槽的中心线对准小齿轮的齿顶中心，另2个滑槽的中心线应与某个穿过齿顶中心的直径线垂直；

[0020] 当然，滑槽的中心线的方向，是通过确定小齿轮上的齿轮螺孔的中心连线的方向而完成的。

[0021] 进一步，当加大缓降器的总体尺寸、增大离心块的质量后，一个缓降器只装配2个小齿轮、2个滑槽和两对离心块，也能实现同样的缓降速度及效果。

[0022] 在本方案中，撞击是主要的阻尼方式，摩擦是伴随撞击产生的，虽然也能产生一定的阻尼作用，但不是主要的，故能够在各个部件之间填充润滑油，主要是防止金属部件严重锈蚀影响缓降器的使用效果和使用寿命。

[0023] 本方案在结构上与普通缓降器的区别是：

[0024] 摩擦阻尼变为撞击阻尼；离心体与固定件撞击变为离心体之间撞击；内齿圈由固定件变为转动件；行星齿轮变为沿固定轴旋转的普通齿轮；多个离心体由一个转动件同时驱动变为多个转动件各自分别驱动；多级增速变为单级增速。

[0025] 本发明的有益效果是：撞击发生在两离心块之间以及离心块与盒体环的内圆面之间，磨损或变形对缓降器的总体阻尼效果无影响，能够实现长期使用；装置不怕水、不怕油，同时在装置中加入润滑油，在不影响阻尼效果的同时还能防止金属部件锈蚀；本发明装置，结构紧凑，体积小、造价低。

[0026] 下面结合图1至图20对本发明进一步说明。

附图说明

[0027] 图1：缓降器阻尼装置整体结构示意图；

[0028] 图2：绳轮主视图；

[0029] 图3：图2的左视图；

[0030] 图4：内齿圈主视图；

[0031] 图5：图4的左视图；

[0032] 图6：小齿轮主视图；

[0033] 图7：图6的左视图；

[0034] 图8：滑槽主视图；

[0035] 图9：图8的俯视图；

[0036] 图10：图8的左视图；

[0037] 图11：离心块主视图；

[0038] 图12：图11的俯视图；

[0039] 图13：一对离心块装配关系示意图；

[0040] 图14：底盖主视图；

[0041] 图15：图14的左视图；

[0042] 图16：齿轮轴示意图；

[0043] 图17：离心块运行状态示意图（一）；

[0044] 图18：离心块运行状态示意图（二）；

[0045] 图19：离心块运行状态示意图（三）；

[0046] 图20：离心块运行状态示意图（四）。

[0047] 各图中：1:盒体，2:底盖，3:环形槽，4:扣盖，5:盒体环，6:中心轴，7:绳轮，8:绳轮螺孔，9:内齿圈，10:内齿圈中心孔，11:内齿圈安装孔，12:小齿轮，13:齿轮中心孔，14:齿轮螺孔，15:齿轮轴，16:滑槽，17:滑槽中心孔，18:滑槽安装孔，19:离心块，20:离心块圆弧端，21:尾片，22:长圆孔，23:挂轴，24:底盖中心孔，25:齿轮轴安装孔，26:导向限位轮。

具体实施方式

[0048] 图1为本发明提供的一种撞击与摩擦式缓降器阻尼装置（以下简称阻尼装置）的整体结构示意图。该阻尼装置包括底盖2、扣盖4、盒体环5、挂轴23、中心轴6、绳轮7、内齿圈9、小齿轮12、齿轮轴15、滑槽16、离心块19、导向限位轮26。挂轴23安装于底盖与扣盖之间并位于上部。

[0049] 如图14、15及16所示，底盖2上设有环形槽3、底盖中心孔24和均匀分布的4个齿轮轴安装孔25，环形槽3与底盖中心孔24同轴心。扣盖4的内侧也设有同样的环形槽。盒体环5的两端分别与底盖2、扣盖4的环形槽3装配。中心轴6的一端与底盖中心孔24装配，中心轴6的另一端与扣盖4的中心孔装配。齿轮轴15穿过齿轮轴安装孔25后，齿轮轴15的左端与底盖2焊接固定。

[0050] 如图2、3所示，绳轮7的一侧设有均匀分布的绳轮螺孔8，绳轮7的中心设有中心孔。

[0051] 如图4、5所示，内齿圈9为一侧有底的筒状，齿数为60，模数1.5，分度圆直径90mm。内齿圈9的侧面设有内齿圈中心孔10和4个均匀分布的内齿圈安装孔11，内齿圈9通过沉头螺钉、内齿圈安装孔11、绳轮螺孔8与绳轮7固定装配。同时，内齿圈9、绳轮7还分别通过内齿圈中心孔10及绳轮7的中心孔共同与中心轴6活动装配、同步转动。

