机械系统设计概念总结

机械系统设计概念总结（共6篇）

机械系统设计概念总结 篇1

1)机械工程学科是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论和技术的科学；分为机械学和机械制造 2)机械学：对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学；

3)

机械制造：接受设计输出的指令和信息，并加工出合乎设计要求的产品的过程。分为热加工和冷加工。

热：研究如何将材料加工成产品，如何保证、评估、提高这些产品的安全可靠度和寿命的技术科学.冷：研究各种机械制造过程和方法的技术科学；

1)系统：是指由特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即有两个或以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体

二1.2机械系统设计

一、任务：开发新的产品和改造老产品，最终目的是为市场提供

优高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的效益。设计角度的种类：完全创新

二、设计的的基本原则和要求 1)

需求、信息、系统（输入输出；三大流）、优化和效益 要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本

三、产品设计、生产过程

1)产品策划（指导性作用）、产品设计、产品生产、产品销售、产品运转、产品报废或回收

2)功能原理方案设计、结构总体设计和技术设计阶段

第二章机械系统总体设计是产品设计的关键，对产品的技术性能、经济指标和外观造型均具有决定性意义

2.1功能原理设计必要功能（基本功能和附加功能）非必要功能 1)定义：针对所设计的产品的主要功能提出一些原理性的构思，即针对产品的主要功能进行原理性设计

2)任务：针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来。1)输入输出量只涉及物料流、能量流、信号流 2)用来描述产品的功能，内部结构未知

3)

特点：暂时不考虑附加和非必须功能、突出。将这些功能用抽象的形式（）表达，通过抽象化清晰掌握设计产品功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾问题本质

基本的功能单位：功能元：能直接从技术效应及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位

功能元：物理反映系三大流的基本物理动作、数学：逻辑 结构总体设计任务：将原理方案设计机构化 1)

1、明确原则：功能、工作情况、结构的工作原理

2、简单原则

3、安全可靠原则：构件可靠性、功能可靠性、工作安全性、环境安全性 步骤 1)

初步设计：

1、明确设计要求

2、主功能载体的初步设计

3、按比例绘制主要结构草图

4、检查主、辅功能载体结构5设计结果触屏机选择

2)详细设计1各功能载体的详细设计2补充、完善结构总体设计草图3对完善的结构总体草图进行审核4进行技术经济评分

3)机构总体设计的完善和审核

总体布置设计 1)任务：确定机械系统中各子系统之间的相对位置及相对运动关系，使总系统具有一个协调完善的造型 2)

基本要求1功能合理2结构紧凑、层次清晰、比例协调3充分考虑产品的系列化及发展

总体参数是结构总体设计和零部件设计的依据，参数：性能生产能力、结构、运动、动力；

最高、最低转速的确定；转速相对损失A与公比ψ、变速范围Rn与级数Z；确定公比ψ的原则

执行系统设计要求：保证设计提出的功能目标、使用寿命强度刚度、各执行机构结构合理配合协调

轴静刚度：轴尺寸形状、轴承数量预紧配置、前后支撑距离、前悬伸量、传动件布置、主轴组件的制造和装配质量 导轨：导向和承载3类要求：导向精度及精度保持性（几何和接触精度、刚度、高灵敏度间隙：镶条和压板 传动：独立、集中、联合驱动组成：变速改变动力源的输出转矩和力矩适应执行间的要求；离合器：牙嵌式、齿轮、摩擦片式：减小尺寸、超速、结构因素

起停换向：方便省力、操作安全、结构安全可靠并能传递足够动力：齿轮-摩擦离合器、齿轮换向机构

制动：与离合器互锁、合理确定制动器的安装位置、闸带式制动器的操纵力应作用在松边

安全保护：销钉安全联轴器、钢珠、摩擦安全离合器内联：保证传动精度指各执行末端之间的协调性和均匀性；提高精度原则：缩短传动链、降速传动、合理分配传动比、合理选择传动件、合理确定传动副的精度、教正装置 支承件作用：支撑零件部件、并保持被支撑零部件的相互位置关系及承受各种力和力矩：静刚度、动、热、内应力 变形及刚度:自身、局部、接触 截面积：空心、形状、封闭

操纵系统集中、独立控制操纵系统：操纵件、变送、执行 要求：操纵灵活省力、方便舒适、安全可靠 设计原理方案和机构设计

安全：目的系统运行和人身位置、手段：电气液机械 润滑：减少摩擦损失、工作表面的磨损发热、提高寿命及精度、工作效率冲洗、防腐。

油：粘度、粘温特性、闪点、凝固点脂:表现粘度、针入度、滴点、腐蚀

微电系统特征：微机械中起主导作用力是表面力、微机械并不是传统的模拟缩小、微机械一般采用静电力供能或者使用静电力激励供能。

机械系统设计概念总结 篇2

概念设计是产品构思和方案设计阶段。一般认为,产品方案的设计水平主要取决于设计者的知识结构、经历、经验甚至是智慧,似乎没有什么可供借鉴的方法。其实不然,从国内外文献对概念设计的表述或研究内容来看[1,2,3,4,5],还是有很多的思维方法和框架,可以用来指导机械产品的概念设计,即概念设计并不是完全无规则可循。

当然,概念设计也不同于按部就班的工程设计,其核心的内涵是创新和创造,是各种综合知识的运用和再创造。除了产品的工程技术属性之外,产品还具有社会属性,即产品还必须满足普遍的社会价值观。因此,产品概念设计是在考虑了工程技术、市场、社会、环境等因素之后寻求最佳解的过程,是一个系统化构思和筛选的过程,是一个发散性思维和灵感迸发的过程,有规律可循,但又不能完全拘泥于规则。

2 产品概念设计综述

概念设计是产品形成最为重要的一个阶段。它需要多学科的工程科学知识、专业经验和工程分析能力,甚至是需要必要的灵感和智慧。关于概念设计的定义,Palh&Beitz于1984年在其《Engineering Design》一书中将其定义为:“在确定任务之后,通过抽象化,拟定功能结构,寻求适当的作用原理及其组合等,确定出基本求解途径,得出求解方案,这一部分设计工作叫做概念设计。”Palh&Beitz给出的定义完整地概括了概念设计的思路、方法和目标要求。

2.1 概念设计的特性

2.1.1 创新性

创新是概念设计的灵魂。只有创新才有可能得到结构新颖、性能优良、价格低廉的富有竞争力的机械产品。创新是多层次、多角度的思维过程,作用原理的改变、材料的替代、结构的修改及新功能的诞生都是创新,其中作用原理的改变、新功能的诞生属于高层次的创新活动。创新性是概念设计最基本的特性和灵魂。

2.1.2 选择性

从理论上来说,概念设计并不存在绝对的最佳解,所谓最佳解与设计主体、目标客户群有关,正确地选择目标客户群并制定合适产品功能和性价比是保证产品被市场认可的基本前提,一味地追求功能先进和结构优化并不可取。

2.1.3 不确定性

概念设计是整个工程设计的初级阶段,存在大量的不确定性,产品的创新程度越高,不确定性越高,而分层设计可以在最大程度上降低不确定性。概念设计分别设计产品的功能层和结构层,并完成由功能层向结构层的映射。通过结构设计将两层连接起来。另外,在功能层和结构层中也有自身的层次关系。例如,功能分解就是将功能从一个层次向下一层次推进。功能的层次性也就决定了结构的层次性,不同层次的功能对应不同层次的结构。功能层分解越细,结构层出现不确定性的可能越小。这就要求在概念设计阶段,不管是功能层还是结构层的设计都应尽可能细化。

2.2 概念设计的内容和步骤

概念设计是产品设计的先导,又是产品构型设计的前提。只有搞好概念设计,产品设计才有可能达到高水平。概念设计应包括以下主要内容:①功能目标的创新、定位;②功能分析和功能结构图设计;③作用原理解的搜索和确定;④结构层方案构思和决策。

3 机械产品概念设计方案集求解

概念设计是产品形成最为重要的阶段。它需要多学科的工程科学知识、专业经验和工程分析能力,甚至需要必要的灵感和智慧。一个机械产品一般都有多种实现方案,考虑了各种可能的方案以后选出的最佳解才是真正的最佳解,所有可能的方案简称方案集。

3.1 通过功能分解求解方案集

产品的概念设计可以从功能层开始,然后延展到结构层。在功能层和结构层中也有自身的层次关系。将功能从一个层次向下一层次分解,不同层次的功能对应不同层次的结构。功能层分解越细,越容易获得更多的解。

