机械产品可靠性设计分析案例
机械设计中的产品可靠性分析与评估
机械设计中的产品可靠性分析与评估在当今竞争激烈的市场环境中，机械产品的可靠性已成为企业赢得市场份额和用户信任的关键因素。
可靠性不仅关系到产品的质量和性能，更直接影响着用户的满意度和企业的声誉。
因此，在机械设计过程中，对产品可靠性进行深入的分析与评估具有重要的意义。
一、产品可靠性的概念与重要性产品可靠性，简单来说，是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
这包括了产品在使用过程中的稳定性、耐久性、无故障工作时间等多个方面。
一个可靠的机械产品，能够在各种复杂的工作环境和使用条件下，持续稳定地运行，减少故障和维修的次数，从而为用户提供更好的服务，同时也降低了企业的售后成本。
对于企业而言，产品可靠性的重要性不言而喻。
首先，高可靠性的产品能够提升企业的市场竞争力。
在消费者选择产品时，往往更倾向于那些质量可靠、故障少的品牌。
其次，可靠的产品有助于降低生产成本。
虽然在提高可靠性的过程中可能需要增加前期的研发投入，但由于减少了后期的维修和更换成本，总体成本反而会降低。
再者，良好的可靠性能够增强企业的声誉和品牌形象，促进企业的长期发展。
二、影响产品可靠性的因素在机械设计中，有众多因素会影响产品的可靠性。
设计方面，不合理的结构设计、选用了不合适的材料、零部件之间的匹配度不足等，都可能导致产品在使用过程中出现故障。
制造工艺的优劣也直接关系到产品的质量和可靠性。
例如，加工精度不够、装配不当等都会影响产品的性能和寿命。
此外，使用环境也是一个重要的影响因素。
机械产品在高温、高湿、高压、强腐蚀等恶劣环境下工作，其可靠性会受到极大的挑战。
而用户的操作和维护方式同样不可忽视。
不正确的操作方法、不及时的维护保养，都可能加速产品的损坏。
三、产品可靠性分析方法为了准确评估机械产品的可靠性，需要采用一系列的分析方法。
故障模式与影响分析（FMEA）是一种常用的方法。
它通过对产品可能出现的故障模式进行分析，评估每种故障模式的影响程度和发生概率，从而找出潜在的薄弱环节，并采取相应的改进措施。
机械工程中的可靠性优化设计
机械工程中的可靠性优化设计引言：机械工程是一个广泛应用于各行各业的领域，而在机械工程中，可靠性优化设计是一个至关重要的方面。
可靠性优化设计旨在提高机械系统的可靠性，延长设备的使用寿命，减轻后续的维修成本，提高工业生产效率。
本文将探讨机械工程中的可靠性优化设计的原理和方法，并介绍一些实际应用案例。
一、可靠性的基本概念在机械工程中，可靠性是一个关键的指标，它表示一个系统在给定的时间内正常工作的能力。
可靠性可以通过计算系统的故障率、失效率、平均寿命等指标来评估。
在可靠性优化设计中，目标是降低系统的故障率，提高系统的可靠性。
二、可靠性优化设计的原则1. 考虑系统的可靠性要素可靠性优化设计要考虑系统设计的各个方面，包括材料的选择、结构的设计、工艺的控制等。
系统的可靠性是由多个因素共同作用决定的，因此必须综合考虑各个方面的因素。
2. 运用可靠性工具在可靠性优化设计中，有许多工具和方法可供选择，如故障模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）、可靠性块图（RBD）等。
这些工具能够帮助工程师深入分析系统的故障模式和风险，从而指导设计的改进和优化。
3. 进行系统辨识和优化在可靠性优化设计中，系统辨识是一个重要的步骤。
通过系统辨识，可以找出系统中的关键部件和环节，以及它们之间的相互作用关系。
然后，可以针对这些关键部件和环节进行优化设计，提高系统的可靠性。
三、可靠性优化设计的方法1. 材料的选择材料是机械系统中一个重要的方面，对系统的可靠性起着至关重要的作用。
在选择材料时，需要考虑其物理性质、化学性质、热学性质等因素，并根据系统的工作环境和使用条件选择合适的材料。
2. 结构的设计在机械工程中，结构的设计对系统的可靠性有着重要的影响。
良好的结构设计应该考虑到力学强度、刚度、防振动、冲击和疲劳等因素。
通过优化结构设计，可以提高机械系统的可靠性。
3. 工艺的控制机械系统的制造过程对其可靠性也有重要的影响。
