操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

第一節(jié)操縱系統(tǒng)的功能和要求一、操縱系統(tǒng)的功能

操縱系統(tǒng)控制系統(tǒng)為了使動(dòng)力、傳動(dòng)、執(zhí)行等系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)、準(zhǔn)確地運(yùn)行

操縱系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換，即把操縱者施加于機(jī)械的信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換傳遞到執(zhí)行系統(tǒng)，以改變其運(yùn)行參數(shù)或狀態(tài)（起動(dòng)、停止、制動(dòng)、換向、變速和變力）。二者的區(qū)別：操縱系統(tǒng)：依靠人工操作使機(jī)械按照人的指令改變其運(yùn)行狀態(tài)控制系統(tǒng)：通過人工操作或測(cè)量元件獲得信號(hào)，由控制器使控制對(duì)象改變運(yùn)行狀態(tài)二、操縱系統(tǒng)的要求（1）操縱輕便省力

減小操縱力，可提高操縱系統(tǒng)的靈敏度、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率和安全性。（2）操縱行程適當(dāng)

操縱行程盡量在人體不動(dòng)的情況下，四肢能舒適達(dá)到的范圍。（3）操縱靈活操縱時(shí)應(yīng)得心應(yīng)手，方便自如。（4）操縱件定位可靠

操縱件應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間可靠地保持在某一操作狀態(tài)的位置，不能因其他非操作力的作用而改變其操作狀態(tài)。且一旦因某種原因偏離操作位置時(shí)，應(yīng)有自動(dòng)回位能力。（5）操縱靈敏、效率高

操作系統(tǒng)中的執(zhí)行件應(yīng)對(duì)操縱件所發(fā)出指令的反應(yīng)靈敏準(zhǔn)確，且傳遞力損失小。（6）操縱系統(tǒng)的反饋準(zhǔn)確迅速

操縱信號(hào)要準(zhǔn)確迅速地反饋給操作者，以便操作者及時(shí)判斷操作的效果，并作出相應(yīng)的操作決策。（7）操縱系統(tǒng)應(yīng)有可調(diào)性若元件磨損后，經(jīng)調(diào)節(jié)仍能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的操縱效果。（8）操作方便和舒適

操作力、操作件的行程適當(dāng)；操作件的形狀、尺寸、位置、運(yùn)動(dòng)方向、操作件的標(biāo)記、操作順序等要符合人體狀況和動(dòng)作習(xí)慣；操縱動(dòng)作合理分配給四肢等。如上圖的開停按鈕的布置形式：（9）操作安全可靠

操作系統(tǒng)在保證實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能的同時(shí)，要防止操作失誤和操作實(shí)效，以及防止操縱系統(tǒng)中的元件因意外事故對(duì)人體的傷害。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)有必要的安全保護(hù)措施和必要的應(yīng)急措施等。第二節(jié)操縱系統(tǒng)的組成和分類一.操縱系統(tǒng)的組成：

操縱件：如手柄、拉桿、手輪、捏手、按鈕、按鍵、腳踏板等。

執(zhí)行件：是與被操縱部分直接接觸的元件。常見有撥叉、銷子、滑塊等。

傳動(dòng)件：是將操縱件的運(yùn)動(dòng)及其上的作用力傳遞到執(zhí)行件，以實(shí)現(xiàn)操縱目的的中間元件。常采用的傳動(dòng)系統(tǒng)有：機(jī)械傳動(dòng)液壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)電傳動(dòng)等

輔助元件：如定位元件、鎖定和互鎖元件、回位元件等。二.操縱系統(tǒng)的分類1.按操縱力的來源分人力操縱系統(tǒng)助力操縱系統(tǒng)液壓操縱系統(tǒng)氣壓操縱系統(tǒng)助力操縱系統(tǒng)液壓操縱系統(tǒng)氣壓操縱系統(tǒng)2.按操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)方式分機(jī)械操縱系統(tǒng)混合式操縱系統(tǒng)3.按一個(gè)操縱件控制的執(zhí)行件數(shù)分單級(jí)操縱系統(tǒng)集中操縱系統(tǒng)適用操縱力不大的機(jī)械適用操縱力較大和操縱頻繁的場(chǎng)合。如圖6-2順序操縱系統(tǒng)越級(jí)操縱系統(tǒng)一個(gè)操縱件只操縱一個(gè)執(zhí)行件一個(gè)操縱件可操縱多個(gè)執(zhí)行件4.按操作操縱件的人體器官分手操作腳操作操作靈敏、動(dòng)作范圍大、功能強(qiáng)。首先考慮5.其他操縱方式形成的操縱系統(tǒng)遠(yuǎn)距離（遙控）操縱系統(tǒng)，如用無線電波、光波、聲波等。助力操縱系統(tǒng)第三節(jié)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：

