淺談機(jī)械設(shè)計(jì)與安全設(shè)計(jì)

徐志興

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的首要條件，安全設(shè)計(jì)則是機(jī)械設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)不出最好的機(jī)械，對(duì)于今后的工作而言，將會(huì)埋下重大的安全隱患。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；安全應(yīng)用；設(shè)計(jì)

引言

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過(guò)程，是多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物。通過(guò)10多年來(lái)對(duì)傳統(tǒng)安全工程的摒棄、擴(kuò)展和延伸，逐步形成了以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，以基礎(chǔ)科學(xué)、工程技術(shù)以及管理科學(xué)構(gòu)成的多層次的安全科學(xué)。

1.機(jī)械設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)分析

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)的初期計(jì)劃設(shè)計(jì)非常類似于計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的需求分析，即在設(shè)計(jì)之前，對(duì)機(jī)器的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)查與分析從分析的要求與研究中了解機(jī)器應(yīng)該具有的功能以此，作為機(jī)械設(shè)計(jì)的初期基礎(chǔ)，并規(guī)定機(jī)器在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的約束條件。方案的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，方案是設(shè)計(jì)中的靈魂，決定著設(shè)計(jì)的成功與失敗。方案的設(shè)計(jì)不僅要符合機(jī)器自身的性能以及功能要求，更要考慮到設(shè)計(jì)者對(duì)于機(jī)器的開發(fā)與認(rèn)識(shí)以及創(chuàng)新。這一階段的主要設(shè)計(jì)步驟可以簡(jiǎn)單認(rèn)為：工作原理的定義-機(jī)器的基本結(jié)構(gòu)-運(yùn)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)-零部件的選取與設(shè)計(jì)-工程制圖的設(shè)計(jì)-初步設(shè)計(jì)的檢查。機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)設(shè)計(jì)，這一工序中，對(duì)于技術(shù)層面的要求最為苛刻。這一階段主要是對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙的核對(duì)與計(jì)算。總圖與部件草圖的對(duì)比核對(duì)分析等。

1.2機(jī)械安全設(shè)計(jì)

機(jī)械安全設(shè)計(jì)的第一步是對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素如下： 使機(jī)器外觀達(dá)到本質(zhì)安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在不影響正常功能實(shí)現(xiàn)、使用的情況下，凡人體易接近的機(jī)械外形結(jié)構(gòu)應(yīng)平整、光滑、不應(yīng)有易引起損傷的銳角、尖角、突出物、粗糙表面等。使機(jī)器有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)達(dá)到安全的設(shè)計(jì)；直線運(yùn)動(dòng)部件之間或直線運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件（包括墻、柱）之間的距離，必須符合有關(guān)安全距離的規(guī)定，應(yīng)保證不該通過(guò)的身體部位不能通過(guò)。合理規(guī)定和計(jì)算零部件的強(qiáng)度和應(yīng)力；合理選用材料；選用本質(zhì)安全技術(shù)和動(dòng)力源；使機(jī)器與所有動(dòng)力源或其他供給斷開。斷開必須做到既可見（動(dòng)力源連續(xù)性明顯中斷），又能通過(guò)允許檢查斷開裝置上操縱器的位置而確認(rèn)，并且還必須明確表示出機(jī)器的那些部分已被斷開。機(jī)械的動(dòng)力源不管什么原因中斷或波動(dòng)后，要重新建立時(shí)不得導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)。尤其是：機(jī)器不得意外起動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)；必要時(shí)增加故障報(bào)警裝置；一旦機(jī)器發(fā)生故障，必須及時(shí)報(bào)警或自動(dòng)停止；一旦停機(jī)命令發(fā)出，機(jī)器必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)；機(jī)器的運(yùn)動(dòng)部分或由機(jī)械夾持的工件不得落下或拋出；不得妨礙自動(dòng)或手動(dòng)停止機(jī)器的運(yùn)動(dòng)部分；防護(hù)裝置必須保持完全有效。

2.標(biāo)準(zhǔn)化的安全性設(shè)計(jì)