3.2 从改进工艺动作重新构思产品求解

机械产品的功能是靠一系列工艺动作来完成的,例如缝纫机的工艺动作为刺布、挑线、钩线和送布,它们所对应的动作为机针上下运动、挑线杆供线和收线、梭子钩线和推送缝料四大动作。又如啤酒灌装线的动作分解为送瓶、灌装、压盖、出瓶4个工序。增加、减少或合并工序可以改变机器的动作,产生新的结构;或使原有机械设备机构简化,或使原有机械设备的功能增加,从而创造出新的机械设备。

3.3 重新构思执行机构求解

机械产品内是靠若干个执行机构来完成的。执行机构是产品的核心机构与部件,改变执行机构可以创造出新的产品。机械加工机床改变工件运动为刀具运动,汽车排气缓速制动装置中变发动机为压缩机,都是改变执行机构形成新产品的例子。

3.4 改变控制系统求解

通过引入新的控制方法和技术可以创造出功能更多、精度更高的新产品,近几十年机械加工领域、家电制造领域及一切机械制造领域的发展都得益于计算机控制技术的介入和应用。

3.5 基于AHP的方案筛选

层次分析法(AHP:Analytical Hierarchy Process)是一种决策分析方法[6]。AHP将常识和经验求解的方案集通过一定的算法将其数字化,通过对各种方案加权综合,找出满足目标要求最佳方案解。

AHP求解的方法和步骤大致分为以下几步,具体计算公式可参考文献[6]。

3.5.1 构造判断矩阵

方案集的n个方案和m个功能指标,组成层结构模型,模型从上到下分为目标层、准则层和要素层。根据常识、经验确定相对重要度。相对重要度是指同层要素针对上层准则的相对重要程度。例如,方案ai相对方案aj的重要度记作aij,各个要素进行两两比较,形成一个a2阶的判断矩阵。

3.5.2 计算相对权重

判断矩阵构造完成之后,通过归一化处理获得特征向量,再一次归一化处理获得权重向量。权重向量应满足一致性条件,否则重新设置相对权重,并重新计算直到满足一致性条件为止。

3.5.3 计算综合权重

相对权重是底层方案相对上一层的权重,综合权重是最底层相对于最高层的权重,计算出层与层之间的相对权重以后,即可计算综合权重,综合权重取值最大的方案就是最佳方案。

4 概念设计实例

数控加工刀库及换刀装置是典型的机电一体化产品,对数控加工中心的工作效率、可靠性和成本有重要影响。基于功能分解和层次分析法进行数控加工中心刀库的概念设计,通过查阅文献、类比等方法找出x种刀库布局方式,见表1。同样的方法找出y种驱动控制方式,组合成多种基本方案,再结合具体机床的规格、刀具数量等要求选出n种基本可行的方案。功能要素可分别为工作效率、可靠性、结构复杂程度和成本。构建结构模型,并根据参考文献[6]中的公式和步骤计算,即可选出最佳刀库设计方案。

5 结语

传统的概念设计主要根据设计者的经验判断方案的好坏,对于多方案、多功能指标的复杂产品,经验只能达到大概、差不多这样的程度。将传统概念设计的模糊思维模式和层次分析法的精确计算结合起来,从而获得更好的概念设计效果。在概念设计实例中,本文重点介绍了方案集的求解过程和方法,介绍了层次分析模型构建和求解,并通过实例对上述问题作进一步说明。

参考文献

[1]曹东兴.基于状态空间的机械产品概念设计[J].计算机辅助设计与图形学学报,2002(2):1-4.

[2]杨艳花.机械产品概念设计推理技术研究综述[J].现代制造工程,2010,2:4-8.

[3]王科.机械产品行为特性分析及模型构建[J].机械科学与技术, 2011,30(8):1212-1317.

[4]雷永刚.机械产品概念设计:综述与分析[J].机械科学与技术, 2000,19(1):18-21.

[5]张建明.产品概念设计的研究现状及其发展方向[J].计算机集成制造系统,2003,9(8):18-21.

概念模型管理系统研究与设计 篇3

摘要:计算机仿真技术是一个十分复杂的专业技术,仿真活动的成败在很大程度上取决于建立的概念模型质量。概念模型是对被仿系统进行的第一次抽象,它对系统表达的准确性和合理性将是仿真模拟质量的关键,因此对概念模型管理系统进行研究具有重要的应用价值。

关键词:概念模型 系统仿真 管理系统

中图分类号:F213.2文献标识码:A文章编号:1673-8209(2009)5-0064-01

1 引言

系统仿真是建立系统模型,并在模型上进行试验的技术、方法和过程。

随着仿真技术的不断发展,诞生了许多仿真实验室,许多机构也参与到了仿真技术的研发和应用中,积累了大量的仿真资源。另一方面,用户对仿真系统的要求越来越高,仿真系统越来越复杂,开发既费时又费力,如何为用户“快、好、省”的开发出权威的仿真系统成为困扰仿真系统开发人员的一个难题。如果能够利用大量现有的各种权威仿真资源,那么开发新仿真系统的工作量就会大大减轻,开发周期会大大缩短,开发成本也将会进一步降低。因此,用于实现各种仿真资源的共享与管理,特别是跨组织机构实现仿真资源的共享与管理的仿真概念模型管理系统成为重要的研究课题。

2 概念模型管理系统简介

2.1 概念模型管理系统定义

由于概念模型的种类较为繁杂,可以对其从多个角度进行不同的形式划分。在本文中,将概念模型管理系统定义为:对现有的概念模型进行抽象分类存储,并建立基于Web技术的网络交流、修改、更新的软件系统。

2.2 概念模型管理系统功能描述

通常情况下一个成熟的概念模型管理系统应该具备以下几个功能模块:

用户管理模块:对用户进行有效的管理是确保系统实现概念模型资源安全共享的必要条件,用户管理的根本任务就是将用户的操作控制在特定的权限范围内,防止越权操作、非法攻击可能导致的资源失窃以及泄密等事件。在本文设计的系统中定义了两类角色,即普通用户和系统管理员。

数据管理模块:仿真概念模型通常都要以某种数据形式存在,系统需要提供相应的数据管理功能,以实现概念模型数据的有效管理。在系统运行过程中,概念模型的数据是核心内容,数据的上传、下载、更新以及删除等必须进行严格的管理控制。

元数据描述与管理模块:数据是概念模型的核心,而仅仅有数据是不够的,还需要有用以对概念模型数据进行描述的元数据信息。概念模型的元数据包括:模型发布者的相关信息、模型的功能信息、模型的版本信息、模型的发布日期、模型的VV&A;以及相关状态信息。

搜索机制模块:资源管理的最终目的是共享和重用,系统必须提供良好性能的资源搜索机制,使得概念模型的潜在用户能够切实的发现自己最需要的概念模型资源。

VV&A;支持模块:为概念模型的VV&A;提供支持,概念模型提供者将概念模型提交给系统后,系统可以对模型的VV&A;状态进行跟踪,以指示概念模型所处的验证阶段。

用户反馈模块:概念模型的使用者可以通过系统将概念模型中存在的不足、问题和修改意见等反馈给概念模型的提供者,之后概念模型的提供者也可以借助系统做出回复。

日志管理模块:概念模型是宝贵的智力资源,通常也可能涉及到秘密,因此需要对概念模型的使用情况进行跟踪管理。

3 概念模型管理系统设计

3.1 管理系统中概念模型分类

概念模型是一个较为繁杂的体系,各种具体模型的应用背景不同,功能各异,其表现形式和描述方法也多种多样,这样就导致了对其进行分类的方法也没有一个统一的规范,本文对管理系统的分类是依据概念模型的UML描述方法进行的,即将概念模型具体分为:实体模型、过程模型和交互模型。

3.2 管理系统的数据库设计

系统在数据库设计上大体分为四大块:

用户表:主要用来存储系统注册用户的相关信息,数据库中用户的信息既有普通用户信息也有管理员信息,两者信息结构相同,但分开存储。数据的结构较为简单,只包含相关的用户名和密码。

概念模型表:用来存储概念模型的相关信息,大体包括模型的ID、名称、和属性等相关信息。

概念模型元数据表:用来存储概念模型的元数据信息,主要包括模型发布者的相关信息、模型的功能信息、模型的版本信息、模型的发布日期、模型的VV&A;以及相关状态信息。

用户反馈表:用来存储使用过本系统的用户发布对系统的反馈意见信息。

3.3 管理系统的静态网页设计

静态网页作为整个系统的最上层设计,是系统与用户进行交流的窗口,在设计过程中着重要注意设计的交互性,涉及的界面用交互性强,便于用户使用操作,另外要注意界面的简洁美观增强系统的可视性。总体来讲系统主要设计以下几个界面:

登录界面:包括普通用户登录界面和管理员用户登录界面,用于用户登录系统。

注册界面:即普通用户注册界面,用于新用户注册用户名和密码。

系统主界面:即用户成功登录系统后所直接展示给用户的页面,主要介绍管理系统的基本内容,页面内嵌套相应功能模块链接按钮。

模型实例管理界面:根据对概念模型的划分,应对实体模型、过程模型、交互模型各设立一个模型实例管理界面,界面中应能显示系统中现有的各个概念模型实例,并提供相应的下载上传链接,使得系统中的模型库得以共享和扩充。

用户反馈界面:用于上传和显示用户对本系统的使用评价和建议。

3.4 管理系统的业务逻辑设计

管理系统在设计过程中主要分为五大模块进行设计:

用户登录模块:管理系统首先应该解决的问题,其主要功能是提供用户登录的口令密码验证,并可以进行新用户的系统注册。

模型管理模块:用于实现系统的主要功能,其中包括了下载、上传、删除、修改四个子模块。

元数据管理模块:主要内容是在系统中嵌入元数据的查询和注册功能。

搜索功能模块:用于实现对模型数据的快速检索功能,本模块中的实现主要是通过SQL语句中的查询语句来实现对数据库的检索,并将检索的结果以HTML页面的形式反馈给使用者。

用户反馈模块:将用户提交的表单写入反馈信息数据库,并将数据库的内容显示在HTML页面上,可以通过JSP和MySql的基本操作来实现。

4 结语

随着仿真技术的不断发展,概念模型的构建作为仿真活动的第一步,其作用的重要性将进一步突出,而且随着更多概念模型的开发,为了方便仿真人员对已有成果的共享和交流,缩短仿真周期,对概念模型管理系统的研究将有越来越大的发展空间。

参考文献

[1]谢卫平..概念模型工程研究[J].计算机仿真.2003,20(2):120-122.

[2]赵龙文.Agent的概念模型及其应用技术[J].计算机工程与科学.2000,22(6):75-79.

[3]王杏林.概念建模[M].北京:国防工业出版社.2006.

机械系统设计概念总结 篇4

GB/T15706.1-2007

机械安全 基本概念与设计通则 第1部分：基本术语和方法

Safety of machinery-Basic concepts，general principles for design-Part1:Basic terminology，methodology

目次

前言

引言

范围 规范性引用文件

术语和定义 设计机械时需要考虑的危险

减小风险的策略

附录A(资料性附录)机器的图解表示

用于GB/T 15706的专用术语和表述的英中文对照索引

参考文献

前言

GB/T 15706《机械安全 基本概念与设计通则》由两部分组成：

——第1部分：基本术语和方法；

——第2部分：技术原则。

本部分为GB/T 15706的第l部分。

本部分等同采用国际标准ISO12100-1：2003《机械安全 基本概念与设计通则 第1部分：基本术语和方法》(英文版)，并按照我国标准的编写规则GB/T 1.1-2000做了编辑性修改。

本部分与ISO12100-1：2003的不同为：将标准正文后面的英法德三种文字对照的索引改为英中两种文字对照的索引。

本部分代替GB/T 15706.1-1995《机械安全 基本概念与设计通则 第1部分：基本术语、方法学》。

本部分由全国机械安全标准化技术委员会(SAC/TC 208)提出并归口。

本部分负责起草单位：机械科学研究总院中机生产力促进中心。

本部分参加起草单位：长春试验机研究所、南京食品包装机械研究所、吉林安全科学技术研究院、中国食品和包装机械总公司、中联认证中心、广东金方圆安全技术检测有限公司。

本部分主要起草人：聂北刚、李勤、王学智、居荣华、肖建民、宁燕、王国扣、隰永才、张晓飞、富锐、程红兵、孟宪卫、赵茂程。

本部分所代替标准的历次版本发布情况为：

——GB/T 15706.1-1995。

引言

GB/T 15706的首要目的是为设计者提供总体框架和指南，使其能够设计出在预定使用范围内具备安全性的机器。同时亦为标准制定者提供标准制定的策略。

机械安全的概念是指在风险已经被充分减小的机器的寿命周期内，机器执行其预定功能的能力。

本部分是机械安全系列标准的基础标准。该系列标准的结构为：

——A类标准(基础安全标准)，给出适用于所有机械的基本概念、设计原则和一般特征。

——B类标准(通用安全标准)，涉及机械的一种安全特征或使用范围较宽的一类安全防护装置：

a)B1类，特定的安全特征(如安全距离、表面温度、噪声)标准；

b)B2类，安全装置(如双手操纵装置、联锁装置、压敏装置、防护装置)标准。

——C类标准(机器安全标准)，对一种特定的机器或一组机器规定出详细的安全要求的标准。

本部分属于A类标准。

若C类标准的内容偏离本标准第2部分或B类标准的规定，则以C类标准为准。

建议将本部分纳入培训课程和手册，以便设计者掌握基本术语和通用设计方法。

本部分起草时已参照了ISO/IEC指南51《安全特征 关于标准中该类条款的指南》的内容。

机械安全 基本概念与设计通则 第1部分：基本术语和方法

范围

本部分规定了用于实现机械安全的基本术语和方法。

本部分陈述的条款供设计者使用。

本部分不涉及家畜、财产或环境的损害或损坏。

规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB/T 15706的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

GB/T 15706.2-2007 机械安全 基本概念与设计通则 第2部分：技术原则(ISO12100-2：2003，IDT)术语和定义

下列术语和定义适用于本部分。

3.1

机械 machinery

机器 machine

由若干个零部件组合而成，其中至少有一个零件是可运动的，并且有适当的机器致动机构、控制和动力系统等。它们的组合具有一定应用目的，如物料的加工、处理、搬运或包装等。

术语“机械”和“机器”也包括为了同一个应用目的，将其安排、控制得像一台完整机器那样发挥它们功能的若干台机器的组合。

注：附录A给出了机器的一般图示。

3.2

可靠性(机器的)reliability(of a machine)

机器、机器的零部件或装置在规定的条件下和规定的期限内执行规定功能且不出现故障的能力。

3.3

可维护性(机器的)maintainability(of a machine)

根据实际情况，采用特定的方法对机器执行所需的各种维护活动，使其实现或恢复预定使用条件下功能状态的能力。

3.4

易用性(机器的)usability(of a machine)