控制好工艺流程、提高工艺的精度和稳定性，可以降低系统的故障率。
大型机械装备的可靠性分析与改进
大型机械装备的可靠性分析与改进一、引言大型机械装备是现代工业生产的重要支持，对于提高生产效率、保障产品质量至关重要。
然而，由于使用环境恶劣、负荷大，大型机械装备的可靠性常常成为制约其发展的瓶颈。
因此，对大型机械装备的可靠性进行分析与改进，具有重要的理论和现实意义。
二、可靠性分析方法1. 故障统计方法故障统计方法是一种定量分析大型机械装备可靠性的常用方法。
通过收集装备的故障数据，计算故障率、平均失效时间、失效模式等指标，可以分析装备的可靠性水平和故障的特点，为改进提供依据。
2. 可靠性模型分析方法可靠性模型是一种定量描述大型机械装备可靠性的方法。
常见的可靠性模型包括可靠性块图、故障树分析、事件树分析等。
通过建立可靠性模型，可以分析装备的故障传递路径和关键部件，寻找故障发生的原因，为改进提供方向。
3. 故障模式与影响分析方法故障模式与影响分析是一种定性描述大型机械装备可靠性的方法。
通过识别装备的故障模式和故障对生产的影响，可以分析装备的可靠性问题，并提出相应的改进方案。
三、可靠性改进策略1. 设计阶段的改进设计阶段是影响大型机械装备可靠性的关键因素之一。
在设计阶段，应充分考虑装备使用环境的特点、工艺制造的可行性，优化结构、选用高质量的材料，提高装备的可靠性。
2. 运维阶段的改进运维阶段是影响大型机械装备可靠性的重要环节。
正确使用和维护设备，定期进行检查和保养，及时处理故障，可以减少故障发生的概率，提高装备的可靠性。
3. 人员培训和管理的改进人员培训和管理是影响大型机械装备可靠性的重要因素。
培训机械操作人员的技能和安全意识，建立完善的管理制度和考核机制，能够有效减少操作失误和事故发生，提高装备的可靠性。
四、案例分析以某钢铁企业的大型机械装备可靠性分析与改进为例，该企业生产线上的输送机频繁出现故障，导致生产效率低下。
通过故障统计、可靠性模型分析和故障模式与影响分析等方法，发现输送机的链条磨损严重，是主要故障原因。
可靠性理论、案例及应用
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案例
长征系列火箭的可靠性（三）
对无法采取冗余 措施的系统，如液体 火箭发动机进行了以 提高可靠性为目的的 改进设计，箭体结构 提高了剩余强度系数， 特别是针对历史上火 箭飞行试验中出现的 问题和薄弱环节，重 点解决了防多余物、 防虚焊、防断压线、 防松动、防漏电、防 电磁干扰、防过负荷、 防不相容、防漏液漏 气、防局部环境放大、 防装配应力、防应力 集中等问题。
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一、 可靠性概念（二）
可靠性的重要性
对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指 标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等； 泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。 产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟 11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但 可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。 随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性 和安全性。