工作台椅与工具设计
控制台设计
对越来越多的智能化管理，而众多的仪器设备、错综复杂的线路已挤满了整个工作室，使管理人员无法工作。控制台是一种专为监控室内摆放设备及理清线路的机壳设备。
控制台是包含显示器和控制器两部分的作业单元。（ppt2）
控制台形式有以下四种：（ppt3）
1.（ppt4）桌式控制台，它的特点就是结构简单、台面小巧、视野开阔、光线充足、操作方便。一般用于显示、控制器数量少的控制。
2.（ppt5）直柜式控制台，和前面相比，他的特点是构成简单、台面较大、视野开阔，适用于显示器控制器数量较多的控制。
3.（ppt6）组合式控制台，是一种风格独特的控制台，有台和台、台和箱、柜和柜等组合方式。
4.（ppt7）弯折式控制台，构造较复杂，多用于须长时间连续监控的控制系统。监视观察视野比较好，控制操作起来也比较方便。
控制台的设计要点：（ppt8）
控制台设计的主要内容：工作台尺寸宜人、造型美观、方便使用、给人以舒适感。
设计关键：根据人体尺度，将控制器与显示器布置在作业者正常的作业空间范围内。保证作业者能良好地观察必要的显示器，操作所有的控制器，以及为长时间作业提供舒适的作业姿势。作业的所有区域都必须在可视可操作范围内。
1.控制台作业面（ppt9）
推荐的控制台作业面布置区域，根据2.5％女性作业者人体测量学数据做出。根据图中阴影区的形状来设计控制台，可使得操作者具有良好的手－眼配合协调性。
2.显示器面板型式（ppt10）
选型时应充分考虑到操作人员的立体操作范围。
3.控制台上方干涉点高度（ppt11）
分体式控制台上的干涉点可能遮挡视线，在显示面板的下方产生死角，在死角部分不能配置仪表。计算干涉点的高度可用下式计算。
在公式中：
h－干涉点高度
k－操作者眼高
H－显示面板下端高度
d－操作者眼点与干涉点的投影距离
D－干涉点与显示面板的投影距离
常用控制台设计：
1.坐姿低台式控制台
2.坐姿高台式控制台
3.坐立两用控制
4.立姿控制台
5.标准控制台
办公台设计
在这节我们主要看两个部分：一是办公台的可调设计，二是办公台的组合设计
可调设计;
因为实际上并不存在符合平均尺寸的人，即使身高体重完全相同的人，它各部位的尺寸也会有所出入。所以办公台需要做成可调节式，给予可调节的尺寸范围。调节方式如下图所示，分为：垂直方向的高低调节、水平方向的台面调节、和台面的倾角调节。
下面大家看一下我们班上使用的桌子，属于哪种可调节方式?
有调查表明啊，采用可调节尺寸和位置的办公台，可以大大提高舒适程度和工作效率。
现在，一般的办公台都设计成拆装灵活方便的组合式，那么根据基本的组合单元，我们可以组合成各种形式多变的办公单元系列，如图所示，大家比较喜欢那种组合方式呢？再此我们也不做过多讨论了，
下面，我们就工作台的其中一种形式：服务型工作台进行一个案例分析：
由图(a)可看出，工作台上有一屏障，使工作人员与服务对象有一种隔离感。其次，室内地面比服务厅地面高出260mm，从设计者来说可能是为了让坐着的工作人员与站着的被服务对象视线保持平行。但是，当工作人员站立时就会对服务对象产生一种居高临下感。显然，这种设计是不合适的。图(b)是经过改进后的工作台，其显著特点是拆除了屏障。从某种意义上讲也消除了工作人员与服务对象的心理屏障。另一方面也扩大了空间，活跃了气氛。其次是室内外地面高度一致，改过去工作人员的俯视为仰视，即使站立工作时也仅为平视。在顾客是"上帝"的今天，工作台造型尺度上的这种细小问题，也是值得我们思考和借鉴。
工作座椅设计主要依据
再讲这节之前我们先了解一下座椅和坐姿，
首先座椅与人们的生活息息相关，无论是工作、学习、出门旅行、在家休息都离不开座椅。关于座椅的设计问题至今仍是值得研究的课题。从50年代初，美国的科甘对整形外科的医用座椅进行研究以后，40多年来关于座椅的设计问题已有多位学者进行过系统科学的研究，各种设计参数也相继见于诸多资料。但就目前来看，尚不能说一把真正获得公认的理想的舒适座椅已经问世。这是因为人体的坐姿是个相当复杂的问题。比如，从事长时间体力劳动的人能坐上一只木板凳休息，则会感到非常舒适，而对于常年日工作量8h且取坐姿工作的人(秘书、打字员等)任何一种座椅都不会被认为是完美无缺的。
在西方某些国家还流行一种“适度不舒适”的座椅设计，就比如某些流动性较大的公共空间(如快餐店等)为加速人员流动，有意识地把座椅设计得不太舒适；另有一些工作场合需要较高的警觉性，也通过把座倚设计得不太舒适，以提高工作人员的警觉性。日本在解决工作人员坐姿工作的警觉性问题另辟新招。如日本马自达汽车公司为了防止人们在从事单调坐姿工作时打瞌睡，推出一种“功能音乐式”座椅，即在座椅上安装附加设施，让坐者每隔30秒钟听一次音乐，同时振动坐者的腰部，以驱赶睡意，使人员集中注意力从事工作。
综上所述，座椅的设计是很复杂的问题，要想设计出一把被公认为理想的舒适座椅几乎是不可能的。因而要想设计出一把相对理想的座椅必须根据使用目的进行多种因素的考虑。
再来说坐姿，坐姿是一种人体的自然姿势。它有很多的优点,可免除肌力疲劳 ,减少人体的耗能 ,比立姿更有利于血液的循环等。虽然如此，坐姿在某些方面也有其缺点存在，其中最重要的是它限制了人体的活动性，而且,长期的坐姿对人体健康也有许多的不利，比如脊柱的不正常弯曲、人体主要支撑面上的压力等将产生不舒适感。
坐姿生理学
脊柱结构
当人坐在座椅上时,支撑人体处于固定形势的主要结构是脊柱、骨盆和腿足等。从座椅的设计观点而言,腰椎和骶椎两部位最为重要,承受着坐姿时人体的大部分体重负荷。故良好的坐姿,其必要条件是能产生最适当的压力分布于各脊椎骨之间的椎间盘上,以及最适当、最均匀的静负荷量于所附着的肌肉组织上。
同时,人坐在椅子上,并非都是静止不动的, 而是不断地在作调整姿势的细微动作,以消除脊柱部位的不正常压力,这种特征称为坐姿行为。同时脊柱并非是唯一的重要结构,腿和骨盆同样非常重要,因为这两个部位在稳定人体的功能上, 可被看作是简易的机械杠杆支撑系统。人体大部分的重量是由座垫上的两点来承担，这种系统在力学上很不稳定。需增加腿与足所提供的杠杆作用,才能使这种系统趋于稳定。因此一方面坐在椅子上的人体需要经常改变坐姿以消除不当的压力分布,另一方面则需维持并积极寻求身体的稳定。因此,一张有效率且舒适的椅子必需使坐在其上的人体取得稳定性和可变性。
腰弧曲线
当以X光照片研究人体处于各种不同姿势下(包括立姿、躺姿、坐姿等34 种) 腰椎所产生的曲线变化（如图）,结果发现,当人体舒适地侧躺着,大腿与小腿适度地弯曲时,脊柱即维持其自然的形势,此时背部肌肉群即可处于其最佳的轻松状态。
脊椎后突和前突
坐姿生物力学
肌肉活动度
体压分布
股骨受力分析
椎间盘受力分析
人体姿势是决定椎间盘内压力的主要因素, 椎间盘内压力过高是损坏椎间盘的直接原因，直腰而坐是有利于降低椎间盘内压力, 但肌肉负荷会增大;弯腰坐有利于肌肉放松,却增加了推间盘的内压力"研究发现,如果脊椎长期得不到应有的支持, 则腰部会因为弓弯而造成椎骨、椎间盘、肌腱的负荷, 进而导致慢性肌肉疲劳而产生酸痛;若是椎间盘压力过大易导致椎间盘突出;若是压迫到神经, 则容易产生麻痹的现象，同时, 呼吸系统、消化系统以及眼睛视力等也会因为坐姿而相应发生改变乃至病变。
坐姿人体测量尺寸
工作座椅设计
一般工作场所座椅
1.座椅设计要点
2.座椅结构形式
3.座椅的主要参数
座高（360～480 mm）
1. 适当的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面。
2. 座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面前缘应比人体膝窝高度低3—5cm，且有半径为2.5—5cm的弧度。
3. 座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。
座宽（370～420 mm）
1.座宽的设定必需适合于身材高大的人,也因为其相对应的人体测量值是臀宽。而此种人体尺寸值受性别的差异影响很大，故座宽宜采用较高百分位数的女性测量值为设计根据。
2.对成排相邻放置的座椅，如剧场观众椅，则座宽应以肘间距的群体上限位为设计基准，以避免拥挤压迫感。
3.座宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。
座深（360～390 mm）
1.指椅面前缘至后缘的距离，根据人体的大腿长度而设计，该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位