机器所具有的，由于其特点或特征，使得机器的功能很容易理解，容易使用的能力。

3.5

伤害 harm

对健康产生的生理上的损伤或危害。

3.6

危险 hazard

潜在的伤害源。

注1：“危险”一词可由其起源(例如：机械危险和电气危险)。或其潜在伤害的性质(例如：电击危险、切割危险、中毒危险和火灾危险)进行限定。

注2：本定义中的危险包括：

——在机器的预定使用期间，始终存在的危险(例如：危险运动部件的运动、焊接过程中产生的电弧、不健康的姿势、噪声排放、高温)；

——意外出现的危险(例如：爆炸、意外启动引起的挤压危险、泄漏引起的喷射、加速/减速引起的坠落)。

3.7

相关危险 relevant hazard

已识别出的机器本身存在的或由机器引起的危险。

注：相关危险是GB/T 16856所述的过程中某一步骤的结果。

3.8

重大危险 significant hazard

属于相关危险，需要设计者根据风险评价采用特殊方法去消除或减小的风险。

3.9

危险状态 hazardous situation

指人员暴露于具有至少一种危险的环境。这类暴露可能会立即或在一定时间之后对人员产生伤害。

3.10

危险区 hazard zone/danger zone

使人员暴露于危险的机械内部和(或)其周围的任何空间。

3.11

风险 risk

伤害发生概率和伤害发生的严重程度的综合。

3.12

遗留风险 residual risk

采取保护措施之后仍然存在的风险(见图1)。

注：本部分中，遗留风险是：

——在设计者采取保护措施之后的遗留风险；

——采用了所有的保护措施之后的遗留风险。

3.13

风险评价 risk assessment

包括风险分析和风险评定在内的全过程。

3.14

风险分析 risk analysis

机器限制的确定、危险的识别和风险的评估的组合。

3.15

风险评估 risk estimation

确定伤害可能达到的严重程度和伤害发生的概率。

3.16

风险评定 risk evaluation

以风险分析为基础，判断是否已达到减小风险的目标。

3.17

充分减小风险 adequate risk reduction

至少在现有的技术水平下，根据合理的要求进行的风险减小。

注：确定风险是否充分减小的判据在5.5中给出。

3.18

保护措施 protective measure

用于达到风险减小的措施。这些措施是由下列人员实施的：

——设计者(本质安全设计、安全防护和附加防护措施、使用信息)；

——使用者(组织方面：安全工作程序、监督、工作许可制度；附加安全防护装置的提供和使用；个人防护装置的使用；培训)。

见图1。

3.19

本质安全设计措施 inherently safe design measure

通过改变机器设计或机器工作特性，而非使用防护装置或保护装置，来消除危险或减小与危险相关的风险的保护措施。

注：标准GB/T 15706.2-2007的第4章，探讨了通过本质安全设计方法减小机器风险。

3.20

安全防护 safeguarding

使用安全防护装置保护人员的措施。这些保护措施使人员远离那些不能合理消除的危险或者通过本质安全设计方法无法充分减小的风险。

注：标准GB/T 15706.2-2007的第5章对安全保护措施进行了详细描述。

3.21

使用信息 information for use

由信息载体(如文本、文字、标记、信号、符号、图表)组成的保护措施。这些载体可以单独或组合使用，向使用者传递信息。

注：GB/T 15706.2-2007中第6章对使用信息进行了详述。

3.22

机器的预定使用 intended use of a machine

按照使用说明书提供的信息使用机器。

3.23

可预见的误用 reasonably foreseeable misuse

不是按设计者预定的方法而是按照容易预见的人的习惯来使用机器。

3.24

安全防护装置safeguard

防护装置或保护装置。

3.25

防护装置 guard

机器的组成部分，用于提供保护的物理屏障。

注1：防护装置可以：

——单独使用，对于活动式防护装置，只有当其“闭合”时才有效，对于固定式防护装置，只有当其处于“锁定位置”才有效；

——与带或不带防护锁的联锁装置结合使用，在这种情况下，无论防护装置处于什么位置都能起到防护作用。

注2：根据设计，防护装置可以称作外壳、护罩、盖、屏、门和封闭式装置。

注3：防护装置的类型及其要求。见GB/T 15706.2-2007中5.3.2和GB/T 8196。

3.25.1

固定式防护装置 fixed guard

以一定方式(如采用螺钉、螺帽、焊接)固定的，只能使用工具或破坏其固定方式才能打开或拆除的防护装置。

3.25.2

活动式防护装置 movable guard

不使用工具就能打开的防护装置。

3.25.3

可调式防护装置 adjustable guard

整体或者部分可调的固定式或活动式防护装置。在特定的操作期间，调整件保持固定。

3.25.4

联锁防护装置 interlocking guard

与联锁装置联用的防护装置，同机器控制系统一起实现以下功能：

——在防护装置关闭前，其“抑制”的危险的机器功能不能执行；

——在危险机器功能运行时，若打开防护装置，则发出停机指令；

——在防护装置关闭后，防护装置“抑制”的危险的机器功能可以运行，防护装置本身的关闭不会启动危险机器功能。

注：GB/T 18831给出了详细规定。

3.25.5

带防护锁的联锁防护装置 interlocking guard with guard locking

与联锁装置、防护锁定装置联用的防护装置，同机器控制系统一起实现以下功能：

——在防护装置关闭和锁定前，其“抑制”的危险机器功能不能够执行；

——在防护装置“抑制”的危险机器功能所产生的风险消失之前，防护装置保持关闭和锁定状态；

——在防护装置关闭和锁定后，被防护装置“抑制”的危险机器功能可以运行，防护装置本身的关闭和锁定不会启动危险机器功能。

注：GB/T 18831给出了详细的规定。

3.25.6

具有启动功能的联锁防护装置 interlocking guard with a start function

可控防护装置 control guard

特殊联锁防护装置，一旦其到达关闭位置，便发出触发机器危险功能的命令，无须使用离合启动控制。

注：GB/T 15706.2-2007中5.3.2.5给出了关于使用条件的详细规定。

3.26

保护装置 protective device

防护装置以外的安全装置。

注：3.26.1～3.26.9给出了保护装置的实例。

3.26.1

联锁装置 interlocking device

联锁 interlock

用于防止危险机器功能在特定条件下(通常是指只要防护装置未关闭)运行的机械、电气或者其他类型的装置。

3.26.2

使动装置 enabling device

与启动控制一起使用并且只有连续操动时才能使机器运行的附加手动操作装置。

注：GB 5226.1—2002中9.2.5.8给出了使动装置的规定。

3.26.3

止-动控制装置hold-to-run control device

只有当手动控制装置(致动机构)动作时才能触发并保持具有危险性的机器功能运行的控制装置。

3.26.4

双手操纵装置 two-hand control device

至少需要双手同时操作才能启动和保持危险机器功能的控制装置，并以此为该装置的操作人员提供一种保护措施。

注：GB/T 19671给出了详细的规定。

3.26.5

敏感保护设备 sensitive protective equipment(SPE)

用于探测人体或人体局部，并向控制系统发出正确信号以降低被探测人员风险的设备。当人体或人体局部超出预定范围，如进入危险区(触发)，或在预定区域内检测到有人存在(现场感应)，或在以上两种情况均发生时，敏感保护设备将发出信号。

3.26.6

有源光-电保护装置(AOPD)active opto-electronic protective device(AOPD)

通过光-电发射和接收元件完成感应功能的装置，可探测特定区域内由于不透光物体出现引起的该装置内光线的中断。

注：GB/T 19436．2给出了详细的规定。

3.26.7

机械抑制装置 mechanical restraint device

在机构中引入了能靠其自身强度防止危险运动的机械障碍(如楔、轴、撑杆、止转棒)的装置。

3.26.8

限制装置 limiting device

防止机器或危险机器状态超过设计限度(如空间限度、压力限度、载荷力矩限度等)的装置。

3.26.9

有限运动控制装置 limited movement control device

与机器控制系统一起作用的，使得单次致动只允许机器元件做有限运动的控制装置。

3.27

阻挡装置 impeding device

物理障碍物，如低位栅栏、栏杆。其设置不能阻碍人员进入危险区，但能通过在自由进入处设置障碍物减小进入危险区的概率。

3.28

安全功能 safety function

其失效后会立即造成风险增加的机器功能。

3.29

意外启动 unexpected start-up／unintended start-up

由如下原因引起的任何由于其不可预测性而产生危险的启动：

——由于控制系统的内部失效或外部因素对控制系统的影响导致的启动指令；

——由于对机器的启动控制器或其他零部件(如传感器或动力控制元件)的不适宜的动作所产生的启动指令；

——动力源中断后又恢复产生的启动；

——机器的零部件受到内部或外部的影响(重力、风力、内燃机的自动点火等)产生的启动。

注：在正常操作期间，自动机器的启动不是意外启动，但就操作者而言可视为不期望的启动。在这种情况下，为了防止意外事故的发生应使用安全防护措施(见GB/T 15706.2-2007第5章)。

[选自GB/T 19670-2005《机械安全 防止意外启动》中3.2]

3.30

危险失效 failure to danger

由机械或其动力供应中产生的并且会增加风险的所有故障。

3.31

故障 fault

产品不能完成要求的功能的状态。预防性维护或其他计划的行动或因缺乏外部资源的情况除外。

注1：故障通常是产品自身失效引起的，但即使失效未发生．故障也可能存在。

[IEV 191-05-01]

注2：在机械领域，英语术语“fault(故障)”通常是按照IEV 191-05-01给出的定义等同使用。

注3：实际中，术语“故障(fault)”和“失效(failure)”通常作为同义词使用。

3.32

失效 failure

产品完成要求的功能的能力的中断。

注1：失效后。产品处于故障状态。

注2：“failure(失效)”与“fault(故障)”的区别在于，失效是一次事件，故障是一种状态。

注3：这里定义的“失效”，不适用于仅由软件构成的产品。

[IEV 191-04-01]

3.33

共因失效 common cause failure

由单一事件引发的不同产品的失效，这些失效不互为因果。

注：共因失效不应与共模失效相混淆。

[IEV 191-04-23]

3.34

共模失效 common mode failure

以相同故障模式为特征的产品失效。

注：由于共模失效可能由不同原因引起，因此不应将共模失效与共因失效混淆。

[IEV191-04-24]

