机械设计与安全设计

机械设计与安全设计（共12篇）

机械设计与安全设计 篇1

0 引言

在诸多农业机械中, 手钳是应用最广的机械作业工具, 农业手钳等常用手工工具经常遇到疲劳强度大和受伤率高的问题。1995 年, 世界卫生组织对长期从事农业手工工具操作的农工手损伤情况进行了调查, 统计结果显示, 几乎接近9% 的致残伤害是由手工工具的设计和操作不当造成的。随着生产工作对工作效率的高标准严要求, 估计每年由于使用手工工具致伤的花费在100亿美元左右[1]。因此, 基于农业手工工具的科学合理设计也将是人机工程学急需解决的问题。

1 农业手钳的分类和生物力学分析

1.1 钳的结构及分类

钳是一种用于夹持、固定加工工件或者扭转、弯曲、剪断金属丝线的手工工具。钳的外形呈V形, 通常包括手柄、钳腮和钳嘴 3个部分, 由两片结构、造型互相对称的钳体, 在钳腮部分重叠并经铆合固定而成。钳可以钳腮为支点灵活启合, 其设计包含着杠杆原理。钳最初仅用于夹持物体, 如打铁用的火钳。

钳一般用碳素结构钢制造, 先锻压轧制成钳坯形状, 然后经过磨铣、抛光等金属切削加工, 最后进行热处理。

钳的手柄依握持形式而设计成直柄、弯柄和弓柄3种式样。钳使用时常与电线之类的带电导体接触, 故其手柄上一般都套有以聚氯乙烯等绝缘材料制成的护管, 以确保操作者的安全。钳嘴的形式很多, 常见的有尖嘴、平嘴、扁嘴、圆嘴、弯嘴等样式, 可适应对不同形状工件的作业需要。按其主要功能和使用性质, 钳可分夹持式、剪切式和夹持剪切式3种, 如图1所示。

1) 夹持式钳。

主要用于钳夹各种物体, 或者将其弯曲成各种需要的形状。钳嘴内侧的夹持面上, 一般都凿有横式、斜式或网状的槽形齿纹, 以便稳定牢固地钳啮物体, 避免夹持物打滑或移动。夹持式钳一般较为小巧, 钳嘴细长, 可单手操作和双手操作。

2) 剪切式钳。

主要用于切断金属线材。专用于剪切大直径金属圆形棒材、线材的称断线钳 (如图2所示) , 通常双手操作。它的钳口粗短, 剪切刃口异常坚硬, 支点距钳口很近, 且手柄较长, 能非常省力地切断粗大的线材。小型的剪切式钳均为单手操作。专供电线安装和切断使用的称斜口钳。制鞋业中用于绱鞋和起拔鞋钉的称胡桃钳, 又称鞋工钳。通常它的一只手柄末端铸造成圆球状, 而另一只手柄的尾端制成拔爪, 分别起敲击和拔钉的作用。专用于切断电线的称电工钳, 它还可剥线或剥线压接, 故又称为剥线钳或剥线压接钳。它主要由薄钢板制成, 带有剪切刃口和不同直径的剥线孔, 并有为冷轧电缆接头逐步代替焊锡接头而设计的压接头。

3) 夹持剪切式钳是最常用的一种钳。

其既有带齿纹的夹持面, 又有供剪切用的剪切刃口, 主要有钢丝钳和花腮钳。花腮钳除可用钳头中部的剪切刃口切断铁丝之类的线材外, 其两侧的旁腮口也可用来剪切。当钳子手柄张开时, 两片旁腮形成直线;当手柄合拢时, 旁腮挤压而切断物件。花腮钳的剪切刃口有一定的斜度, 被剪切的物件断面较为平整, 主要用于农业园林剪切工作。

1.2 钳的生物力学分析

工具是人类四肢的扩展, 使用工具使人类增加了动作范围和力度, 提高了工作效率。为了适应精密作业和粗糙硬作业, 工具的形态设计应尽量能够达到最优的状态, 尤其符合人手的解剖学机能。人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构, 手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌伸肌控制, 这些肌肉通过腱连到手指。当使用工具时, 臂部必须上举或长时间抓握, 会使肩、臂及手部肌肉承受静负荷, 导致疲劳, 降低作业效率。传统的农业手工工具设计大多数将力臂设计成直形或弯角, 如在水平作业面上使用直杆式工具时, 则必须肩部外展, 臂部抬高, 这不合乎手腕的用力方向。由于长期重复和持续使用, 将力集中在手指掌心部位, 加之个人的众多因素如操作姿势、震动等造成人体的重复性外伤, 使手腕受到一定程度的伤害。T ichauer (1966) 研究表明, 手腕顺直操作时, 腕关节处于正中的放松状态, 但当手腕处于掌曲、背曲、尺偏等别扭状态时, 就会产生腕部酸痛、握力减小等现象, 长时间使用会引起腕道综合症。传统设计使手腕在工作时侧偏, 长时间使用工具会导致手腕发炎、慢性疼痛, 也有可能引起腕部腱的滑液鞘[2], 如图2所示。

2 农业手钳科学设计的合理因素

手工工具的科学合理设计, 一方面可以通过分析人体生物力学得到改进;另一方面, 在手工工具的材料选择、手柄的外形和尺寸的设计等方面也应从使用者的舒适和安全方面强调宜人性设计。

2.1 农业手钳设计原则

作为农业手工工具的手钳, 设计中必须依据以下原则:

1) 必须有效地实现预定的功能;

2) 必须与操作者身体成适当比例, 使操作者发挥最大效率;

3) 适当考虑性别、训练程度和身体素质的差异;

4) 作业姿势不能引起过度疲劳。

2.2 基于人机工程学的改进设计思路

从手工工具设计的解剖学原则出发, 可以对传统的手工工具进行改进: ①避免静肌负荷改进。即将把手部分作成弯曲过渡, 可以使手臂自然下垂。当进行手工作业操作时, 手臂就可能处于较自然水平状态, 减少了抬臂产生的静肌负荷。②保持手腕处于顺直状态的改进。即将握把改良设计成弯曲形状, 一般将工具的把手与工作部分弯曲成10 °, 操作时可以维持手腕的顺直状态, 而不必采取尺偏的姿势。图3和图4分别给出了改良设计后的宜人度对比。③避免掌部组织受压力。好的把手设计应在基于合理尺寸的前提下尽量增大手掌的接触面, 可以在手柄部位增加防护套, 减少手指局部的应力集中。

其次, 工具手柄的材料是设计时要考虑的重要因素, 用不适宜的材料和不良工艺制成的廉价工具会导致事故。这些例子包括在正常工作压力下使用扳钳和扳手的作业。另外, 手柄的材料还要考虑美学和功能。手柄的材料设计应在基于工作负荷的基础上, 考虑一些塑性和韧性较好的耐磨材料, 如采用夹层橡胶的木质或弹塑性较好的复合材料制造[3]。再次, 手柄形状和尺寸设计方面也要科学。①根据宜人性的指导方针, 手柄的尺寸应减轻或消除手腕上的压力。手柄的形状应适合人的手形, 使当胳膊处在水平位置时, 钳子的钳口也处在水平位置。②保证使用时产生的压力应尽可能地分布到大面积的手掌上, 从后向前变细的手柄是最好的。不应该有让手指陷进的凹槽, 因为不同的人手形差异很大, 这也许会在粗壮手指的侧面 (布满表面神经和血管) 产生压力。如果工具的手柄太短, 不能横跨手掌, 那么手掌中部就会产生很大的压力, 所以工具的手柄应长于人手握持的长度。过渡分明的边角会导致刺痛、擦伤和磨伤。为了避免这种伤害, 要尽可能地将边角做成圆的, 手柄做得宽一些;也可以在手柄上加道曲线, 在手柄部位加一防护套。当用力握持住工具时, 作用部分延伸到了手以上, 避免应力集中使用显得轻便[4,4]。

3 农业手钳的尺寸设计

3.1 手钳的主要设计因素

关于手钳的设计, 其隶属于手握式工具的一种, 把手的设计是最重要的部分, 手钳属于双把手工具, 主要设计因素是抓握空间, 握力对手指屈腱的压力随抓握物体的尺寸和形状的不同而不同。对于农业手钳来说, 其抓握空间宽度为50～90mm时, 抓力最大;因为农业操作随机性大, 因此两个把手平行的几率比较小, 因此一般内弯情况较多, 可以把两把手的抓握空间定位在70～80mm, 这时最大握力接近于男女握力均值 100N, 如图5所示。

3.2 手钳的其它设计因素

把手的直径、长度、形状和弯角等也是设计必要因素。根据人机工程学设计原则, 总结了人手的尺寸数据如表1～ 表4所示。

根据表1～ 表4 的数据, 应设计3种尺寸的手柄。分别为大号 (男性第95 百分位) ; 中号 (男性第50 百分位或女性第95 百分位) , 小号 (女性第50百分位) , 50% 成年男性和95% 成年女性的数据接近, 如图6～图8所示。

4 结语

农业手工工具手钳是较为典型的农业作业工具之一, 其设计是否合理关乎任何手工工具安全、舒适、易用程度。 在科学技术飞速发展的今天, 人们关注的劳动生产率与生产工具的工业设计密切相关, 而工业设计的主要方面就是工具的宜人性设计, 即考虑“以人为本”, 使设计的工具人们能够安全、舒适、易用。

参考文献

[1]丁玉兰.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社, 2003.

[2]赵学.农业机械设计与人体工程学[M].北京:机械工业出版社, 2001.

[4]刘国余, 沈杰.农业机械产品尺寸与形态设计[M].北京:中国轻工业出版社, 2001.

[4]严扬.人机工程学设计应用[M].北京:中国轻工业出版社, 2001.

