章6 安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

章、安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.1概述6.2采用警示原理設(shè)計(jì)的安全結(jié)構(gòu)6.3采用轉(zhuǎn)換原理的安全結(jié)構(gòu)裝置6.4采用有限損壞原理設(shè)計(jì)的安全裝置6.5采用冗余原理設(shè)計(jì)的安全裝置2021/5/916.1、概述安全結(jié)構(gòu)指產(chǎn)品工作、使用中出現(xiàn)特殊或意外情況時(shí)，用于保護(hù)產(chǎn)品，避免發(fā)生人身事故而設(shè)計(jì)的相關(guān)結(jié)構(gòu)、裝置等，如汽車的安全氣囊、ABS系統(tǒng)及高壓鍋的熱熔安全閥等。

2021/5/92一、安全結(jié)構(gòu)的功能與設(shè)計(jì)考慮因素

安全結(jié)構(gòu)的基本功能主要是在出現(xiàn)意外情況時(shí)保護(hù)操作或使用者人身安全和產(chǎn)品的安全，但以何種方式、措施實(shí)現(xiàn)保護(hù)、提供保護(hù)的程度和效果及所能達(dá)到的保護(hù)范圍取決于具體產(chǎn)品的工作特點(diǎn)、使用環(huán)境、意外情況的出現(xiàn)方式及安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略等。產(chǎn)品的安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般主要考慮針對(duì)意外情況出現(xiàn)時(shí)，實(shí)施可能的保護(hù)。因此，首先要分析清楚各種可能出現(xiàn)的意外情況及其影響，然后有區(qū)別地選擇，進(jìn)而確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略，再進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2021/5/93分析意外可能，一般以出現(xiàn)概率較高及影響較大的為主，通常從產(chǎn)品使用、工作條件和環(huán)境變化、產(chǎn)品本身有關(guān)部件失效或出現(xiàn)故障、操作者誤操作及一些特殊情況（如故意人為、地震）等幾個(gè)方面著手進(jìn)行。分析意外情況造成的影響是制定安全結(jié)構(gòu)保護(hù)策略和設(shè)計(jì)方案的前提。意外情況造成的影響主要包括對(duì)產(chǎn)品的影響和對(duì)人的影響兩方面。安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略制定取決于可用安全措施及其效果、加工制造成本、發(fā)生意外的概率及相應(yīng)的影響程度等。2021/5/94二、安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理安全技術(shù)分為提示性安全技術(shù)、間接安全技術(shù)和直接安全技術(shù)三種。提示性安全技術(shù)是指在事故出現(xiàn)前發(fā)出警報(bào)和信號(hào)，提醒注意，以便及時(shí)采取措施，避免事故發(fā)生。如指示燈、報(bào)警器等。在安全設(shè)計(jì)原理上稱為警示。間接安全技術(shù)通過保護(hù)裝置或保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的安全可靠；如安全閥安全帶及防護(hù)罩等。間接安全保護(hù)裝置按實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用方式分為：發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)發(fā)出保護(hù)反應(yīng)動(dòng)作，使系統(tǒng)安全，如安全閥，原理上稱為轉(zhuǎn)換；以自身的保護(hù)能力實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，如汽車安全帶，原理上稱為借助；無需保護(hù)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，如防護(hù)罩，原理上稱為隔離。2021/5/95直接安全技術(shù)指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中直接滿足安全要求或借助工作系統(tǒng)部件、結(jié)構(gòu)保證產(chǎn)品在使用中不出現(xiàn)危險(xiǎn)。主要包括以下三種原理：安全存在原理：所有構(gòu)件及其相互關(guān)系在規(guī)定載荷和工作時(shí)間內(nèi)可承受所有可能事件不發(fā)生事故，處于完全安全狀態(tài)。有限損壞原理：出現(xiàn)意外情況，次要部件或特定部位受損，保證主體和整機(jī)安全。冗余配置原理：重復(fù)設(shè)置多個(gè)實(shí)現(xiàn)功能的裝置，當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)，產(chǎn)品仍可繼續(xù)工作，產(chǎn)品性能不受影響或能力削弱，但仍能實(shí)現(xiàn)功能。2021/5/966.2、采用警示原理設(shè)計(jì)的安全結(jié)構(gòu)警示性安全結(jié)構(gòu)裝置通常較其他形式的安全裝置設(shè)計(jì)上方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)產(chǎn)品主體功能結(jié)構(gòu)影響小，在機(jī)械設(shè)備和一般工業(yè)產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。2021/5/97圖6-1為一種工程車失控溜滑報(bào)警系統(tǒng)，該裝置由一個(gè)溜滑傳感器和電器賄賂組成。當(dāng)工程車向前或向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，該裝置電路系統(tǒng)處于連通狀態(tài)，發(fā)出報(bào)警聲。2021/5/98圖6-2為一種潛望式汽車后視鏡，可擴(kuò)大視野，司機(jī)在座位上可看到左下方和前部下方的景物的映像，圖6-2（b）為其視界范圍。2021/5/99圖6-3為一種汽車用多功能、遠(yuǎn)距離操縱式后視鏡，鏡面角度由司機(jī)操縱，通過一支流電機(jī)控制調(diào)節(jié)。2021/5/910圖6-4為一種過載時(shí)可發(fā)出警示的新型切削刀具。應(yīng)變計(jì)檢測(cè)切削過程中的機(jī)械力，內(nèi)置電子裝置用于處理、傳送傳感信號(hào)。2021/5/9116.3、采用轉(zhuǎn)換原理的安全結(jié)構(gòu)裝置采用轉(zhuǎn)換原理的安全結(jié)構(gòu)、裝置需要利用一個(gè)反映危險(xiǎn)狀態(tài)的產(chǎn)品工作狀態(tài)輸入?yún)⒘框?qū)動(dòng)安全結(jié)構(gòu)、裝置，在危險(xiǎn)將出現(xiàn)時(shí)，輸出一個(gè)參量，安全裝置發(fā)出反應(yīng)動(dòng)作，避免產(chǎn)品或系統(tǒng)出現(xiàn)危險(xiǎn)。采用安全原理工作的安全結(jié)構(gòu)、裝置在產(chǎn)品中應(yīng)用很普遍。2021/5/912圖6-5為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中常使用的楔塊式過載保護(hù)裝置。當(dāng)載荷扭矩超過摩擦片與飛輪輻板間摩擦力矩時(shí)，飛輪與摩擦片產(chǎn)生滑動(dòng)，系統(tǒng)不能繼續(xù)運(yùn)作，避免發(fā)生危險(xiǎn)。2021/5/913圖6-6為彈簧式過載保護(hù)器，通過彈簧片限制軸與飛輪間傳遞扭矩的大小，依靠彈簧壓緊力作用力控制摩擦力矩。2021/5/914圖6-7為幾種扭矩限制裝置。