3.35

紧急状态 emergency situation

必须立即终止或阻止的危险状态。

注：紧急状态可发生在：

——机器正常运行期间(例如由于人员的交互作用或受外界影响)；

——由于机器任何部件发生故障或失效。

3.36

紧急操作 emergency operation

用于终止或阻止紧急状态的所有操作和功能。

3.37

急停 emergency stop

该功能：

——阻止正在发生的或降低所存在的对人员的危险、对机械或正在进行中的工作的损害；

——由单人动作触发。

注：GB 16754给出了详细规定。

3.38

排放值 emission value

将机器产生的排放物(例如噪声、振动、危险物质、辐射)进行量化后的数字值。

注1：排放值属于机器性能信息的一部分，是进行风险评价的基础数据。

注2：术语“排放值(emission value)”不应与“暴露值(exposure value)”相混淆。暴露值是指在机器使用中，对人员在排放物中暴露程度的量化。暴露值能用排放值进行估算。

注3：建议利用标准方法(如比较相同的机器)测定排放物量值和其伴随的不确定性。

3.39

可比较的排放数据 comparative emission data

从同类机器上收集到的用作比较的一组排放值数据。

注：关于噪声的比较，见ISO 11689。

设计机械时需要考虑的危险

4.1 概述

本章提供对基本危险的描述，以帮助设计者去识别所考虑的机器可能产生的相关危险和重大危险，以及与机器的预定使用环境有关的危险(见5.3)。

注：关于与机械相关的可能存在的危险及危险状态的更详细列表，见GB/T 16856-1997的附录A。

4.2 机械危险

4.2.1 与机器、机器零部件或其表面、工具、工件、载荷、飞射的固体或流体物料有关的机械危险可能会导致：

——挤压；

——剪切；

——切割或切断；

——缠绕；

——吸入或卷入；

——冲击；

——刺伤或刺穿；

——摩擦或磨损；

——高压流体喷射(喷出危险)。

4.2.2 由机器、机器零部件(包括加工材料夹紧机构)、工件或载荷产生的机械危险是有条件的。主要由以下因素产生：

——形状：切削元件、锐边、角形部件，即使其是静止的；

——相对位置：机器零件运动时可能产生挤压、剪切、缠绕区域的相对位置；

——抗翻转性(考虑动能)；

——质量和稳定性：在重力的影响下可能运动的零部件的势能；

——质量和速度：可控或不可控运动中的零部件的动能；

——加速度/减速度；

——机械强度不够：可能产生危险的断裂或破裂；

——弹性元件(弹簧)的位能或在压力或真空下的液体或气体的势能；

——工作环境。

4.3 电气危险

这类危险是由造成伤害或死亡的电击或灼伤引起的，产生原因包括：

——人体与以下要素的接触：

a)带电部件，例如在正常操作状态下用于传导的导线或导电零件(直接接触)；

b)在故障条件下变为带电的零件，尤其是绝缘失效而导致的带电部件(间接接触)；

——人体接近带电部件，尤其在高压范围内；

——绝缘不适用于可合理预见的使用条件；

——静电现象，例如人体与带电荷的零件接触；

——热辐射；

——由于短路或过载而产生的诸如熔化颗粒喷射或化学作用等引起的现象。

电击的惊吓可以造成人员的跌倒(或由人员造成的物品掉落)。

4.4 热危险

热危险可以导致：

——由于与超高温的物体或材料、火焰或爆炸物及热源辐射接触造成的烧伤或烫伤；

——炎热或寒冷的工作环境对健康的损害。

4.5 噪声危险

噪声可以导致：

——永久性听力丧失；

——耳鸣；

——疲劳、压力；

——其他影响，如失去平衡、失去知觉；

——干扰语言通讯或对听觉信号的接受。

4.6 振动危险

振动可能传至全身(使用移动设备)，尤其是手和臂(使用手持式和手导式机器)。

最剧烈的振动(或长时间不太剧烈的振动)可能产生严重的人体机能紊乱(腰背疾病和脊柱损伤)。全身振动和血脉失调会引起严重不适，如因手臂振动引起的白指病、神经和骨关节失调。

4.7 辐射危险

此类危险具有即刻影响(如灼伤)或者长期影响(如基因突变)，由各种辐射源产生，可由非离子辐射或离子辐射产生：

——电磁场(例如低频、无线电频率、微波范围等)；

——红外线、可见光和紫外线；

——激光；

——X射线和γ射线；

——α、β射线，电子束或离子束，中子。

4.8 材料和物质产生的危险

由机械所加工、使用、产生或排出的各种材料和物质及用于构成机械的各种材料可能产生不同危险：

——由摄入、皮肤接触、经眼睛和黏膜吸入的，有害、有毒、有腐蚀性、致畸、致癌、诱变、刺激或过敏的液体、气体、雾气、烟雾、纤维、粉尘或悬浮物所导致的危险；

——火灾与爆炸危险；

——生物(如霉菌)和微生物(病毒或细菌)危险。

4.9 机械设计时忽略人类工效学原则产生的危险

机械与人的特征和能力不协调，表现为：

——生理影响(如肌肉-骨骼的紊乱)，由于不健康的姿势、过度或重复用力等所致；

——心理-生理影响，由于在机器的预定使用限制内对其进行操作、监视或维护而造成的心理负担过重或准备不足、压力等所致；

——人的各种差错。

4.10 滑倒、绊倒和跌落危险

忽视地板的表面情况和进入方法可以导致因滑倒、绊倒或跌落而造成的人身伤害。

4.11 综合危险

看似微不足道的危险，其组合相当于重大危险。

4.12 与机器使用环境有关的危险

若所设计的机器用于会导致各种危险的环境(如温度、风、雪、闪电)，则应考虑这些危险。减小风险的策略

5.1 总则

5.1.1 不采取保护措施，机器上出现的危险迟早会导致伤害。

5.1.2 保护措施是设计者和使用者所采取措施的组合(见图1)。在设计阶段采取的措施优于在使用阶段由使用者采取的补救措施，而且通常更有效。

5.1.3 考虑类似机器使用者的经验，及潜在用户的需求信息，设计者应遵循下列工作顺序(见图2)：

——规定机器的各种限制和预定使用(见5.2)；

——鉴别危险和伴随的危险状态(见第4章和5.3)；

——对每一种识别出的危险和危险状态进行风险评估(见5.3)；

——评定风险并决定减小风险的要求(见5.3)；

——用采取的保防措施来消除危险或减小危险伴随的风险(见5.4和5.5)。

上述的前四条内容与风险评价相关联，详细信息可见GB／T 16856。

5.1.4 为了最大程度地减小风险，应考虑下述四种因素。图2中给出了减小风险策略的流程，其过程是迭代的，并可能需要连续数次应用才能达到风险的减小。减小风险过程应充分利用现有技术。

实施该过程时，有必要按下列优先次序进行考虑：

——在寿命周期所有阶段内的机器的安全；

——机器完成其功能的能力；

——机器的易用能力；

——机器制造、使用和拆卸的成本。

注1：对这些原则理想化的应用需要机器的使用知识、事故史和健康记录、有效的风险减小技术以及对在机器使用上有关法律体制的了解。

注2：当在技术发展后出现了具有低风险的等效机器设计后，在特定时间内可接受的机器设计就无需再评价了。

5.1.5 针对机器的连续安全运行，保护措施的易于使用和不妨碍其预定使用是很重要的。否则会出现为获取机器的最高效用而摒弃使用保护措施。

5.1.6 如有用于测量排放的标准(或其他合适的)方法，宜将其与现存机械或样机一起使用，以测定排放值和可比较的排放数据。使得设计者能做到：

——估计与排放有关的风险；

——评定设计阶段采取的保护措施的有效性；

——在技术文件中向潜在客户提供排放的定量信息；

——在使用信息中向用户提供排放的定量信息。

除可用测量参数描述的排放外的其他危险可以用类似方法予以处理。

5.2 机器的限制规范

机器的设计从其各种限制的规范开始(也可见GB/T 16856-1997第5章)：

——使用限制：

a)机器的预定使用，包括不同的机器运行模式、使用阶段和操作者的不同干预过程；

b)机器可预见的误用。

——空间限制(例如机器的运动范围、机器安装和维护所需的空间、“操作者-机器”的接口、“机器-动力源”的接口)。

——时间限制：针对预定用途的，机器和(或)其部件(例如工具、磨损件、电气零件等)的可预见的“寿命极限”。

5.3 危险的识别、风险的评估和风险的评定

识别了机器产生的各种危险后(持久危险和意外出现的危险，见3.6和第4章)，设计者应尽可能地根据定量的因素对每一种危险进行风险评定，并最终依据风险评定的结果决定是否需要减小风险。为此设计者应考虑不同的运行模式和干预过程，尤其是：

