CN116764128A - 梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置 - Google Patents

Abstract

一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置，涉及高空救生缓降器领域，该装置主要设置多个轴向排列的梳齿片和凸棱圈，通过梳齿片的径向爪在各凸棱圈的夹缝中运行并推动一定数量的钢珠做圆周运动，当钢珠遇到凸棱时需爬坡而耗能，当钢珠从凸棱与梳齿片根部之间的狭窄空间被推挤出去时也需耗能，从而起到对梳齿片的阻尼作用，并且阻尼效果显著；钢珠与各部件之间的撞击力较小，其它部件之间无撞击接触，受力合理、运行稳定，故本发明装置不易磨损和毁坏，显著提高了缓降器的安全稳定性和使用寿命，并且结构简单，制造成本低。

Description

梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置

技术领域

本发明涉及一种高空救生缓降装置，具体涉及一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置。

背景技术

现有技术中的高空救生缓降装置，主要分为两种类型，一类是摩擦式，即通过高速旋转的离心体与盒体的内圆面之间的摩擦力限制转速，达到匀速缓降目的。其最大优点有两方面，一是结构简单、制造成本低；二是受力平稳，没有冲击力，不易发生意外损毁现象。存在问题主要也有两方面，一方面因摩擦生热使摩擦材料或金属材料的表层性质发生改变，硬度下降，造成摩擦系数的降低，阻尼效果下降，甚至缓降作用失效。摩擦式阻尼装置存在的另一方面问题是怕水、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。

高空救生缓降装置的另一种类型是撞击式，其阻尼作用主要来源于运行部件之间或运行部件与固定件之间的不停顿的连续撞击而非摩擦。其最大的优点是克服了水、油等介质进入缓降器的摩擦副而严重影响阻尼效果和摩擦过热而导致缓降失效的弊端。目前现有技术中已有多项发明专利技术，其实质都是撞击式阻尼装置，只是结构不同。

所有的撞击式阻尼装置都涉及安全稳定性和造价两方面问题。安全稳定性方面，主要是存在部件因撞击导致磨损和毁坏的问题，其中部件毁坏主要是金属材料因撞击达到疲劳极限强度或遭受瞬间冲击力过大以及受力不合理而导致。造价问题主要是为防止部件损毁而选择特殊材料导致造价大幅度升高，这方面不仅涉及直接参与撞击部件的材料选择问题，其他相关传动部件也均需提高抗破坏强度以及抗疲劳强度。

例如，“一种钢珠、条棱式缓降器阻尼装置”（ZL201310429345.4），属于撞击式阻尼装置，其盒体内圆面上设有条棱，叶轮推动钢珠沿条棱移动时，钢珠与条棱产生撞击，钢珠之间又相互挤压，因而钢珠对叶轮产生阻尼作用。存在问题：条棱高度只能为钢珠直径的五分之一至四分之一，因条棱高度相比钢珠直径过大，易于卡死。同时，钢珠直径不能太小，例如至少6毫米以上，因条棱高度过小，阻尼作用太弱，不能实现缓降目的；在钢珠直径不变情况下，条棱高度越大，钢珠与条棱之间撞击力越大，条棱磨损越严重，并且条棱磨损后等同于降低了条棱高度，其阻尼作用大幅度减弱，影响安全稳定性。

发明内容

为克服撞击式阻尼装置存在的不足，本发明提供一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置，该装置主要设置多个轴向排列的梳齿片和凸棱圈，通过梳齿片的径向爪在各凸棱圈的夹缝中运行并推动一定数量的钢珠做圆周运动，当钢珠遇到凸棱时需爬坡而耗能，当钢珠从凸棱与梳齿片根部之间的狭窄空间被推挤出去时也需耗能，从而起到对梳齿片的阻尼作用，并且阻尼效果显著；通过大幅减小钢珠与各部件之间的撞击力，且梳齿片与凸棱圈之间无撞击接触，受力合理，使各部件不易磨损和毁坏，从而显著增强安全稳定性，并降低制造成本。

