哈工大機械系統(tǒng)設計第章2

第七章

操縱系統(tǒng)和安全系統(tǒng)設計17.1操縱系統(tǒng)一、操縱系統(tǒng)概述定義：把人和機械聯(lián)系起來，使機械按照人的指令工作的裝置和

元件所構成的總體。1、操縱系統(tǒng)的功能實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換、即把操作者施加于機械的信號轉(zhuǎn)換，傳遞到執(zhí)行系統(tǒng)，以實現(xiàn)機械的起動、停止、制動、換向、變速和變力等目的。7.1操縱系統(tǒng)2、操縱系統(tǒng)的組成：操縱件、變送環(huán)節(jié)和執(zhí)行件。（1）操縱件：機械：拉桿、手柄、手輪和腳踏板；電氣：按鈕、按鍵、開關；液壓、氣動：調(diào)節(jié)閥、手柄等。

（2）變送環(huán)節(jié)：將操縱件的信號、運動或作用力通過適當?shù)男盘?、能量等的變換和傳遞，以實現(xiàn)控制執(zhí)行件目的的中間環(huán)節(jié)。常用的有杠桿、凸輪、齒輪齒條、絲杠螺母及搖桿等機構。（3）執(zhí)行件：是與被操縱部分直接接觸的元件。常用的有撥叉、滑塊、氣（液）缸、電磁鐵等。（4）輔助元件：如定位元件、鎖定和互鎖元件及回拉元件

3、操縱系統(tǒng)的分類：按操縱力的來源：人力、電動、液壓、氣壓和混合操縱系統(tǒng)。按一個操縱件控制的執(zhí)行件數(shù)：單獨操縱系統(tǒng)和集中操縱系統(tǒng)。47.1操縱系統(tǒng)4、操縱系統(tǒng)的要求：57.1操縱系統(tǒng)

操縱件定位可靠。操縱件應能長時間可靠地保持在某操作狀態(tài)的位置，不因其他非操縱力的作用而改變其操作狀態(tài)。而且，操縱件一旦因某種原因而偏離操作位置時，應有自動回位功能。

操縱系統(tǒng)應有可調(diào)性。操縱系統(tǒng)應能進行必要的調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的元件磨損后，經(jīng)過調(diào)節(jié)仍能實現(xiàn)所期望的操縱效果。操縱系統(tǒng)中的人機工程學人機工程學知識回顧人機工程學：研究機械系統(tǒng)與人和周圍環(huán)境關系的科學。

設計思想：1）以機器為中心；2）以人為中心

以機器為中心通常是設計者考慮問題的出發(fā)點——如何以最佳的原理及結(jié)構實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

以人為中心通常是用戶或使用者/操作者考慮問題的出發(fā)點——如何以最舒適、最人性化的方式使用機器。操縱系統(tǒng)中的人機工程學

操縱系統(tǒng)是人和設備直接聯(lián)系的系統(tǒng)，它具有閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特征。在這個系統(tǒng)中，人是指令的發(fā)出者，從觀察周圍環(huán)境或從儀表指示中得到信息，經(jīng)過大腦作出判斷后產(chǎn)生相應的動作，即操作。操作的結(jié)果使設備進入新的狀態(tài)，這種新狀態(tài)又從環(huán)境中或顯示儀表中反映出新的信號，又可能使操作者做出新的操作。明確人在這個人機系統(tǒng)中的工作能力和方法是合理設計操縱系統(tǒng)的重要前提。人與設備相比，人是萬能的，是在人機系統(tǒng)中起決定性作用的。但是，人存在著體力（功率）不足、反應速度慢、準確性差、記憶力有限和易疲勞等弱點。因此，只有依據(jù)人的心理、生理特征和規(guī)律設計操縱系統(tǒng)，才能充分發(fā)揮人在人機系統(tǒng)中的主導作用。操縱系統(tǒng)設計中的人機工程學——簡介一、操縱件的布置一切設備的操縱件都應布置在人的肢體活動最有利的區(qū)域內(nèi)，應有利于發(fā)揮人的體能和靈敏反應，并使人感覺舒適。通常，人都是用手和腳操縱設備，操縱姿勢分立勢和坐勢兩種。在極特殊情況下也可用異常姿勢。操縱系統(tǒng)中的人機工程學1站立時人肢體的能力范圍和用力范圍站立操作的工作范圍分為最有利工作范圍、正常工作范圍和最大可及工作范圍。