机械设计与安全设计 篇2

铸造车间设计的安全要求是多方面的，其中包括厂址选择、安全卫生设施、厂房内外交通，平面布置等。从以往发生的事故来看，常因车间设计不当，基本建设时考虑不周，给以后的生产带来不安全因素。

根据我国铸造车间设计的实践经验和国家在有关设计工作规定中提出的要求，设计除应考虑技术和经济的正确结合，全面提高建设的经济效果，做到技术先进、产品质量好、生产效率高外，还必须注意下叙安全要求。

一、铸造车间的位置选译

铸造生产一般都存在多烟尘、高噪声、散发热量多等特点，工业卫生条件较差，熔化后的金属易引起火警。所以选择铸造车间的位置原则应是：

1． 为保证厂外居民、行人或其它建筑物的安全和卫生，铸造车间的厂房力求建在较为偏辟的地区。厂址、厂房高度、烟囱高度选定后，须经城市规划部分批准，方可投入基本建设。2． 考虑铸造生产高温明火多、易于引起火警，除了合理布置消防设施外，铸造车间一般应建在厂内某一角为宜，以减少对办公室、木工车间、易燃车间或仓库的影响。

3． 为缩短工艺路线和减少运输量，铸造车间应尽量靠近主要的冷加工车间和本车间主要原材料仓库及废渣外运道路。

4． 为减少电路损失，避免因电路过长而造成用电事故，铸造车间一般要求离厂配电站不要过远。

二、铸造车间内的安全卫生设施

铸造车间的设计工作，必须周密地考虑技术卫生、劳动保护安全措施，以改善劳动条件、保障工人健康。铸造车间的安全卫生设施，主要是指通风除尘、采暖、采光和生活福利设施等。

1． 通风设施是改善铸造生产劳动条件的主要措施，要考虑厂房的高度、跨度和合乎通风要求的窗户，以利自然通风。造型或制芯工序，一般常设集中式空气淋浴机械通风装置，以供夏季降温使用。对于针对某台设备或某个生产小组的除尘、降温，多采用局部通风设备。使用轴流风机降温时，应考虑选用，低噪声系列风机。

2． 保持正常的照度，对铸造工人健康有重要意义。因此，铸造车间设计必须注意门窗、机器安装的位置，并根据具体工作地点和工种性质提供局部照明，以达到最佳的光线强度。铸造车间的采光在设计时往往是可达到要求，但由于生产过程中烟尘较多，自然采光日渐减弱，因此必须建立健全照明窗户的清洗制度，以保证车间正常照度。

3． 铸造车间的采暖防寒措施亦很重要，尤其在我国的北方地区。采暖设备常用的有水暖、气暖两种，水暖较为可靠，易控制。一般防寒措施有隔层窗、挡风帘等。

4． 铸造车间的生活福利设施，主要包括盥洗室、淋浴室、医务定、更衣室及厕所等。此外，还应减少生产过程中的有害气体及粉尘对厂区内外的污染和影响。我国早在1956年已由国务院作业“关于防止厂矿企业中硅尘危害的决定”；1962年颁发了粉尘浓度的卫生标准和通风除尘的设计规范；以后又相继建立了“环境保护”和“三废治理”方面的专设机构。1979年又通过了“中华人民共和国环境保护法”，对防止污染和其它公害问题都作了具体规定，要求加强企业管理、实行文明生产，对于污染环境的废气、废水、废渣，要实行综合利用，化害为利等。但目前我国铸造生产的卫生条件仍然较差，需要设计人员进行大量工作使之改善和提高。

三、生产工艺流程与安全要求 铸造生产工艺流程和生产组织是否合理，直接影响运输路线的远近和车间劳动卫生条件是否良好。在确定主要生产工部的相互位置时，应遵循以下原则：

1． 主要生产物料的流程应最短，其中首先要考虑液体金属、型砂的运输距离最短。

2． 主要生产工步间的相互位置要便于运输连接，力争把车间所有工步布置在一个厂房内，以获得车间内产最短的运输距离。

3． 造型工步应有良好的照明和处于工步之间的核心位置；熔化工步要与炉料库和造型工步相接近，砂处理要靠近造型材料库和造型工步；清理工步则因粉尘高、噪声大、最好与造型主厂房分开，单独设置等。

四、铸造车间平面布置的安全要求

铸造车间平面布置图是根据多种工艺流程方案的反复比较，结合所在地的水文、地质、气候等自然地理条件而确定的，合理的布置对提高生产效率、防止事故发生具有积极的意义。例如：铸造车间地下构筑多、金属熔液溅溢多，因此铸造车间应设置在地下水位较低的地段；为了使车间获得足够的自然采光并充份利用自然通风，一般要求厂房的纵向天窗轴线应与夏季的主导风向成60°~90°角，以便排出各种有害气体，保证车间内的空气新鲜；车间内应有运输安全通道，车间外要留有消防车行驶道路；对于粉尘特别多、噪声特别大的工艺过程，应该考虑为除尘、吸声治理的合理布置留出必要的空间位置；铸造车间布置在办公室、食堂等不产生有害气体和粉尘设施的下风处等。

五、铸造生产机械化与安全

解放前，我国铸造生产处于繁重体力劳动的落后状态，铸造设备很少，劳动防护与卫生条件更不为人所重视。解放后，由于国民经济的恢复和发展，使我国铸造生产机械化迈进了一大步，同时也积累了设计铸造机械化车间以及改建、扩建老铸造车间的经验。近年来，我国在造型、制芯、清砂等设备方面的改进发展，以及一些铸造设计，研究院所对熔化，清砂、砂处理等设备的“三化”研究和生产应用，使铸造车间生产过程中原先劳动强度高、劳动条件差的几个主要工步，由较落后的手工操作，逐步向机械化、自动化、电控化方向发展，为改善劳动条件、减少污染、保障职工健康作出了一定贡献。

目前，我国铸造机械生产虽有较大增长，但据1982年统计，全国259种铸造机械品种中，属于保留、可提供的只有174种，其中具有七十年代水平的仅17种，这与工业发达国家相比，有明显差距。近几十年，国外铸造生产发展非常迅速，铸造机械不断更新，一批具有世界先进水平的铸造车间相继建成，使铸造车间的面貌发生了根本性的变化，如美国福特汽车公司密西根铸造中心厂，年产铸件能力35万吨，苏联卡马河铸造厂，年产铸件总量达55万吨，意大利菲亚特汽车公司新建的克雷胜廷诺铸造厂，年产铸件25万吨以上，以及由日本久保田公司承建的波兰库特诺铸件厂等，这些新建的大型铸造厂的共同特点都是高度自动化和半自动化的大量流水生产，在生产方面采用世界先进的科学技术和工艺设备；在改善劳动生产条件方面，采用密闭厂房及双层厂房等措施，在原材料及成品质量控制和生产管理方面大多采用了电子计算机等先进装置；在环保及公用投资方面都占有较高的比例。这些新型铸造厂的设计和投产，使铸造生产的落后状态得到根本的改变，标志着七十年代的铸造生产现代化的水平。

目前，国外新型铸造车间的设计中都普遍重视以下几个方面：

1． 铸造生产线的配套设备进一步合理与自动化，扩大生产线的适用性。

2． 采用监控设备，进一步对流体金属熔炼、浇注、混砂等生产过程进行自动控制。电子计算机已开始应用到铸造生产的主要生产过程及生产管理方面。

3． 注意改善劳动条件，加强对环境保护和控制公害设备的研究，发展低噪音的机械设施。4． 发展适用于中小批量铸件生产的自动化装置。从世界现代铸造车间的生产特点以及铸造机械的发展方面看，铸造机械的应用和铸造生产安全设施是紧密联系在一起的。铸造生产机械化，不仅提高了生产效率，同时也是根本改善铸造劳动条件的唯一途径。

从设计角度谈舞台机械的安全 篇3

【关键词】舞台机械；安全设计；安全标准；安全规范；剧场

文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.09.011

1 前言

舞台机械是以特定的功能需要、特定的建筑环境为条件配置给剧场的专业设备。舞台机械并非工业机械在舞台上的简单应用。它与剧院的自身功能密不可分，它与舞台的内部环境融为一体。舞台机械在古老的剧院中用于装台和迁换布景，而现代剧院的建筑无论恢宏还是简约，其舞台要想具备千变万化甚至匪夷所思的变化，或台前，或幕后，一定需要舞台机械。今天，舞台机械已成为现代科技的集成载体，是观众、演员、导演等注目的焦点，也是舞美、灯光、音响、视频、特效、道具各类技术手段运用联系的纽带。然而，这一切存在的基础就是：安全！

舞台机械区别于工业机械的特点如下。

（1）人机高度结合

与现代工业自动化相反，舞台机械高度自动化的目的是人机高度结合。要求设备系统的可靠性、安全性高。

（2）多样化：形式多样、功能多样、服务对象多样

推、拉、升降、转组成多维运动，大体量重载荷结构的动势能转换，其结构复杂、形状各异、运动流线交叉，服务或使用的对象众多，这些形式、功能、服务对象的多样化形成舞台机械的危险点多且分散的特点，给安全防护增加了难度。

（3）使用时效性强

舞台机械有效工作时间并不是处于正常工作状态的简单累加，更重要的意义是在规定的时段内使用安全可靠，正所谓养兵千日，用兵一时。

（4）单件差异大，短期全新的设备多，缺乏试验验证。

舞台机械从诞生之日起，始终与创新相伴同行。与众不同、标新立异是永不过时的话题。然而，建设周期紧张，设计、制作、安装时间短，同样给安全可靠增加难度。

2 安全设计标准与规范

安全是指人或物在一定环境中不发生危险与不受到损害的状态，而安全性是表明人或物在一个环境中对危险的损伤所能承受的最大能力。

保障安全性的有效方法是避免事故发生的制度，目前中国对产品有“3C”市场准入强制性认证制度；在工业装置的自动化系统中设置安全保护控制系统（简称安全系统），并对其与整个生产装置的安全要求等级进行规定。ISA（美国仪表学会）称安全系统为安全仪表系统（Safety Instrument System，SIS），对应ISA-S84.01 标准，IEC 国际电工委员会称安全要求等级为“安全完整性等级（Safety Integrity Levels， SIL）”，对应IEC61508 标准。

那么如何来区分设备的安全等级？如何来设计以达到安全的要求？

2.1 欧洲机器安全标准

根据欧洲机器安全标准EN 954 -1，首先，在设计之前，必须进行风险评估。确定这台机器（或其中某一部分）的危险等级。危险等级分为B、1、2、3、4 五级，危险等级依次增高，等级4为最高的危险等级。危险等级的划分和确定如图1所示。

根据危险等级，确定措施来降低风险。如机械结构设计、安全防护、安全控制电路等。

其中安全控制电路的设计，也必须符合所要求的安全等级。根据欧洲机器安全标准EN 954-1，对应于危险等级的5个等级，控制电路的安全等级也分为B、1、2、3、4 五个等级，安全等级依次增高，等级4为最高的安全等级。举例来说，一台机器（或其中某一部分）的危险级别确定为4级，那么相应的安全控制电路的安全等级也必须为4级。

2.2 中国现有安全标准

中国规范对风险评价采取的是实现安全的迭代过程，即对机器寿命周期内的各种风险进行评价的过程，如图2所示。

目前国内尚无安全评价标准，仅有石化行业标准：石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则（SHB-Z06-1999），采用IEC 的SIL 概念，称之为安全度。其有量化标准，如二级安全度等级（SIL2）定义为每年故障危险的平均概率为0.01～0.001。