本发明采用如下技术方案：

一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置，包括盒体、绳轮、绳轮轴和增速机构，绳轮通过增速机构最终驱动末端的中心齿轮高速转动，盒体内设有1个隔板并将盒体内部分隔成两部分，隔板中心为通孔，中心齿轮从其中穿过且无接触，其特征是：在盒体的一个盒体侧面板与隔板之间设有若干个相同的梳齿片，各梳齿片的外围设有若干个均匀分布的径向爪，各径向爪的端头为肥大部分，即在圆周方向其两侧各有一个斜面，各梳齿片中心的内齿圈形状的通孔与中心齿轮装配、同步转动，各梳齿片按轴向排列时各径向爪一一对齐，盒体侧面板与隔板之间还固定装配若干个相同的凸棱圈和圆环，在轴向上每隔一个凸棱圈装配一个圆环，凸棱圈的内侧面上设有若干个凸棱，该凸棱在圆周方向的两侧为斜坡，各凸棱圈的凸棱在轴向上一一对齐，每个凸棱圈的相邻两凸棱之间的内圆面半径小于圆环的内圆面半径，圆环的厚度大于梳齿片的厚度，各梳齿片的径向爪的端头分别插入对应的两凸棱圈之间，并能在其中滑行，各径向爪的端头与对应圆环的内圆面保持一定间隙，在相邻两径向爪之间装入一定数量的钢珠，钢珠直径大于相邻两梳齿片的轴向间距，同时还大于相邻两凸棱圈的轴向间距，当梳齿片在绳轮驱动下转动时，径向爪推动钢珠做圆周运动，当碰到凸棱时，钢珠沿凸棱的斜坡运行并从各凸棱与各梳齿片根部之间的通道被推挤出去，之后钢珠继续做圆周运动并与下一个凸棱接触，最终使绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

在本方案中，各梳齿片与中心齿轮装配时，各梳齿片之间还能装入1个平板状的垫圈，该垫圈的厚度不大于凸棱圈的厚度。各梳齿片与中心齿轮装配后，各径向爪在垂直轴向上呈梳齿形状。

在本方案中，钢珠沿凸棱的的斜坡爬行时需克服离心力使其重心向圆心移动，紧接着被梳齿片的径向爪推挤，并从各凸棱与各梳齿片根部之间的通道挤出去，该通道相对狭窄，如同葫芦口，从而起到对梳齿片的阻尼作用。

葫芦口的阻尼作用，在颗粒小、数量多的情况下比较稳定和适用，所以本发明装置中的钢珠适宜采用较小的钢珠直径，例如6毫米以下。钢珠直径过大，相对狭窄的葫芦口的阻尼作用太强，易于堵死而不能正常运行。同时，若增大钢珠直径，阻尼装置各相关部件及总体尺寸均需相应增大，耗材多、成本增加。

进一步，隔板还能与增速机构中的内齿圈设置为一体结构，其边缘设有径向的螺孔并与盒体内圆面固定装配，同时取消各圆环，各凸棱圈的外圆面设有豁口，该一体结构的边缘还设有轴向螺孔，盒体侧面板上对应设有通孔，螺钉依次穿过盒体侧面板上的通孔、凸棱圈的豁口后与该一体结构上的轴向螺孔装配。

工作原理：因阻尼装置在刚启动时，钢珠的离心力很小，钢珠沿凸棱的斜坡爬行以及从各凸棱与各梳齿片根部之间的通道流动出去时的阻力也很小，所以本发明装置容易启动。随着梳齿片转速增高，钢珠的离心力随之增大，钢珠沿凸棱的斜坡爬行所需推力越来越大，同时，径向爪推动钢珠从各凸棱与各梳齿片根部之间的狭窄通道挤出去所需推力也越来越大，故对梳齿片产生的阻尼作用也越来越大，最终梳齿片、绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

盒体内装入钢珠的数量不能太满，否则可能出现卡死现象。

由于梳齿片的径向爪的斜面与凸棱的斜坡的夹角较大，钢珠对二者的撞击力较小，同时，钢珠沿凸棱的斜坡爬行以及从狭窄通道挤出去的过程均需要一定时间，而不是瞬间撞击即结束，又由于钢珠耐磨损、数量多，所以单个钢珠的撞击力很小。另外，各梳齿片、凸棱圈之间无撞击接触，受力合理，运行稳定，故本发明装置不易磨损和毁坏。

梳齿片、凸棱圈、圆环以及隔板均能通过冲压制造，故本装置制造成本较低。

进一步，各梳齿片还能设置成一体结构的梳齿轮，该梳齿轮在轴向上的形状、尺寸与梳齿片相同，梳齿轮两侧面分别与盒体侧面板、隔板或隔板与内齿圈的一体结构的侧面活动接触，活动接触，梳齿轮的径向爪的端头在垂直轴向上设有若干个等间距的矩形开口而呈梳齿形状，即由若干个梳齿组成，各梳齿分别插入对应的两凸棱圈之间，并能在其中滑行，各梳齿的端头与圆环的内圆面保持一定间隙。

本发明的有益效果是：本发明装置的阻尼效果明显，钢珠与各部件之间撞击力较小，其它部件之间无撞击接触，受力合理、运行稳定，故本发明装置不易磨损和毁坏，显著提高了缓降器的安全稳定性和使用寿命，并且结构简单，制造成本低。