經(jīng)常操縱的操縱件的中立位置和移動范圍應布置在最有利的工作范圍內(nèi)。人肢體雖然可以移動，但是為了舒適性好和操作靈敏，一般都以人的軀體不動來考慮操縱件的布置。

手臂正前方鉛垂平面的活動范圍陰影區(qū)表示最有利的活動范圍，小圓弧表示手臂的正?；顒臃秶髨A弧為手的最大可及范圍。1）站立時人手臂的活動范圍

水平面的活動范圍粗實線表示正?；顒臃秶摼€為最大可及范圍，點劃線為最有利活動范圍。操縱系統(tǒng)中的人機工程學2）站立時人上肢的活動角度a—在各方向上肢活動的最大角度；b—在水平方向上肢活動輕松自如的角度操縱系統(tǒng)中的人機工程學3）坐姿時人上上肢的活動范范圍a--垂直面內(nèi)上肢肢活動范圍b--水平面內(nèi)上肢肢活動范圍c--不同身材人的的上肢水平活活動范圍B表示男子統(tǒng)計計中數(shù)C表示女子統(tǒng)計計中數(shù)操縱系統(tǒng)中的的人機工程學學4）坐姿時人下下肢的活動范范圍設計腳操縱件件時注意：由于腳操縱不不如手操縱靈靈活，為防止止腳操縱失誤誤或碰移操縱縱件，應使腳腳操縱件具有有一定的啟動動阻力，此力力應大于腳自自由放在踏板板上的壓力。。操縱系統(tǒng)中的的人機工程學學站立時人肢體體的用力范圍圍保證操作者者操作時用力力適度和不易易疲勞，是合合理設計操縱縱系統(tǒng)的前提提之一。人手臂作用的的力有握力、推力、、拉力、提力力、扭力和舉舉力等，這些作用用力的發(fā)揮與與人體站立姿姿勢以及操縱縱件相對人體體的位置有關關，尤其是十十字把手和手手輪的用力受受位置影響最最大。a要求轉(zhuǎn)動快的的手輪或搖把把，應使其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸中心線與與人體站立的的垂直面成60-900角;b要求操縱力較較大時，轉(zhuǎn)軸軸中心線應水水平放置；c操縱力很大的的手柄應位于于齊肩高度，，以推力操作作為好。5）站立時用力力范圍操縱系統(tǒng)中的的人機工程學學二、適應人的的生理特征的的操縱件結(jié)構構造型1手操縱件的結(jié)結(jié)構造型機械的操縱件件以手操縱的的為多。目前前常用的手操縱縱件有手柄、手輪、、旋鈕和按鍵鍵。設計手操縱縱件時，應注注意以下各點點：1）設計手柄式式操縱件時，，要重視柄部部的結(jié)構形狀狀和尺寸。由由于手掌心肌肌肉最少，為為避免掌心用用力過大而產(chǎn)產(chǎn)生痙攣，設設計的柄部結(jié)結(jié)構應避免手手掌與柄部完完全貼合。2）為了便于識識別和記憶，，各操縱件最最好采用不同形狀狀的柄部或者不同顏色的按按鈕。3）采用旋鈕式式操縱件時，，最好將旋鈕鈕上的手捏部部分設計成一一頭尖的形狀狀，或做上醒醒目的標記，，用它來指明明旋轉(zhuǎn)的刻度度位置。4）采用復合多多功能操縱件件，可以在操操作時手不離離開操縱件而而完成多種操操縱任務，且且可節(jié)約操作作空間。操縱系統(tǒng)中的的人機工程學學操縱系統(tǒng)中的的人機工程學學還包括：人的視力范圍圍視力是指人眼眼看清物體的的能力，包括括對物體的辨清能力、辨色能力、視野和視距。設計操縱系系統(tǒng)時，必須須考慮操作者者的視力范圍圍。操縱系統(tǒng)中的的人機工程學學視野是指頭部和眼眼球固定不動動地觀看正前前方所能看見見的空間范圍圍。正常人的的視野在垂直直方向約為130度，在水平方方向約為120度。因此，設計操縱系統(tǒng)統(tǒng)時，應把操縱件件和顯示儀表表布置在中心心視力范圍和和正常視野之之內(nèi)，并利用用色彩來改善善視覺。盡量量減少頭部和和身體轉(zhuǎn)動，，以減輕疲勞勞。