2.3 国内舞台行业安全标准与规范

中国舞台机械的快速普及发展和舞台人观念的实质转变发生在2000年之后，随着国家大剧院的建设，人们接触和了解了更多的舞台理念，逐步把舞台设备视为安全等级很高的门类，而国家工业化水平的迅速提高和控制技术的日臻成熟，也为实现设备安全提供了各种手段。2010年前后，文化部等相关部门陆续颁布的有关舞台设计安全的一系列规范标准，成为舞台设计领域的指导和纲领性文件。

目前中国舞台机械行业的安全规范与标准主要有：

JGJ 57—2000 剧场建筑设计规范；

WH/T 28—2007 舞台机械 台上设备安全；

WH/T 27—2007 舞台机械 验收检测程序；

WH/T 36—2009 舞台机械 台下设备安全要求；

WH/T 37—2009 舞台机械 操作与维修导则。

另外，与本行业相关的安全标准有48 项之多，内容涉及广泛。如：

GB 19517—2004 国家电气设备安全技术规范；

GB 16754—1997 机械安全急停设计原则；

GB/T 16856—1997 机械安全风险评价原则；

GB/T 19666—2005 阻燃和耐火电线电缆通则；

GB 4943—2001 信息技术设备的安全；

GB 18209.2-200 机械安全 指示、标志和操作 第 2 部分：标志要求。

2.4 国际舞台行业安全标准与规范

行业安全标准：

DIN56920 1-7 舞台机械/总则；

DIN56921-11 舞台机械/吊物系统装置安全要求及测试；

DIN56925 舞台机械/点吊装置安全要求及测试；

DIN V 19250 测试和控制设备基本安全条件；

DIN EN 60204 机械安全，机械的电控系统；

DIN EN 50081-2 电磁兼容性；辐射一般标准第二部分：工业环境；

DIN EN 50082-2 电磁兼容性；抗扰性一般标准第二部分：工业环境；

ONORM M9630-1 舞台机械/总则；

ONORM M 9630-2 舞台机械/台上机械；

ONORM M9630-3 舞台机械/台下机械；

ONORM M 9630-4 舞台机械/防火机械；

ONORM M 9631 舞台机械/操作与维护导则；

ONORM M 9632 舞台机械/试验程序。

行业安全规范：

UVV GUV 0.1 一般规定；

UVV VBG 5 动力传动的工作方式；

UVV VBG 70 剧场和演播厅防止事故规范；

GUV 4.5 升降舞台的事故防范规定；

UVV GUV 6.15 剧场和演播厅防止事故规范；

GUV 16.15.3 剧场和演播厅升降台规范；

ZH.1/222 舞台和演播厅安全技术和机械技术检测原则；

……

3 常规剧场设备安全设计

多年来，总装备部工程设计研究总院的舞台设计严格按规范进行。有些情形下，结合运行需求，为保证设备安全，相关技术指标甚至高于规范要求。

3.1 升降、平移、旋转类等台下设备

（1）结构安全

主体结构在最大承载（静载）下，其最大变形不超过支点跨度的1/1 000，高于标准要求的1/750。构件应力（强度指标）不超过100 MPa，安全系数大于2。比如跨度为18 m的升降台，计算挠度变形一般控制在15 mm～18 mm，约为跨度的1/1 200～1/1 000，每个项目现场均进行满载测试验证。

（2）传动安全

选择 S1 工作制电机，功率计算考虑加速度并留有合理裕量。减速机一律按设备静载选型，即使设备配置了插销，静载荷由插销承担，可直接承受静载。

采用独立双制动器。体型和受力较小的升降台，有时直接采用双制动电机；重要的升降设备，如主升降台，一般电机设单制动器，传动轴末端设液压制动器（左右各一台），每台制动器都能独立承受最大静载。

还有，设置有导向装置的升降系统不应采用单向驱动。

联轴器、传动轴安全系数4 倍以上。

钢丝绳、传动链条安全系数10 倍以上。

（3）行程安全

只有2 个行程终点的定速非定位设备，如升降栏杆、辅助台、补偿台等除安装行程开关外，还设有超程安全开关。

在行程内具有中间停留位置的设备，如主升降台，其位置由编码器反馈测量确定软限位控制。在设备运行的终端，安装限位开关和超程开关。2 套开关的安全等级不同，一套用于行程控制，另一套为安全保护。所以，主升降台在行程方面设有3 道安全措施。

水平运动的设备，如侧车台和车载转台，除软限位控制位置外，还在行程终点设置行程开关，防止软限累积误差造成设备与固定舞台结构相撞。

（4）其他安全设施

插销装置。尽管按设备静载进行减速机选型，但为了保证更加安全，在升降设备上，通常还设置插销装置。插销装置一般在设备承受较大载荷时（如侧车台行走）或长期停留的位置（如舞台面）使用。

防剪切装置。在有相对运动的设备边沿下方，如乐池升降台周边和固定台唇下沿、主升降台周边下沿，均安装防剪切装置，避免人员与设备发生碰撞挤压。防剪切装置基体采用软质结构，高度变形根据不同的设备速度，能够补偿设备的停机时间，一般在150 mm～250 mm之间。

防护网。包括固定防护网和活动防护网。固定防护网是指安装在基坑或孔洞边沿的固定防护设施，以阻止人员误入。如主升降台配重孔周边的固定防护网，2.3 m 高，既可以阻止人员进入，又能防止配重块意外飞出伤人。活动防护网安装在设备基坑或升降设备周边，展开时宽度1 m ～1.5 m。如主升降台前后边缘，沿长度方向安装2套防护网，平时收拢在升降台轮廓内，当升降台间形成高差时，防护网可以推出，防止人员跌落受伤。

安全门。安全门一般安装在主升降台台下两侧入口处，属单向门，只能外开。平时处于关闭状态，防止人员跌入或与设备发生碰撞。安全门上一般安装有信号开关以与设备运行实现连锁。

安全栏杆。安全栏杆安装在基坑固定台板边沿，将基坑围拢起来，同样为了防止人员跌入。如升降乐池台唇下方演奏位置安装有插拔栏杆，乐池与舞台面或观众席平齐时，如果有人进入台下，栏杆能够防止跌入乐池基坑内等等。

安全柱。在主升降台基坑内，正对升降台两侧结构下弦，一般还装有一定高度的安全柱，它的作用是当升降台意外失控下落时，能够牢固托举，既防止了升降台下落到底砸坏传动机构等设施，又能为工作人员提供一定高度的避险空间。

设备互锁保护。在同一空间运行的舞台设备在运动时有相互次序要求，为保证安全，控制上设置了一系列的互锁逻辑关系。如侧车台运行时，主升降台必须先行下降一定高度，否则侧车台被锁定不能运行；车台运行时主升降台是被锁定的，不能升降等等。特别指出，在互锁环节中，提供解锁信号的开关应是常开常闭独立双路的。

3.2 台上吊挂类设备

同台下设备一样，台上设备根据自身的工艺和运动属性需配置一系列的安全设施。

（1）结构安全

杆体结构无论按规定均匀加载或集中加载，其变形量均在标准范围内（不超过吊点跨度的1/200）。

（2）传动安全

选择 S1 工作制电机，功率计算考虑加速度并留有合理裕量。

采用独立双制动器。每台制动器的额定力矩不小于电机额定扭矩的1.25 倍。

钢丝绳的安全系数均控制在10倍以上，单点吊机和调速设备，更是达到或超过12倍。

卷扬机设松绳（叠绳、乱绳）检测。

（3）载荷安全

卷扬机依靠电流检测载荷是否超载或安装物理传感器实时测定载荷大小。现场设备调试阶段，一律进行125%的载荷试验。

（4）行程安全

除软限位外，还安装1个限位开关和1个超程开关，并使用上限位开关作为零点开关对吊杆的位置进行校准。

3.3 实现电气控制系统安全的措施

为了预防错误，对于所有安全相关的、带有风险评估的危险识别职能，应根据机械安全的风险评价原则来确定舞台机械控制系统必要的安全度级别（SIL），再根据相关安全规范确定技术要求、选择合适的安全措施。

舞台机械电气控制安全措施包括电气设备防护、电磁兼容防护、软件编程、安全电路与安全电器、标志、安装施工、用户管理等方面，最终落实在紧急停机与安全联锁上。

3.3.1 电气设备防护

（1）接地故障/残余电流保护；

（2）相序及缺相保护；

（3）短路引起的过流保护；

（4）过载电流保护；

（5）不正常温度保护；

（6）供电中断或电压降落随后复原的保护；

（7）电动机失速、超速保护；

（8）闪电或开关浪涌引起的过电压；

（9）控制电源采用IT 供电方式。

3.3.2 电磁兼容（EMC）防护

电磁兼容防护就是使设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰，包括两方面：一是设备或系统对外部的辐射骚扰、传导骚扰；二是对外部设备或系统的辐射抗扰度、传导抗扰度。剧场调光、音频功率放大器、电机调速装置等可控硅设备工作中产生大量的高次谐波，如果在系统设计和安装时，没有充分考虑电磁兼容的问题，小则造成设备不能稳定运行，大则造成设备的损坏。目前EMC 已经成为系统故障的主要原因。其防护措施有：

（1）接地与屏蔽保护；

（2）电磁解耦与滤波；

（3）消除静电；

（4）软启动；

（5）电机和电磁执行部件电缆应独立于其他电缆走线；

（6）确保驱动控制柜中的接触器有灭弧功能；

（7）设计控制柜体时要注意EMC 分区安置处理。

3.3.3 软件编程

（1）一般安装和环境需考虑的问题；

（2）用户控制目标对象和被测量；

（3）系统总响应时间；

（4）故障诊断：故障鉴别、报警记录、报警处理；

（5）联锁：物理要求、系统类型、手动优先、存取控制认可和口令；

（6）停机方式：系统断电、系统后备、正常停机、应急停机；

（7）启动方式：再启动、冷启动、热启动；

（8）操作员接口：电键锁、软件锁，需要时包括对操作者介入的存取控制和安全方案等。

3.3.4 紧急停机

紧急停机（紧急情况下停止工作），依据GB5226.1-2002 第9.2.5.4.2 条，机械设备必须设置紧急停机功能，用于停止驱动装置。紧急状态下的停止必须达到0类停机或者1类停机。在设备正常运行状态下，对于具有碰撞剪切等安全防护功能的独立运行设备，急停时可采取减速延时停机。