[0052] 如图6、7所示，小齿轮12为圆柱直齿轮，齿数为19，模数1.5，分度圆直径28.5mm。小齿轮12上设有齿轮中心孔13和2个对称的齿轮螺孔14。

[0053] 如图8、9、10所示，滑槽16为槽钢形状，在其中心线上设有滑槽中心孔17和2个对称的滑槽安装孔18，滑槽16通过沉头螺钉、滑槽安装孔18、齿轮螺孔14与小齿轮12固定装配。滑槽16、小齿轮12分别通过滑槽中心孔17、齿轮中心孔13与齿轮轴15活动装配、同步转动。

[0054] 如图11、12所示，离心块19的一端为半个圆柱形状，其弧形端面为离心块圆弧端20，离心块19的另一端为平板形状的尾片21，尾片21上设有长圆孔22。

[0055] 如图13所示，每两个离心块19的尾片21相互重叠，构成一对离心块，并通过长圆孔22均与齿轮轴15活动装配。同时该对离心块19还活动安装于滑槽16中，即离心块19能在滑槽16中往复滑行。离心块19、滑槽16、小齿轮12与齿轮轴15活动装配后，齿轮轴15的右端装配卡簧。

[0056] 如图1所示，4个小齿轮12同时与内齿圈9啮合，并且在装配时保持4个滑槽16同方向（例如：选择图17所示的方向）。在此实施方式中，内齿圈9的齿数为60，是4的整数倍，4个小齿轮12的齿数均为奇数19，滑槽16与小齿轮12装配时，应将其中2个滑槽16的中心线对准小齿轮12的齿顶中心，另2个滑槽的中心线应与某个穿过齿顶中心的直径线垂直，进而易于保证4个小齿轮12与内齿圈9啮合时4个滑槽16同方向，故实际加工小齿轮12时，对于其中的2个小齿轮12，每个小齿轮上的2个齿轮螺孔14的中心连线对准齿顶中心，对于另2个小齿轮
12，每个小齿轮上的2个齿轮螺孔14的中心连线与某个穿过齿顶中心的直径线垂直。

[0057] 工作原理：当钢丝绳带动绳轮7顺时针方向转动时，内齿圈9顺时针方向跟随转动，内齿圈9再带动4个小齿轮12同步顺时针方向转动，每个小齿轮12再带动滑槽16顺时针方向转动，各滑槽16再推动位于其中的一对离心块19顺时针方向转动。在其转动过程中，各滑槽16之间、滑槽16与盒体环5的内圆面之间均无接触，但由于离心力的作用，各个离心块19均向外移动，当离心块19向外移动无阻碍时，直至尾片21的长圆孔22的一端与齿轮轴15接触，离心块19才停止外移。

[0058] 图17、18、19、20中离心块19的运行状态，相对于内齿圈9是从相反一侧显示的，故图中的离心块19的旋转方向为逆时针方向。

[0059] 如图18所示，当滑槽16旋转至某一角度时，相邻两组滑槽16中的离心块19的离心块圆弧端20相互接触，产生撞击和摩擦，其撞击力F的作用方向与所在离心块圆弧端20的接触点的切线垂直，其分力包括与滑槽16的中心线分别垂直和平行的分力F1和F2，F1起到阻碍滑槽16继续旋转的作用，F2起到使离心块19回缩运行的作用。

[0060] 如图19所示状态下，两离心块19的离心块圆弧端20相互接触，只产生摩擦。

[0061] 如图20所示，当滑槽16再转动一定角度后，离心块圆弧端20与盒体环5的内圆面接触并产生撞击和摩擦，与上述同理，其中一个分力对滑槽16继续旋转起到阻碍作用，另一个分力使该离心块19做回缩运行，所有的撞击及摩擦最终使绳轮7匀速转动，人体或重物匀速下落。

[0062] 绳轮7逆时针方向旋转时的工作原理与上述原理相同。

[0063] 在此实施方式中，绳轮7、内齿圈9与小齿轮12的转速比为1：3.16，即绳轮7每旋转一周，小齿轮12旋转3.16周。4个小齿轮12每旋转一周，离心块19之间共发生相互撞击8次，离心块19与盒体环5的内圆面之间发生撞击也是8次，故绳轮7旋转一周，离心块19之间共发生相互撞击25次，离心块19与盒体环5的内圆面之间发生撞击也是25次，合计50次。按绳轮7缠绕钢丝绳处的直径46mm计算，其周长为14.44cm。若人体或重物下落速度1m/秒，则绳轮7的转速6.94转/秒，则离心块19之间共发生相互撞击173.5次/秒，离心块19与盒体环5的内圆面之间发生撞击也是173.5次/秒，合计347次/秒。

[0064] 在此实施方式中，撞击是主要的阻尼方式，摩擦是伴随撞击产生的，虽然也能产生一定的阻尼作用，但不是主要的，故能够在各个部件之间填充润滑油，主要是防止金属部件严重锈蚀而影响缓降器的使用效果和使用寿命。