2.正确的坐姿才能使坐在其上的人体容易地寻求到合适的腰椎支撑。就工作用椅而言,它的使用者群体遍布很广,故其座深要求取身材较矮小的人体测量值作为设计依据,因为对于就身材高大的人，其唯一的不利因素只是在于其双膝可能会略微露出座面前端而已,只要所设定的座高十分正确,使双就腿能平放在地面上,就不致于在大腿底部引起压力疲劳。
座面倾角（0～5度）
1.座面倾角指座面与水平面所夹角度
2.座面后倾的作用有两点：
一是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。
二是防止坐者从座缘滑出座面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要，如汽车驾驶用座椅及长途汽车的乘客座椅
3.对工作座椅而言，因作业空间一般在身体前侧，如座面过份后倾，脊椎因身体前屈作业而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，因此倾角不能太大，一般为3～4度
腰靠的高度和宽度
1．因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。我国成年人腰椎部中心位置约在座位上方165～210mm处，腰椎支点应略高于此尺度，以支持背部重量。
腰靠倾角（95～115度）
与座垫角度一样,靠背与座垫之间的角度也具有两种目的,防止坐姿的人体向前滑动和引导腰弯部位(包括骶椎) 依靠在靠背上。
从人体脊柱的形状而言,110°较为适当,它能产生接近自然的腰部形状。
扶手高（座垫有效厚度以上21—22cm）
1.在不妨碍执行某些待定作业的情况下，一般座椅应考虑设置扶手。扶手的主要功用是使手臂有所依托，减轻手臂下垂重力对肩部的作用，使人体处于较稳定的状态。它也可以作为起身站立或变换坐姿的起点。
2.扶手不能太高，否则迫使肘部抬高，肩部与颈部肌肉拉伸；但如果过低则实际上使臂部得不到支撑，或者躯干必须偏斜，以寻求一侧的支承。
椅子扶手要有合理高度以便手肘轻靠, 同时令手腕感觉运动更舒适，作业时保持手臂的水平或向下是办公桌面设计的最佳原则，调查发现前臂与水平面成O"角时,肌电积分值最小, 此时肌肉负荷最小，身体的稳定性也可以通过手、肘来帮助实现, 如果需要手臂支撑, 可以把手臂放在桌子上，对于有扶手的座椅, 扶手高度自椅面以上ZOOmm上下为宜,应该是能使手臂自然地垂下的高度, 靠手太高是错误的设计。
椅垫
椅垫具有两种重要功能
首先，人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75％左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。所以需要椅垫来缓解坐骨压力。测试研究表明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。
其次，它能使身体采取一种稳定的姿势,将身体凹陷入椅垫并支撑它。
久坐工作人员座椅
《2009年中国城市健康状况大调查》和《中国城市“白领精英”人群健康白皮书》研究显示,
中国企业白领人员86%的年龄在22一45岁之间, 但眼部炎症及视力下降占80% , 颈腰椎异常30% ,泌尿系异常23.5% ,亚健康比例高达76%，有58%的白领“每日久坐办公5～8个小时,更有25%的人每日久坐办公8～12个小时,成为名副其实的椅族。
如图所示，直腰而坐是有利于降低椎间盘内压力, 但肌肉负荷会增大;弯腰坐有利于肌肉放松,却增加了推间盘的内压力。
办公室工作座椅
办公椅
Grandjean[9]曾对办公室里的文书操作员所用的座椅进行研究,他们利用一种自己设计的特定座椅机(seating machine) ,让受测者坐在上面,依其人体所需求的舒适条件调整座椅的各部位尺度, 直到最满意程度为止,最后记载其最终的数据,经过分析研究判断后得出如图1 所示的舒适的座椅原型。
图1 舒适座椅原型
4 . 2 多用途椅
图2 舒适的多用途椅原型
[ 7 ] 的研究, 是以2 5 位男性和2 5 位女性为样本,使其坐在12 种不Gr a n d j e a n 等
同设计的多用途椅后,要求受测者检验这些椅子对其本身人体上11 个部位所产生的压力状况,评价其舒适程度, 另外每一位受测者以配对比较法,将每张椅子与其它椅子进行对比,评价其总体舒适度。研究结果,选出了两张公认最好的座椅原型,如图2 所示。其中所列的各部位尺寸值,就是分析所有相关资料后所得出的结果,数据中包括了整个座面上的2~4cm 泡棉垫。
4.3 休息与阅读用椅用于休息和阅读的座椅,其特性应与那些用
于活动力较多的座椅不同。Grandjean等[10]进行了一项研究,他们利用一种可调整式的座椅机,让受测者依其所需的舒服感作各种座椅尺寸的调整,座椅机最后可调整到任何期望的形态,结果发现大多数的受测者都对表1 所示各种角度和尺寸值的座椅较为感到满意。这两种座椅的外形轮廓如图3 所示,虚线表示扶手及可能的完整外形,座椅的表面包括有6cm 厚的椅垫,两种座椅都提供有完整的靠背支撑,尤其是脊柱下方(腰弯部位) 的凸出部位是其设计特点。
表1 休息与阅读用椅的尺寸范围
座面倾斜
靠背倾斜座面高度(cm)
阅读用
23~24° 101~104°
39~40
休息用
25~26° 105~108°
37~38
图3 舒适的休息与阅读用椅外形轮廓
座椅设计的新概念
动态座椅
前倾式座椅
膝靠式座椅
挪威设计师汉司·孟索尔设计的新式座椅--跪式坐具。它的特点是坐面前倾，在坐面前下方有一个托垫来承托两膝；人坐时，大腿与腹部自然形成理想的张开角度，可避免躯干压迫内脏而影响呼吸和血液循环。两膝跪在托垫上，大大减轻了臀部的压力，足踝也得以自由。它的最大好处是使脊柱挺直，骨节间平均受压，避免变形增生，使人体的躯干自动挺直，从而形成一个使肌肉放松的最佳平衡状态。它没有靠背，背部可以自由活动，但不能后靠休息，且下肢活动不便。
在跪式坐具的基础上，有关人机学者又研究设计出一种称之为"云椅"的坐具，它是将跪式坐具和微机工作台组合在一起的。
国外优秀人机工程学座椅
?Verté办公椅，它的背面看上去很像人的脊柱，它由11个可以弯曲的弹簧链接，当人背靠着的时候，它会变形到适合背部的最合适的状态。
?宾尼法利纳的Xten办公椅这个办公椅后面有一种神奇的凝胶材料，可以吸收人体的汗液，并且能减少身体60%的疲惫。
?法拉利360 Daytona 办公椅这是为赛车狂热的办公室白领设计的座椅，它的靠背也能根据人体的姿势任意改变。座位的旁边有可以改变座椅高速的杠杆系。
?完全钢制的座椅Acuity Chair这款由Acuity和意大利米兰设计公司Bruce Fifield共同设计的座椅，完全采用灵敏度极高的钢制成，使用的时候，它的人机工程学和人体姿势的吻合简直是天衣无缝。
?Ergo办公椅这个鸡蛋外形的座椅是由一群内科医生，保健师以及瑞士工程师共同设计的，它不同于其他的人机工程学座椅，可以改变靠背，它的目的是加强腹部和脊背上的肌肉。
?Humanscale自由椅这个椅子有个自动装置，取代了传统的手柄或者按钮，它可以自动改变适应人体姿势的位置。这种座椅会促使人们经常改变坐姿，保证了人体的舒适和健康。
?Herman Miller 公司推出的Aeron Chair 得到了人机工程学办公椅胜利奖，由Don查德威克和比尔施通普夫在1994年赫曼米勒，是一个现代设计的经典。重量超轻，舒适网格形态背部，让空气流通，完全消除背部出汗问题。它的高和宽的结构减少了对脊柱的压力，它的沿座椅前缘可以更好地进行腿部血液循环，对大腿没有压力。
好，优秀的座椅设计大家也看了很多，下面来看一下我们调研的宜家的座椅调查研究
我们去宜家拍了几组椅子，下面我们来分析一下它们符不符合人机工程学。
丽雷登工作椅：
这款椅子是典型的工作椅，因为没有两侧的扶手，所以工作起来也比较方便，胳膊的活动范围也比较宽阔。我们将它和办公台进行了一下组合，
首先看办公台，台面的长度为102cm，根据我们班的人体测量尺寸平均值得出人在平侧伸直两臂时，左右手可达长度为124cm。就是说人在使用这套桌椅时，假设人坐在中间不移动椅子的位置，手仍然可以随意到达桌子的左右边缘活动。
然后再看椅子，椅子的座深为44cm，根据我们班测出的臀膝距第5百分位数为53.6cm，再假设在人的腰部与椅子靠背完全贴合的情况下，大腿露出椅子前面边缘的长度大约为