3.3.5 安全联锁

安全联锁是用于监视急停按钮、机械防护、电气防护等装置（或独立单元）的操作，如果过程超出安全操作范围，可以使过程进入安全状态，确保装置具有足够的安全度。

设计应遵循以下原则：

（1）急停车及安全联锁系统原则上独立设置；

（2）检测元件及执行机构原则上独立设置；

（3）中间环节最少；

（4）采用冗余或容错结构；

（5）系统是故障安全型。

3.3.6 成熟的控制安全技术

（1）可靠的设备运行安全技术

①PLC软件冗余、网络完全冗余、异类冗余等不同的冗余方法；

②基于系统冗余、数据实时备份和数据恢复等技术的控制系统；

③开发的编组同步PID技术，保证了多设备的位置、速度安全联动；

④多种安全反馈技术，保证了剧场演出人员及设备的安全；

⑤一键式恢复功能，解决了计算机出现故障造成的演出中断问题；

⑥专用VPN远程网络访问设备，可快速进行故障的分析、定位和排查。

（2）人机结合现场设备管理安全技术

①提出“静态抢权后次有效、动态让权运行有效”的多设备优化管理原则；

②在任何情况下设备选择调速驱动单元的唯一性。

4 特殊设备安全设计及案例

4.1 功能需求

有一些演艺剧场突破常规剧院的观演模式，要求观众席在演出过程中随情节变化而动作，其目的在于：

实现观演模式或角度的变化；

实现观众与演员互动；

实现观众动感体验。

观众席上空的设备以及活动观众席或座椅台的安全，因为与普通观众紧密相关，所以其安全性高于普通舞台设备。

4.2 安全设计

（1）设计准则：确保全工况下的安全疏散，安全故障型

①台面布局参考标准

GB50016—2006《建筑设计防火规范》中5.3 民用建筑的安全疏散；

JGJ57—2000/J67—2001《剧场建筑设计规范》中8.2 疏散。

②动作区域与固定结构之间留有足够安全距离的参考标准

GB8408—2008《游乐设施安全规范》。

③台体结构参考标准

GB50017—2003《钢结构设计规范》；

GB/T3811—2008《起重机设计规范》；

WH/T36—2009《舞台机械 台下设备安全要求》。

④驱动与传动系统隔离防护

驱动传动系统应与观众通道隔离，必要时设有防护罩。

⑤紧急停止

紧急情况下采用0 类停止功能停车，制动器为失电制动形式，参考标准：

GB5226.1—2008《机械电气安全 机械电气设备 第1部分：通用技术条件》；

GB16754—2008《机械安全 急停 设计原则》。

（2）安全分析、安全评估和安全控制

设计时应进行安全分析，即对可能出现的危险进行判断，并对危险可能引起的风险进行评估。安全分析的目的是识别所有可能出现的与相关人员有关的一些情况，而这些情况可能对乘人和设施造成伤害。一旦发现在某个环节存在危险，应对其产生的后果，特别是乘人造成的风险程度进行评估。

安全评估的内容包括危险发生的可能性及导致伤害的严重程度（受伤的概率、涉及的人员数量、伤害的严重程度、频率等）。评估危险源范围包括：机械、电气、振动、噪声、热、材料有害物质、加速度、辐射及其对环境引起的危险等。

对安全分析、安全评估的结果，必须提出有针对性的应采取的相应措施，以使风险消除或最小化，使风险处于可控状态。

4.3 成功案例

4.3.1 新疆大剧院高空（观众席上空）3D飞行装置

（1）机械安全保护措施

①常规的乱绳、软、极限位、载荷、速度、电流等检测控制；

②升降系统绝对值、相对值双编码器位移检测，水平系统码带位置检测；

③观众席上空设备间的运行状态互锁；

④单向双绳冗余备份，牵引绳强度安全系数10倍。

（2）控制系统安全策略

在设计中选用西门子SIMOTION D 系列运动控制器作为核心控制器件，通过DRIVE-CLIQ 内部高速网及Sinamics S120 多轴伺服驱动器，完成对3D飞行机构运动控制。

①可选运行模式

自由模式：适用于设备调试和单体运行情况。对单体设备设置软、硬限位，极限位。

组合模式：对设备组合吊挂（飞毯等）限定动态运行空间，该空间根据剧场内部空间和其他舞台机械设备运动情况为不规则的动态变化空间。同时该模式也受自由模式中的单体限位约束。

②偏差保护

在虚轴与实轴之间设置偏差保护阈值，即通过设置阈值限定实际运行轨迹与目标运行轨迹之间的偏差。

③闭环控制

增量编码器完成速度闭环控制。

绝对值条码测距传感器完成位置闭环控制，保证设备快速、精确的定位。

④急停处理

由于设备运行速度过快，且经常是组合运动，采用1 类停车模式，即控制系统收到急停信号后发停车命令，使得各设备同步停车，硬件系统延时强制断电。

4.3.2 武汉万达汉秀剧院活动观众席

（1）基本情况

活动观众席由一套1 170座的升降座椅台和左右对称两套415 座的旋转座椅台组成，有两种状态，一是打开状态，如图3所示；二是合拢状态，如图4所示。座椅台的正前方是中心水池。

（2）安全装置设计

2 000 位观众在活动观众席上观看一个多小时的节目，安全问题是重中之重。为此， 座椅台上应用了多项安全装置。

①带牙嵌套筒的液压驱动系统

升降座椅台的每只升降油缸均安装在带牙嵌的套筒中，外面都有两套常闭式的牙嵌机构用于停机保护，可实现任意位置的安全锁定，见图5。

②随动疏散楼梯

一旦出现故障导致升降座椅台停在楼层之间时，允许观众通过座椅台后部的两部疏散楼梯安全撤离。疏散楼梯可通过本地的电动或手动进行操控，保证座椅台始终能与建筑通道保持连接，见图6。

③全范围异物检测

升降座椅台下方安装有3套激光扫描仪，时刻监视人员进入。

④升降栏杆防护装置

旋转座椅台合拢时，台体处于大悬臂状态，在环形梁的末端设置了配重块，防止台体倾翻。在轨道末端设置有机械挡块，确保台体运行不超程。

在两套旋转座椅台合拢状态的分界处，各设置有一套电动升降栏杆及手动分区门，用于安全防护和将两个座椅台区域分隔开，防止人或物坠落到水池中，见图7。

在每套旋转座椅台的外环处设置有一套出口廊道轨道墙，使台体运行过程中形成不同进深的通道，并防止旋转座椅台上的人员坠落。

座椅台的下部均采用绝缘性能优良的聚丙烯板封闭，最大限度保证用电安全。

⑤电气控制系统

靠近水池部分的驱动一律采用24 V安全供电。

食品机械安全卫生设计的研究 篇4

1.1 满足食品安全的要求

要对食品机械进行安全设计, 一方面需要满足普通机械安全设计的要求, 另一方面还应保证在生产过程中食品的安全不受到损害。

1.2 安全卫生大于经济效益

安全、卫生是食品机械设计中的核心内容, 而当其与经济效益发生碰撞时, 应优先考虑安全卫生问题, 安全卫生的食品才能真正意义的带来效益。

1.3 安全卫生大于实用措施

就实现安全卫生来讲, 设计阶段是最为重要的, 因此要将安全卫生问题扼杀在设计阶段, 将安全卫生放在首位, 并优先于技术措施, 避免将安全卫生问题留给用户。

1.4 技术问题不能由警告代替

食品机械安全卫生设计的内容, 应该在设计阶段就进行解决, 而不能使用信息的方式来进行处理。在食品机械的使用过程当中, 信息只能警示, 而不能从根本上解决风险。

1.5 技术措施不应留给用户

在食品技术的安全卫生设计过程当中, 如果技术无法解决安全卫生问题, 则同时信息来通知用户进行补救, 应采用设计阶段采用的措施, 而不应留给用户处理。

2 基本设计要素

在满足设计目标的基础上, 食品机械的设计要素还分为三个部分, 分别为安全、卫生以及结构, 这三个要素互相依存、渗透。如果没有卫生, 那么安全也是无从谈起的, 因此安全和卫生有着很强的联系。

2.1 安全技术设计

安全技术设计应从安全角度减小风险, 在设计过程中, 应保证机械具有足够的机械强度以及可靠性, 一般来讲包括以下四点。

2.1.1 直接安全措施

在功能设计当中, 不需要额外的安全防护, 机械本身就可以解决问题, 因此, 实现机械本身的安全性能是最优先考虑的技术措施。

2.1.2 间接安全措施

如不能实现安全, 可设置安全防护装置, 控制伤害的发生。但与此同时应注意到, 要警惕该装置带来的副作用。

2.1.3 指示性安全措施

如若上述两种措施均无法消除风险, 则可用文字、符号等信息, 通知用户处理风险。

2.1.4 附加预防措施

在设计过程中, 应考虑紧急情况出现是的应急措施, 还应考虑运输、维修等方面的措施。

2.2 卫生技术设计

卫生技术设计应从卫生监督减小风险, 防止食品不合格, 在实际的设计过程中, 应保证食品机械有足够的安全特性, 符合相关要求。

2.2.1 材质选择

要求材质无异味、耐腐蚀、对与食品没有不良影响;食品机械材料应具有承受反复清洗的性能, 耐热、耐腐蚀。

2.2.2 设计制造

避免零件当中有凹痕等缺陷, 要求机械易于清洗, 拆卸或者检查, 防止机械有微生物从外部进入, 避免机械与食品直接接触。此外, 食品机械还应具有良好的可排放性。

2.2.3 指示性卫生要求

在安装设备的过程中, 应保证没有食品被污染的因素, 而在使用过程中, 也应保证食品的卫生, 在对食品机械进行维护时, 应进行定期维护, 而清洁应具有消毒等典型内容。

2.3 结构技术设计

2.3.1 结构形状设计

结构应平整, 不应有锐角、粗糙的表面, 这种表面常常会使得人体受伤, 或者是扯裂衣服, 设计卫生问题的部件, 应进行单独的卫生设计, 并进行危害分析。

2.3.2 相对位置设计

应对食品机械的运动件之间的距离进行良好的把控, 避免人体受到危险, 通过机械的自动化程度, 降低操作者的危险, 设备的工作位置应符合胜利需求, 保证安全, 机械的尺寸应初一与人体的操作适应。

2.3.3 运动状态设计

在不影响工作的情况下, 限制其速度和震动等, 容易造成伤害的部件应进行评比, 在两个部件之间, 应保证一定的安全距离, 以免造成伤害, 告诉云状的部件应进行平衡实验, 以减小出现危险的概率, 有惯性冲击的部件应采取缓冲措施, 防治伤害事故的造成, 要在实际的设计当中将机械部件运动的速度做为实际的依据, 而在必要时, 可以进行限位装置的设计。

3 设计效果的评价

3.1 特征

一般来讲, 应从市场驱动性、主动预防性、系统规范性、技术综合性以及设计并行性五个方面对食品机械的特征进行评价。

3.2 评价原则

3.2.1 综合性

评价内容应系统的反映出设计的综合质量, 反应质量的综合结果。

3.2.2 简明科学性

内容应适宜, 不应过细, 也不能过粗, 应保证评价内容的科学性。

3.2.3 灵活可操作性

针对不通食品, 应灵活选择评价内容, 正确反应不同食品机械的不同特征。

4 结语

食品机械的安全卫生, 除了要满足一般机械的要求之外, 还应满足食品的安全卫生要求, 不应将安全卫生风险留给客户, 应将一切安全卫生问题扼杀在设计阶段。如果无法利用技术手段进行解决, 则应采取有效的解决措施, 而不能放任不管, 只有食品的安全卫生得到保证, 才能得到最优的经济效益。

参考文献

[1]叶盛英, 罗树灿.食品机械与设备课程计算机多媒体教学的研究与探索[J].广东农机, 2002 (3) :27-28.