a)在机器的整个寿命周期中人与机器的相互作用，描述如下：

1)构造。

2)运输、组装和安装。

3)试运转。

4)使用：

——设定、示教/编程或过程转换；

——操作；

——清洗；

——故障排查；

——维护。

5)停用、拆除及从安全角度进行的处置。

b)机器的可能状态：

1)机器执行预定功能(机器正常运转)。

2)由于各种原因，机器不能执行预定功能(即失效)，这些原因包括：

——被加工材料或工件的性能或尺寸的变化；

——机器的一个(或多个)零部件或辅助装置的失效；

——外部干扰(如冲击、振动、电磁干扰)；

——设计错误或缺陷(如软件错误)；

——动力源干扰；

——环境条件(如损坏的工作地面)。

c)操作者下意识的行为或机器可预见的误用，例如：

——操作者对机器失去控制(特别是手持式或移动式机器)的行为；

——人对使用中机器发生的失效、事故或故障的条件反射行为；

——精神不集中或粗心大意导致的行为；

——工作中“走捷径”导致的行为；

——为保持机器在所有情况下运转所承受的压力导致的行为；

——特定人员的行为(如儿童、伤残人等)。

在5.4中规定的和图2所示的减小风险的三步法中，完成其每步后均须进行风险评估和风险评定。

进行风险评价时，应考虑在已识别的危险中，其伤害可能是最严重的风险。对可预见的严重程度最高的风险，即使其发生的频率很低，也应加以考虑。

5.4 借助保护措施消除危险或减小风险

通过消除危险，或单独或同时减小下述两个决定风险的因素，可以达到借助保护措施消除危险或减小风险的目标：

a)所考虑危险产生伤害的严重程度；

b)伤害发生的概率。

所有预定用于达到此目标的保护措施应根据下列顺序进行，即“三步法”(也可见图1和图2)。

——本质安全设计措施（见GB/T15706.2-2007第4章）。

注：这是不采用诸如安全防护或补充保护措施，而消除危险的唯一阶段。

——安全防护和可能的补充保护措施（见GB/T15706.2—2007第5章）。

——关于遗留风险的使用信息（见GB/T15706.2—2007第6章）。

使用信息不应取代本质安全设计措施，或安全防护或补充保护措施的正确使用。

与机器的各种运行模式和干预过程（见5.3）相适宜的保护措施，能防止操作者在遇到技术难题时，使用危险的干预技术。

5.5 风险减小目标的实现

依照5.4和图2，实现充分减小风险和得到一个满意的风险降低的比较结果（若有）后便可终止风险减小的迭代过程（GB/T16856—1997中的8.3）。

能够对下列每个问题给出肯定的回答时，可认为实现了充分的风险减小：

——是否考虑了所有的运行状况和干预程序；

——是否应用了5.4规定的方法；

——危险是否已消除，或由危险产生的风险是否降低到可行的最低水平；

——是否确定所采取的措施不会产生新的危险；

——是否向用户充分告知和警告了遗留风险；

——是否确定所采取的保护措施不会危及操作者的工作状态；

——所采取的保护措施是否彼此协调；

——是否已充分考虑到为专业/工业用设计的机器用于非专业/非工业范围时产生的后果；

——是否确定所采取的措施不会过分地降低机器的功能。

附录A

（资料性附录）

机器的图解表示

图A.1给出了机器的图解表示。

用于GB/T15706的专用术语和表述的英中文对照索引

参考文献

[1] ISO/IEC指南51：1999 安全特征 关于标准中该类条款的导则

[2] ISO l 1689 声学 机械设备的噪声发射数据比较程序

[3] GB 16754 机械安全 急停 设计原则(GB 16754-1997，eqv ISO/IEC 13850：1995)

[4] GB/T 19671-2005 机械安全 双手操纵装置 功能状况及设计原则(ISO 1385l：2002，MOD)

[5] GB/T 19670-2005 机械安全 防止意外启动(ISO 14118：2000，MOD)

[6] GB/T 18831 机械安全 带防护装置的联锁装置 设计和选择原则(GB/T 18831--2002，ISO 14119：1998，MOD)

[7] GB/T 8196-2003 机械安全 防护装置 固定式和活动式防护装置设计与制造一般要求(ISO 14120：2002，MOD)

[8] GB/T 16856-1997 机械安全 风险评价的原则(eqv prEN 1050：1994)

[9] GB 5226.1-2002 机械安全 机械电气设备 第1部分：通用技术条件(IEC 60204-1：

2000，IDT)

[10] GB/T 19436.2 机械电气安全 电敏防护装置 第2部分：使用有源光电防护器件(AOP-Ds)设备的特殊要求(GB/T 19436.2-2004，IEC 61496-2：1997，IDT)

[11] IEC 60050-191(IEV 191)国际电工词汇第191章：可信性与服务质量

【发布日期】20070302

机械设计课程设计总结 篇5

为期两周的机械设计课程设计已经结束了，首次指导课程设计有收获也有缺憾。

此次课程设计的任务是设计一输送带的减速装置，包括一级带传动和展开式二级圆柱齿轮减速器。由于是初次指导学生，心里面没底，不知道在设计过程中会遇到那些问题和困难，所以在向学生下达设计任务之前，我查阅了相关资料并请教了经验丰富的王树英老师，为后面的课程设计指导工作做了精心准备。在下达任务时，向学生明确地阐述了此次课程设计的任务、目的、意义、要求及设计过程中容易出错的地方。但是即使这样，在指导过程中，还是出现了不少问题，现总结如下：

首先，由于自己缺乏工作经验，没有预料到学生对于传动比的分配会出问题，个别学生出现了传动比分配不当的问题，造成二级圆柱齿轮减速器的传动比过小，致使中心距过小，箱体上两轴承座距离太小，对于加工连接螺栓的通孔造成困难。其次，部分学生对于理论知识掌握不好，整个设计过程只是在照着课本和参考书进行机械的计算，并不理解各个参数的选择依据和零件的设计准则。在提问的问题中多数都是课堂上反复强调的问题，一些学生都回答不清。对于轴的结构设计从讲课到练习再到作业共讲了三遍，但是还是有些同学出现这样那样的错误。再就是部分学生的学习态度不够端正。箱体、油标尺、放油塞、螺栓及轴承端盖的尺寸都可按参考资料中的设计经验设计来确定，但是他们并不按设计经验或类比的方法来确定，而是自己随便定尺寸，致使箱体的铸造壁厚、凸缘连接处的宽度以及螺栓的直径不能满足要求。而且螺栓是标准件，一些学生不按标准件画，信手涂鸦，画得图很不美观。这是我事先没料想到的，在发觉后，让学生修改，部分学生作了认真修改，但还有一部分没有按要求修改。最后，由于学生刚学完AutoCAD，使用不熟练，图中存在多线、漏线和粗细实线使用不当的情况较多，即使给他们指出来了，但是他们还是有些地方漏改，最后打印出的图纸还是存在一些错误。

在发现问题的同时，我也积累了宝贵的经验。对于学生容易出错的地方进行了一一记录，下次课程设计前事先集中强调，避免学生出错后再来纠正，增加学

生的工作量。其次，要更加严格要求学生，让他们养成严谨的设计习惯，并制定一些奖罚分制度，充分调动学生的学习积极性。再次，对于用AutoCAD画图的学生，随时进行检查，指导他们及时修改一些多线或漏线的错误。最后，在以后的教学工作中，可以让学生在进行理论学习之前，先对实际机器有一个感性认识，让他们从实物中了解学习课程内容的目的，这样学生的积极性会更高，学习效果也会更好。例如可以利用减速器这个部件所涉及的设计内容引入机械设计这门课程要学的内容，使各个零散的看似毫不相关的章节串成一个整体，我相信这样能够激起学生的学习兴趣。

这次课程设计，对于学生来说不仅仅是完成了一次作业，而是他们第一次靠自己的努力设计出了第一件作品，虽然存在一些错误，虽然没有做成实物，但是他们都非常有成就感，多数学生在设计体会中都谈到希望今后学院能多给安排一些这样的机会，锻炼自己的能力。对于我来说，无论是对今后指导学生的课程设计还是理论教学都是很有帮助的，我相信有了这次课程设计的指导经验，以后我会更有自信和能力做好教学工作。