10cm，那么基本上可以判断这个椅子的座深是符合人体工程的，再根据我们班女生群体尺寸上限值为31cm，此座椅座宽值为44cm，两边各余出6cm的长度，人坐上去会比较舒服。而且根据坐垫设计的压力分布不均匀原则，椅子坐垫的前缘采用了下弧式弯折曲线设计，这种设计会减少椅面边缘对大腿下部及大小腿回弯处产生的压迫。
这款座椅的底盘采用的是“星型”（星星的“星”）底座支腿，可以平均在五个方向上受力支撑座椅，有着非常好的平衡性和平稳性。
再看一下这款座椅的靠背，靠背的倾角为96度，符合工作座椅的设计要求，但是我们看一下，在腰椎的贴合处，腰靠做的不是很明显，长时间的工作，腰椎部位得不到很好的支撑。可能导致上半身的重量对腰椎的压力增大，腰椎不仅能缓解后突。
最后看一下坐垫，这款椅子的垫子厚度有6cm，不仅能缓解坐骨上的压力，而且还能减轻背部的压力。
下一个椅子：
下一个椅子我们结合着我们所建的模型来讲，因为这两款椅子的外观参数、舒适度都相似。
首先椅面为7cm弹性适中的软垫，缓解坐骨结节压力的同时能使居坐更舒适放松。
经测量座高为45～53cm，根据我们班测量的小腿加足高第五百分位数为51.7cm，推断出，人在使用这款座椅双腿呈90度弯曲，此时双脚能平放于地面，所以这款座椅的座高符合人机工程学设计，而且坐垫前边缘也根据坐垫设计的压力分布不均匀原则采用了向下弯折，减小了大腿下部的压力，避免了腿部的不适。
这款座椅设置了扶手，扶手的主要功用是使手臂有所依托，减轻手臂下垂重力对肩部的作用，使人体处于较稳定的状态，经测量，这款座椅的扶手在椅面上方20cm，前臂搭在扶
手上能自然的垂下，此时手臂的肌肉负荷最小，也不会对肩部造成拉伸。
这款座椅最大的优点就在于它在腰椎的腰靠部位根据人体的脊柱形状设计的靠背，因为没有腰靠或者腰靠不明显的话，久坐会引起脊柱的变形，这样根据腰椎形状设计的靠背可以使腰弧曲线处于正常的生理曲线。经测量，靠背的倾角为109度，这个数值相对于一般工作座椅来说角度偏大，因为人们的一般工作姿势是直坐或前倾，靠背偏大的话，会影响工作效率和工作舒适度。
手握式工具
手握式工具是人双手能力的延伸。它极大地扩大了人的生理能力,增加了人的动作范围和力度,从而提高工作效率。正因为有了如刀具、钳子、书写笔等工具.让人的双手具有了切割、更大的夹力、书写等功能。但长期不合理的手动操傲,会使人产生手部痛觉,甚至变形;同时也能引起大脑疲劳,影晌劳动情绪、降低工作效率、影响劳动质量。因此,我们在研究手与物的关系的基础上,总结手握式工具设计中在人机关系方面的设计原则。使手持工具设计能够减轻重复或持久操作的疲劳,避免身体损伤和职业疾病。
手握式工具设计原则：
一般原则：
（除书上给出的之外还要考虑到）：
1 手工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺寸和解剖条件适应。
2 使用时能保持手腕顺直；避免掌心受压过大；尽量由手部大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。
3 避免手指反复弯曲扳动操作；避免或减少肌肉的“静态施力”。使用手工具时的姿势、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。
4 不能让同一束肌肉即进行精确控制，又出很大力量。
5 注意照顾女性，左手优势者等群体的特性和需要。
解剖学因素：
1.避免静肌负荷
当使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩、臂及手部肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低效率
解决：水平面上使用直杆式工具，的工作部分与把手总部分做成弯曲式过渡，使手臂自然下垂。
2. 保持手腕处于顺直状态
当使用工具时手腕处于掌屈、背屈、尺偏等别扭状态时，会产生腕部酸痛，握力减小，严重时会引起腕道综合症、腱鞘炎。
3 .避免掌部组织受压力
如果工具使用时在掌部和手指处造成很大压力，妨碍血液在尺动脉的循环，引起局部缺血，导致麻木，刺痛感。
1.好把手应具有较大接触面，使压力能分布于较大的手掌面积上，减小应力；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位。
2. 如没有特殊的作用，最好不留指槽，因人体尺寸不同，不合适的指槽会造成某些操作者手指局部的应力集中。
4. 避免手指重复动作
如果反复用食指操作扳机式控制器时，就会导致扳机指，气动的工具或触发式电动工具时常会出现。
设计时应尽量避免食指做这类动作，而以拇指或指压板代替。
手握式工具的分类
根据手对工具不同的抓握姿势,我们可以把手握式工具分为：指握式工具和掌握式工具。
指握式工具
指握式工具是指以指球肌作为主要工作面,辅助掌部和前臀其他肌肉共同来完成动作的工具,比如书写笔、镊子等。指握式工具工作时主要表现为手指的运动,肢体活动范围比较小,但工作精度可以很高。当指握式工具对活动范围要求较大时。可以由腕部肌肉带动手腕结合
指关节的活动扶同完成,操作力量因为有了前臀和上臂部肱二头肌、肱肌、和肱桡肌等的参与而增大.但同时控制的精密度则会下降。
针对指握式工具,在进行人机关系设计时应注意以下几方面：
(1)尽可能减小指球肌的压力。因为指握式工具抓握面积小,所以对抓握部位应重
点设计。抓握时指球肌均应与产品的某个平瓣援魅,激减夺攮撵瓣攒球虢是帮燕强。砖:}需要长时阗持续耀力的工具,还应该采取其德方法减/j、羔具对指球虢的压迫,如在很多手写笔上采用橡胶套管等。
(2)(2)尽可能保证上臂和前臂处于无负荷的状态。手工具在长时间使用后,发现疲
劳部位不是手指.而是上臂和前臂肌肉, 这说明在这些工具使用时上臂和前臂肌肉处于负荷状态,我们可以通过调整工具的使用方式,或者同时设计工作状态下肘部或者腕部支撵。这样均可以保证指握式工具长时间有效工作。
(3)(3)充分考虑操作力的方向性。对于具体工具来讲.均有主要的工作方向。可能
是某个操作频率很高的方向,或者是用力很大的方向。在工具设计时,我们除了要考虑人肢体上的适宜操作方向,并且要在工具的抓握方式上选择适合施力方向的造型设计。
(4)(4)合理的抓握配重。在工具的抓握中,为了操作更加省力,我们还应该有适合的
配重。例如我们日常生活中所使用的筷子,一般使用者的手握部分上面还会多于出一截,看起来好像没有用,但是你若是将它截除,会发现筷子使用起来会有些不方便。因为这一截筷子在使用中起到了平衡配重的作用。也就是以手握点为支点,平衡了前面加持部分的重量。配重过轻, 操作时费力;配重过重,在不操作时.也需要力量来维持平衡. 这两者均不符合手握式工具的设计原则。
掌握式工具
掌握式工具是指由手掌各部分肌肉均参与抓握的工具.如刀具,钳子、及各种把手等。
掌握式工具的操作一般会由腕部肌肉或者上臂肌肉完成.掌部肌肉主要是保持工具姿势的作用。因为有上臂部肌肉参与,所以掌握式工具可以发挥的力量比较大,工具的动作范围也比较大。
为避免长时|.日J操作疲劳,针对这类工具应充分考虑到人机关系之间的协调:
(1)抓握部位与人手的匹配。掌握式工具的操作方式是掌面和手指周向抓握。所以需
要符合抓握工具和手的人机关系。
人机关系主要包括直径、长度等。把手直径大小取决于工具的操作姿势和手的尺寸。
如螺
丝刀,把手直径大一些可以增加扭矩。提高工作效率;但直径太大,则会大大减小握力。经试验。比较适合的直径是30—40ram。2把手长度主要取决于手掌宽度。掌宽一般在71—79ram 之间(5%女性一95%男性统计数据),因此合适的把手长度为100—120ram。(2)操作活动应在手的最佳活动范围内完成。这里所谓的
最佳活动范围不仅指工具能够容易到达的地方,还需要眼睛视线清楚可见的范围以内。在操作中.如果因为操作范围要求较大.需要上臂部外展.应尽可能保持上臂的自然下垂状态,以避免上臂长时间外展引起的疲劳,降低作业效率。
(3)保持手腕的顺直状态。在工具设计时.应尽可能保持手腕的顺直状态,当手腕长时间处于掌屈、背屈、尺侧偏或桡侧偏时,均会产生脘部疼痛,减小腕部力量。我们可以通过工具的设计达到手腕的顺直状态,但同时要考虑工具操作的方向性。
(4)避免静态施力。尽可能减少不必要的静态负荷,以减小能量消耗和疲劳。
(5)避免掌心组织受压力。通过手部肌肉结构可以看出。掌心部位肌肉分布很少.而血管和神经分布较密集,所以在较大力量操作掌握式工具时.要避免在掌心部造成很大的压力,妨
碍血液在尺动脉中的循环,引起局部缺血,导致麻木、刺痛等。同时手柄的着力方向和震动方向不能集中于掌心和指骨问肌,如果掌心长期受压受振,可能会引起难以治愈的痉挛。至少易引起疲劳和操作不准确。因此,手柄的形状设计应避免手柄形状丝毫不差地贴合于手的握持部分,尤其是不能紧贴掌心,操作者握住手柄时掌心处略有空隙。以减少压力和摩擦力的作用。
