机械安全设计是指在机械设计阶段，从零件材料到零部件的合理形状和相对位置，从限制操纵力、运动件的质量和速度到减少噪声和振动，应用零部件间的强制机械作用原理，结合人机工程学原则等多项措施，通过选用适当的设计结构，采用本质安全技术与动力源，尽可能地避免或减少危险；也可以通过提高设备的可靠性、操作机械化或自动化以及实行在危险区以外的调整、维修等措施。

1.选用适当的设计结构，避免或减少危害

(1)采用本质安全技术

本质安全技术是指利用该技术进行机械预定功能的设计和制造，不需要采用

其他安全防护措施，就可以在预定条件下执行机械的预定功能时满足机械自身的安全要求。

①避免锐边、尖角和凸出部分。在不影响预定使用功能前提下，机械设备及其零部件应尽量避免设计成会引起损伤的锐边、尖角、粗糙或凹凸不平的表面和较突出的部分。锐边或尖角应倒钝、折边或修圆；可能引起刮伤的开口端应包覆。

②满足安全距离原则。防止危险部位伤害和避免受挤压或剪切的危险。利用

安全距离防止人体触及危险部位或进入危险区，这是减少或消除机械风险的一种方法。在规定安全距离时，必须考虑使用机械设备时可能出现的各种状态、有关人体的测量数据、技术和应用等因素。机械的安全距离包括两类：一是避免受挤压或剪切危险的安全距离。二是机械组成部分的有形障碍物与危险区的最小距离，用来限制人体或人体的某部位的运动范围；当两移动件相对运动或移动件向着固定件运动时，人体或人体的某部分在其中可能受到挤压或剪切。这时，可以通过减少运动件间的最小距离，使人的身体部位不能进入，从而避免了危险；也可以增大运动件间最小距离，使人体可以安全地进人或通过。

③限制有关因素的物理量。在不影响使用功能的情况下，根据各类机械的不

同特点，限制某些可能引起危险的物理量值来减少危险。如控制噪声、振动等，使其低于安全标准中规定的允许指标。

④使用本质安全工艺过程和动力源。本质安全工艺过程和本质安全动力源，

是指这种工艺过程和动力源自身是安全的。对在有爆炸隐患场所使用的机械设备，应采用全气动或全液压控制系统和操纵机构或采用相应等级的“本质安全”的防爆电气装置，避免一般电气装置容易出现火花而导致爆炸危险。防爆电气设备类型有本质安全型、隔爆型、增安型、充油型、充砂型、正压型、无火花型、特殊型等。

限制最大压力不超过允许值，并在机械设备的液压装置中使用阻燃和无毒液体，或采用与环境匹配的“本质安全”动力源。

(2)限制机械零件应力

组成机械的所有零件，通过优化结构设计来达到防止由于应力过大破坏或失效、过度变形或失稳坍塌引起故障或引发事故。机械零件的选用应在专业符合性要求、抗破坏能力、连接紧固方式的可靠性、防止超载应力和良好的平衡和稳定性等方面予以充分考虑。机械零件选用的材料性能、设计规范等，都应符合机械设计的标准或规范要求，使零件的计算应力不超过许用值，保证适宜的安全系数，以防止由于零件应力过大而破坏或失效，避免故障或事故的发生。

(3)提交材料和物质的安全性

用以制造机械的材料、燃料和加工材料在使用期间其毒害物成分、浓度应低于安全卫生标准的规定，不得危及人员的安全或健康，不得对环境造成污染。材料的力学特性，如抗拉强度、抗剪强度、冲击韧性、屈服极限等，应能满足执行预定功能的载荷（如冲击、振动、交变载荷等）作用要求；材料应具有良好的对环境的适应性，在预定的环境条件下，应具有抗腐蚀、耐老化、耐磨损的能力；材料应具有均匀性，防止由于工艺设计不合理，使材料的金相组织不均匀而产生残余应力；同时，应避免采用有毒的材料或物质，应能避免机械本身或由于使用某种材料而产生的气体、液体、粉尘、蒸汽或其他物质造成的火灾和爆炸危险。

(4)履行安全人机工程学原则

安全人机工程学是从工作系统设计的安全角度出发，运用系统工程的理论方

法，研究人一机系统各要素之间的相互作用、影响以及它们之间的协调方式，通过设计使系统的总体性能达到安全、准确、高效、舒适的目的。在机械设计中，通过合理分配人机功能、适应人体特性、人机界面设计、作业空间的布置等方面履行安全人机工程学原则，提高机械设备的操作性能和可靠性，使操作者的体力消耗和心理压力降到最低，从而减少操作差错。

(5)设计控制系统的安全原则

机械在使用过程中，典型的危险工况有：意外启动、速度变化失控、运动不能停止、运动机械零件或工件脱落飞出、安全装置的功能受阻等。机械控制系统的设计应与所有电子设备的电磁兼容性相关标准一致，防止潜在的危险工况发生，设计时应考虑各种作业的操作模式或采用故障显示装置，使操作者可以安全地采取措施，并遵循下列原则和方法：

①重新启动原则：动力中断后重新接通时，如果机械设备自发启动会产生危险，应采取措施，使动力重新接通时机械不会自行启动，只有再次操作启动装置机械才能运转。

②关键件的元余原则：控制系统的关键零部件，可以通过备份的方法减少机械故障率，即当一个零部件失效时，用备用件接替以实现预定功能。当与自动监控相结合时，自动监控应采用不同的设计工艺，以避免共同失效。

③定向失效模式：指部件或系统主要失效模式是预先已知的，而且，只要失效总是这些部件或系统，这样可以事先针对其失效模式采用相应的预防措施，可重新编程控制系统中安全功能的实现，防止危险的误动作措施。

(6)防止气动和液压系统的危险

采用气动、液压、热能等装置的机械，必须通过设计来避免由于这些能量意外释放而带来的各种潜在危害。

(7)预防电气危害

用电安全是机械安全的重要组成部分，机械中电气部分应符合有关电气安全

标准的要求。预防电危害应注意绝缘、屏蔽、安全距离、接地（零）、剩余电流保护等。

2.减少或限制操作者进入危险区

(1)机械具有良好的可靠性和稳定性

可靠性是指机械或零部件在规定的使用条件下和规定期限内执行规定的功能

而不出现故障的能力。提高设备的可靠性可以降低危险故障率，从而降低操作人员查找故障和检修设备的频率，即减少了操作者面临危险的概率。

机械的可靠性一般可分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要考虑机

械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效；机构可靠性考虑的不是强度问题引起的失效，而是机构在动作过程中由于运动学问题而引起的故障。

设备不应在振动、风载或其他可预见的外在作用下倾覆或产生允许范围外的运动，即具有良好的稳定性。

(2)采用机械化和自动化技术

机械化和自动化技术可以使人的操作岗位远离危险或有害现场，从而减少伤亡事故和职业病的危害。

(3)保证调试、检查及维修保养的安全

设备运行安全检查是设备安全管理的重要措施，是防止设备故障和事故发生的有效方法。在设计机械设备时，应尽量考虑到一些易损件拆装和更换的方便性；

提供安全接近或站立措施（如扶梯、平台、通道等）；联锁装置的使用；将机械的调试、润滑、一般维修等操作点设置在危险区外，从而减少操作者面临危险的概率。

(4)环境适应性

设备的运行要考虑使用环境条件的影响，如温度、湿度、冲击、振动等。