机械系统设计报告---操纵系统设计
第一节操作系统的功能和要求
一、操纵系统概述
什么操作系统?
是指把人和机械联系起来，使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的整体。
二、操纵系统的功能
实现信号转换，把操作者施加于机械的信号经转换，传递到执行系统，实现机械的启动、停止制动、换向、变速和变力等目的。
三、操纵系统的要求
操纵系统虽然不直接参与机械做工，对机械的精度、强度、刚度、寿命没有直接影响，但是，机械工作性能的好坏、功能是否充分发挥以及操作者劳动强度等，都与操纵系统有直接关系。因此，不能忽视对操纵系统的设计。必须满足以下原则：
（１）操纵轻便省力
（２）操纵行程适当
（３）操纵灵活
（４）操纵件定位可靠
（５）操纵灵敏、效率高
（６）操纵系统的反馈准确迅速
（７）操纵系统应有可调性
（８）操纵方便和舒适
（９）操纵安全可靠
第二节操纵系统的组成和分类
一、操纵系统的组成
（１）操纵件
（２）传动件
（３）执行件
二、操纵系统的分类
（１）按操纵力的来源分类：
人力操纵系统、电动操纵系统、液压操纵系统、气压操纵系统、混合操纵系统（２）按操纵系统的传动方式分类：
机械式操纵系统、混合式操作系统
（３）按一个操纵件控制的执行件数分类：
单独操纵系统、集中操作系统
（４）按操作操纵件的人体器官分类：
手操纵系统、脚操作系统
（５）其他操纵方式形成的操纵系统：
远距离（遥控）操纵系统，借助无线电波、光波、声波等物理效应实现操纵功能
第三节操纵系统设计
操纵系统实际内容主要包括确定主要参数、原理方案设计、结构设计等。
一、操纵系统主要参数的确定
１、操纵力F c
操作者施加给机器操纵件定位最大作用力，取决于执行件的工作阻力和操纵系统的
传动比。
F c =
式中：F z （N ）ηi c F z ——工作阻力
η——传动效率，一般取η=0. 7~0. 8；
i c ——传动比。
２、操纵行程S c
执行件从初始位置移动到完成操纵任务时的位置，操作系统所具有的位移量。
S c =i c ⋅S z
式中：S z ——执行件的行程。
３、传动比i c
主动力臂与从动力臂之比，决定于传动机构中构件的尺寸应按在克服最大操纵阻力是所在的位置确定。可按下式初定传动比：
i
式中：c =F r cp F cp －－由人机工程学或者经验值确定的需用操纵力。
二、操纵系统的原理方案设计
1.
凸轮传动的操纵系统
２、摆动式变速操纵机构
三、操纵系统结构设计
操纵系统结构设计的任务，是在原理方案基础上形成各个部分的形状和尺寸。主要设计以下部件：
（１）操纵件（２）执行件（３）传动件（４）元件
四、操纵机构的定位、互锁及安全保护
１、常见机械互锁装置
２、安全系统的分类
1. 按其目的可分为：系统运行安全系统和人身安全系统。
2. 按其在机械系统中的位置可分为：动力系统保护、传动系统保护、执行系统保护、
控制系统保护、操纵系统保护和环境保护。
3. 按其实现的手段可分为：电气、液压、机械及它们的混合形式。
安全系统设计
操纵件定位可靠。操纵件应能长时间可靠地保持在某操作状态的位置，不因其他非操纵力的作用而改变其操作状态。而且，操纵件一旦因某种原因而偏离操作位置时，应有自动回位功能。
３、各组成部分安全保护的要点
(1)动力系统保护
(2)传动系统保护
(3)执行系统保护
(4)控制系统保护
(5)操纵系统保护
(6)环境保护
第四节操纵系统与人机工程
一、操纵系统中的人机工程简介
操纵系统是人和设备直接联系的系统，它具有闭环调节系统的特征。在这个系统中，人是指令的发出者，从观察周围环境或从仪表指示中得到信息，经过大脑作出判断后产生相应的动作，即操作。操作的结果使设备进入新的状态，这种新状态又从环境中或显示仪表中反映出新的信号，又可能使操作者做出新的操作。明确人在这个人机系统中的工作能力和方法是合理设计操纵系统的重要前提。
人与设备相比，人是万能的，是在人机系统中起决定性作用的。但是，人存在着体力（功率）不足、反应速度慢、准确性差、记忆力有限和易疲劳等弱点。因此，只有依据人的心理、生理特征和规律设计操纵系统，才能充分发挥人在人机系统中的主导作用。
二、人的体能参数
1）站立时人手臂的活动范围
2) 坐姿上姿活动范围
3)
坐姿时人下肢的活动范围
二、操纵件的布置
要注意的是，操纵件的布置原则：