高洪伟

机械设计基础总结 篇6

F=3n-2PL-PH 机构具有确定运动的条件

（原动件数>F，机构破坏）

平面四杆机构

在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。

四杆机构存在曲柄的条件

1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）

急回特性和行程速比系数

当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性

极位夹角θ:曲柄整周运动时，连杆的两个极限位置的夹角

当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性。且θ角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著 压力角与传动角

连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角γ 称为四杆机构在此位置的传动角。显然γ越大，有效分力Pt越大，Pn越小，对机构的传动就越有利。所以，在连杆机构中也常用传动角的大小及变化情况来描述机构传动性能的优劣。为了保证机构传力性能良好，应使γmin≥40 ～50°

最小传动角的确定： 对于曲柄摇杆机构，γmin出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。

死点

（传动角为0）

当以摇杆CD为主动件，则当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角γ＝0°，这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为“死点”

凸轮轮廓曲线设计

反转法

．对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构

（1）选取适当的比例尺，取为半径作圆；

（2）先作相应于推程的一段凸轮廓线。为此，根据反转法原理，将凸轮机构按进行反转此时凸轮静止不动，而推杆绕凸轮顺时针转动。按顺时针方向先量出推程运动角，再按一定的分度值（凸轮精度要求高时，分度值取小些，反之可以取小些）将此运动角分成若干等份，并依据推杆的运动规律算出各分点时推杆的位移值S。

（3）确定推杆在反转运动中所占据的每个位置。为此，根据反转法原理，从A点开始，将运动角按顺时针方向按一个分点进行等份，则各等份径向线01，02，……08即为推杆在反转运动中所依次占据的位置。

（4）确定出推杆在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。根据表中所示数值s，沿径向等分线由基圆向外量取，得到点，即为推杆在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。

（5）用光滑曲线连接，即得推杆升程时凸轮的一段廓线。（6）凸轮再转过时，由于推杆停在最高位置不动，故该段廓线为一圆弧。以O为圆心，以为半径画一段圆弧。

齿轮机构的应用和分类

齿轮机构的应用和分类

传递功率大、效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。但是要求有较高的制造和安装精度，成本较高；不宜在两轴中心距很大的场合使用

齿廓啮合基本定理

齿廓啮合的基本定律（Basic Law of Tooth Profile Meshing)

左图所示为一对互相啮合的齿轮，设主动轮1以角速度绕顺时针方向回转，从动轮2受轮1的推动以角速度绕两轮轮齿的齿廓在某一点K接触，它们在点K处的线速度为方法：

⒈ 过点K作两齿廓的公法线 nn 显然，要使这一对齿廓能连续的接触传动，它们沿接触点的公法线方向是不能相对运动的。否则，两齿廓将不是彼此分离就是互相嵌入，因而不能达到正常传动的目的。这就是说，要使两齿廓能够连续接触传动，则 和 在公法线 nn 方向的分速度应该相等。所以两齿廓接触点间的相对速度

只能沿两齿廓接触点的公切线方向。由三心定理，P点为

逆时针方向回转。,。

齿轮1、2的速度瞬心

则两轮的传动比为

（*）

式（*）表明:

互相啮合传动的一对齿轮在任一位置时的传动比，都与其连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。这一规律称为齿廓啮合的基本定律。

⒉ 要使两齿轮做定传动比传动，则其齿廓必须满足的条件是：

不论两齿廓在何位置接触，过接触点所做的两齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一定点。

证明：由式（*）可知，如果要求两齿轮的传动比为常数，则应使在两齿轮的传动过程中，其轴心、均为定点（即

为常数。由于

为

为定长），所以，欲使常数，则必须使点P在连心线上为一定点。

⒊ 两齿轮的啮合传动可以视为两轮的节圆作纯滚动

证明：由于两轮作定传动比传动时，节点P为连心线上的一定点，故点P在轮1的运动平面上的轨迹是一以为圆心，为半径的圆。同理，点P在轮2的运动平面上的轨迹是一以为圆心，为半径的圆。这两个圆分别称为轮1与轮2的节圆。而由上述可知，轮1与轮2的节圆相切于P点，而且在点P处两轮的线速度相等，即，故两齿轮的啮合传动可以视为两轮的节圆作纯滚动。

渐开线齿廓

直线BC沿一圆周作纯滚动时，直线上任意点I的轨迹AI，称为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆，其半径用表示。直线NI称为渐开线的发生线

一对渐开线齿轮正确啮合的条件

法向齿距相等

m1cos1m2cos2

即：

m1m2m12 渐开线齿轮连续传动的条件

（B1，B2分别为两齿轮齿顶圆与啮合线的交点

为了保证传动的连续性，要求前一对齿在 B1 点脱离啮合时，后一对齿应进入啮合，为此要求两齿轮的实际啮合线 B 1 B 2 应大于或等于齿轮的法节 pb。通常把 B1 B2 与 pb 的 比值 称为齿轮传动的重合度，用 εα 来表示 于是得齿轮连续传动的条件是 ：

ε α =（B 1 B 2 / p b）≥ 1

无侧隙啮合条件

在齿轮传动中，为避免或减小轮齿的冲击，应使两轮齿侧间隙为零；而为防止轮齿受力变形、发热膨胀以及其它因素引起轮齿间的挤轧现象，两轮非工作齿廓间又要留有一定的齿侧间隙。这个齿侧间隙一般很小，通常由制造公差来保证。所以在我们的实际设计中，齿轮的公称尺寸是按无侧隙计算的。

齿轮的加工方法

近代齿轮的加工方法很多，有铸造法、热轧法、冲压法、模锻法和切齿法等。其中最常用的是切削方法，就其原理可以概括分为仿形法和范成法两大类。

仿形法

顾名思义，仿形法就是刀具的轴剖面刀刃形状和被切齿槽的形状相同。其刀具有盘状铣刀和指状铣刀等，如图所示。

范成法（又称展成法）

这种方法是加工齿轮中最常用的一种方法。利用一对齿轮互相啮合传动时，两轮的齿廓互为包络线的原理来加工的。将一对互相啮合传动的齿轮之一变为刀具，而另一个作为轮坯，并使二者仍按原传动比进行传动，则在传动过程中，刀具的齿廓便将在轮坯上包络出与其共轭的齿廓。

根切与Zmin

用范成法加工齿轮时，有时会发现刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把齿根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓，如图所示。这种现象称为根切

用范成法加工齿轮，若刀具的齿顶超过啮合极限点N1则被切齿轮必定发生轮齿根切。

渐开线标准齿轮不根切的最少齿数为

zmin*2ha2sin

齿轮传动失效形式及材料

轮齿折断

弯曲疲劳折断——闭式硬齿面齿轮传动最主要的失效形式。

过载折断——载荷过大或脆性材料部分形式：齿根整体折断——直齿，b较小时

局部折断——斜齿或偏载时

 提高轮齿抗折断能力的措施：  1）减小齿根应力集中（增加齿根过渡圆角，降低齿根部分表面粗糙度）

 2）高安装精度及支承刚性，避免轮齿偏载，设计时限制齿根弯曲应力小于许用值  3）改善热处理，使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度

齿根部分进行表面强化处理（喷丸、滚压）

齿面疲劳点蚀—闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式收敛性点蚀——开始由于表在粗糙，局部接触应力较大引起点蚀，过后经跑合，凸起磨平软齿面逐渐消失扩展性点蚀——硬齿面发生点蚀或软齿面时 位置：节线附近

原因：1）单齿对啮合接触应力较大；2）节线处相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜；3）另外油起到一 个媒介作用，润滑油渗入到微裂纹中，在较大接触应力挤压下使裂纹扩展直至表面金属剥落。

防止措施：1）提高齿面硬度； 2）降低表面粗糙度；

3）采用角度变位（增加综合曲率半径）； 4）选用较高 粘度的润滑油； 5）提高精度（加工、安装）； 6）改善散热。

开式齿轮传动由于磨损较快，一般不会点蚀

齿面磨损——

开式齿轮的主要失效形式 类型——齿面磨粒磨损

防止措施：1）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；3）降低滑动系数；4）润滑油定期清洁和更换；5）变开式为闭式。