1.確定主要參數(shù)；

2.原理方案設(shè)計(jì)；

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一.操縱系統(tǒng)主要參數(shù)確定1.操縱力：考慮工作阻力、操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比。工作阻力操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)效率操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比一般：手操縱力≤150N腳操縱力≤180N方向盤操縱力≤400N例：常接合式摩擦片離合器操縱力的計(jì)算。操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下。返回彈簧附加力與附加變形的關(guān)系為：其中：離合器摩擦面對(duì)數(shù)摩擦面間的間隙濕式：無襯面時(shí)有襯面時(shí)干式：無襯面時(shí)有襯面時(shí)離合器徹底分離時(shí)作用在執(zhí)行件分離桿6的的工作阻力為：彈的2壓緊力操縱力為：其中傳動(dòng)比：指執(zhí)行件從初始位置移動(dòng)到完成操縱任務(wù)時(shí)的位置，操縱件相應(yīng)的位移。2.操縱行程：執(zhí)行件的行程

操縱件的位移是由人體四肢實(shí)現(xiàn)的，因此，操縱行程的大小要得當(dāng)。如：離合器腳踏板的行程不得大于200mm；變速箱操縱手柄的行程不得大于80120mm。3.傳動(dòng)比：初定傳動(dòng)比：由人機(jī)工程學(xué)或經(jīng)驗(yàn)值確定的許用操縱力按上式初定傳動(dòng)比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精確計(jì)算傳動(dòng)比驗(yàn)算操縱力注意確定傳動(dòng)比時(shí)，要綜合考慮操縱力和操縱行程兩方面因素。4.帶助力器的操縱系統(tǒng)例：帶液壓助力器的操縱系統(tǒng)。二.操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及造型設(shè)計(jì)1.操縱系統(tǒng)的原理方案設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，如執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、被操縱件的數(shù)量及各執(zhí)行件之間的關(guān)系等，選擇操縱件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案、確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)及有關(guān)尺寸。例：凸輪操縱系統(tǒng)。凸輪操縱系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

分析執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制凸輪的行程曲線；凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)；驗(yàn)算壓力角；繪制凸輪的工作圖。確定從動(dòng)件的杠桿尺寸，杠桿比由凸輪升程的執(zhí)行件移動(dòng)距離確定三.操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)：在原理方案的基礎(chǔ)上，形成各個(gè)組成部分的具體形狀、尺寸。1.操縱件：如：球鉸直徑一般為3050mm2.執(zhí)行件3.傳動(dòng)件返回傳動(dòng)件一般用杠桿系統(tǒng)。4.其他結(jié)

構(gòu)元件四.操縱系統(tǒng)的定位互鎖裝置

為保證機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)行和操作人員安全，操縱系統(tǒng)必須有可靠的定位、互鎖和安全保護(hù)裝置。1.操縱系統(tǒng)的自鎖機(jī)構(gòu)

自鎖機(jī)構(gòu)是以一定的預(yù)壓力將操縱件、執(zhí)行件或中間的某種傳動(dòng)件固定在規(guī)定的位置上，只有當(dāng)施加的操縱力大于該壓力時(shí)，操縱件或執(zhí)行件才會(huì)動(dòng)作。例1：圖6-8變速箱操縱系統(tǒng)中的自鎖機(jī)構(gòu)。例2：解放CA1092型汽車駐車制動(dòng)器。2.操縱系統(tǒng)的互鎖機(jī)構(gòu)其作用是：操作系統(tǒng)在進(jìn)行一個(gè)操作動(dòng)作時(shí)把另一個(gè)操作動(dòng)作鎖住，避免運(yùn)動(dòng)干涉等。如機(jī)械式互鎖裝置。3.操縱系統(tǒng)的安全保護(hù)包括操縱系統(tǒng)的安全保護(hù)和操縱環(huán)境（即操作者進(jìn)行工作的環(huán)境）的安全保護(hù)。1）操作環(huán)境的不安全因素有機(jī)械系統(tǒng)的干擾、操作者的干擾、自然環(huán)境的影響等。