常用操縱機構構簡圖161、操縱系統(tǒng)統(tǒng)的主要參數(shù)數(shù)確定操縱系統(tǒng)是人人體四肢的延延伸，一般是是以變力、變變行程和完成成較復雜動作作為目的。設計參數(shù)：操縱力、操縱行程和傳傳動比。操縱力Fc、執(zhí)行件的工作作阻力Fz與操縱系統(tǒng)的傳傳動比ic關系：其中：為為操縱系統(tǒng)的的傳動效率操縱行程Sc、執(zhí)行件的行程程Sz與操縱系統(tǒng)的傳傳動比ic的關系：人機工程學或或者經(jīng)驗值確確定的允許用用操縱力，一一般手操縱力力建議不大于于150N，腳操縱力不大大于180N。操縱行程的大大小應使人體體在不移動位位置的情況下下能方便自如如地達到。機機床手柄的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角不宜大于于。。傳動比確定時要結(jié)合合操縱力、操操縱行程和總總體方案全面面考慮。二、操縱系統(tǒng)統(tǒng)的設計172、原理方案案設計初步確定傳動動比后，結(jié)合合設計任務要要求，如執(zhí)行行件的運動軌軌跡、行程、、速度和被操操縱件的數(shù)目目以及各執(zhí)行行件之間的關關系等，進行行原理方案設設計。原理方案確定定要與整個機機械系統(tǒng)的復復雜程度、控控制系統(tǒng)的自自動化程度相相一致，同時時要考慮動力力的來源和所所占空間的限限制。設計過程：選擇傳動機機構→確定傳傳動比→結(jié)構構設計。二、操縱系統(tǒng)統(tǒng)的設計18三、操縱系統(tǒng)統(tǒng)的設計實例例：擺動式變變速操縱機構構這是一種結(jié)構構簡單的單獨獨操縱機構。。在設計擺桿桿長度R時除了要考慮慮行程L外，還要考慮慮由于圓弧運運動，滑塊相相對齒輪環(huán)槽槽的上下偏移移量。為了減減少滑塊的偏偏移量，擺桿桿軸最好布置置在滑移齒輪輪行程中點的的垂直面內(nèi)。。19在選定滑塊高高度h時，L越大，A也越大，設計時擺角應在在。。a—滑塊偏移量A—擺桿軸與滑移移齒輪軸間距距離R—擺桿搬動半徑徑L—滑移齒齒輪總總移動動量h—滑塊高高度三、操操縱系系統(tǒng)的的設計計實例例：擺擺動式式變速速操縱縱機構構20（2）不自自鎖條條件單邊撥撥動滑滑移齒齒輪，，撥動動力F，撥動動點距距軸線線距離離為A，齒輪輪寬度度B，軸徑徑d。求能能使滑滑移齒齒輪順順利移移動而而不自自鎖的的條件件。三、操操縱系系統(tǒng)的的設計計實例例：擺擺動式式變速速操縱縱機構構（2））不自自鎖條條件求解得得：若f=0.3則3Af/B≈A/B當A/B大于等等于1時就就會發(fā)發(fā)生自自鎖，，因此，，必須須保證證A<B三、操操縱系系統(tǒng)的的設計計實例例：擺擺動式式變速速操縱縱機構構227.2安全系系統(tǒng)安全思思想應應始終終貫穿穿于整整個機機械系系統(tǒng)設設計過過程。。即任任何系系統(tǒng)的的設計計都應應考慮慮安全全措施施方面面。安全裝裝置或或系統(tǒng)統(tǒng)一般般納入入到控控制系系統(tǒng)中中統(tǒng)一一管理理。如如報警警、顯顯示、、處理理等等等。分類：：231動力系系統(tǒng)保保護機械系系統(tǒng)的的動力力源一一般為為三相相380V的交流流電源源。電源進入配配電柜柜后，，首先先要經(jīng)空空氣開開關的的保護護，主回路路和控控制回回路要要有熔熔斷器器。電機要要有熔熔斷器器和熱熱繼電電器保保護。熔斷斷器主主要用用于斷斷路保保護，，熱繼繼電器器主要要用于于過載載和過過流保保護。。此外外，還還有欠壓、、過壓壓和缺缺相等等保護護。在液壓和和氣動動回路路中，，要有有安全全閥和和壓力力繼電電器。機械系系統(tǒng)各各子系系統(tǒng)的的保護護要點點2傳動系統(tǒng)保護