齿面胶合——高速重载传动的主要失效形式——热

胶合。

原因：高速、重载→压力大，滑动速度高→摩擦热大→

高温→啮合齿面粘结（冷焊结点）→结点部位材料被

剪切→沿相对滑动方向齿面材料被撕裂。

低速重载或缺油→冷胶合（压力过大、油膜被挤破引

起胶合）

形式：热胶合——高速重载；冷胶合——低速重载，缺

润滑油

防止措施：1）采用抗胶合能力强的润滑油（加极压添加剂）；2）采用角度变位齿轮传动，使滑动速度VS下降。3）减小m和齿高h，降低滑动速度VS；4）提高齿面硬度；5）降低表面粗糙度；6）配对齿轮有适当的硬度差；7）改善润滑与散热条件。

5、齿面塑性变形—低速重载软齿轮传动的主要失效形式

齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿摩擦力方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正确轮廓曲线被损坏。

防止措施：1）提高齿面硬度；2）采用高粘度的润滑油或加极压添加剂 齿轮材料

选择齿轮材料总体上要考虑防止产生齿面失效和轮齿折断。基本要求：齿面要硬，齿芯要韧

常用的齿轮材料

1、钢——最常用，可通过热处理改善机械性能（1）锻钢：

软齿面齿轮（HBS≤350）

如45、40Cr 热处理，正火调质，加工方法，热处理后精切齿形—

8、7级，适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动

（2）铸钢——用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除铸造应力。强度稍低

直齿圆柱齿轮传动载荷与设计

齿根弯曲疲劳强度计算

防止弯曲疲劳折断；设计公式

m2KT1YFSYdZ12[]F 齿面接触疲劳强度计算

防止齿面点蚀破坏；设计公式

d12.323Ku1ZEZdu[]H

2设计准则

软齿面——按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度 硬齿面——按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度

1、齿数Z1

闭式软齿面齿轮（点蚀）→Z1可取多一些（20~40

闭式硬齿面齿轮（弯曲疲劳）→a一定时，宜取Z1少 一些（使m↑），Z1=17~20 蜗杆传动

与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大，在动力传递中传动比在8～100之间，在分度机构中传动比可以达到1000；传动平稳、噪声低；结构紧凑；在一定条件下可以实现自锁等优点而得到广泛使用。但蜗杆传动有效率低、发热量大和磨损严重，涡轮齿圈部分经常用减磨性能好的有色金属（如青铜）制造，成本高等缺点。

按蜗杆分度曲面的形状不同，蜗杆传动可以分为：圆柱蜗杆传动（如图a）、环面蜗杆传动（如图b）、锥蜗杆传动（如图c）三种类型

因为分度圆直径等于模数乘以直径系数。模数是标准值，直径系数为了简化刀具也进行了规定，即为标准值，所以分度圆直径亦为标准值。

模数m和压力角

蜗杆传动的尺寸计算与齿轮传动一样，也是以模数m作为计算的主要参数。在中间平面内蜗杆传动相当于齿轮和齿条传动，蜗杆的轴向模数和轴向压力角分别与涡轮的端面模数和端面压力角相等，为此将此平面内的模数和压力角规定为标准值，标准模数见书中所附表格，标准压力角为20°

蜗杆头数z1和传动比

蜗杆头数z1可根据要求和的传动比和效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低。如果要提高效率，应增加蜗杆的头数。但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆头数取为1、2、4、6。蜗杆为主动件;蜗杆与蜗轮之间的传动比为(其中：z2为蜗轮的齿数)

in1z2n2z1

导程角γ

蜗杆的直径系数q和蜗杆头数z1选定之后，蜗杆分度圆柱上的导程角γ也就确定了

tanzppzzmz1mz11a1d1d1d1d1q

蜗杆的分度圆直径d1

在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆相同尺寸的蜗轮滚刀来加工与其配对的涡轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就需要一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。显然，这样很不经济。

为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1，而把比值

qd1m

称为蜗杆直径系数。

蜗杆传动的标准中心距

a11(d1d2)(qz2)m22

蜗杆传动的失效形式

和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要有：胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。由于蜗杆传动啮合面间的相对滑动速度较大，效率低，发热量大，再润滑和散热不良时，胶合和磨损为主要失效形式。

蜗杆传动的设计准则

闭式蜗杆传动按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；

开式蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。

蜗杆和蜗轮材料

由失效形式知道，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、减磨性、耐磨性和抗胶合能力等。

蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成：一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40、45钢，并经调质处理。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并经渗碳淬火。

蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5），铸造铝铁青铜（ZCuAl1010Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度大于3m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但价格便宜，一般用于滑动速度小于4m/s的传动；如果滑动速度不高（小于2m/s），对效率要求也不高时，可以采用灰铸铁

螺纹连接与传动

螺纹参数

1.大径d（D）：螺纹的最大直径在标准中也作公称直径。

2.小径d1(D1)：即螺纹的最小直径

3.中径d2——在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想

4、牙型角α、牙型斜角β

在螺纹的轴向剖面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角称为牙型角α。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角β，对称牙型的β＝α/2

升角λ

在中径d2的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，由图7．4可得

升角大：传动效率高，升角大与当量摩擦角时无自锁性 升角小：传动效率低；自锁性能好，snptand2d2，螺纹种类

粗牙：普通联接使用普通螺纹细牙：小载荷、调整机构。自锁性好。圆柱管螺纹：管路联接联接螺纹管螺纹圆锥管螺纹：具有自封性。高温、高压管路。螺纹圆锥螺纹：管路联接（与圆锥管螺纹相似）传动螺纹：有矩形螺纹；梯形螺纹：双向传动；锯齿型螺纹：单向

1、三角形螺纹（普通螺纹）

牙型角为60º，可以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般联接；与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置。

2、管螺纹

多用于有紧密性要求的管件联接，牙型角为55º，公称直径近似于管子内径，属于细牙三角螺纹。

3、梯形螺纹

牙型角为30º，是应用最为广泛的传动螺纹。

4、锯齿型螺纹

两侧牙型角分别为3º和30º，3º的一侧用来承受载荷，可得到较高效率；30º一侧用来增加牙根强度。适用于单向受载的传动螺纹。

5、矩形螺纹

牙型角为0º，适于作传动螺纹 螺旋副的受力分析、效率和自锁

滑块在斜面上等速上升时。当量摩擦角

滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上

由公式可知，若λ≤（当量摩擦角），FFQtan()说明此时无论轴向载荷有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁 螺旋副的效率

W2FQsW12T1FQd2tantanFdtan()2Q2tan()2

螺纹联接主要类型

螺栓联接

普通螺栓联接——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广。

双头螺栓联接

螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而 被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。

螺钉联接

螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。

紧定螺钉联接

拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭

螺纹联接的防松

摩擦防松

弹簧垫片防松 双螺母防松 自锁螺母防松

机械防松

永久防松

轴

轴的分类

转轴

同时承受扭矩和弯曲载荷的作用，例如齿轮减速器中的轴 心轴

只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。按轴旋转与否分为转动心轴和固定心轴两种，传动轴

只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。例如图所示的汽车传动轴。

轴的材料

由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等

轴的主要材料是碳钢和合金钢。

1、碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢。

2、合金钢：对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料。耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢；要求较高的轴可以使用40Cr

3、对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低

轴的结构设计

轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸，主要要求有：

1）轴上零件的定位、固定； 2）轴上零件的拆装、调整； 3）轴的制造工艺性；

4）轴上零件的结构和位置的安排。

轴上零件的装配

轴向定位 轴肩与轴环定位

套筒定位

弹性挡圈定位

周向定位

轴上零件的周向定位方法主要有键（平键、半圆键、楔键等）、花键、型面、过盈等等

平键联接

制造简单、装拆方便。用于传递转矩较大，对中性要求一般的场合，应用最为广泛。

花键联接

承载能力高，定心好、导向性好，但制造较困难，成本较高。

适用于传递转矩较大，对中性要求较高或零件在轴上移动时要求导向性良好的场合。

滚动轴承

按轴承的内部结构和所能承受的外载荷或公称接触

角的不同，滚动轴承分为：

①深沟球轴承（向心球轴承）（6）——主要承受径

向载，也可受一定双向轴向载荷，f小精度高，结构

简单，价格低，最常用。

②调心球轴承（1）——主要承受径向载荷，也可承受

较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较

差的场合。

③圆柱滚子轴承N（2）——只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。

④角接触球轴承——（7）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角，越大，承载Fa能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。

⑤圆锥滚子轴承——（3）能同时承受径向载荷和单向Fa，越大，承受Fa能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。

⑥推力球轴承——（5）单向推力球轴承51000—只能受单向Fa；双向推力球轴承52000—能承受双向Fa。不能受Fr，且极限nj转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。