來自被操作機(jī)械和周圍的其他機(jī)械。如運(yùn)轉(zhuǎn)零件損壞或工件未卡緊飛出傷人、機(jī)械磨損和發(fā)熱造成的操作失靈、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)、噪音、粉塵、油污、高溫及操作位置不當(dāng)給操作者帶來的不適感覺等。人體健康、心情、情緒以及由此而造成的生理和心理的不良變化等。如溫度、濕度、粉塵等會(huì)使操縱系統(tǒng)提前失效，并刺激和影響操作者的生理機(jī)能、情緒和心理狀態(tài)，構(gòu)成操縱不安全的潛在因素2）操作環(huán)境的安全保護(hù)

操作環(huán)境的安全保護(hù)主要指對(duì)操作環(huán)境的不安全因素采取必要的安全防護(hù)措施。措施主要有：

在機(jī)械系統(tǒng)中加裝保護(hù)裝置

提高操作者作業(yè)環(huán)境的舒適性

設(shè)置指示和報(bào)警裝置第四節(jié)操縱系統(tǒng)與人機(jī)工程學(xué)

操縱系統(tǒng)是人和機(jī)械直接聯(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(gè)系統(tǒng)中，人發(fā)出指令，從觀察周圍環(huán)境或從儀表指示中得到信息，經(jīng)過大腦判斷后產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作（即操作）。操作的結(jié)果使機(jī)器進(jìn)入新的狀態(tài)，這種新的狀態(tài)又從環(huán)境或從儀表顯示中反映出新的信號(hào)，又可能使操作者作出新的操作。

人在人機(jī)系統(tǒng)中起決定性的作用。因此，必須明確人在人機(jī)系統(tǒng)中的工作能力和方法。一.人的體能參數(shù)1.站立時(shí)人肢體的能力范圍和用力范圍：

站立時(shí)人肢體的動(dòng)作范圍

站立時(shí)人肢體的用力范圍人手的作用力有：握力、推力、拉力、提力、和舉力等。一般人的右手握力約為380N，左手握力約為350N。2.坐勢(shì)操縱的能力范圍和用力范圍：

坐勢(shì)操縱的能力范圍

坐勢(shì)操縱的用力范圍

坐勢(shì)手臂的最大拉力可達(dá)900N左右，最大推力可達(dá)1000N左右。腳操縱力以右腳較大，且當(dāng)屈膝160時(shí)為最大，最大可達(dá)2600N左右。3.人體的視力范圍

人體的視力包括：對(duì)物體的辨清能力、辨色能力、視野和視距等。

按辨清能力將視力范圍分中心視力范圍：片刻視力范圍：有效視力范圍：觀察物體最清楚的范圍。一般在3以內(nèi)。短時(shí)間內(nèi)不疲勞地看清物體的范圍。一般在318之間。注意力集中才能看清物體的范圍。一般在1830之間。

視野指頭部和眼球固定不動(dòng)地觀看正前方所能看見的空間范圍。正常人的視野在垂直方向約130，在水平方向約120。

視距指人的眼睛清晰辨認(rèn)物體的正常觀察距離，一般為700750mm，最大距離一不大于760mm為宜，最小距離一不小于380mm為宜。二.操縱件的布置操縱件的布置原則：1.最常用或最重要的操縱件，應(yīng)布置在四肢最靈活、反應(yīng)最靈敏、用力最適宜的空間范圍和合適的方位上。布置區(qū)域要考慮視覺的要求。2.操縱件的排列應(yīng)適應(yīng)人的操作習(xí)慣，按照操作順序和邏輯關(guān)系進(jìn)行安排。3.同一臺(tái)機(jī)器的操縱件，其操縱運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)一致。4.操縱件的空間位置，一般應(yīng)盡量布置在視線內(nèi)的地方。5.緊急停車操縱件應(yīng)與其他操縱件分開布置，并布置在最顯眼又便于操作的位置。6.為了便于操作和互不干擾，操縱件之間應(yīng)保持一定的距離。三.操縱件的造型1.手操縱件的造型最常用的手操作件有：手柄、手輪、旋扭、按鍵等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

設(shè)計(jì)手柄式操縱件時(shí)，要重視柄部的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。

為了便于識(shí)別和記憶，各操縱件最好采用不同形狀的柄部或不同顏色的按扭。

采用旋扭式操縱件時(shí)，要有指明旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)的刻度位置。

采用復(fù)合多功能操縱件，可以在操作時(shí)手不離開操縱件而完成多種操作任務(wù)，且節(jié)約操縱空間。2.腳操縱件的造型四.顯示裝置的布置顯示裝置