傳動系統(tǒng)主要是過載保護問題，如機械系統(tǒng)中采用的安全離合器、摩擦離合器。電氣系統(tǒng)中的熱繼電器保護。7.2安全系系統(tǒng)3執(zhí)行系系統(tǒng)保保護機械系系統(tǒng)的的最終終目的的是由由執(zhí)行行件完完成的的，其其安全系系統(tǒng)主主要考考慮行行程保保護問問題。在執(zhí)行行件行行程的的極限限處應應有行程開開關、限位開開關或死擋鐵鐵。數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)中，，指令令系統(tǒng)統(tǒng)有軟軟限位位指令令或更更高級級的通通道保保護指指令。。為防防止位位置環(huán)環(huán)發(fā)生生故障障而產(chǎn)產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象，，伺服服系統(tǒng)統(tǒng)位置置控制制器要要有超超差保保護。。行程保保護常常用元元件1機械式式開關關2電磁式式開關關3光電式式開關關7.2安全系系統(tǒng)4控制系系統(tǒng)保保護控制系系統(tǒng)是是安全全系統(tǒng)統(tǒng)的核核心，，負責責機械械系統(tǒng)統(tǒng)各部部分運運動和和動作作的邏邏輯關關系，，因此此，正正確處處理這這些邏邏輯關關系，，是整整個機機械系系統(tǒng)安安全可可靠的的前提提和保保障。。5操縱系統(tǒng)保護

操縱系統(tǒng)與人直接接觸，人為因素較多，為避免操作的失誤，保護機械系統(tǒng)正常運行和人身安全，在設計操縱系統(tǒng)時，必須設置必要的安全保護裝置。此外，操縱機構本身也必須安全可靠，方能保證操縱有效。