2021/5/915圖6-7（a）利用磁銷數(shù)量限制所能傳遞的扭矩，使用時(shí)可通過拆卸磁銷調(diào)整；圖6-7（b）通過錐形離合器錐面摩擦力限制所傳遞的扭矩，彈簧、螺母用于調(diào)節(jié)；圖6-7（c）中，彈簧使?jié)L子保持在兩軸端圓盤上的同心橫槽內(nèi)，超載時(shí)克服彈簧力滾子被擠出槽中；圖6-7（d）是在分別固定于兩軸端的軸銷商纏繞有彈性帶，兩端銷比中間銷小，以確保接觸，傳遞最輕負(fù)荷，超載時(shí)皮帶打滑；圖6-7（e）的彈簧將兩滑楔拉合卡住軸的切平端，扭矩過高時(shí)分開；圖6-7（f）中，摩擦盤由可調(diào)節(jié)的彈簧壓緊，方盤鎖入左軸方孔內(nèi)，圓盤鎖住右軸的方桿，扭矩過大時(shí)打滑。2021/5/916圖6-8為一種防止絲錐損壞的夾具，當(dāng)攻絲的扭矩達(dá)到預(yù)定值時(shí)，可自動(dòng)脫開傳動(dòng)的絲錐夾具，有效防止絲錐損壞。2021/5/9176.4、采用有限損壞原理設(shè)計(jì)的安全裝置

有限損壞原理是在出現(xiàn)危險(xiǎn)故障時(shí)，通過以損壞待定零部件為代價(jià)，保證其他重要結(jié)構(gòu)。在這類安全裝置中，需刻意設(shè)計(jì)一薄弱環(huán)節(jié)，引導(dǎo)破壞發(fā)生的方向。2021/5/918圖6-9為一種采用安全銷的過載保護(hù)裝置，過載時(shí)，銷子被剪斷從而起到保護(hù)作用。2021/5/919圖6-10為保護(hù)壓力系統(tǒng)的碎裂型爆破膜安全裝置，爆破膜采用石墨、玻璃、硬橡膠等材料制造，系統(tǒng)壓力超載時(shí)，通過爆破膜的碎裂卸壓，從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全。軟質(zhì)膜片用于提高密閉性。2021/5/9206.5、采用冗余原理設(shè)計(jì)的安全裝置對(duì)于重要的系統(tǒng)，采用冗余原理設(shè)計(jì)安全裝置，以獲得最大的安全可靠性。冗余原理又可分為積極、消極和原理冗余三種。2021/5/921為確保飛機(jī)飛行的安全，飛機(jī)上常配置多部發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖6-11所示，當(dāng)其中一個(gè)或幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，只要有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可正常工作，即可滿足飛機(jī)的飛行要求，不影響飛行性能。此類冗余設(shè)計(jì)稱為積極冗余。2021/5/922圖6-12所示汽車輪的緊固螺栓數(shù)設(shè)計(jì)也屬于積極冗余。2021/5/923消極冗余指安全系統(tǒng)配置的重復(fù)裝置部分不工作時(shí)，系統(tǒng)的工作性能受到一定程度的影響，但仍可工作。2021/5/924圖6-13為采用多臺(tái)水泵配置的