[2]我国食品机械产品受外商青睐[J].冷饮与速冻食品工业, 2002 (3) :22.

[3]关秀丽.当代食品机械技术发展趋势与对策[J].粮油加工与食品机械, 2002 (6) :6-8.

[4]包装与食品机械2006年1~6期目次[J].包装与食品机械, 2006 (6) :66.

机械设计与制造简介 篇5

机械设计与制造简介

培养掌握机械产品与工装的设计与制造，计算机辅助机械设计和信息处理，机械零件制造工艺方案设计和现场实施，机加车间生产过程管理，普通机床和数控机床的操作，机械设备的调试、维护和管理，机械产品的营销及售后服务的高素质技能型专门人才。毕业后可在机械相关行业及制造企业从事机械零件测绘、造型设计、生产现场管理、加工工艺编制、质量检测控制、普通机械加工设备、数控机械加工设备的安装、操作、调试、维护和管理，机械产品营销及售后服务等工作。

主要课程：机械制图和AutoCAD及零件测绘、公差配合与技术测量、工程力学、（UG NX）或（Pro/E）产品三维造型与结构设计、机械设计基础、机械工程材料及成形工艺基础、机械制造工艺学、金属切削原理与机床、机床夹具设计、数控加工工艺与编程、数控加工自动编程、机电产品市场营销等。

机械设计与工业设计的融合研究 篇6

关键词：机械设计；工业设计；通力合作

设计是把一种计划、规划、设想通过某种形式传达出来的活动过程。意大利阿莱西公司总裁阿尔贝托·阿莱西把设计定义为：“一种新的、如诗一般的艺术，在我们生存的时代中最典型的东西。”进入21世纪，人们开始研究新的设计理念以适应时代的发展，机械设计与工业设计的融合研究也就被重视起来。

1 关于机械设计

机械设计既是一门科学，又是一种艺术。机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程，也就是在各种限定的条件下设计出最好最优的机械。[2]

2 关于工业设计

1919年4月1日，包豪斯学院在德国魏玛成立，标志着现代工业设计的诞生。国际工业设计协会理事会（ICSID）给工业设计作了如下定义：就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验、视觉及心理感受，而赋予产品材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰以新的品质和规格。设计师让产品在色彩、外观、形状、尺寸等方面更具合理化，使产品与人、环境更加协调，从而使产品发挥更好的使用效果，这就是工业设计。

3 机械设计与工业设计

机械设计与工业设计的关系在于，前者主要注重产品的功能，后者则是遵守产品设计的相关美学，以及注重产品的色彩与肌理等。设计者应有意识地运用不同的布局结构、肌理纹饰、色彩搭配等手段设计产品，使得产品具有正确的比例尺寸，也应符合功能要求、环境要求、人机工程要求等。机械设计是要在系统与功能之间寻找平衡，而工业设计则是贴合人的想法去设计产品，更加人性化，因此机械产品的开发设计需要工程师、设计师共同合作。

3.1 人性化设计

在经济全球化的今天，企业所设计制造的产品正面临着多方位消费者的审视，使用者的个人需求与喜好也在产品开发过程中受到了更多关注，这就是产品设计中的人性化设计。所谓人性化设计，便是在设计产品时注重“人”与“机器”的关系，体现出对人的尊重和关心。工业设计师指出，在使用者长时间保持一个姿势使用某一产品工作或者娱乐时，身体的一些部位会感到疲劳，甚至积劳成疾。可见，人性化的产品外观造型是产品设计领域的新趋势，无疑是要与人机工程学结合在一起的，这也就成了设计上最重要的部分之一。[3]

未来，中国须以“人”为首要条件去设计产品，唯有让消费者感到舒适、方便，才能脱颖而出。一种符合人机工程的设计是时代发展的趋势，也是人文精神的一种体现。

3.2 个性化设计

色彩不仅是一种装饰，也是一种象征，更是一种表达情感的途径。正如梵高说的那样：“色彩本身就可以表达某些东西。”[4]

在混合色方面，心理颜色和色度学的颜色不同，心理上的色彩称为四原色，即为红、黄、绿、蓝。红色是一种源于人类身体本能的、原始的色彩，会让人感到兴奋与激动，象征着吉祥、喜气，同时也表示警告、警示；黄色代表太阳与权力，是乐观、尊贵的标志；绿色意味自由与和平，给人安全、舒适的感受；蓝色是大海的颜色，代表冷静与广阔。[5]

色彩是最有效快捷提高产品个性化需求的手段，不同的色彩使产品与产品之间产生巨大的差异。同时，如让产品具有情感等附加价值，色彩便是最关键的因素。因此，我们须把设计与色彩完美结合，将色彩心理学更好地应用到机械产品的设计之中。

3.3 情感化设计

情感化设计是以人与产品之间的情感交流为设计理念的一种设计形式。设计师在满足产品功能的前提下，对产品的造型、色彩的搭配等方面进行情感化处理，使之满足人的精神需求。产品的情感化设计主要体现在本能水平、行为水平、反思水平三个方面。本能水平体现在产品的外观美感上；行为水平是使用者在使用产品时能更好地体验到产品的可操作性；反思水平是能刺激使用者的情感，使之与产品产生共鸣，这往往也决定了使用者对产品的印象。[6]

设计师应根据使用者的心理特征来加入情感化设计，再针对不同的使用群体设计出不同系列的产品，令使用者与现代机械产品建立更好的关系。

4 结语

一款成功的产品背后是工业设计师与机械工程师的不懈努力。工业设计与机械设计的紧密结合是时代发展的需要，两者相互融合创造出的新产品定会掀起一场巨大波澜。因此，工业设计师和机械工程师需携手并进，通力合作，共同提高产品设计的水平，为市场提供更优秀的产品，开启设计领域的新篇章。

参考文献：

[1]尹翠君.机械设计与工业设计的融合与发展[J].广西机械，2002（4）.

[2]李元鹏，王威克.机械设计的基本要求和构思方法[J].河南科技，2013（6）.

[3][DB/OL]http：//scholar.google.com/schhp？hl=zh-CN&as_sdt=a5.

[4]田超.色彩與服饰——盛唐女服色彩研究新视角探析[J].艺术与设计（理论版），2016（07）.

[5]李园园.包装设计中满族色彩的应用[J].艺术与设计（理论版），2016（07）.

机械设计与安全设计 篇7

机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程是机械类、近机械类专业学生必修的技术基础课, 在教学计划中起着承前启后的作用, 是学生学习后续专业课程的基础。三门课程不仅具有较强的理论性, 同时具有较强的实践性和应用性, 在培养机械类、近机械类工程技术人才中, 具有增强学生机械理论基础, 培养学生实践能力和创新能力的重要作用。

我校机械原理及机械设计教研室承担全校机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教学任务, 通过几十年的教学实践, 课程建设取得了较好的成绩, 三门课程先后在2003年、2004年和2008年被评为河南省精品课程, 机械原理、机械设计先后在2012年、2013年成为河南省精品资源共享课程。

为了进一步加强课程建设, 自2008年开始, 我们陆续编写出版了三门课程的教材和配套作业集, 现已出版《机械原理》《机械设计基础》《机械原理作业集》《机械设计基础作业集》和《机械设计作业集》5本教材。

1 教材编写指导思想

在教材编写过程中, 我们遵循的指导思想是, 以教学大纲为依据, 以培养学生的综合设计能力为主线, 紧扣学科前沿发展动态, 注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力, 为培养应用型高级技术人才奠定良好基础。同时, 力求使教材体现我校办学特色, 结合普通高等院校的学生特点与需求, 遵循适用、够用的原则, 符合地方普通高等院校特点。

2 教材的主要特点

在内容取舍方面, 注意传授知识与培养能力并重;加强逻辑思维能力与形象思维能力的共同培养, 特别加强结构设计能力和计算机应用能力的培养。机械原理着重讲解有关基本概念、基本理论和基本方法, 以传统的机构结构分析、机构运动分析、机器动力学及常用机构的分析与设计为重点, 为提高学生的设计思维和设计创新能力、机构选型、分析与设计的综合能力, 适当增加了有关机构变异创新、组合创新和机械系统运动方案设计的内容;在机构分析与设计的方法上, 既保留了形象直观、易于理解且仍有实际应用价值的图解法, 也介绍了解析法。在机构运动分析的章节中, 不仅介绍了解析法数学模型的建立, 而且介绍了程序设计的方法, 并给出了相应的程序框图和子程序, 这样利于学生熟悉解析法计算、上机的全过程, 真正让学生掌握学过的程序设计知识, 也使学生充分感受到图解法和解析法各自的优势。机械设计内容则重点介绍各种通用机械零部件的设计原理、设计方法及机械设计的一般规律。为了提高学生的结构设计能力, 特别增加了结构设计章节。

在内容的阐述方面, 我们特别注重教学方法的选择。对于学生必须掌握的内容, 尽量讲解详细、分析透彻;而对于一些偏难、繁杂的数学推导, 则适当简化;对教学中学生难以掌握的难点、疑点, 由浅入深, 循序渐进, 重点论述, 使之符合学生认知规律。教材在各章首辅以内容提示, 在各章末增加学习要点, 对各章节的内容进行梳理、总结, 突出重点, 便于学生自学。教材中的图形简洁、形象、直观, 在机械设计教材中, 还增加了机械零件实物图形。为了使学生更好地理解教学内容, 增加了一些典型例题。在传统板书教学的基础上, 结合当前多媒体教学特点, 我们将教材与多媒体教学课件协调配合, 以提高学生听课效率。

作业是课程内容的重要补充, 用以巩固课堂知识。学生通过作业掌握课程基本内容, 学会举一反三, 从而更灵活地应用知识。为了达到这样的目的, 我们编写的作业集, 在题目的内容、覆盖知识点及难易程度等方面与教材一致, 重要的知识点都有对应的作业题, 而且有选择题、判断题、填空题、问答题、设计计算题和结构题等多种题型, 在难度上由浅入深、循序渐进, 题目的数量有一定余量, 可供不同要求、不同层次的学生选择使用。学生在完成作业集的作业后, 即可掌握机械原理、机械设计和机械设计基础解题的基本方法, 掌握课程的主要内容。作业集采用活页形式, 既方便学生作业, 也有利于教师批改, 并使作业规范化。