目录 1.序论 (1) 1.1设计的目的 (1) 1.2设计的意义 (1) 1.3设计的任务 (1) 2.总体方案设计 (2) 2.1二维数控精密工作台的原理 (2) 2.2设计的整体方案 (3) 2.2.1工作台总体结构的确定 (3) 2.2.2传动方案的确定 (3) 2.2.2.1丝杆螺母副的选用 (3) 2.2.2.2导轨副的选用 (4) 2.2.2.3联轴器的选用 (4) 2.2.2.4伺服电动机的选用 (4) 2.3绘制总体方案图 (4) 3.机械系统的设计计算 (5) 3.1滚珠丝杆选择 (5) 3.1.1滚珠丝杆工作长度计算 (5) 3.1.2计算载荷 (6) 3.2.3额定动载荷计算 (7) 3.1.4稳定性校核 (8) 3.1.5滚珠丝杆副的刚度计算 (9) 3.2滚动直线导轨选择 (9) 3.2.1导轨额定寿命计算 (10) 3.2.2导轨工作载荷计算 (11) 3.3联轴器的选择 (11) 3.3.1联轴器传递功率确定 (12) 3.3.2联轴器的选定 (12) 3.4轴承选择 (13) 3.5步进电机的计算与选型 (14) 3.6系统整体性能计算 (15) 3.6.1步进电机轴上总当量负载转动惯量计算 (15) 3.6.2系统刚度计算 (16) 3.6.3系统固有频率计算 (16) 3.6.4系统死区误差计算 (17) 3.6.5由系统刚度变化引起的定位误差计算 (17) 4工作台整体装配图及零件图 (20) 5总结 (20) 6参考文献
1.序论 1.1设计的目的 “精密机械设计基础”课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。在这次课程设计中不仅仅是完成一项指定的任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。学生在课程设计中定位为设计者，对方案进行筛选论证，考虑结构工艺性和选材。整个设计采用AutoCAD和Solidworks完成，从3D建模到2D 图纸。要求学生至少做出一张可用于加工的图纸，图纸的尺寸标注要合理，要有尺寸公差和行为公差，要正确选择材料，要有技术要求。总之，通过本次课程设计使学生知道，设计过程包括哪些步骤，能够投放生产的加工图纸是什么样子的。其目的是: （1）具体应用、巩固加深和扩大课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础。 （2）掌握正确的设计思想，并通过本次课程设计使同学们掌握仪表的设计思想。 1.2设计的意义 精密机械课程设计是一次比较完整的精密机械设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节。对于学生能力的培养具有重大意义。 1.3设计的任务 设计一个数控X-Y工作台，该工作台可用于铣床上坐标的加工和塑料、铝合金零件的二维曲线加工。其实际结构如下图1.3所示：
引言 对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。 使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。 培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的能力，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。 培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。 使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。 本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。 目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是： 1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2．在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力； 3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。
内容摘要 本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。但是新的问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。 随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的使用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。 在PLC的支持下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。 关键词：三工位旋转工作台；可编程控制器；提高效率；自动化
目录 第1章引言 (1) 第2章设计方案 (2) 2.1总体方案说明 (2) 2.1.1控制要求 (2) 2.1.2制定控制方案 (2) 2.2 控制方式选择 (2) 第3章P L C控制系统设计 (3) 3.1 动作特性 (3) 3.2 液压控制部分设计 (4) 3.3 控制流程图 (4) 3.4I/O地址分配表 (6) 3.5I/O接线图 (6) 3.6梯形图 (7) 3.7语句表 (12) 结论 (16) 设计总结 (17) 谢辞 (19) 参考文献 (20)
第1章引言 随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术和机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械和电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。 三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。 ＰＬＣ的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛使用。 目前ＰＬＣ已经在工业生产过程中得到广泛使用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子S7-200系列PLC来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。 钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转120°完成一个工位，循环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。 第2章设计方案 2.1总体方案说明 从我们入大学开始接触机械设计开始起，老师就教导我们任何设计都要先从整体上对要做的设计内容要构想一下。只有对整体设计做出全局的把握，设计才会有所针对。拿到课程设计题目后，我并没有直接进入主题开始着手设计，而是逐步先将设计要求研究了一遍，认真对设计思路做了一个规划然后才开始了设计。 2.1.1 控制要求 （1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 （2）手动调整采用按钮点动的控制方式。包括上料进、退操作、工件夹紧、放松操作，钻头下降、上升操作，卸料进、退操作，工作台旋转操作。 （3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮
系统设计说明书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
系统设计说明书 文件状态：[√] 草稿[ ] 正式发布[ ] 正在修改文件标识当前版本作者完成日期 版本历史 版本/状态修订人修改日期备注 第一部分、概述 1、文档说明 本文档适用于本项目开发人员阅读，开发人员可据此进行开发。本设计文档主要采用了OOAD的方法，从类图和时序图的角度对系统进行了分析设计。 2、系统需求概述 本系统是一个关于开发式基金进行交易的平台，它主要包括一下功能：基金产品管理 客户资料管理 客户资金账户管理 基金交易管理 第二部分、系统总体结构 该系统将采用J2EE技术架构实现，
