《安全人机工程学》课件第5章 机的特性与可靠性

学习目标理解机械的基本结构，掌握机械伤害的危害因素和安全特点；理解机械零部件的失效形式，机械设备可靠性的计算；了解手持电动工具的设计。15.1机械的分类及基本结构（自学）5.2机械的危害因素及安全特性（自学）25.3.1零部件的失效与分析1.零部件磨损正常运行过程中，零部件的磨损过程可分为三个阶段。（1）阶段Ⅰ——磨合阶段（跑合）。（2）阶段Ⅱ——稳定磨损阶段。（3）阶段Ⅲ——事故磨损阶段（急剧磨损）。35.3机械设备的可靠性2.零部件变形1)变形的原因（1）外载荷。（2）温度。（3）内应力。（4）材料结构缺陷。例如缩孔、气孔、裂纹等。2）变形的防止措施（1）设计方面。（2）加工制作方面。（3）修理方面。（4）设备使用方面。45.3.2机械设备的可靠性机器设备的可靠性是指机器、部件、零件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定条件包括使用条件、维护条件、环境条件、贮存条件和工作方式等。（1）可靠度及可靠度函数

可靠度是在规定时间和条件内，机器设备或部件能完成功能的概率，是时间的函数，就概率而言，可靠度是累积分布函数，它表示在该时间内成功完成功能的机器或部件占全部工作的机器或部件的百分数。

R(t)=P(T>t)

T－产品故障前的工作时间；t－规定时间。

R（t）=｛N－n(t)｝/N=1－n(t)/N

N－在t=0时，在规定条件下进行工作的产品数；

n（t）－从0到t时刻工作时间内，失效的产品总数。5（2）累积故障分布函数（不可靠度）

产品在规定的条件下和规定时间内，丧失规定功能的概率，称为累积故障概率（又称不可靠度）。

F(t)=P(T≤t)或n(t)/N;F(t)＋R（t)=1(3)故障分布密度函数

若F（t）对时间微分，即可得函数f（t），称为故障密度函数，即

f(t)＝dF(t)/dt＝－dR(t)/dt即单位时间故障频率。(4)故障率函数

工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率（λ（t））。6

假设t＝0有N，t时刻时n（t）故障，N－n（t）个产品连续工作。假设在t时刻继续工作△t时刻，t到t+△t时刻，故障数有n（t＋△t）－n（t）个。在（t，t+△t）内的故障频率为△n（t）/（N－n（t））。于是产品工作到t时刻之后，每单位时间内所发生的频率即为故障率λ（t）。7R（t）与λ（t）的关系

从上面推导可知，，则有，，进一步推导，8故障率与时间的关系

浴盆曲线－故障率曲线偶发（随机）故障期耗损95.4实例

：手持电动工具手持电动工具是指驱动的动力是电源（如钻孔机、螺钉旋具、磨砂机、电锯、研磨机），压缩空气（如扳钳、气压铆钉机），或燃料（如带有汽油发动机的链锯、切割机等）的工具。使用这类手动工具会产生力量冲击或震动，对操作员有一定的影响，尤其当作业姿势不当时，经常容易引起伤害事故。105.4.1手的生理结构5.4.2手持电动工具的设计1.设计原则必须有效地实现预定功能；必须与其使用者身体成适当比例，使人力作业效率最高；必须按照作业者的力度和工作能力来设计；不应引起过度疲劳；它必须以一些形式向其使用者提供一些感官反馈；所需要的开发资本和维护成本应当是合理的。112.影响设计的生理因素避免不协调的腕部方位。避免掌部组织受压过大。避免手指重复地动作。避免操作时工具夹住手掌或手指。其他应注意的问题。123.把手的设计

（1）形状。手持工具的把手形状除了应该满足操纵要求外，还应该符合手的结构、尺度及其触觉特征。（2）直径。手持工具把手直径的大小取决于用途和适用人群的统计尺寸。

（3）长度。为了扩大使用人群的范围，把手的长度通常选在女性第5百分位（71cm）和男性第95百分位（97cm）之间。（4）弯曲角度。为了保证操作时手腕处于直顺状态时，手与工作部分的弯曲角为10°时，有利于操作和降低疲劳。134.手持电动工具的设计设计这类工具时，首先除了考虑普通手持工具的设计要素以外，对于手柄的设计，还需要考虑以下要求：1）手柄应具有良好的绝缘性和隔热性。手柄在持续握持或与身体接触的情况下，温度不应超过35℃。2）手柄不应有突出的锐边和棱角。为了便于抓牢