3 教材的使用情况

《机械原理》等5本教材自出版以来, 面向全国发行, 累计印数达到32 000册, 并在20余所高校中使用或参考, 受到师生广泛好评。师生普遍认为:教材重点突出, 叙述详细, 取材精炼, 深入浅出, 较好地满足了当前高等教育教学的实际需求。

4 体会

通过几年的努力, 机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教材建设取得了一定的成绩, 教师通过编写教材提高了教学水平。

4.1 教材编写应考虑学生特点与基础

我校是地方普通高等院校, 学生的层次、水平与重点院校不同, 在编写教材的过程中, 要充分考虑学生的知识水平、接受能力, 对课程内容的叙述要更为详细, 过难、过繁的内容要适当简化。

4.2 教材编写应注重实用性

三门课程实践性强, 与生产实际联系紧密, 在教材编写中要注重理论联系实际, 树立工程观念, 如在教材的例题中, 有不同的设计方案, 对不合理的设计有不同的改进方案, 使学生真正理解设计不是千篇一律的, 强化学生的工程意识, 提高设计能力。

4.3 编写教材应遵循教学规律

要尊重学生的认知规律, 先易后难、循序渐进, 根据课程的内在联系, 使教材各部分之间前后呼应、紧密配合。教材的内容要主次分明、详略得当, 文字通俗易懂, 语言自然流畅, 便于组织教学。

5 结束语

当代机械设计特点与设计手段 篇8

1 我国机械设计的发展历程

我国机械设计理论方法的发展经过了两个主要的发展阶段。机械设计的发展主要是根据市场的不同程度发展而发展的, 科学技术的进步也为机械行业提供了很多的技术支持。

1.1 十七世纪的传统设计阶段

在十七世纪时期主要以传统的设计理念为主, 通常都是运用设计手册、根据相应的数学等公式进行规划设计, 相对以任务为主, 在创意方面缺乏相应的灵活性, 思维也较为固定, 设计的水平也较低, 所花费的成本损耗也很大, 随着经济的不断向前发展, 传统固定经验设计方法已经不能满足市场的真正需求。

1.2 现代的多元化设计阶段

在当代, 人们对生活的质量与工作的性质要求不断的优化提高, 对于机械产品方面的要求也相应的提高, 出现了多元化的设计理念。例如, 对于美国而言, 他们重视倾向的发展创造性的设计风, 在设计层面有很高的见解, 他们认为要设计出一个好的机械产品就必须往创造、分析与决策三方面进行探究, 综合分析系统工程、全面的对价值进行分析等。对于中国而言, 我们强调的更倾向于综合的适应原则。在强调实用的基础上对现代机械理论更进一步探究, 总结科学的机械产品原理, 为满足设计者的要求而不断优化。

2 我国的现代机械设计理论与方法的现状

2.1 采用系统化的设计方法

运用系统化的设计方法主要是把几个设计元素相应合理的组成一个系统, 把每个独特的设计元素赋予在里面, 并让彼此之间都存在一定的联系, 综合所有的系统化设计要素有层次的组合完成整体的设计系统。

2.2 采用结构模块化的设计方法

采用结构模块的设计方法主要运用于特定类别的机械产品。对于部分模块的要求相对较高, 不仅要确保在运营过程中的稳定性与高效性。在分析机械产品模块的过程中个, 把产品分解成具有特定功能的几个模块进行研究选择, 最后择优的将所有的结构模块组建起来。

2.3 采用智能化的设计方法

随着科技的不断发展, 智能技术在机械设计中的运用也越来越广泛, 智能化的机械设计主要是借助智能化的设计软件与三维图形软件技术, 按照相应的科学理论惊醒开发设计。目前应用比较广泛的是利用三维图软件与虚拟的现实技术。当然目前的这种机械设计方法仍存在硬顶的缺陷, 仍需要我们进行进一步的研究探索。

3 当代机械设计的几个特点

3.1 具有程序性的特点

当代的机械设计在整个过程中都有不断的研究, 从产品的规划、整体方案的设计、技术方面的要求以及对施工设计的要求都具有一定的程序性。经过不断的完善探讨, 只有按步骤有规划的进行设计生产, 才能到达工程的合理运行。

3.2 具有创造性的特点

现代的机械设计讲究的就是具有创造性, 设计者只有充分的发挥其思维能力与创造力, 综合运用各种方式创新, 打破传统的思维模式, 寻求更高的突破点去开创新的产品。

3.3 具有系统性的特点

目前的机械设计在处理技术工程问题是主要强调其技术系统是否完善健全, 在对各个部分的设计与联系方面进行不断优化, 已达到整体系统的最优效果。除此之外, 不断健全系统与外界之间的联系, 扬长避短。

3.4 具有优化性的特点

通过运用科学的理论不断优化整个技术系统, 达到优化整体结构、提高参数的精确度, 把整个系统的功能采取最优方式, 并在此基础上保证质量性能的同时最大程度的降低成本的损耗, 设计出最优新意、最具有优化特性的产品。

3.5 具有综合性的特点

当代的机械设计方法已经演变成一门综合性较强的学科, 不管在理论知识的运用上还是在系统的设计过程都需要结合综合的因素进行探讨, 在创造设计的层面上延伸用预测的手段以及人机工程等提高效益。

4 当代机械设计的发展趋势前景

4.1 当代机械设计更倾向敏捷化发展

目前的市场已经出现多元化的发展趋势, 对于当代的机械设计也要不断的跟随着市场的需求而变化改进, 所以在对于机械化设计的过程中必须具有敏捷花的发展优势, 才能保证在某个阶段所设计的机械产品能够符合市场的真正需求。

4.2 当代机械设计更倾向虚拟化发展

目前的科学技术领域中最核心的三大技术莫过于计算机的通讯技术、网络技术以及虚拟技术。只要全面的掌控三大技术的核心就能比较稳当的在信息社会中把握准确的机会, 当今的虚拟技术已经不再是单纯的作为一门技术, 他在很多方面中都无形的影响着我们的工作与生活。如果把虚拟技术的特性应用于机械产品中, 不仅可以达到优化产品的效果, 也为我们的生活思维模式与工作模式提供一个全新的境界。

4.3 当代机械设计更倾向绿色化发展

我们是生活环境已经面临了很大的问题, 随着人口基数的不断增长, 对于资源的需求也越来越大, 环境问题与资源问题已经成为制约我们更进一步发展的重要因素, 讲求往绿色环保方面发展的呼吁声越来越得到人们的广泛认可。对于如何最有效的综合利用资源, 做到最低限度的浪费资源是我们不断发展的趋势。在机械产品方面的设计与研发让我们不断的往增强产品的生命周期方面进行完善。

5 结语

当前的机械产品的竞争最核心的就是在其设计创新上面。对机械设计的理论与方法进行探究是当今提高完善机械产品的重点。只有综合的分析了解当前我国的机械产品市场需求, 根据实际的现状进一步的探讨, 关注机械产品能够往那些方面发展的趋势, 从而为设计出符合当代市场需求的产品。只有往这个方面不断努力, 我国的机械产品才能具有更高的竞争力与创新优势。

参考文献

[1]杨海荣.现代机械设计的创新方法研究[J].机电信息, 2011 (18) .

[2]石枫.机械产品方案的现代设计方法[J].科技信息:科学教研, 2007 (17) .

[3]刘宁, 李波, 张松林.机械设计中各类模糊问题的处理[J].叉车技术, 2003 (02) .

[4]刘克明, 杨叔子.《墨子》中的机械设计思想和设计方法[J].河南科技大学学报:自然科学版, 2003 (04) .

机械设计与安全设计 篇9

一、研究课程性质并细化质量目标

针对具体的教学过程，建立详细明确的、操作性强的教学质量目标子集是实行教学质量保障和监控的重要举措。经过全体教师的研究讨论，并借鉴国内外相关经验，我们把本课程教学质量的目标具体细化为： (1) 针对具体的项目实例，经历从方案设计到零件设计的全过程，综合运用先修课程的知识，引导学生自主扩充教材上没有的、解决机械设计问题必须的相关知识，使学生在获取和运用知识的能力、创新意识和创新能力、自我发展能力等方面得到提高。 (2) 通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，进行全面的机械设计基本技能训练，进一步巩固、加深和拓宽所获得的知识，提高学生分析和解决机械设计问题的能力。 (3) 通过编写设计说明书和参加答辩，提高学生对工程设计问题进行系统表达、分析求解和论证的能力。 (4) 通过设计实践，掌握机械设计的一般规律，引导学生思考工程实践中存在的社会、经济、环境等问题，从而认识工程师的社会责任，培养初步的现代工程意识。 (5) 通过组成设计小组等方式，创造工程设计项目中的人文环境，模拟设计团队分工协作的运作方式，使学生的人际交流和团队协作能力得到发展。

二、相关课程采用以项目为线索的教学方式

机械设计课程设计属于实践性教学环节，理论与实践相结合的深度决定了本课程的教学质量。由于本课程设计与几乎所有的前期课程相关，质量保障必然要求上溯到这些课程。我们选取其中相关度最大的三门课程《机械原理》、《机械设计》、《机械设计基础》进行研究，发现在理论与实践相结合的教学方法方面存在很大的改进空间。上述相关课程以前沿用多年的的教学方法，教材注重知识的系统性，虽然在能力培养方面也起到一定作用，但教学实践表明这样培养的能力往往是局部的孤立的。当学生学完了这些相关课程，进入课程设计阶段，面对一个具体的设计项目时仍然感觉无从下手。这暴露出学生综合运用相关知识解决具体问题能力的训练不足。近年我们开始试行了以项目案例为线索组织教学内容的改革，并落实到《机械原理》、《机械设计》、《机械设计基础》这三门课程中，选择典型机器设计为课程项目，理论课以项目任务下达的方式引入，从客户的原始诉求出发，全部知识点按照项目展开的过程顺序来呈现，用项目事例取代常规例题，用设计实践取代常规作业。这种做法使得机械设计的全局更加清晰，有如下几方面的好处：第一、理论教学的内容有了明确的目标，在理论指导下的实践有利于得到完整和深刻的认识；第二、有利于从工程视角组织教学，培养学生的工程能力；第三、为以后课程设计阶段做好充分的准备，有效提高课程设计的质量；第四、有利于激发学生的学习热情。实践表明，这些相关课程及课程设计的教学质量因此得到明显提高。