１）最常用或最重要的操纵件，应布置在手脚活动最灵活，反应最灵敏，用力最适宜的空间范围和合适的方位上。布置区域还需要注意视觉要求；
２）操纵件的排列，应适应人的操作习惯，按照操作顺序和逻辑关系进行安排。竖直方向排列时，操作顺序从上到下；一字横向排列时，操作系统应从左至右。联系较多的操纵件，应尽量安排在一起或邻近位置。当操作件数量较多时，应成组或成排布置，并进行各类的分区。
３）同一台机器的操作件，其操纵运动方向要一致。
４）操纵件的空间位置，一般应尽量布置在视线内的地方。
５）紧急停车操纵件应与其他操纵件分开布置，并要求在最显眼又便于操作的地方。６）为便于操作和互不干扰，操纵件之间应保持一定的距离
三、操纵件造型
１、手操纵件的造型
机械的操纵件以手操纵的为多。目前常用手操纵件有手柄、手轮、旋钮和按键。设计手操件时，应注意一下各点：
1）设计手柄式操纵件时，要重视柄部的结构形状和尺寸。
2）为了便于识别和记忆，各操作件最好采用不同形状的柄部或者不同颜色的按钮。
3）采用旋钮式操纵件时，最好将旋钮上的手捏部分设计成一头尖的形状，或做上醒目的标记，用它来指明旋转的刻度位置。
4）采用复合多功能操纵件时，可以在操作时手不离开操纵件而完成多种操作任务，且可节约操作空间。
２、脚操纵的造型
由于脚操纵不如手操纵灵活，为防止脚操纵失误或碰移操纵件，应使脚操纵件具有一定的启动阻力，此力应大于脚自由放在踏板上的压力。
四、显示装置布置
对显示装置的要求，最主要的是使操纵者的观察和监控既迅速、准确而又不易疲劳。仪表布置较为常见，不知时可采用以下方法：
１）直线型布置结构简单，安装方便，适用于仪表较少的小型控制室，但视觉条件较差，且眩光耀眼现象较难解决。
２）弧形布置结构和安装较复杂，但视觉条件较好，眩光不严重。一般用于10个以上仪表的中型控制室。
３）弯折式布置结构和安装比较简单，视觉条件较好，眩光较少，可根据需要和仪器的多寡灵活地组合。
机械系统设计报告---操纵系统设计
第一节操作系统的功能和要求
一、操纵系统概述
什么操作系统?
是指把人和机械联系起来，使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的整体。
二、操纵系统的功能
实现信号转换，把操作者施加于机械的信号经转换，传递到执行系统，实现机械的启动、停止制动、换向、变速和变力等目的。
三、操纵系统的要求
操纵系统虽然不直接参与机械做工，对机械的精度、强度、刚度、寿命没有直接影响，但是，机械工作性能的好坏、功能是否充分发挥以及操作者劳动强度等，都与操纵系统有直接关系。因此，不能忽视对操纵系统的设计。必须满足以下原则：
（１）操纵轻便省力
（２）操纵行程适当
（３）操纵灵活
（４）操纵件定位可靠
（５）操纵灵敏、效率高
（６）操纵系统的反馈准确迅速
（７）操纵系统应有可调性
（８）操纵方便和舒适
（９）操纵安全可靠
第二节操纵系统的组成和分类
一、操纵系统的组成
（１）操纵件
（２）传动件
（３）执行件
二、操纵系统的分类
（１）按操纵力的来源分类：
人力操纵系统、电动操纵系统、液压操纵系统、气压操纵系统、混合操纵系统（２）按操纵系统的传动方式分类：
机械式操纵系统、混合式操作系统
（３）按一个操纵件控制的执行件数分类：
单独操纵系统、集中操作系统
（４）按操作操纵件的人体器官分类：
手操纵系统、脚操作系统
（５）其他操纵方式形成的操纵系统：
远距离（遥控）操纵系统，借助无线电波、光波、声波等物理效应实现操纵功能
第三节操纵系统设计
操纵系统实际内容主要包括确定主要参数、原理方案设计、结构设计等。
一、操纵系统主要参数的确定
１、操纵力F c
操作者施加给机器操纵件定位最大作用力，取决于执行件的工作阻力和操纵系统的
传动比。
F c =
式中：F z （N ）ηi c F z ——工作阻力
η——传动效率，一般取η=0. 7~0. 8；
i c ——传动比。
２、操纵行程S c
执行件从初始位置移动到完成操纵任务时的位置，操作系统所具有的位移量。
S c =i c ⋅S z
式中：S z ——执行件的行程。
３、传动比i c
主动力臂与从动力臂之比，决定于传动机构中构件的尺寸应按在克服最大操纵阻力是所在的位置确定。可按下式初定传动比：
i
式中：c =F r cp F cp －－由人机工程学或者经验值确定的需用操纵力。
二、操纵系统的原理方案设计
1.
