改革开放以来,我国城市化进程明显加快,鳞次栉比的高层建筑解决了城市用地日趋紧张的难题。但是,高层建筑集综合功能于一体,往来人员密集。高层建筑火灾具有救援困难,对人民生命财产安全危害大的特点。大量的高层建筑火灾事故统计分析表明:当发生火灾险情时,自救逃生是被困人员的最佳选择。因此,相关部门在加强火灾自救教育的同时,需要为高层建筑中居住和工作的人员配备安全、可靠、稳定、高效、安装方便、使用简单的自救逃生装置。本文基于高层建筑火灾自救逃生的需求,对基于擒纵原理的救生缓降装置展开了研究。本文系统地论述了高层建筑火灾自救逃生领域的研究背景和意义,详细分析了现有逃生装置存在的问题及救生缓降技术的研究发展趋势,在此基础上提出了间歇冲击式救生缓降装置的研制需求。基于救生缓降装置的性能指标参数及设计要求,形成了基于擒纵原理救生缓降装置的整体设计方案,对机械系统的启动单元、齿轮传动单元、速度控制单元及摩擦压紧单元进行了详细的结构设计。运用Solidworks三维建模软件平台建立了各机构零部件的三维模型,并进行了装配和运动干涉检验。基于虚拟样机技术,运用Adams软件建立了机械传动系统的物理样机模型,并对擒纵式救生缓降器的工作性能进行了仿真分析研究。仿真结果表明:基于擒纵原理的救生缓降装置可帮助被困人员安全降落,且下落速度达到了设计指标的要求。为了保证擒纵式救生缓降器工作过程中的运动精确度要求,在机械系统结构设计的基础上,对曲柄摇杆机构考虑运动副间隙时的动态特性及运动精度概率分析理论进行了研究。采用矢量法来描述平面连杆机构的运动副间隙,基于连续接触模型,应用第二类拉格朗日方程建立了平面连杆机构含多个运动副间隙时的动力学方程。对擒纵式救生缓降器机械系统中所设计的曲柄摇杆机构存在单运动副间隙时的动力学特性进行了研究和仿真分析,分别研究了间隙尺寸和曲柄转速对含间隙机构运动学和动力学特性的影响。在对含间隙曲柄摇杆机构运动学和动力学分析的基础上,考虑运动副间隙误差的随机性,应用概率统计和随机过程理论建立了含间隙曲柄摇杆机构运动精度概率分析数学模型。针对含间隙曲柄摇杆机构分析了构件杆长加工制造误差、运动副间隙对机构运动方差的影响,形成了含间隙曲柄摇杆机构的运动精度概率分析理论。为了测试擒纵式救生缓降器的工作性能,在救生缓降器机械系统设计和理论研究的基础上,按照1:1的比例加工制作了救生缓降器试验样机。构建了由测试控制器及上位计算机组成试验控制系统,采用高精度的光电编码器来测量主传动轴的角速度、角加速度,并由上位机对数据实时处理、监测、显示运行状态和变化曲线。通过沙袋下落试验、真人下落试验得到了试验样机的工作性能参数(主传动轴角速度、角加速度)。性能试验测试结果分析表明,该擒纵式救生缓降器性能达到了设计指标要求。为了实现对擒纵式救生缓降装置机械系统中关键传动件的转动惯量实验测量,研究形成了基于落体法的转动惯量测试实验设备的总体设计方案,并对转动惯量测量实验系统进行方案设计、结构设计、装置加工制作和系统误差分析。通过对救生缓降器机械系统中擒纵叉、擒纵轮和飞轮转动惯量的实验测量,发现本转动惯量测量装置的测量精度优于3%。为了改进现有的擒纵式救生缓降装置的机械系统性能,在总结现有擒纵式救生缓降器机械系统特点的基础上,形成了采用无返回力矩擒纵机构实现速度控制的设计构想。根据无返回力矩擒纵机构结构特点和设计要求完善了擒纵结构的结构设计。仿真分析了摩擦系数、驱动力矩、中心距、擒纵轮转动惯量及卡摆转动惯量等因素对无返回力矩擒纵机构运动周期的影响。运用Solidworks三维软件平台,对擒纵式救生缓降器进行整体机械结构的改进设计,将整体机械系统分为速度控制单元和摩擦压紧单元两部分进行机构零件建模。基于虚拟样机技术建立了改进设计的擒纵式救生缓降器虚拟样机模型,对其工作性能进行了仿真分析。研究表明,在同样的设计参数下,采用无返回力矩擒纵机构作为速度控制单元的擒纵式救生缓降器性能较现有的擒纵式救生缓降器大为改善。