日本的汽车、家用电器等产品能够占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可 靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000 小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的 间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05 次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地， 就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和 发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存 和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。
机械设计中的案例分析与实例讲解
机械设计中的案例分析与实例讲解在机械设计领域中，案例分析和实例讲解是非常重要的学习方法和实践工具。
通过案例分析和实例讲解，可以加深对机械设计原理和应用的理解，掌握解决实际问题的能力。
本文将通过几个案例来分析和讲解机械设计中的关键问题和解决方法。
案例一：轴承选择与设计在机械设计过程中，轴承是不可或缺的重要组件。
选择和设计合适的轴承对于确保机械设备的正常运行至关重要。
在某公司的一个机械设计项目中，设计师面临着选择和设计轴承的问题。
首先，设计师需要根据机械设备的工作条件和要求来确定所需承载能力、转速范围等参数。
然后，根据这些参数和轴承的性能指标表，筛选出合适的轴承型号。
在选择轴承型号后，设计师还需要对轴承进行设计，确定轴承的几何尺寸和安装方式，以确保其在特定工作条件下的可靠性和寿命。
通过这个案例，我们可以看到，在机械设计中，轴承的选择和设计是一个复杂而关键的环节。
合适的轴承选择和设计可以提高机械设备的性能和可靠性。
案例二：零件强度分析与优化在机械设计中，零件的强度是一个重要的设计指标。
在某公司的一个机械结构设计项目中，设计师需要对一个零件进行强度分析和优化。
首先，设计师需要根据零件的工作条件和受力情况，确定零件的受力分析模型，并据此计算零件的应力和变形。
然后，根据零件的材料特性和载荷条件，对零件的强度进行评估。
如果发现零件的强度不满足要求，设计师需要通过调整材料选择、几何尺寸等参数来优化零件的强度。
通过这个案例，我们可以看到，在机械设计中，零件的强度分析和优化是关键的设计环节。
通过对零件的强度进行分析和优化，可以确保零件在工作条件下的安全可靠性，提高机械设备的性能。
案例三：机构设计与运动模拟在机械设计中，机构的设计和运动模拟是一项重要任务。
在某公司的一个机械运动机构设计项目中，设计师面临着设计和优化运动机构的问题。
首先，设计师需要根据机械设备的功能和要求，确定机构的类型和布置方式。
然后，设计师需要进行机构的几何设计，确定机构的连杆比例、驱动方式等参数。
机械设计中的可行性与可靠性分析
机械设计中的可行性与可靠性分析在机械设计领域，可行性与可靠性是两个重要的因素，对于确保设计方案的成功实施和设备的稳定运行具有至关重要的作用。
本文将深入探讨机械设计中的可行性与可靠性分析，旨在为工程师提供理论指导和实践经验。
一、可行性分析可行性分析是机械设计的第一步，它确定了设计方案的可行性，并评估了设计方案的合理性和可实施性。
在进行可行性分析时，需要考虑以下几个方面：1. 技术可行性：通过对相关技术的研究和实践经验的总结，评估设计方案是否可以在当前的技术条件下实现。
这包括对材料选择、工艺流程和制造设备等方面的研究和分析。
2. 经济可行性：从经济角度出发，评估设计方案的成本效益和投资回报率。
这包括了材料成本、人工成本、设备投资和运营成本等各个方面的考虑。
3. 时间可行性：评估设计方案的实施时间和进度是否符合要求。
这需要对工艺流程、设备研发和制造周期等进行合理的估计和预测。
二、可靠性分析可靠性分析是机械设计的关键环节，它关注的是设计方案在长期使用过程中的可靠性和稳定性。
在进行可靠性分析时，需要考虑以下几个方面：1. 功能可靠性：评估设计方案在正常使用条件下是否能够满足设定的功能要求。
这涉及到对设计方案的结构强度、运动精度和耐久性等性能指标进行合理评估和测试。
2. 环境可靠性：评估设计方案在不同环境条件下的适应性和可靠性。
这包括温度、湿度、振动、腐蚀等环境因素对设备的影响，并通过模拟实验和可靠性试验进行评估。