三、师资质量保障

鉴于本课程设计的工程性质，以及理论与实践结合密切的特点，有必要对教师的指导资格设立门槛。为此，我们建立了“课程设计指导教师资格审查制度”，具体做法是：无论学历、职称高低，第一次承担本课程设计教学任务的教师，必须提前按照本课程最高要求的教学内容完整地完成规定学生必须完成的所有工作，再经课程负责教师组织答辩小组，召开答辩会，学校教学督导员参与监督，对该教师完成的图纸和计算说明书进行审查和答辩，有经验的教师还对指导学生过程中可能出现的问题详加解释。要求取得优良成绩的教师才可以承担本课程设计的教学任务，并且规定第一次不能独立承担，而是与有经验教师一起，积累一定教学经验后才能独立承担课程设计的教学任务。“课程设计指导教师资格审查制度”严格执行多年，目前教学团队中包含多名具有企业机械设计相关工作经验的教师、多名长期参与指导学生参加大学生创新设计大赛并取得优异成绩的教师、多名主持或参加过各级科研项目并积累了丰富工程经验的教师。由于有良好的师资作保障，课程教学质量获得了教学管理部门和学生的一致好评。

四、教材质量保障

大部分现有教材存在的主要问题是：以提供相关知识为主要目标，很少综合考虑学生能力培养的需求，表现在：对机械设计一般规律的描述只停留在空泛的条文上，并没有作为指导思想落实在各章节的分析中；主要提供设计相关知识，较少论及设计方法，或者仅介绍与设计相关的规则，很少对思维方法展开讨论；所提供的对象知识之间缺少有机联系。有鉴于此，我们专门组织了本课程教学团队成员，编写了《机械设计基础课程设计指导书》，该教材在使用中受到教师和学生的普遍欢迎，也得到其他院校选用，因使用效果好在初版半年之后即重印[2]。本教材从培养学生能力的角度出发，以设计逻辑组织知识素材，把机械设计主要规律以及相关方法的运用贯穿其中，明确揭示机械设计主要要素之间的关联，体现了机械设计能力培养的需求。

五、建立课程设计过程监控和反馈环境

为保证课程设计能够正常进行，我们建立了课程设计过程监控的一整套方法，对学生和教师都规定了严格的教学纪律。为了及时研究课程设计教学中存在的具体问题，共享先进的教学经验，除了执行学校要求的常规静态教学质量控制制度外（如听课制度，举行不定期教学研讨会等），我们还在互联网上设立了内部教学论坛，教学中的问题当天就可以反映到论坛中，大家共同讨论及时解决，这种方式能有效地对教学过程进行监控。

六、创新评价方法

由于师生比例悬殊，一个教师往往需要指导一百名左右的学生，如何监控教学过程，客观反映学生的学习成果，成为教学质量保障的重要问题。我们采用“过程定量评价表”的方法。按照不同专业的要求设计了细分为4到7个部分的评价表，对每个学生的出勤、进度、学习态度、学习成果（如设计草图、装配图、零件图、说明书）规定了细化的评分标准。这种方法自2006年使用至今，起到很好的作用。教师为填写每个学生的情况，必须认真对待每一个细节。而每个学生在课程设计期间的表现被如实记录，结合学生的学习过程和学习成果两个方面进行细致的公正的评价。这样激发了学生的学习积极性，规范了教师的教学活动，也以定量方式保障了教学质量。

七、实施效果

以上教学质量保障和监控体系从2006年开始，已经在约120个班的教学中实施，本课程教学质量稳步提高，在学校各类教学检查中获得好评。很多学生撰写的设计说明书正文结束之后，在总结里留下了对本课程设计的感受。大致归纳为五类：本课程使他们第一次深刻认识到自己的不足，得到如何获取和综合运用知识的有效训练；本课程使他们认识了工程的社会、经济、人文的要求，明确了成为一名合格工程师的努力方向；本课程将对他们今后的人生产生深刻的影响，明确了可持续发展的方向；本课程锻炼了他们的人际交流和协作能力，同学之间加深了感情，提高了班级凝聚力；本课程指导教师的敬业精神使他们深深感动，教师的言传身教令他们终身难忘。

摘要：对《机械设计课程设计》及相关课程进行教学改革, 摸索出适应新形势教学要求的教学模式和质量保障方法, 包括建立细化的课程质量目标、采用以项目为线索的教学方法、制定课程设计各项质量保障规范和措施、建立课程设计过程监控和反馈平台、创新学生评价方法等。这些创新的方法在多年的课程设计教学实践中运用, 取得很好的教学效果。

关键词：课程设计,质量保障,过程监控

参考文献

[1]林怡青, 谢宋良.以项目为线索的《机械设计基础》课程教学改革[J].广东工业大学学报, 2010 (增) :174-176, 182.

机械设计基础课程设计创新与实践 篇10

近几年, 我们在机械专业的综合实践中, 在培养学生创新意识和创造性构思能力、社会调查和分析问题能力、独立思考和协作能力、计算绘图和运用工具书能力、审核设计说明书和图样能力、语言和文字表达能力等方面, 进行了大胆的尝试, 收到了预期效果。

综合实践与传统的课程设计相比, 最大的变化体现在课题的确定上。在仍然保留减速器为核心题目的前提下, 适当扩展设计课题。

首先, 公布具体的课程设计题目, 并由相应的指导教师对每个课题的性质、涉及的相关知识、设计工作量和对学生能力的要求等方面的情况略加阐述。为接近生活和生产实际, 训练学生发现问题、研究问题、解决问题的能力, 题目中的设计参数和原始数据只有少数是完整给出的, 大多数是部分给出的, 个别的甚至根本没有给出, 区别度大, 模糊性强, 试图为不同程度的学生留有充分的选择余地。

然后, 由学生根据自己的兴趣、爱好、特长、志向、自由组合、自主选题。为充分发挥学生的积极性、体现对学生的信任和支持, 也允许少部分学生自己选题。实际情况表明, 自己选的题目都有一定难度, 学生对课程设计很重视, 对自己很负责任。

综合实践大致划分为以下类型:

1. 以单级圆柱齿轮减速器为核心的传动装置设计

这是传统的设计题目, 设计指导书和参考资料完备, 教师也有一定的指导经验, 因此仍然保留, 也可以同其他题目相对照。

2. 教具设计制作题目

由于学生熟悉教具的工作原理, 清楚教具的作用, 所以积极性很高。他们克服困难, 自己动手, 先后制作了平面连杆机构连杆曲线演示板、含一个移动副的平面四杆机构演化规律演示板、飞机起落架机构死点位置演示模型等。其中, 含一个移动副的平面四杆机构演化规律演示板的制作难度较大, 学生想出了许多好办法, 保证了质量, 也有很大收获。学生还设计制作了压杆稳定演示装置等材料力学教具。

3. 校园小机械设计

这类题目趣味性强, 有实用价值, 因此吸引了大多数学生。如:旗杆及附属装置设计;礼堂幕布自动启闭装置;校门启闭装置;多孔试卷装订机等。这些题目有的虽然看上去并没什么难度, 但是随着设计的深入问题便不断出现。有些题目本身就具有一定的难度, 在有限的设计时间内无法完全解决, 但是仍然可以使学生受到设计训练。比如, 申报校门启闭装置题目的学生, 首先对自动伸缩门的结构、特性、品牌进行调查, 然后, 提出了对校门的改进意见, 进行了相应的设计计算。

4. 动态广告牌设计

目前市场上各种动态广告牌争奇斗艳, 许多是依靠机械传动装置工作的, 我们要求设计多画面翻转式动态广告牌, 有一定的难度。有的同学选用了课堂上没有介绍的蜗杆凸轮间歇机构实现四画面的转换;有的同学还对吉林市的室外广告进行了详细的调查和分析, 并提出了建设性的建议;有些同学除了选择正确的传动方案外, 还完成了细节设计。通过这类题目的设计, 打开了学生的思路, 使他们看到了机械设计基础课的应用价值。

5. 吉林市标准机械零部件市场销售情况调查

安排这个题目, 一是考虑到现场机械维修人员应当了解市场, 不仅能够设计, 也要学会选用, 要有经济意识和价格概念, 跑市场的同时也可以学习一些书本上学不到的知识;二是考虑到近年来机械专业毕业生有从事营销活动的趋势, 接触吉林市标准机械零部件销售市场, 对机械产品的价格、质量、竞争情况有所认识也是必要的, 学生终究要走向社会。有些学生原来以为这一组轻松, 实际情况恰恰相反, 写出一份好的调查报告也不是很容易的事。令人欣喜的是, 申报市场调查题目的同学十分认真, 最长的一份调查报告达2万字, 是从近百家标准件商店搜集来的数据, 学生收获很大。

6. 自选题目

有的同学选择了农村打井机的传动装置, 设计期间还特意回家乡现场考察一次, 加深了印象、取得了满意的效果。

由于课题有一定的灵活性, 学生参与热情高, 责任感明显增强, 所以收到了较好的效果, 是一种值得推广的教学方

摘要：本文论述的是在以往以单级圆柱齿轮减速器为核心设计题目的基础上, 结合生产和生活实际, 从知识性、趣味性、实用性相结合的选题思路入手, 拓宽设计题目, 着重培养学生的综合实践能力, 作为一种新的教学尝试, 效果显著。

机械设计与安全设计 篇11

关键字：机械制造；机械设计；措施

1.机械设计发展现状及主要趋势

1.1机械设计发展现状

改革开放之后，我国科学发展速度水平越来越高，机械设计为了适应科学技术发展需求而实现快速发展。机械设计是为了顺应科学技术发展需求而同电工、制图以及计算机应用技术紧密结合。它的基础研究是，将通常的机械构建和零件相互结合起来，借助零件加工基础上，深入了解构件特点，构件计算方法。例如：可以使用有限元法对零件的强度、刚度以及润滑度进行计算。再借助计算机辅助设计进行绘图，就可以使得设计水平更加高超。现代机械设计方法，已经从传统的静态设计逐渐过渡到整个系统动态设计中，设计的精度和可靠性越来越高。在诸多行业中，发挥出不可替代的作用。像冶金业、化工行业以及石油行业等等。这对我国经济发展有重要影响。为了加快企业进行技术改造，充分挖掘出企业发展潜力，需要对机械设计发展趋势以及发展核心进行准确预测，认真分析当下发展现状，制定科学发展计划。

1.2机械设计发展的核心

机械设计指的是，在企业新型机械或者在原有的机械设备中，对机械的性能进行重新规划和设计，从而实现预期的计划目标。现代机械设计发核心是降低制造成本，提升机械使用性能。机械设计可靠性以及耐用性是机械发展应对的问题之一，简单而言，机械设计可靠性以及耐用性在固定时间内不会发生机械故障。在设计过程中，标准零件的使用已经成为机械评价重要标准之一。在设计中，标准零件的使用，最终的关注点还是制造成本以及设计技术。机械设计更倾向于可持续发展方向，当前企业发展越来越注重环保。因此，在保证机械噪音不超过标准基础下，要将机械油、废气以及废弃物设计结合在一起，使得工艺水平更加高超。一般而言，机械设计主要流程是，①明确设计要求→②设计方案的提出→③总体设计→④结构设计→⑤产品试制。在进行设计过程中，要根据要程序进行，这样才能保障设计水平，提高设计质量。