凸轮传动的操纵系统
２、摆动式变速操纵机构
三、操纵系统结构设计
操纵系统结构设计的任务，是在原理方案基础上形成各个部分的形状和尺寸。主要设计以下部件：
（１）操纵件（２）执行件（３）传动件（４）元件
四、操纵机构的定位、互锁及安全保护
１、常见机械互锁装置
２、安全系统的分类
1. 按其目的可分为：系统运行安全系统和人身安全系统。
2. 按其在机械系统中的位置可分为：动力系统保护、传动系统保护、执行系统保护、
控制系统保护、操纵系统保护和环境保护。
3. 按其实现的手段可分为：电气、液压、机械及它们的混合形式。
安全系统设计
操纵件定位可靠。操纵件应能长时间可靠地保持在某操作状态的位置，不因其他非操纵力的作用而改变其操作状态。而且，操纵件一旦因某种原因而偏离操作位置时，应有自动回位功能。
３、各组成部分安全保护的要点
(1)动力系统保护
(2)传动系统保护
(3)执行系统保护
(4)控制系统保护
(5)操纵系统保护
(6)环境保护
第四节操纵系统与人机工程
一、操纵系统中的人机工程简介
操纵系统是人和设备直接联系的系统，它具有闭环调节系统的特征。在这个系统中，人是指令的发出者，从观察周围环境或从仪表指示中得到信息，经过大脑作出判断后产生相应的动作，即操作。操作的结果使设备进入新的状态，这种新状态又从环境中或显示仪表中反映出新的信号，又可能使操作者做出新的操作。明确人在这个人机系统中的工作能力和方法是合理设计操纵系统的重要前提。
人与设备相比，人是万能的，是在人机系统中起决定性作用的。但是，人存在着体力（功率）不足、反应速度慢、准确性差、记忆力有限和易疲劳等弱点。因此，只有依据人的心理、生理特征和规律设计操纵系统，才能充分发挥人在人机系统中的主导作用。
二、人的体能参数
1）站立时人手臂的活动范围
2) 坐姿上姿活动范围
3)
坐姿时人下肢的活动范围
二、操纵件的布置
要注意的是，操纵件的布置原则：
１）最常用或最重要的操纵件，应布置在手脚活动最灵活，反应最灵敏，用力最适宜的空间范围和合适的方位上。布置区域还需要注意视觉要求；
２）操纵件的排列，应适应人的操作习惯，按照操作顺序和逻辑关系进行安排。竖直方向排列时，操作顺序从上到下；一字横向排列时，操作系统应从左至右。联系较多的操纵件，应尽量安排在一起或邻近位置。当操作件数量较多时，应成组或成排布置，并进行各类的分区。
３）同一台机器的操作件，其操纵运动方向要一致。
４）操纵件的空间位置，一般应尽量布置在视线内的地方。
５）紧急停车操纵件应与其他操纵件分开布置，并要求在最显眼又便于操作的地方。６）为便于操作和互不干扰，操纵件之间应保持一定的距离
三、操纵件造型
１、手操纵件的造型
机械的操纵件以手操纵的为多。目前常用手操纵件有手柄、手轮、旋钮和按键。设计手操件时，应注意一下各点：
1）设计手柄式操纵件时，要重视柄部的结构形状和尺寸。
2）为了便于识别和记忆，各操作件最好采用不同形状的柄部或者不同颜色的按钮。
3）采用旋钮式操纵件时，最好将旋钮上的手捏部分设计成一头尖的形状，或做上醒目的标记，用它来指明旋转的刻度位置。
4）采用复合多功能操纵件时，可以在操作时手不离开操纵件而完成多种操作任务，且可节约操作空间。
２、脚操纵的造型
由于脚操纵不如手操纵灵活，为防止脚操纵失误或碰移操纵件，应使脚操纵件具有一定的启动阻力，此力应大于脚自由放在踏板上的压力。
四、显示装置布置
对显示装置的要求，最主要的是使操纵者的观察和监控既迅速、准确而又不易疲劳。仪表布置较为常见，不知时可采用以下方法：
１）直线型布置结构简单，安装方便，适用于仪表较少的小型控制室，但视觉条件较差，且眩光耀眼现象较难解决。
２）弧形布置结构和安装较复杂，但视觉条件较好，眩光不严重。一般用于10个以上仪表的中型控制室。
３）弯折式布置结构和安装比较简单，视觉条件较好，眩光较少，可根据需要和仪器的多寡灵活地组合。