3. 可维修性与可更换性：评估设计方案的可维修性和可更换性。
这包括设备的拆装维修性和零部件的可更换性能，为日常维护和故障排除提供便利。
三、案例分析为了更好地理解机械设计中的可行性与可靠性分析，我们以一台机床的设计为例进行分析。
在进行机床设计时，工程师需要考虑材料的强度和刚度、导轨的精度和稳定性、动力传动系统的效率和可靠性等因素。
在可行性分析阶段，工程师需要根据机床的使用环境及功能要求，选择合适的材料和工艺，确保设计方案的可实现性和经济可行性。
系统可靠性设计中的故障树分析案例分享
系统可靠性设计中的故障树分析案例分享在工程设计领域，系统可靠性是一个至关重要的问题。
无论是在航天航空、汽车工业、电力系统还是医疗设备等领域，系统的可靠性设计都是至关重要的。
而在系统可靠性设计中，故障树分析是一个被广泛应用的方法，它可以帮助工程师们找出系统中的潜在故障原因，进而制定相应的改进措施。
故障树分析是一种定量分析方法，它可以用来分析系统中可能导致故障的各种原因，并将这些原因按照逻辑关系组合成一棵“树”，从而找出系统发生故障的概率。
下面，我们将通过一个案例来具体了解故障树分析在系统可靠性设计中的应用。
案例：飞机液压系统故障树分析假设我们需要对一架飞机的液压系统进行可靠性分析，我们首先需要确定故障树的顶事件，即飞机液压系统发生故障。
然后，我们可以根据该事件下可能的导致原因进行分类，并逐步构建故障树。
首先，我们可以将导致液压系统故障的可能原因分为两类：机械故障和操作失误。
而对于机械故障而言，可能的原因包括液压泵故障、液压管路泄漏、液压油温过高等；而对于操作失误而言，可能的原因包括操作人员疏忽、操作程序错误等。
接下来，我们可以进一步对每个可能原因进行细分。
以液压泵故障为例，可能的原因包括液压泵内部零部件损坏、液压泵密封圈老化等。
而对于操作人员疏忽而言，可能的原因包括操作手册不清晰、操作人员疲劳等。
通过不断地细分，我们最终可以构建出一棵完整的故障树，从而找出导致飞机液压系统故障的各种可能原因，并计算出各个原因发生的概率。
通过这种方法，我们可以有针对性地对系统进行改进，提高飞机液压系统的可靠性。
除了飞机液压系统，故障树分析在其他系统设计中也有着广泛的应用。
比如在汽车工业中，可以通过故障树分析来找出可能导致汽车刹车系统故障的原因；在电力系统领域，可以通过故障树分析来找出可能导致输电线路故障的原因。
通过这种方法，工程师们可以更好地理解系统的脆弱环节，从而有针对性地进行改进和优化。
然而，值得注意的是，故障树分析作为一种定量分析方法，其结果往往受到输入参数的影响。
机械产品可靠性设计分析案例
机械产品可靠性设计分析案例引言机械产品的可靠性设计是在设计和制造过程中考虑到产品在特定条件下的使用寿命，以及避免因故障而导致的损失。
本文将通过一个原料输送机设计的案例来探讨机械产品可靠性设计的重要性以及所需的分析方法。
案例描述假设我们正在设计一个原料输送机，这是一个用于在工厂中将原料从一个地方输送到另一个地方的机械设备。
该设备由许多不同的部件组成，包括传动系统、输送带、电机等。
可靠性设计分析方法故障模式和影响分析（Flure Mode and Effects Analysis, FMEA）故障模式和影响分析是一种常用的可靠性设计分析方法，它通过识别潜在的故障模式和评估其对系统性能的影响来帮助设计人员减少故障的发生。
在我们的案例中，我们可以使用FMEA来识别原料输送机各个部件可能发生的故障模式，并评估其对输送机性能和生产效率的影响。
步骤1：识别故障模式首先，我们将列出原料输送机的各个部件，并识别每个部件可能发生的故障模式。
例如，输送带可能会断裂、传动系统可能会卡住或失效、电机可能会烧坏等等。
步骤2：评估影响对于每个故障模式，我们需要评估其对输送机性能和生产效率的影响。
例如，输送带断裂可能导致原料无法顺利输送，造成生产线停工并导致生产延误。
步骤3：制定改进措施根据故障模式和影响的评估结果，我们可以确定一些改进措施来降低故障发生的可能性和减少其对系统性能的影响。
例如，我们可以使用更耐用的材料制造输送带，选择更可靠的传动系统组件，以及定期进行电机维护和检修。