第三部分、系统设计1、类图说明 第四部分、数据库设计1、具体设计
第五部分、界面设计1、主界面设计
2、用例界面实现 添加基金产品 A、用例图 见系统用例图 B、描述 功能主页上，点击点击添加新客户的链接，输入客户信息：客户姓 名、性别、身份证、电话、地址、E-mail然后系统添加客户信息，身 份证是客户的唯一性判断标准。 C、参与者 基金柜台操作人员 查询基金产品信息 A、用例图 见系统用例图 B、描述 在功能主页上，点击查询产品信息链接，可开始查询基金产品信 息，列出所有的基金产品信息。 C、参与者 基金柜台操作人员 修改基金产品信息 A、用例图 见系统用例图 B、描述
先查询该产品信息，在查询出来的结果页面上，点击修改按钮，便 可进行产品信息修改，输入修改的产品信息后，系统更新该产品信 息。 C、参与者 基金柜台操作人员 添加新客户 A、用例图 见系统用例图 B、描述 功能主页上，点击点击添加新客户的链接，输入客户信息：客户姓 名、性别、身份证、电话、地址、E-mail、爱好，然后系统添加客户 信息，身份证是客户的唯一性判断标准。 C、参与者 基金柜台操作人员 查询客户基本信息 A、用例图 见系统用例图 B、描述 功能主页上，点击查询客户信息的链接，然后输入客户编号或身份 证，进行查询，查询后显示客户基本信息：客户编号、姓名、客户 可用资产和客户总资产。 客户可用资金 = 客户资金帐户资金 客户总资产= 客户资金帐户资金 + 所有基金帐户当前市值 C、参与者 基金柜台操作人员 修改客户基本信息 A、用例图 见系统用例图 B、描述 先查询出客户基本信息后，然后点击修改按钮，输入修改信息，点 击修改按钮后进行客户资料的修改，客户代码不能修改。 C、参与者 基金柜台操作人员 查询客户详细信息 A、用例图 见系统用例图 B、描述 先查询出客户基本信息后，然后点击详细信息按钮，查询出客户的详细信息，包括： 客户基本信息 客户代码、姓名、性别、身份证号码、联系电话、联系地址、EMAIL、客户偏好、
本科生专业课程设计 （届） 学生姓名： 学号： 专业名称： 班级： 指导教师： 年月日
目录 专业课程设计计算说明书 (3) 原始数据 (3) 一、系统总体方案设计 (3) 二、机械系统的设计计算 (4) 三、控制系统设计 (19)
专业课程设计计算说明书 原始数据 设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制, 控制方式采用步进电机开环控制。其他参数如下： 一、系统总体方案设计 由设计任务书知，本次设计可采用如下方案： （一）机械系统 1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。 2、导向机构采用滚动直线导轨。 3、执行机构采用步进电机。 （二）接口设计 1、人机接口
（1）采用键盘或BCD 码盘作为输入。 （2）采用LED 作为电源等指示标志。 （3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。 （4）采用数码管作为显示器。 2、机电接口 采用光电偶合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口，实现电气隔离。 （三）伺服系统设计 本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。 （四）控制系统设计 1、控制部分方案选择 控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。 上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈控制部分，再经过比较放大的则为“半闭环控制”。如若是在“机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。 采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出 转角与控制器提供的脉冲数有着正比关 系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精确度要求不是很高时， 采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。 二、机械系统的设计计算 （本次设计若未作特殊说明，其中的表与图均来自：由郑堤主编的《机电一体化设计基础》） （一）初选步进电动机 根据已知条件：X 、Y 方向的脉冲当量y x δδ、分别为： 开环控制流程图 开环控制原理图
毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目： 系 别：机电系 专 业: 机电一体化 完成时间: 目 录 一．毕业设计的目的 (3) 二．加工零件的分析……………………………………………… 三．加工工艺的编排与分析………………………………………
四．结构设计……………………………………………………… 五．各部件的计算与校核………………………………………… 六．整体的液压设计……………………………………………… 七．整体的电气控制设计………………………………………… 八．毕业设计总结………………………………………………… 九．主要参考资料………………………………………………… 一．毕业设计的目的 毕业设计是学生综合运用所学过的基本理论，基本知识与基本技 能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练， 其主目 的： （1） 培养学生综合分析的解决本专业的一般工程技术问题的独立 工作能力，拓宽和深化学过的知识 （2）培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握 工程设计的一般程序规范和方法。 （3）培养学生正确使用技术资料，国家标准，有关手册图册等工 具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 （4）培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工作和 工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
二．法兰盘加工的回转工作台设计 （一）加工零件的分析 如此法兰盘为一个式厂常用件，加工精度要求不太高，但年需求量较大。 因此，加工此法兰盘时，首先，需要考虑的问题就是加工的生产效率。 1、采用通用机床夹加工此法兰盘时，加工的范围可以进行扩大，可以加工 出一系列的法兰盘，但通用机床的调整时间较长，装央与拆卸工件的时间较工， 使得法兰盘的加工效率无法进行提高。 2、专门化机床的工艺范围较窄，只能加工一尺寸范围内的某一类零件，完 成某一种特定工序，但生产效率较通用的机床高。 3、专用机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序，但 专用机床的加工效率是这三类机床中最高的。 因此专用机床较为适用了加工此类 法兰盘。 4、组合机床作为专用机床中的一种与通用机床的专门化机床相比较。 （1）组合机床由 70-90％的通用零部件组成，可以缩短设计和制造周期， 而且在需要的时候，还可以部分或全部改装。以组成适应新加工要求的设备就是 说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。 （2）组合机床是按具体加工对象专门设计的，中以按最佳工艺方案进行加 工。 （3）在加工零件时，组合机床可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工 件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最好途径，这也正是加工法兰盘 所需要的。 （4）组合机床是在工件一次装夹下用的轴实现多孔同时加工，有利保证各 孔相互之间的精度要求，提高产品质量，减少了工件工序间的搬运，改善了劳动