操縱系統(tǒng)安全保護裝置常用的有定位、自鎖機構和互鎖機構.7.2安全系系統(tǒng)6環(huán)境保保護環(huán)境安安全保保護主主要是是指對對操縱縱環(huán)境境的不不安全全因素素采取取必要要的安安全防防護措措施，，有以以下一一些：：①在機械械系統(tǒng)統(tǒng)中加加裝保保護裝裝置如對機機械的的危險險操作作區(qū)實實行安安全隔隔離或或加防防護罩罩；在在汽車車、拖拖拉機機等室室外行行走機機械上上安裝裝駕駛駛室等等。②提高操操作者者作業(yè)業(yè)環(huán)境境的舒舒適性性如作業(yè)業(yè)環(huán)境境的噪噪聲超超過勞勞動安安全保保護規(guī)規(guī)定的的限值值時，，設置置必要要的隔隔聲裝裝置或或?qū)Ｓ糜玫母舾袈暡俨僮魇沂遥槐１３植俨倏v環(huán)環(huán)境安安靜、、清潔潔、明明亮、、色彩彩柔和和與協(xié)協(xié)調(diào)；；環(huán)境境有合合適的的溫度度、濕濕度及及良好好的通通風。。③設置指指示和和報警警裝置置為引導導操作作者正正確操操作，，應設設置操操作指指示儀儀表和和信號號顯示示裝置置，如如指示示標牌牌、指指示燈燈和音音響信信號裝裝置等等。當當有誤誤操作作或機機械系系統(tǒng)發(fā)發(fā)生故故障時時，能能指示示故障障部位位，發(fā)發(fā)出警警報并并采取取停機機措施施。7.2安全系系統(tǒng)第八章章潤滑系系統(tǒng)及及工藝藝過程程冷卻卻28主要學學習內(nèi)內(nèi)容：：潤滑的的目的的和作作用潤滑材材料潤滑油油（脂脂）的的供應應方法法稀油集集中潤潤滑系系統(tǒng)干油潤潤滑系系統(tǒng)（（簡介介）工藝過過程的的冷卻卻與潤潤滑（（簡介介）第八章章潤潤滑滑系統(tǒng)統(tǒng)及工工藝過過程冷冷卻8.1潤滑材材料潤滑的的目的的和作作用：：減少工工作表表面的的摩擦擦及由由此造造成的的能量量損失失，減減少工工作表表面的的磨損損及發(fā)發(fā)熱提高壽壽命、、保持持機器器的工工作精精度提高機機器的的工作作效率率。沖洗污污物、、防止止表面面腐蝕蝕。常用的的潤滑滑材料料可分分為：：礦物潤潤滑油油、潤滑脂脂（俗稱稱黃油油）水固體潤潤滑劑劑30一、潤潤滑油油（脂脂）的的主要要性能能1、潤潤滑油油的主主要質(zhì)質(zhì)量指指標粘度：指液體體受外外力作作用時時，液液體分分子間間的阻阻力。是液體體最基基本、、最主主要的的物理理指標標。粘溫特特性：指粘度度隨溫溫度變變化的的特性性。閃點：潤滑油油加熱熱到一一定程程度，，開始始蒸發(fā)發(fā)成氣氣體，，與周周圍空空氣形形成混混合物物，但但火焰焰接觸觸時，，發(fā)生生閃火火花現(xiàn)現(xiàn)象的的最低低溫度度，稱稱為閃閃點。凝固點點：指受冷冷后，，失去去流動動性的的最高高溫度度。另外，，還有有酸性性、腐腐蝕等等指標標。318.1潤滑材材料表現(xiàn)粘粘度：潤滑脂脂開始始流動動時的的粘度度稱為為表現(xiàn)現(xiàn)粘度度。它它是衡衡量集集中供供脂的的“泵送性性”好壞的的一個個指標標。針入度度：表明潤潤滑脂脂稠度度的指指標。滴點：潤滑脂脂加熱熱到一一定程程度就就開始始變稀稀，當當開始始滴落落時的的溫度度即為為它的的滴點點。機機械系系統(tǒng)的的工作作溫度度應低低于其其滴點點20～30℃℃，有時時甚至至低40～50℃℃才好。腐蝕：指潤滑滑脂的的質(zhì)量量不高高時，，脂中中殘留留的酸酸或堿堿，或或者潤潤滑脂脂使用用過程程中老老化而而生成成低分分子有有機酸酸，將將引起起金屬屬腐蝕蝕。