可靠性预测分析可靠性预测分析是一种定量的可靠性设计分析方法，它通过统计模型和数据分析来预测系统在一定时间内的可靠性水平。
在我们的案例中，我们可以使用可靠性预测分析来评估原料输送机的预期寿命和故障率。
数据收集要进行可靠性预测分析，我们需要收集一些与原料输送机相关的数据，包括系统的组成部件、使用环境、历史维修记录等。
可靠性模型建立基于收集到的数据，我们可以建立一个可靠性模型来估计原料输送机的可靠性水平。
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是指在主、被动航天器对接过程中，锁系 正常锁紧失败后，备份锁紧失败。（这里 锁紧失败 对控制系统、转换装置的可靠性不进行展 开分析）
锁紧保持失是指在主、被动航天器在联合飞行期间， 3 败 主、被动锁系结构无法保持结构完整性。
2018/11/26
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某锁机构FMEA分析
航天器给出对 接锁工作信号 触点信号 控制系统
4/6(G)
角度位移传感器 电 源 开/ 关 信 号 力矩 主动锁钩 偏心套 偏心轴 主动锁 绳轮 钢丝 绳1 锁合传感器
故障时向地面传送 遥感信号 力 被动航天 器主动锁
驱动组合
从动锁 力矩 偏 心 绳轮1 轴
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2018/11/26
某锁机构FMEA分析
FMEA输出
I、II类故障模式(零件)清单
2018/11/26
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某锁机构FTA分析
顶事件的选择和描述 故障树的建造 故障树的定性分析 故障树分析的结果和建议
2018/11/26
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某锁机构FTA分析
某锁机构顶事件的选择和描述
偏 心 套
主动 锁钩
锁合传 感器
力 被 动 航 天 器 从 动 锁
主动锁 钢丝 绳3
偏 从动锁 力矩 心 绳轮2 轴 …… 钢丝 绳9
偏 心 套
主动 锁钩
锁合传 感器 ……
力
钢丝 绳11偏 从Fra bibliotek锁 力矩 心 绳轮5 轴
偏 心 套
主动 锁钩
锁合传 感器
力
从动锁(5个)
某锁机构（正常）对接阶段功能流程图
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某锁机构FMEA分析
严酷度定义
表 14 对接锁系故障严酷度的定义
严酷度类别
严 重
程
度
定
义
Ⅰ类(灾难的) 这是一种会导致主动（被动）航天器毁坏或引起航天员伤 亡的故障。 Ⅱ类(致命的) 这种故障会导致航天器部分系统严重损坏，不能完成基本 功能或影响航天员健康的故障。 Ⅲ类(临界的) 这种故障会引起航天器的部分功能无法完成，为了完成这 些功能，需要采取应急措施，对航天员的健康有些影响。 Ⅳ类(轻度的) 这种故障对航天器的功能及航天员健康无影响，仅轻度影 响产品有效使用和操作。
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概述
周边内翻式
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产品说明
某锁结构示意图
2018/11/26
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单锁运动仿真
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锁系运动仿真
2018/11/26
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某锁机构FMEA分析
某锁机构FMEA实施
对接锁系功能分析 故障判据 对接锁系故障模式分析 严酷度定义 危害性定性分析 I、II类故障模式(零件)清单 危害性矩阵
某锁机构可靠性设计分析
某锁机构产品说明 某锁机构FMEA分析 某锁机构FTA分析 了解强度分析仿真 了解动力学分析仿真 了解可靠性分析仿真