工作台与座椅与作业空间设计 6.1 工作台设计 6.1.1 工作台的基本类型 工作台一般均由面板和支承部分构成。根据组合形式不同，一般可分为桌式工作台、柜式工作台和平台式工作台三种。 1)桌式工作台桌式工作台是常见的工作台，它包括各种办公桌、课桌、微机操作台及各类服务性柜台等（图6.45）。桌式工作台的特点是结构简单，视野开阔，采光好，桌面上可任意组放各类供操作使用的物品。桌面下方可根据需要任意组合分割出供储备的使用空间。桌式工作台的桌面一般多做成水平的，也可根据需要做成带10°-20°倾角的斜面。因为桌式工作台在使用时多采用坐姿，所以，在设计和选用时必须充分考虑工作座椅的配套问题。 2)柜式工作台柜式工作台是指控制器和显示器均固定安装在面板上的专用工作台。按工作台面板组合形式的不同，一般又可分为直柜式工作台、弯折式工作台和弧面形工作台等。柜式工作台的操作一般多采用坐姿或站、坐姿。因此在没计时必须充分考虑不同操作姿势的座椅配套问题，同时还应充分考虑到容膝空间问题。 ①直柜式工作台该形式工作台的支承部分多是一字形排列的箱柜，台面由几块面板按平面、竖面或斜面组合而成。其特点是台面沿横向尺寸较大，既可单件使用，也可多件组合使 用；既可一人操作，也可供多人同时操作(图6．46)。 ②弯折式工作台该形式工作台是在直柜式工作台的基础上演变 而成的。即根据需要把直柜式工作台的左、右两边各弯折一次， 形成三面相交的形式。其基本要求是，弯折后各面板的中心距人 眼的垂直距离应大致相等，并保证在最佳视野范围内(图6．47)。 ③弧面形工作台该形式工作台是在弯折式工作台基咄上的进一 步变形 (图6．48)。
文档标题 文档编号BH-CSD-003 版本V1.0 密级商密 A 研发生产中心项目名称全科医生专家咨询系统 项目来源 系统详细设计说明书 （V1.0 ） 南京毗邻智慧医疗科技有限公司 二○一三年十一月
文档变更记录 序号变更（ +/- ）说明作者版本号日期批准1 创建Steve.ma V1.0 2013.11.15 1 引言.......................................................................... (3) 1.1 编写目 的 ......................................................................... (3) 1.2 背 景 .......................................................................... (3) 1.3 定 义 .......................................................................... (3) 1.4 参考资 料 ......................................................................... (4) 2 平台安全体系与程序系统的结构........................................................................................ (4) 2.1 平台安全体 系 ........................................................................ (4) 2.2 程序系统结 构 ........................................................................ (5) 3 程序设计说 明 ........................................................................... (5) 3.1 程序描 述 ......................................................................... (5) 功能及其接 口 ........................................................................
《机电一体化系统设计》课程设计说明书题目数控回转工作台的设计 机械工程学院机械电子工程专业机电1302班201302170225号学生姓名肖鹏飞. 指导教师刘军安陈小异. 完成日期2016年12月09日.
湖南工程学院机械工程系
湖南工程学院 课程设计（论文）任务书 设计题目：数控回转工作台机电系统设计 姓名：肖鹏飞系别：机械工程专业：机械电子工程班级：1302 学号25 指导老师: 刘军安陈小异教研室主任谭季秋 一、设计要求及任务 1．设计任务 （1）总体设计 （2）机械系统的设计与计算； （3）控制系统设计：采用51单片机或FX2N PLC控制，步进电机驱动，转角输入与显示； （4）编写设计说明书。 2．设计要求 （1）正反旋转，回转角度0~360o；最大回转半径100mm, 最大承载重量20kg;工作台输出精度2mrad,具备自锁功能； （2）机械部分：A1装配图1张； （3）控制部分：硬件设计，程序设计。 二、进度安排及完成时间 1．设计时间：三周，2015年12月14日至2016年01月1日。 2．进度安排 第一周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，提出设计方案，进行设计。第二、三周：整理资料，撰写设计说明书，上交设计图纸、说明书（要求手写稿）。
目录 绪论 (6) 第一章数控回转工作台的原理与应用 (7) 1.1 数控回转工作台 (7) 1.2 设计准则 (8) 1.3 主要技术参数 (8) 1.4 本章小结 (8) 第二章数控回转工作台的部分原理及结构设计 (9) 2.1 步进电机的原理 (9) 2.2 传动方案传动时应满足的要求 (9) 2.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (10) 2.4 轴承的选用 (10) 2.5 轴承的游隙及轴上零件的调配 (11) 2.6滚动轴承的配合 (11) 2.7 滚动轴承的润滑 (11) 第三章控制系统设计 (12) 3.1 系统方案设计构成 (12) 3.2 单片机 (13) 3.3 光电耦合 (15) 3.4 环形分配器 (15) 3.5 功率放大器 (18) 3.6 程序 (20) 总结 (23)
任务书 课题十二、设计一个3工位旋转工作台的控制系统 1.动作特性 其工作示意如图所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸件。 工位1：上料器推进，料到位后退回等待。 工位2：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后，工件松开，放松完成后等待。 工位3：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 2.控制要求 工位2 工作台示意图 1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 2）手动调整采用按钮点动的控制方式。 3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个起动按钮来控制进入下一次循环。
4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。 5）系统运动不很复杂，采用4台电机。 6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，采用不进入PLC的方法以节省I/O点数。 7）由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现。 3.时间安排 第1-2天：根据设计任务查阅相关文献； 第3-6天：选择一种合适的设计方法，制定详细的设计方案，设计出满足要求的电器控制系统并验证其正确性； 第7-8天：编写课程设计报告；绘制相关电气图纸。 第9-10天：提交课程设计报告；进行课程设计答辩。 4.所需提交的材料 1）编写输入输出对照表。包括信号名称、外部元件号、内部继电器号 2）绘制PLC外部接线图 3）绘制功能流程图； 4）编写、调试梯形图或语句表程序