下面结合图1至图11对本发明进一步说明。

附图说明

图1：梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置结构示意图；

图2：图1的A-A视图；

图3：梳齿片主视图；

图4：图3的B-B视图；

图5：隔板示意图；

图6：凸棱圈示意图；

图7：圆环示意图；

图8：内齿圈与隔板为一体结构且无圆环时的总体结构示意图；

图9：图8的C-C视图；

图10：梳齿轮主视图；

图11：图10的D-D视图。

各图中：1:盒体，2:绳轮，3:绳轮轴，4:隔板，5:内齿圈，6:行星齿轮，7:中心齿轮，8:凸棱圈，9:凸棱，10:斜坡，11:豁口，12:圆环，13:梳齿片，14:径向爪，15:斜面，16:盒体侧面板，17:钢珠，18:梳齿轮，19:梳齿。

具体实施方式1：

图1、2为本发明提供的一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置（以下简称阻尼装置）的总体结构示意图。该阻尼装置包括盒体1、绳轮2、绳轮轴3、隔板4、内齿圈5、行星齿轮6、中心齿轮7、凸棱圈8、圆环12、梳齿片13和钢珠17。其中，行星齿轮与绳轮装配、同步转动，内齿圈、行星齿轮与中心齿轮共同构成增速机构，最终绳轮驱动中心齿轮高速转动。

如图2、5所示，盒体1内设有1个隔板4，并将盒体1的内部分隔成两部分，隔板的外圆面设有豁口11。6个梳齿片13、5个凸棱圈8和6个圆环12位于盒体侧面板16与隔板之间。绳轮2、行星齿轮6、内齿圈5均位于隔板与盒体的另一个侧面板之间。内齿圈5与盒体1通过螺钉固定装配。中心齿轮7与绳轮轴3活动装配，隔板中心为通孔，中心齿轮从其中穿过再与各行星齿轮啮合。

如图3、4所示，梳齿片13的外围设有3个均匀分布的径向爪14，各径向爪的端头为肥大部分，即在圆周方向其两侧各有一个斜面15。如图1、2所示，各梳齿片中心的内齿圈形状的通孔均与中心齿轮7装配、同步转动，并且各梳齿片按轴向排列时各径向爪一一对齐。

如图6所示，凸棱圈8的内侧面上设有4个凸棱9，该凸棱在圆周方向的两侧为斜坡10，各凸棱圈、圆环（如图7所示）的外圆面均设有豁口11。

盒体侧面板16上对应凸棱圈8的豁口11设有通孔，内齿圈5的边缘也对应设有豁口，采用一个中间宽、两头窄的锁止板（图中未画出），其中部与凸棱圈的豁口、圆环的豁口以及隔板的豁口同时装配，该锁止板的两端分别与盒体侧面板16上对应的通孔和内齿圈上的豁口装配，使凸棱圈、圆环、隔板均不能转动。

如图1、2所示，各凸棱圈8的凸棱9在轴向上一一对齐，同时每隔一个凸棱圈装配一个圆环12，每个凸棱圈的相邻两凸棱之间的内圆面半径小于圆环的内圆面半径，圆环的厚度大于梳齿片13的厚度，各梳齿片的径向爪14的端头分别插入对应的两凸棱圈之间，并能在其中滑行，径向爪的端头还与圆环的内圆面保持一定间隙。在相邻两径向爪之间装入一定数量的钢珠17，钢珠直径大于相邻两梳齿片的轴向间距，同时还大于相邻两凸棱圈的轴向间距。

工作原理：当梳齿片13在绳轮2驱动下转动时，径向爪14推动钢珠17做圆周运动，当碰到凸棱9时，钢珠沿各凸棱的斜坡10运行并从各凸棱与各梳齿片根部之间的通道被推挤出去，之后钢珠继续做圆周运动并与下一个凸棱接触。因本发明装置在刚启动时，钢珠的离心力很小，钢珠沿凸棱的斜坡10爬行以及从各凸棱与各梳齿片根部之间的通道流动出去时的阻力也很小，所以本发明装置容易启动。随着梳齿片转速增高，钢珠的离心力随之增大，钢珠沿凸棱的斜坡爬行所需推力越来越大，同时，径向爪推动钢珠从狭窄通道挤出去所需推力也越来越大，故钢珠对梳齿片产生的阻尼作用也越来越大，最终梳齿片、绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

在本实施方式中，梳齿片的径向爪为3个，而凸棱圈的凸棱为4个，目的之一是使径向爪与各凸棱相遇的时间间隔比较均衡，避免某一瞬间集中发生阻尼，某一时间段内无阻尼；目的之二是使两相邻径向爪之间的钢珠尽量多，以充分发挥钢珠从狭窄通道被推挤出去时的阻尼作用。