隨著國(guó)際貿(mào)易發(fā)展和以經(jīng)濟(jì)為背景的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為避免國(guó)家之間和國(guó)家與地區(qū)之間的立法差別，盡快消除國(guó)際范圍內(nèi)可能產(chǎn)生的機(jī)械產(chǎn)品貿(mào)易技術(shù)問(wèn)題、各國(guó)都在考慮建立可以普遍接受的法規(guī)——標(biāo)準(zhǔn)體系。關(guān)于機(jī)械安全、電氣安全問(wèn)題，在裝備制造業(yè)的工作母機(jī)——機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中，尤為顯得突出。在機(jī)床產(chǎn)品制造過(guò)程中，涉及到金屬切割、鍛壓和用電等危險(xiǎn)工序，若不充分重視，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故頻發(fā)。為了保障勞動(dòng)者的生命安全和健康，滿足生產(chǎn)設(shè)備安全生產(chǎn)的需要，提高我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，順應(yīng)國(guó)際上安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展形勢(shì)，本著“ 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、安全、衛(wèi)生、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”的原則，根據(jù)“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)人身安全、衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)，要采取措施盡可能予以等效采用”的精神，在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參照全國(guó)機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)初步制定的我國(guó)機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)體系表，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的劃分A（安全基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)）、B（安全通用標(biāo)準(zhǔn)）、C（專業(yè)機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)）三大類進(jìn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的前提。這些設(shè)計(jì)理念，都體現(xiàn)了對(duì)人性化與安全性的重視。當(dāng)“工作的安全性”成為人們擇業(yè)和提高職業(yè)生活品質(zhì)的重要因素時(shí)，機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中滲透的人性化理念，是與“工作的安全性”有著某種契合的。這變化代表了未來(lái)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)——設(shè)計(jì)過(guò)程中要“以人為本”，要注重對(duì)人的保護(hù)。

3.提升機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品水平的辦法

3.1科學(xué)選擇機(jī)械零件材料

要保證滿足設(shè)計(jì)要求的是機(jī)械零件材料。在使用性能方面，要依據(jù)零件使用要求選擇材料，依據(jù)零件對(duì)強(qiáng)度、耐磨性等方面性能指數(shù)進(jìn)行研究，確定與此相吻合的性能材料；在工藝性能方面，要結(jié)合加工工藝需求，采用熱加工工藝的材料要具有符合標(biāo)準(zhǔn)的鑄造、鍛造、焊接以及熱處理方面的性能，符合加工條件，運(yùn)用切削加工工藝的材料要具有較好的切削性；在經(jīng)濟(jì)性能方面，要盡可能在保障質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低采購(gòu)成本，發(fā)揮可利用率高的材料作用，以普通、性能相似的材料取代稀缺或者進(jìn)口材料，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械零件材料的選擇對(duì)于產(chǎn)品周期成本方面影響較大，有些產(chǎn)品零件在選擇材料時(shí)候，保證性能的前提下選用相對(duì)廉價(jià)的材料，但是使用周期縮短，有些材料成本較高，但是質(zhì)量更優(yōu)，使用周期長(zhǎng)、維修費(fèi)用低、節(jié)能效果更好，經(jīng)濟(jì)性反而提高。

3.2有用提升機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，現(xiàn)在發(fā)展的重要趨勢(shì)就是標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化主要通過(guò)設(shè)置共同標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范機(jī)械零件尺寸、性能與結(jié)構(gòu)等，為提高生產(chǎn)質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本奠定基礎(chǔ)。要從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就著手提高標(biāo)準(zhǔn)化水平，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化手段把好產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)口，對(duì)使用較多的零件實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，生產(chǎn)中對(duì)性能指標(biāo)以及原材料等方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，所生產(chǎn)的零部件要在尺寸、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行規(guī)范，進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，降低成本，提高質(zhì)量，提升機(jī)械產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

4.結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過(guò)程，是多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)也是一個(gè)盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗(yàn)不斷創(chuàng)新的過(guò)程。因此，只有很好的把機(jī)械設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)相結(jié)合起來(lái)，才能更好地設(shè)計(jì)出多功能、高質(zhì)量、高可靠性和低能耗的機(jī)器，最終滿足生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)：

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