目录 任务书 ..................................................................... 错误！未定义书签。第1章课程设计任务说明 ................................... 错误！未定义书签。 1.1 课题简介........................................................ 错误！未定义书签。 1.2 系统总体方案设计概述................................ 错误！未定义书签。第2章课程设计任务分析 ................................... 错误！未定义书签。 2.1 设备机构组成分析........................................ 错误！未定义书签。 2.2 设备工作过程分析........................................ 错误！未定义书签。第3章控制方案设计 ........................................... 错误！未定义书签。 3.1 总体方案设计................................................ 错误！未定义书签。 3.2 电气系统设计 (4) 3.3 电气控制系统设计 (4) 3.3.1 系统控制与信号分析 (4) 3.3.2 I/O分配表 (5) 3.3.3 I/O端子接线图 (6) 第4章控制流程分析 (7) 4.1 功能图 (7) 4.2 梯形图 (8) 4.3 语句表 (11) 课程设计心得 (14) 参考文献 (15)
第6章工作台椅与工具设计 一、填空题 1、控制台形式主要有：式控制台、式控制台、式控制台和式控制台。 2、根据图中阴影区的形状来设计控制台，可使得操作者具有良好的。 3、控制台的设计，最关键的是与的布置必须位于作业者正常的作业空间范围内。 4、控制台设计的主要工作是客观地掌握。 5、电子化办公台的调节方式有：方向的高低调节、方向的台面调节以及台面的调节等。 6、脊柱侧面有四个生理弯曲，即、、及。在人的四个生理弯曲中，与坐姿舒适性直接相关的是。 7、设计座椅时，保证的正常形状是获得舒适坐姿的关键。 8、尺寸是座椅静态尺寸设计的主要依据。 9、工作座椅必须具有的主要构件是：、、。 10、双把手工具的主要设计因素是。 二、选择题 1、在下面四个生理弯曲中，与坐姿舒适性直接相关的是（）。 A、颈曲 B、胸曲 C、腰曲 D、骶曲 2、在确定座椅深度尺寸时，需要参考（）尺寸。 A、臀部至膝盖的距离 B、臀部至脚后跟的距离 C、臀部至小腿的距 离
3、使用螺丝起子工作时，手的抓握属于（）。 A、着力抓握 B、精确抓握 4、用手握铅笔写字属于（）。 A、精确抓握 B、着力抓握 5、图示钢丝钳设计中，较好的是( )。 A、(a)图 B、(b)图 6、下图把柄设计中，较好的是( )。 A、(a)图 B、(b)图 7、一般认为，将工具的把手与工作部分弯曲（）左右，效果最好。 A、0o B、10o C、30o 8、在下图所示的烙铁把手的设计中，（）为优良设计。 A、右图 B、左图 9、图示手把设计中，较好的为( )。 A、上排 B、下排
三、简答题 1、座椅的设计原则是什么？ 2、手握式工具的设计原则是什么？
软件体系结构设计说明书 1.文档简介 [本节主要是描述软件体系结构设计说明书的目的、范围、相关术语、参考资料和本文档的摘要性介绍。软件体系结构设计属于高层设计文档，是符合现代软件工程要求的概要设计。] 1.1 目的 [软件体系结构设计说明书，将从设计的角度对系统进行综合的描述，使用不同的视图来描述其不同方面。在本小节中，将对该文档的结构进行简要的说明，明确该文档针对的读者群，指导他们正确的地使用该文档。] 1.2 范围 [说明该文档所涉及的内容范围，以及将影响的内容。] 1.3 定义、首字母缩写词和缩略语 [与其它文档一样，该文档也需要将本文档中所涉及的所有术语、缩略语进行详细的定义。还有一种可简明的做法，就是维护在一个项目词汇表中，这样就可以避免在每个文档中都重复很多内容。] 1.4参考资料 [在这一小节中，应完整地列出该文档引用的所有文档。对于每个引用的文档都应该给出标题、标识号、日期以及来源，为阅读者查找这些文档提供足够详细的信息。] 1.5 概述 [在本小节中，主要是说明软件体系结构设计说明书各个部分所包含的主要内容，就像一个文章摘要一样。同时也应该对文档的组织方式进行解释。]
2. 体系结构表示方式 [本节说明软件体系结构在当前系统中的作用及其表示方式。它将列举其所必需的用例视图、逻辑视图、进程视图、部署视图或实施视图，并分别说明这些视图包含哪些类型的模型元素。] 3. 软件体系结构的目标和约束 [本节说明对软件体系结构具有某种重要影响的软件需求和用户目标，例如，系统安全性、保密性、第三方组件的使用、可移植性、发布和重新使用。它还要记录可能适用的特殊约束：设计与实施策略、开发工具、团队结构、时间表、遗留系统等。] 4.用例视图 [本节使用用例分析技术所生成的系统用例模型，描述其中的一些用例或场景。在该模型中纳入用例或场景，应该是系统中最重要、最核心的功能部分。] [另外，在本节中还应该选择一个主要的用例，对其进行描述与解释，以帮助读者了解软件的实际工作方式，解释不同的设计模型元素如何帮助系统实现。] 5. 逻辑视图 [逻辑视图主要是反映系统本质的问题领域类模型，在逻辑视图中将列出组成系统的子系统、包。而对每个子系统、包分解成为一个个类，并说明这些关键的实体类的职责、关系、操作、属性。这也是OO思想的体现，以类、类与类之间的协作、包、包与包之间的协作模型来表达系统的逻辑组织结构。]
软件设计说明书 1引言 1.1编写目的 说明编写详细设计方案的主要目的。 说明书编制的目的是说明一个软件系统各个层次中的每个程序（每个模块或子程序）和数据库系统的设计考虑，为程序员编码提供依据。 如果一个软件系统比较简单，层次很少，本文件可以不单独编写，和概要设计说明书中不重复部分合并编写。 方案重点是模块的执行流程和数据库系统详细设计的描述。 1.2背景 应包含以下几个方面的内容： A. 待开发软件系统名称； B. 该系统基本概念，如该系统的类型、从属地位等； C. 开发项目组名称。 1.3参考资料 列出详细设计报告引用的文献或资料，资料的作者、标题、出版单位和出版日期等信息，必要时说明如何得到这些资料。 1.4术语定义及说明 列出本文档中用到的可能会引起混淆的专门术语、定义和缩写词的原文。 2设计概述 2.1任务和目标 说明详细设计的任务及详细设计所要达到的目标。 2.1.1需求概述 对所开发软件的概要描述, 包括主要的业务需求、输入、输出、主要功能、性能等，尤其需要描述系统性能需求。 2.1.2运行环境概述
对本系统所依赖于运行的硬件，包括操作系统、数据库系统、中间件、接口软件、可能的性能监控与分析等软件环境的描述，及配置要求。 2.1.3条件与限制 详细描述系统所受的内部和外部条件的约束和限制说明。包括业务和技术方面的条件与限制以及进度、管理等方面的限制。 2.1.4详细设计方法和工具 简要说明详细设计所采用的方法和使用的工具。如HIPO图方法、IDEF（I2DEF）方法、E－R图，数据流程图、业务流程图、选用的CASE工具等，尽量采用标准规范和辅助工具。3系统详细需求分析 主要对系统级的需求进行分析。首先应对需求分析提出的企业需求进一步确认，并对由于情况变化而带来的需求变化进行较为详细的分析。 3.1详细需求分析 包括： ?详细功能需求分析 ?详细性能需求分析 ?详细资源需求分析 ?详细系统运行环境及限制条件分析 3.2详细系统运行环境及限制条件分析接口需求分析 包括： ?系统接口需求分析 ?现有硬、软件资源接口需求分析 ?引进硬、软件资源接口需求分析 4总体方案确认 着重解决系统总体结构确认及界面划分问题。 4.1系统总体结构确认 对系统组成、逻辑结构及层次进行确认，对应用系统、支撑系统及各自实现的功能进行确认，细化集成设计及系统工作流程，特别要注意因软件的引进造成的系统本身结构和公司其他系统的结构变化。包括：
机电一体化系统综合课程设计 X-Y数控工作台设计说明书 学校名称： 设计组长： 设计队员： 指导老师： 二〇〇七年三月
一、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 1.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。 （2）计算机系统 本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。 （3）X-Y工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。
