內容目錄
1. 概述
(1) 安全結構的功能與設計考慮因素
安全結構的基本功能主要是在出現意外情況時保護操作或使用者人身安全和產品的安全，但以何種方式、措施實現保護、提供保護的程度和效果及所能達到的保護範圍取決於具體產品的工作特點、使用環境、意外情況的出現方式及安全結構設計的策略等。
產品的安全結構設計一般主要考慮針對意外情況出現時，實施可能的保護。因此，首先要分析清楚各種可能出現的意外情況及其影響，然後有區別地選擇，進而確定相應的設計策略，再進行相應的結構設計。
分析意外可能，一般以出現概率較高及影響較大的為主，通常從產品使用、工作條件和環境變化、產品本身有關部件失效或出現故障、操作者誤操作及一些特殊情況（如故意人為、地震）等幾個方面著手進行。
分析意外情況造成的影響是制定安全結構保護策略和設計方案的前提。意外情況造成的影響主要包括對產品的影響和對人的影響兩方面。
安全結構設計的策略制定取決於可用安全措施及其效果、加工製造成本、發生意外的概率及相應的影響程度等。
(2) 安全結構設計原理
安全技術分為提示性安全技術、間接安全技術和直接安全技術三種。
提示性安全技術是指在事故出現前發出警報和信號，提醒注意，以便及時採取措施，避免事故發生。如指示燈、報警器等。在安全設計原理上稱為警示。
間接安全技術通過保護裝置或保護系統實現產品的安全可靠；如安全閥安全帶及防護罩等。間接安全保護裝置按實現保護作用方式分為：發生危險時發出保護反應動作，使系統安全，如安全閥，原理上稱為轉換；以自身的保護能力實現安全保護，如汽車安全帶，原理上稱為借助；無需保護反應實現保護功能，如防護罩，原理上稱為隔離。
直接安全技術指結構設計中直接滿足安全要求或借助工作系統部件、結構保證產品在使用中不出現危險。主要包括以下三種原理：
- (a) 安全存在原理：所有構件及其相互關係在規定載荷和工作時間內可承受所有可能事件不發生事故，處於完全安全狀態。
- (b) 有限損壞原理：出現意外情況，次要部件或特定部位受損，保證主體和整機安全。
- (c) 冗余配置原理：重複設置多個實現功能的裝置，當出現事故時，產品仍可繼續工作，產品性能不受影響或能力削弱，但仍能實現功能。
2. 採用警示原理設計的安全結構
警示性安全結構裝置通常較其他形式的安全裝置設計上方便、結構簡單、對產品主體功能結構影響小，在機械設備和一般工業產品中廣泛應用。
(圖1) 為一種工程車失控溜滑報警系統，該裝置由一個溜滑感測器和電器組成。當工程車向前或向後運動時，該裝置電路系統處於連通狀態，發出報警聲。
(圖2) 為一種潛望式汽車後視鏡，可擴大視野，司機在座位上可看到左下方和前部下方的景物的映射，（圖2-b）為其視界範圍。
(圖3) 為一種汽車用多功能、遠距離操縱式後視鏡，鏡面角度由司機操縱，通過一支電機控制調節。
(圖4) 為一種超載時可發出警示的新型切削刀具。應變計檢測切削過程中的機械力，內置電子裝置用於處理、傳送傳感信號。
3. 採用轉換原理的安全結構裝置
採用轉換原理的安全結構、裝置需要利用一個反映危險狀態的產品工作狀態輸入參量驅動安全結構、裝置，在危險將出現時，輸出一個參量，安全裝置發出反應動作，避免產品或系統出現危險。採用安全原理工作的安全結構、裝置在產品中應用很普遍。
(圖5) 為機械傳動系統中常使用的楔塊式超載保護裝置。當載荷扭矩超過摩擦片與飛輪輻板間摩擦力矩時，飛輪與摩擦片產生滑動，系統不能繼續運作，避免發生危險。
(圖6) 為彈簧式超載保護器，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。
(圖7)為幾種扭矩限制裝置。
- (圖7-a）利用磁銷數量限制所能傳遞的扭矩，使用時可通過拆卸磁銷調整
- (圖7-b）通過錐形離合器錐面摩擦力限制所傳遞的扭矩，彈簧、螺母用於調節
- (圖7-c）中，彈簧使滾子保持在兩軸端圓盤上的同心橫槽內，超載時克服彈簧力滾子被擠出槽中
- (圖7-d）是在分別固定於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，傳遞最輕負荷，超載時皮帶打滑
- (圖7-e）的彈簧將兩滑楔拉合卡住軸的切平端，扭矩過高時分開
- (圖7-f）中，摩擦盤由可調節的彈簧壓緊，方盤鎖入左軸方孔內，圓盤鎖住右軸的方杆，扭矩過大時打滑。
(圖8）為一種防止絲錐(螺紋攻)損壞的夾具，當攻絲的扭矩達到預定值時，可自動脫開傳動的絲錐夾具，有效防止絲錐損壞。
4. 採用有限損壞原理設計的安全裝置
有限損壞原理是在出現危險故障時，通過以損壞待定零部件為代價，保證其他重要結構。在這類安全裝置中，需刻意設計一薄弱環節，引導破壞發生的方向。
(圖9)為一種採用安全銷的超載保護裝置，超載時，銷子被剪斷從而起到保護作用。
(圖10)為保護壓力系統的碎裂型爆破膜安全裝置，爆破膜採用石墨、玻璃、硬橡膠等材料製造，系統壓力超載時，通過爆破膜的碎裂卸壓，從而保護整個系統的安全。軟質膜片用於提高密閉性。
5. 採用冗餘原理設計的安全裝置
對於重要的系統，採用冗余原理設計安全裝置，以獲得最大的安全可靠性。冗余原理又可分為積極、消極和原理冗餘三種。
為確保飛機飛行的安全，飛機上常配置多部發動機，如(圖11)所示，當其中一個或幾個發動機出現故障時，只要有一個發動機可正常工作，即可滿足飛機的飛行要求，不影響飛行性能。此類冗餘設計稱為積極冗餘。(圖12)所示汽車輪的緊固螺栓數設計也屬於積極冗餘。
消極冗餘指安全系統組態的重複裝置部分不工作時，系統的工作性能受到一定程度的影響，但仍可工作。(圖13)為採用多台水泵配置的泵站，工作制度分為正常排水和大湧量排水兩種。正常排水時，兩台泵輪流工作，其中一台為備用；大湧量排水時，兩台水泵同時工作，滿足排量要求。
原理冗餘是指採用不同工作原理但可達到同樣功能的備用裝置，保證安全。典型的例子如備用發動機供電系統和備用樓梯等。
6. 產品安全結構設計案例
● 實測光芒碟盤再度炸盤！！ 碟盤基底是鋁製 經過實測不到一小時就能爆碟
● 光芒碟盤爆開,公司連產品責任險都沒,使用車友不是骨折就是受傷
☆ 其他參考資料及文章
● 什麼是冗餘設計(Redundant Design)或冗餘系統(Redundant System)
☆ 案例及資料下載
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