2.机械制造技术的发展现状与特点分析

2.1机械制造技术发展现状分析

机械制造技术产品主要分为设计、产品加工等，我国机械制造技术在管理和设计过程中，我国机械制造技术在管理中选择的是计算机管理和精密加工技术。这技术的使用都选择了计算机辅助。然而和国外机械制造技术对比，我国国内相关研究技术水平明显下降很多，很多自主研究比较少，科学发展相对落后。基于齿轮滚刀生产过程例子，一般滚刀形状如同螺旋，具备连接工件作用。螺旋的距离是以p进行计算的，将其相邻在两个接近的边缘线上，形成两点距离，这就可以进行标准计算了。螺纹升角要满足公式需求，这样设计出来的滚刀质量才能得到保障。我国机械制造技术在制造精度和工艺水平上，有着高超的发展潜力。虽然属于发展初级阶段，但是还需要对其进行设计深度研究，不断探索出新的科学设计方法。

2.2机械制造技术特点分析

现代机械设计制造技术已经融入了现代先进设计思路，拥有了先进设计理念。最明显的特点是数字化和智能化。因此，被越来越多的企业青睐。我国数字化技术和计算机技术结合越来越紧密。在完好结合之后，充分发挥出其优势。只要对机械设备功能虚线模拟研究，就可以解决诸多现实问题。因此，可以降低当成机械制造技术重要依据。随着科学技术不断发展，机械制造智能化水平越来越高，推动我国社会经济快速发展。机械制造技术发展，发展特点非常明显，发展水平也非常高超，这使得我国经济建设水平快速提高。然而，在实际发展过程中，同西方先进国家对比，发展水平相对较低，机械制造技术还不够成熟，还需要进一步研究，加大技术力量，提升机械技术水平。因此，在不断总结和吸收先进技术时，要不断创新，使得技术发展得到进一步提高。

3.机械设计制造中先进技术分析

计算机辅助设计与制造，主要是借助计算机绘图功能，使得图形设计更加精美，在进行设计过程中降低了劳动成本，提升设计精确度。另外，技术结合也推动了我国可持续发展，符合我国发展理念需求。绘图同计算相互结合在一起，在基于CAD系统能够自动获取数据，这些数据会第一时间同步到绘图以及计算中，从而实现软件计算同步化，这是一个具备实用性、灵活性以及机动性的软件，在实际应用中可以做到绘图同计算相互结合。同时还可以将其连接计算机端口AutoCAD进行程序接口的设计，使得AutoCAD程序能够识别以及接受这些传输文件，从而使得计算程序同绘图程序紧密结合在一起，这样才可以将保密性强的资料同计算程序相互结合在一起，数据传递也得到了保障，这样不仅可以降低重复数据录入以及手工查表带来的麻烦，从而也可以提升工作效率。在传统设计过程中，改型设计比较常见，依靠仅有的资料对原先的尺寸进行改造，或者是吸引进一些可以吸收和消化的产品，在进行仿照生产。这个设计过程，一般都是常规设计，没有创新成分。因此，设計出的产品很难突破质的改变，如何设计出新颖的产品。而依靠三维CAD技术，可以使方案在设计阶段就充分利用专家系统及现代科技新理论，建立多种机构进行构型对比、设计创新，同时由于设计立体感强、效果逼真的特点，不断的激发设计人员的构思，最终可以设计出技术含量非常高的产品。而且，这个制作过程实现了制作信息全面化。

4.结束语

改革开放以后，我国科学技术发展水平越来越高，机械制造技术和计算机技术相互结合，在发展过程中使得工作开展更加顺利。但是和国外技术对比，我国发展技术水平还比较低，需要不断研究，深入了解机械设计制造相关技术，从而提高我国机械制造水平。

参考文献：

[1]陈能，施蓓琦，AutoCAD地形图数据转换为GIS空间数据的技术研究与应用 [J]. 《测绘通报》 ISTIC PKU -2011年8期

[2]陈其昌，吴宏春，曹良.基于AutoCAD二次开发实现中子输运方程特征线法求解[J] .《原子能科学技术》 ISTIC EI PKU -2009年3期

[3]李志锐，李法虎.基于VBA技术的AutoCAD二次开发在地形图绘制中的应用[J] .《农业工程学报》 ISTIC EI PKU -2007年10期

[4]廖嘉.基于AutoCAD平台的智能CNC自动编程系统的研究与实现[J].南昌大学：计算机软件与理论-2011年10期

机械设计与安全设计 篇12

轴系结构的设计在机械设计中占据重要地位, 轴系结构设计中最主要的是轴的结构设计。轴的主要作用有:对回转零件进行支撑;把运动和动力进行传递。所以整个机器运行的好坏, 跟轴系结构设计的优劣存在一定的关系。轴系一旦失效, 造成的后果可能会很严重, 所以要重视轴系的设计。类似于其他零件的设计, 轴的设计主要也包括结构设计和校核计算。而轴的结构设计又是轴设计中的重要内容。

1 轴系的结构设计

在轴系的结构设计时, 主要考虑以下几个方面:一是怎样在轴上布置和固定零件;二是载荷的大小、方向以及在轴上的分布情况;三是轴系采取什么样的加工和装配方法。只有综合考虑好以上问题, 才能设计好轴系结构。轴结构是否设计得好, 主要参考以下几个方面:一是可以很容易的从轴上进行装拆和调整零件;二是轴系之间要准确牢靠;三是轴的制造工艺性要好。所以轴的结构设计没有标准答案, 只有更好的答案, 所以我们要做的就是找出最合适的方案。轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部尺寸, 轴的结构设计需要满足强度、刚度和装配等要求, 但也

要追求简单化。下面阐述一下轴的结构设计中需要解决的几个问题。

1.1 零件的装配方案

装配方案, 就是要初步确定好按照什么样的顺序和方式来装配轴上各零件, 这是轴的结构设计的前提, 它决定着轴的基本形式。如图1中的装配方案示例:轴的左边需要装上左端轴承和端盖, 在这两个中需要先装上轴承, 再装上端盖, 不然的话, 装上端盖后轴承就装不进去了;同理右边先安装的应该是齿轮、套筒, 再安装右端轴承、轴承端盖以及联轴器。拟定好初步的装配方案后, 就可以对轴上各轴段粗细进行初步的取值。一般设计时, 应该多设计几个方案, 将它们进行分析对比后再选择其中最优的一个。

1.2 零件的定位

把零件初步装配在轴上时, 零件有可能还会左右上下移动, 所以为了限制零件的移动, 把其准确的固定在工作位置上, 需要对零件进行定位, 主要包括轴向定位和径向定位。

1) 零件的轴向定位

轴向定位零件主要有:轴肩、圆螺母、套筒、轴端挡圈和轴承端盖。零件采取何种轴向定位方法, 主要取决于以下几个方面:一是所受轴向力的大小;二是零件装拆的难易程度;三是零件对轴的强度产生的影响。

2) 零件的径向定位

轴向定位零件有键、紧定螺钉、销以及过盈配合等, 这些零件可以很好地限制轴上零件与轴之间的相对转动。

1.3 各个轴段直径和长度的确定

当确定好零件的装配方案后, 便可以逐步确定各轴段的直径和长度。以轴主要受扭矩的情况为例:第一步, 按照轴的受力情况算出轴所受扭矩大小, 根据公式 (1) 算出初步的轴径。第二步, 选取第一步得到的直径作为轴段的最小直径。第三步, 按轴上各零件的装配方案以及定位所需要满足的要求, 将各段轴的直径逐步确定。

有配合要求的轴段, 应尽量采用标准直径;为了装拆方便, 在配合轴段前应采用较小的直径;在相配合轴段的压入端应制出合适的锥度, 方便零件的装配与拆卸;应尽可能使结构紧凑, 同时还要保证零件所需的装配或调整空间。

1.4 提高轴的强度的措施

轴的强度会受到轴上零件的结构及安装布置的影响, 需要采取一定的措施来减小这种负面影响, 以便提高轴的承载能力和使用寿命以及优化轴的设计。

1) 合理布置轴上零件

轴上零件进行布置时, 要充分考虑到零件对轴产生的伤害, 选择伤害最小的一种方式。比如传动件在布置的时候, 如果采用悬臂的方式, 轴所受到的伤害非常大, 不利于整个轴系结构, 正确的做法是应尽量靠近轴承, 减小轴的负担。

2) 改进轴上零件的结构

不合理的轴上零件的结构会增加轴的负担, 需要对其改进以优化轴系结构。如图2中所示起重卷筒的两种安装方式。图a中, 因为把卷筒和大齿轮连接在一块了, 转矩的传递可以不经过轴而直接经大齿轮传给卷筒, 使得卷筒轴只受弯矩而不受扭矩, 减轻了卷筒轴的负担;图b中是大齿轮将转矩通过轴传到卷筒, 因而卷筒轴既受弯矩又受扭矩。在同

样的载荷F下, 图2 (a) 中轴的直径显然可以比图2 (b) 中的小。

3) 改进轴的结构以减小应力集中

容易产生应力集中的常见地方有:轴肩处;轴与轮毂为过盈配合的边缘处;用键槽铣刀加工的键槽的过渡处。相应的改进措施有:把过渡圆角的半径适当放大以减小轴肩处的应力集中;增加配合直径或者在轮毂和轴上开减载槽;用盘铣刀代替键槽铣刀来加工键槽。

4) 改进轴的表面质量

当轴的表面粗糙度比较大时, 会降低轴的疲劳强度。应合理减小轴的表面粗糙度, 以及选取适当的表面强化处理方法。可以采取的强化方法有:表面渗碳、氰化等化学热处理;表面高频淬火等热处理;碾压、喷丸等强化处理。

2 结论

轴系结构设计的好坏决定着整个设备的运行是否成功可靠。所以我们要重视轴系结构的设计, 在掌握一般设计方案的同时, 要不断的探索新的、顺应时代的更高效的设计方法, 从而优化轴系的结构。

摘要：本文阐述了机械设计中轴系结构设计的重要性, 对轴系结构设计的具体过程以及设计时需要注意和改进的地方进行讨论。

关键词：机械设计,轴系结构,方案设计与研究

参考文献

[1]杨彩凤.轴系零件结构参数化设计与开发.四川大学, 2004.

[2]龚桂乙, 潘沛霖, 等.机械设计课程设计图册二高等教育出版社, 2000.

[3]吴宗泽, 罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社, 2005.