在本实施方式中，当绳轮与中心齿轮的转速比为1：4时，绳轮每旋转一周，中心齿轮以及梳齿片均转4周。梳齿片每转1周，1个径向爪推动钢珠与凸棱碰撞4次并从狭窄通道被推挤出去4次，3个径向爪推动钢珠与凸棱碰撞12次并从狭窄通道被推挤出去12次，则绳轮每旋转一周，钢珠与凸棱共碰撞48次并从狭窄通道被推挤出去48次。按绳轮缠绕钢丝绳处的直径4.6cm 计算，其周长为14.44cm。若人体或重物下落速度100cm/秒，则绳轮的转速为6.94转/秒，则钢珠与凸棱共碰撞48*6.94=333.12次/秒，并从狭窄通道被推挤出去48*6.94=333.12次/秒，因此会实现非常好的阻尼效果：因为在缓降速度不变情况下，碰撞、推挤频率越高，单次碰撞、推挤所需阻尼耗能越少，部件所受冲击力就越小，缓降器的安全稳定性越好、使用寿命越长。为减少磨损和锈蚀，盒体内需注入适量润滑油。

具体实施方式2：

如图8、9所示，在实施方式1的基础上，取消各圆环，同时将隔板4与内齿圈5设置为一体结构，该一体结构的边缘在径向上设有螺孔，并通过螺钉与盒体1内圆面固定装配，同时，其边缘在轴向上还设有螺孔，螺钉依次穿过盒体侧面板16上的通孔、凸棱圈8的豁口11后与该一体结构上的轴向螺孔装配。此方式能进一步简化机构、降低成本。

具体实施方式3：

在实施方式1或2的基础上，只将各梳齿片替换为一体结构的梳齿轮18。如图10、11所示，该梳齿轮在轴向上的形状、尺寸与梳齿片相同，梳齿轮两侧面分别与盒体侧面板16、隔板4（或隔板与内齿圈的一体结构）活动接触，梳齿轮的径向爪14的端头在垂直轴向上设有若干个等间距的矩形开口而呈梳齿形状，即由若干个梳齿19组成，各梳齿分别插入对应的两凸棱圈8之间，并能在其中滑行，此时，每个梳齿与梳齿片的径向爪作用相同。

Claims (3)

1.一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置，包括盒体、绳轮、绳轮轴和增速机构，绳轮通过增速机构最终驱动末端的中心齿轮高速转动，盒体内设有1个隔板并将盒体内部分隔成两部分，隔板中心为通孔，中心齿轮从其中穿过且无接触，其特征是：在盒体的一个盒体侧面板与隔板之间设有若干个相同的梳齿片，各梳齿片的外围设有若干个均匀分布的径向爪，各径向爪的端头为肥大部分，即在圆周方向其两侧各有一个斜面，各梳齿片中心的内齿圈形状的通孔与中心齿轮装配、同步转动，各梳齿片按轴向排列时各径向爪一一对齐，盒体侧面板与隔板之间还固定装配若干个相同的凸棱圈和圆环，在轴向上每隔一个凸棱圈装配一个圆环，凸棱圈的内侧面上设有若干个凸棱，该凸棱在圆周方向的两侧为斜坡，各凸棱圈的凸棱在轴向上一一对齐，每个凸棱圈的相邻两凸棱之间的内圆面半径小于圆环的内圆面半径，圆环的厚度大于梳齿片的厚度，各梳齿片的径向爪的端头分别插入对应的两凸棱圈之间，并能在其中滑行，各径向爪的端头与对应圆环的内圆面保持一定间隙，在相邻两径向爪之间装入一定数量的钢珠，钢珠直径大于相邻两梳齿片的轴向间距，同时还大于相邻两凸棱圈的轴向间距，当梳齿片在绳轮驱动下转动时，径向爪推动钢珠做圆周运动，当碰到凸棱时，钢珠沿凸棱的斜坡运行并从各凸棱与各梳齿片根部之间的通道被推挤出去，之后钢珠继续做圆周运动并与下一个凸棱接触，最终使绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

2.根据权利要求1所述的一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置，其特征是：隔板还能与增速机构中的内齿圈设置为一体结构，其边缘设有径向的螺孔并与盒体内圆面固定装配，同时取消各圆环，各凸棱圈的外圆面设有豁口，该一体结构的边缘还设有轴向螺孔，盒体侧面板上对应设有通孔，螺钉依次穿过盒体侧面板上的通孔、凸棱圈的豁口后与该一体结构上的轴向螺孔装配。

3.根据权利要求1或2所述的一种梳齿推挤钢珠式缓降器阻尼装置，其特征是：各梳齿片还能设置成一体结构的梳齿轮，该梳齿轮在轴向上的形状、尺寸与梳齿片相同，梳齿轮两侧面分别与盒体侧面板、隔板或隔板与内齿圈的一体结构的侧面活动接触，梳齿轮的径向爪的端头在垂直轴向上设有若干个等间距的矩形开口而呈梳齿形状，即由若干个梳齿组成，各梳齿分别插入对应的两凸棱圈之间，并能在其中滑行，各梳齿的端头与对应圆环的内圆面保持一定间隙。