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概述
锥杆式
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概述
锥杆式
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概述
锥杆式
2018/11/26 4
概述
周边外翻式
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某锁机构FMEA分析
故障判据
在正常的设计、使用、维护和环境条件下，凡是满 足不了对接锁系设计指标及要求的故障，都定为系 统故障。 寿命期内某锁系自身引起的故障（不含人为故障） 均计为影响系统基本可靠性的关联故障； 在任务剖面中，凡不能完成某锁系正常功能的故障 计为影响任务的关联故障。 零件级产品故障判据 组件级产品故障判据 部件级产品故障判据
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某锁机构FMEA分析
危害性定性分析
对接锁系故障模式发生概率等级定义 故障模式发 生概率的特 征 高概率
等级 A B C D E
定义
故障模式发生概率（在产品使用时间内）
经常发生
某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的20%
某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的10%， 小于20% 某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的1%，小 偶然发生 不常发生 于10% 不大可能发 某一故障模式发生概率大于产品总故障概率的0.1%， 很少发生 生 小于1% 有时发生 中等概率 极少发生 近乎为零 某一故障模式发生概率小于产品总故障概率的0.1%
被动航天器 第Ⅱ组对接 锁锁紧失败 2
主动航天器第 Ⅱ组对接锁被 动钩锁紧失败 3
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某锁机构FTA分析
故障树的建造
正常锁紧失 败 第Ⅱ组对接锁锁 紧失败 锁紧失败 备份失效
第Ⅰ组对接 锁锁紧失败
备份第Ⅱ组对接 锁锁紧失败
备份第Ⅰ组对接 锁锁紧失败
主动航天器第Ⅱ组 对接锁锁紧失败 2
3
被动航天器第Ⅱ组对 接锁被动钩锁紧失败
被动航天器第 Ⅰ组对接锁被 动钩锁紧失败 3
FMECA输出
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某锁机构FMEA分析
主动锁钩43 主动锁销68,66 限位板65 螺钉组合16,17,22 偏心套41 拉簧21 拉簧支架55 主动绳轮72 螺钉49 螺钉组合7,8,9 主 动 钩 组 件 簧片96 主动钩定位棒104 偏心轴33 滚针轴承73,78 轴承70,83 垫圈79 螺钉63,76 端盖74,77 轴承端盖69 挡圈71 端盖62,82 轴承座67 对接锁火工品 螺钉80 和目标航天器被动锁钩相互作用，实现锁合,解锁等 火工品工作后使锁钩绕其旋转,和限位板65一起限定锁钩轨迹 限制主动锁销68的运动轨迹 固定限位板65到壳体上;固定拉簧21的另一端到偏心套上 承受锁紧拉力，传动 通过拉簧支架对偏心套施加拉力 拉住拉簧21的另一端 连接电机，将电机的动力通过绳索传出 固定拉簧支架55到壳体上 固定簧片 为主动钩定位棒提供压紧力 火工品工作后，定位主动钩 偏心转动，产生锁钩行程 减小摩擦力；支撑偏心轴 承受轴向力，定位轴承73、78；减小摩擦力 防止螺钉松动 紧固轴承座67到壳体上;紧固轴承端盖69到偏心套上 固定和定位滚针轴承78 定位轴承70外圈 定位轴承70内圈 定位滚针轴承83内外圈 安装定位轴承78、83 图1主动钩组件结构功能图 异常情况下强制解锁脱开 紧固绳轮与偏心轴33之间的花键配合 完成 主动 运动 ，和 被动 钩实 现对 接， 锁紧 ，保 持和 解锁 等动 作