机电一体化-回转工作台的设计 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1张（ 1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择: 由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1
（三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγγ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8 11) 蜗杆全齿高:h = h + h =4+4.8=8.8 12) 顶隙:c =0.2m=0.8 13) 齿根圆半径:ρ =0.3m=1.2 14) 蜗杆齿顶圆直径:d =d +2 h =88 15) 蜗杆齿根圆直径:d = d -2 h =70.4 16) 蜗杆齿宽:b =95
回转工作台设计说明书 论文题目四工位回转工作台设计 学院机械工程学院 学号 姓名何凯星 教师杨岩 2014年1月
摘要 本次课程设计的题目是回转工作台设计。通过对回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台，而且能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题研究的主要内容包括：确定回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；步进电机的选型；零件设计；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。 对于回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿不完全轮传动、槽轮传动或者直接采用步进电机实现分度；然后进行各零件的设计与校核；偏心轮与机架采用螺钉连接固定不动；工作台的平衡通过止推轴承来保证；采用直线导轨以实现夹紧与工件的定出；直线导轨端部用滚动轴承；工作太平面上设计了圆孔；最后，对各零件进行装配。 关键词：回转工作台；步进电机；直线导轨；滚动轴承；建模 目录 一、课程设计任务书 1、概述 (3) 2、回转工作台设计要求 (3) 3、设计任务 (5) 二、设计步骤 1、夹紧机构的设计 (5) 2、定位装置的设计 (6) 3、偏心轮设计 (7) 4、直线导轨的选型 (8)
5、轴承的选择 (8) 6、转动圆盘的设计 (8) 7、装配图 (9) 8、零件图的绘制 (10) 三、心得体会 (13) 四、参考文献 (15) 一、课程设计任务书 1、概述 回转工作台是检测仪器的主体部件，同时，它也是诸多设备如万能工具显微镜、坐标测量机、坐标镗、铣、磨、加工中心等重要部件或附件。 检测仪主要由一个四工位回转工作台和一个显微镜组成。显微镜固定在机架上部的竖直杆上，回转工作台主要由回转平台、回转台主轴及夹紧定位装置组成。工作台水平安置，台上装夹加工对象，回转运动由步进电机直接驱动。传动部分要能自锁，消除侧隙以保证精度要求，并有一定的传动精度和刚度，工作台上亦要有圆孔，以减轻工作台质量及材料成本。 2、回转工作台设计要求 1、性能参数 （1）主参数 工件质量：小于10g。 工件为塑料。
xxxxx系统详细设计说明书
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目录 1引言 (5) 1.1编写目的 (5) 1.2背景 (5) 1.3参考资料 (5) 1.4术语定义及说明 (5) 2设计概述 (5) 2.1任务和目标 (5) 2.1.1需求概述 (5) 2.1.2运行环境概述 (5) 2.1.3条件与限制 (6) 2.1.4详细设计方法和工具 (6) 3系统详细需求分析 (6) 3.1详细需求分析 (6) 3.2详细系统运行环境及限制条件分析接口需求分析 (6) 4总体方案确认 (6) 4.1系统总体结构确认 (6) 4.2系统详细界面划分 (7) 4.2.1应用系统与支撑系统的详细界面划分 (7) 4.2.2系统内部详细界面划分 (7) 5系统详细设计 (7) 5.1系统程序代码架构设计 (7) 5.1.1UI(User Interface)用户界面表示层 (7) 5.1.2BLL(Business Logic Layer)业务逻辑层 (8) 5.1.3DAL(Data Access Layer)数据访问层 (8) 5.1.4Common类库 (8) 5.1.5Entity Class实体类 (8) 5.2系统结构设计及子系统划分 (8) 5.3系统功能模块详细设计 (9) 5.3.1XX子系统 (9) .1XX模块 (9) 列表和分页 (9) 创建XX (9) .2XX模块 (9) XX列表 (9) XX修改 (9) 5.3.2XX子系统 (9) 5.3.6.1用户管理模块 (9) 5.3.6.2角色管理模块 (14) 5.3.6.3系统设置模块 (14) 5.3.6.4系统登录注销模块 (14) 5.4系统界面详细设计 (14) 5.4.1外部界面设计 (14) 5.4.2内部界面设计 (14) 5.4.3用户界面设计 (14) 6数据库系统设计 (14) 6.1设计要求 (14) 6.2信息模型设计 (14) 6.3数据库设计 (14) 6.3.1设计依据 (14)
安徽工程大学机电学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目：数控回转工作台的结构设计 课题类型：设计□实验研究□论文□ 学生姓名: 吴明忠 学号： 3080１0１1１８ 专业班级: 机械2074班 教学单位: 机械与汽车工程学院 指导教师: 王海 开题时间: 2011年3月1２日
201１年3月12日 一、毕业设计内容及研究意义 本次设计任务是设计出数控回转工作台:1.数控工作台的总体设计，2．数控工作台的机械结构设计，３.三维工作台的理论分析，4.数控工作台的有限元分析。首先应该了解所加工零件的基本情况，数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Ｚ三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度,扩大了数控机床加工范围。 本课题属于导师科研课题的部分内容, 对于培养学生电路设计、机械计，三维ＣAＤ等工程实践能力具有重要意义。在实际中工作台在机床上是必不可的部件，工作台的自动化能大大减少劳动强度,提高劳动生产率。数控回转工作台是落地铣镗床,端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。可用于支撑工件并使其作直线或回转等调整或进给运动,以扩大工作母机的使用性能,缩短辅助时间,广泛应用于能源,冶金,矿山,机械，发电设备,国防等行业的机械加工。 二、毕业设计的研究现状和发展趋势 1、研究现状 一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。工作台作为数控机床的重要组成部分,也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的Ｘ—Y工作台,到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求,一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境,节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。 目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展,现在一些工作台,它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例如：我国生产机床工作台的公司之一的烟台恒力数控机床附件有限公司生产的HLT Ｋ１4系列数控可倾回转工作台（见下图）,它可以实现用于数控机床和加工中心机床上,可利用原机床的两个控制坐标控制转台的回转和倾斜，也可 直接利用本转台配套的数控装置与机床联接完成所需的工作循环。它可以完成任