2、潤潤滑脂脂的主主要性性能328.1潤滑材材料凡是能能降低低摩擦擦阻力力作用用的介介質(zhì)都都可作作為潤潤滑劑劑，目目前設設備中中常用用的潤潤滑劑劑分兩兩大類類：稀稀油（（潤滑滑油））和干干油（（潤滑滑脂））。（1））稀油油潤滑滑一般般應用用于下下列情情況：除完成成潤滑滑任務務外，，還需需要帶走摩擦面面產(chǎn)生生的熱量；必須保保證滑滑動面面間為為液體摩摩擦者。如如液體體摩擦擦軸承承、止止推滑滑動軸軸承等等。能夠用用簡易易的手手段向向嚙合合傳動動機構構本身身及其其軸承承同時提提供一一種潤滑劑劑的情情況。。除潤滑滑外，，還需需要清洗摩摩擦面面并保持清清潔狀態(tài)者者；易于于對對軸軸承承進進行行密封封并能能很很好好防防止止?jié)櫇櫥陀屯馔庖缫缯哒?。。二、、潤潤滑滑劑劑的的選選擇擇338.1潤滑滑材材料料（2））干干油油潤潤滑滑一一般般是是用用于于下下列列情情況況：粘性性很很好好，，并并能能附附著著在在摩摩擦擦表表面面上上，，不不易易流流失失與與飛飛濺濺。。多多用用于于往復復式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動及短短期期工工作作的的重載載荷荷低低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的滑滑動動軸軸承承上上；；密封封性性好好，，給給油油方方便便；；很適適用用于于低速速的滾滾動動軸軸承承潤潤滑滑，，可可長長時時間間不不用用加加油油，，維維護護方方便便；；防護護性性能能較較好好，，能能保護護裸露露的的摩摩擦擦表表面面免免受受機機械械雜雜質(zhì)質(zhì)及及水水等等的的污污損損。。348.1潤滑滑材材料料1單體體潤潤滑滑單體體潤潤滑滑都都是是用用油油杯杯實實現(xiàn)現(xiàn)的的。。分分周周期期性性潤潤滑滑和和連連續(xù)續(xù)潤潤滑滑，，并并可可伴伴無無壓壓力力及及有有壓壓力力潤潤滑滑。。針閥閥油油杯杯1——開關關；；2——調(diào)節(jié)節(jié)螺螺絲絲；；3——閥針針；；4——玻璃璃管管周期期無無壓壓力力潤潤滑滑標標準準油油杯杯連續(xù)續(xù)無無壓壓力力單單體體潤潤滑滑1——球閥閥；；2——彈簧簧；；3——杯體體；；4——旋套套8.2潤滑滑油油(脂)的供供應應方方法法2油環(huán)環(huán)潤潤滑滑油環(huán)環(huán)、、油油鏈鏈、、油油輪輪供油油方方法法是是將將油油環(huán)環(huán)或或是是油油鏈鏈套套在在軸軸上上作作自自由由旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，油油輪輪則則固固定定在在旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸上上。。這這種種潤潤滑滑被被廣廣泛泛應應用用于于大大型型電電動動機機的的潤潤滑滑軸軸承承上上。。1-油池池2-油環(huán)環(huán)3-軸4-油鏈鏈5-刮板板6-油輪輪8.2潤滑滑油油(脂)的供供應應方方法法3油霧霧潤潤滑滑油霧霧潤潤滑滑的的原原理理是是利利用用壓壓縮縮空空氣氣，，通通過過噴噴嘴嘴把把潤潤滑滑油油噴噴出出，，霧霧化化后后再再送送入入摩摩擦擦表表面面，，并并讓讓其其在在飽飽和和狀狀態(tài)態(tài)下下析析出出，，使使摩摩擦擦表表面面上上粘粘著著一一層層油油膜膜以以達達到到潤潤滑滑目目的的1-壓縮縮空空氣氣2-調(diào)整整閥閥8.2潤滑滑油油(