浅谈机械设计与安全设计

徐志兴

摘要：机械设计是机械生产的首要条件，安全设计则是机械设计中的关键环节，如果设计不出最好的机械，对于今后的工作而言，将会埋下重大的安全隐患。

关键词：机械工程；安全应用；设计

引言

机械设计是一个创造性的工作过程，是多门技术学科相互渗透、相互结合的产物。通过10多年来对传统安全工程的摒弃、扩展和延伸，逐步形成了以系统工程理论为指导，以基础科学、工程技术以及管理科学构成的多层次的安全科学。

1.机械设计和安全设计分析

1.1机械设计

机械设计的初期计划设计非常类似于计算机软件设计的需求分析，即在设计之前，对机器的设计要求进行调查与分析从分析的要求与研究中了解机器应该具有的功能以此，作为机械设计的初期基础，并规定机器在设计与制造过程中的约束条件。方案的设计是机械设计的关键部分，方案是设计中的灵魂，决定着设计的成功与失败。方案的设计不仅要符合机器自身的性能以及功能要求，更要考虑到设计者对于机器的开发与认识以及创新。这一阶段的主要设计步骤可以简单认为：工作原理的定义-机器的基本结构-运动方式的设计-零部件的选取与设计-工程制图的设计-初步设计的检查。机械设计的技术设计，这一工序中，对于技术层面的要求最为苛刻。这一阶段主要是对于设计图纸的核对与计算。总图与部件草图的对比核对分析等。

1.2机械安全设计

机械安全设计的第一步是对其进行结构设计，结构安全设计应考虑的主要因素如下： 使机器外观达到本质安全的结构设计，在不影响正常功能实现、使用的情况下，凡人体易接近的机械外形结构应平整、光滑、不应有易引起损伤的锐角、尖角、突出物、粗糙表面等。使机器有关运动参数达到安全的设计；直线运动部件之间或直线运动部件与静止部件（包括墙、柱）之间的距离，必须符合有关安全距离的规定，应保证不该通过的身体部位不能通过。合理规定和计算零部件的强度和应力；合理选用材料；选用本质安全技术和动力源；使机器与所有动力源或其他供给断开。断开必须做到既可见（动力源连续性明显中断），又能通过允许检查断开装置上操纵器的位置而确认，并且还必须明确表示出机器的那些部分已被断开。机械的动力源不管什么原因中断或波动后，要重新建立时不得导致危险状态。尤其是：机器不得意外起动或转动；必要时增加故障报警装置；一旦机器发生故障，必须及时报警或自动停止；一旦停机命令发出，机器必须停止运转；机器的运动部分或由机械夹持的工件不得落下或抛出；不得妨碍自动或手动停止机器的运动部分；防护装置必须保持完全有效。

2.标准化的安全性设计

随着国际贸易发展和以经济为背景的国际市场竞争日益激烈，为避免国家之间和国家与地区之间的立法差别，尽快消除国际范围内可能产生的机械产品贸易技术问题、各国都在考虑建立可以普遍接受的法规——标准体系。关于机械安全、电气安全问题，在装备制造业的工作母机——机床产品的设计制造中，尤为显得突出。在机床产品制造过程中，涉及到金属切割、锻压和用电等危险工序，若不充分重视，会导致生产安全事故频发。为了保障劳动者的生命安全和健康，满足生产设备安全生产的需要，提高我国工业产品在国际市场上的竞争能力，顺应国际上安全卫生标准化工作的发展形势，本着“ 基础标准、安全、卫生、环保标准优先采用国际标准”的原则，根据“国际标准中有关人身安全、卫生和环境保护等标准，要采取措施尽可能予以等效采用”的精神，在机械设备设计时，应参照全国机械安全标准化技术委员会初步制定的我国机械安全标准体系表，采用国际标准的划分A（安全基础标准）、B（安全通用标准）、C（专业机械安全标准）三大类进行安全标准化设计的前提。这些设计理念，都体现了对人性化与安全性的重视。当“工作的安全性”成为人们择业和提高职业生活品质的重要因素时，机床设计过程中渗透的人性化理念，是与“工作的安全性”有着某种契合的。这变化代表了未来机械设备制造业的主流发展趋势——设计过程中要“以人为本”，要注重对人的保护。

3.提升机械设计产品水平的办法

3.1科学选择机械零件材料

要保证满足设计要求的是机械零件材料。在使用性能方面，要依据零件使用要求选择材料，依据零件对强度、耐磨性等方面性能指数进行研究，确定与此相吻合的性能材料；在工艺性能方面，要结合加工工艺需求，采用热加工工艺的材料要具有符合标准的铸造、锻造、焊接以及热处理方面的性能，符合加工条件，运用切削加工工艺的材料要具有较好的切削性；在经济性能方面，要尽可能在保障质量的基础上降低采购成本，发挥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进口材料，提高生产经济性。机械零件材料的选择对于产品周期成本方面影响较大，有些产品零件在选择材料时候，保证性能的前提下选用相对廉价的材料，但是使用周期缩短，有些材料成本较高，但是质量更优，使用周期长、维修费用低、节能效果更好，经济性反而提高。

3.2有用提升机械设计标准化水平

在机械设计加工中，现在发展的重要趋势就是标准化，标准化主要通过设置共同标准，规范机械零件尺寸、性能与结构等，为提高生产质量和降低生产成本奠定基础。要从设计环节就着手提高标准化水平，运用标准化手段把好产品设计关口，对使用较多的零件实施标准化生产，生产中对性能指标以及原材料等方面进行统一规范，所生产的零部件要在尺寸、结构等方面进行规范，进一步简化设计与生产，降低成本，提高质量，提升机械产品的综合竞争力。

4.结语

机械设计是一个创造性的工作过程，是多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验不断创新的过程。因此，只有很好的把机械设计和安全设计相结合起来，才能更好地设计出多功能、高质量、高可靠性和低能耗的机器，最终满足生产需要。

参考文献：

[1]何成铭，吴纬，孟庆均.基于Copula的机械系统可靠性模型及其应用[J].兵工学报，2012.

[2]刘仁云，张义民，于繁华.基于灰色粒子群算法的可靠性稳健优化设计[J].吉林大学学报，2006.