2022年机械设计学习题及答案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 名词说明：1、功能原理设计 :针对产品的主要功能所进行的原理性设计 2、简洁动作功能：仅完成简洁的一次性动作的功能 3、复杂动作功能：能实现连续的传动的动作功能 4、机械创新设计：在功能结构图中,有的分功能比较复杂,不行能用一个已知 的机构来完成； 这就需要依据分功能的特点, 选择几个机构组成一个机械运动系 统,由这些机构共同完成这个分功能的机械动作；5、机械和谐性设计： 当功能结构图中的各机械分功能均已依据分功能的要求选 择好相应的机构后, 怎样使这些分散的机构组成一个和谐运动的整体,只是这个 系统比较大, 其综合后完成的机械功能, 就是整个机械产品的总功能中的全部机 械功能；6、核心技术：产品实现总功能和主要技术要求的技术；7、关键技术：实现某种功能过程中需要解决的技术难题；8、弹性强化： 使构件在受工作载荷之前预受一个与工作载荷相反的载荷,产生 一个相应的预变形, 以及一个与工作应力相反的预应力,工作时该预加载荷部分 抵消工作载荷,预变形部分抵消工作变形,从而降低了构件的最大应力；9、塑性强化：使构件在工作状态下应力最大那部分材料预先经塑性变形而产生 一个与工作应力符号相反的残留应力,用以部分抵消工件应力；二、简答题：1-1 机械产品设计的三个基本环节是什么？答：机械产品设计的三个基本环节是： “ 功能原理设计,有用化设计和商品化设 计”1-2、机械设计具有哪些主要特点：:1多解性2系统性 3创新性答：机械设计具有如下主要特点1-3、近代“ 机械设计学” 的核心内容 1）“ 功能” 思想的提出： l947 年、美国工程师麦尔斯创立了“ 价值工程“ ；他真正重要的奉献在于他提出的关于功能” 的思想；2）“ 人机工程 学科的兴起：“ 宜人” 的宗旨已经成为现代机械设计的基本观念；3）“ 工业设计”学科的成熟； 工业产品设计的原就是：“ 技术第一, 艺术其次”工业设计师应当第一是一个工业技术专家,而不第一是一个艺术家；1-4、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现；创意：重点在于新奇性,且必需具有潜在需求；构思：重点在于制造即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意；实现：重点在于验证构思的合理性,可以通过模型或原理样机来检查构思的合 理性；1-5、机械设计按其创新程度可分为以下三种类型：仅转变某些尺寸、外形或局部更换某些结构,使产品适应特定 1适应性设计 的使用条件或者用户特别要求；2）变型设计 功能原理保持不变,变动产品部分结构尺寸参数,扩大规格,以满意更大范畴功能参数需要的设计变型性设计是产品系列化的手段；3创新设计 在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情形下,运用 成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3-1、什么是功能原理设计？答：机械产品设计的最初环节, 是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思；这种针对主要功能的原理性设计,可以简称为“ 功能原理设计”3-2、构思一种将钞票逐张分别的工作原理；说明其物理效应,并用 之； 答： P33 ；sketch 描述3-3、任何一种机器的更新换代都存在哪三个途径？答：任何一种机器的更新换代都存在三个途径 一是改革工作原理；: 二是通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；三是加强帮助功能使其更适应使用者的心理；3-4、功能原理设计的工作特点是什么？答：功能原理设计有如下三个工作特点：1功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应,使机器的工作 原理发生根本的变化的设计；新材料、新工艺、 ,但第一要求 2功能原理设计中往往要引入某种新技术 设计人员有一种新想法 New Idea、新构思；没有新想法,即使新技术放到面前 也不会把它运用到设计中去；3功能原理设计使机器品质发生质的变化；3-5、硬币分选计数机的总功能如下图所示,试分析要实现总功能,必需要有哪些分功能单元, 试分别画出功能分解图和功能结构图,实现的？答： P3839 并简要说明计数功能如何或 试用“ 黑箱” 描述家用鼓风式蒸汽电熨斗的功能,并画出功能结构图；操作指令S 家用S 显示显 示显示显示显220V E 电熨斗示未加热M M, 热风蒸汽空气、水噪声、发热名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 操作指令分档掌握显示未加热加 热热风 蒸汽空气、水220V 能量转换风扇旋转噪声、发热3-6、按功能进行分类,其基本类型主要有哪两类？答：可分为：工艺功能和动作功能两大类；3-7、动作功能的含义？不同时进行对物体的加工的功能,属于非工答：动作功能是指那些只完成动作,艺类机械；按其是否是一次性动作,仍是进行连续运动可分为“ 简洁动作功能”和“ 复杂动作功能” 两类；3-8、工艺功能的含义？答：工艺类机器是对被加工对象某种物料 实施某种加工工艺的装置,其中必定有个工作头如机床的刀具、挖掘机的挖斗等,用这个动作头去完成对工作 对象的加工处理； 在这里,工件头和工作对象相互协作, 实现一种功能, 叫做“ 工 艺功能” ,这里“ 工艺” 是指加工“ 工艺”；工艺功能考虑的两个重要因素： 一是采纳哪种工艺方法, 二是工作头采纳什么形 状和动作,而归根结底是确定工作头的外形和动作；工艺功能的特点是： 工作头的外形、 运动方式和作用场是完成工艺功能的三个主 要因素；3-9、简洁动作功能的求解思路 求解思路：几何形体组合法 ,即：针对功能目标,对几个构件的几何形体进行构 思、组合；3-10、复杂动作功能的求解思路 求解思路：基本机构组合法；3-11、完成工艺功能的三个主要因素：用场1）工作头的外形； 2）运动方式； 3）作3-12、举例说明物一场分析法 答： P：4547 S-Field 法？4-1、常用的传动机构有哪些？答：常用的传动机构有齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电 气机构以及利用以上一些常用机构进行组合而产生的组合机构；4-2、常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有哪些？并简要说明；答：常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有以下几种：；其 1通过啮合方式进行传动 例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等 中：齿轮传动可以在平行轴或交叉轴间实现精确的定传动比传动,适用功率和速 度范畴广,结构紧凑,传动效率高,工作牢靠,寿命长,互换性好,因而得到广名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 泛应用；2通过摩擦方式进行传动 例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑 轮传动等 ；这类机构结构简洁,修理便利,成本低廉,由于带具有松软性、吸收振动的特性, 且有缓冲和安全爱护的作用特性,大的传动；使带传动适用于两轴中心距较3利用楔块原理进行传动例如：螺旋传动、偏心轮传动等；螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成；螺旋传动的优点是增力成效大,可用较小的转矩得到较大 的轴向力；结构简洁,传动精度高,平稳无噪声等；4利用流体作用原理进行传动例如：液压、气动传动等；液体可以看作是一种不行压缩物体； 因而液压传动能传动较大的力, 常常用于传动比不需非常精确但 载荷很大的情形下 但液压传动速度较慢, 例如液压千斤顶、 液压挖掘机的推杆 等；而气动传动机构一般用于传递较小的力,但作用速度快；4-3、执行机构基本类型有哪些？答：带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构称为执行机构；基本类型主要有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测与分类、施力等4-4、执行机构的主要作用？答：执行机构的主要作用有：1）满意特定运动规律：主要指那些输出中有速度的规律变化要求；2）满意特定的运动轨迹：在生产实际中,需要机构完成某种特定的运动轨迹,如直线、圆弧等等；当运动轨迹要求比较复杂时,组合机构来完成；一般通过连杆机构或通过3）满意某种特别的信息传递：利用机构不仅能完成机械运动和动力的传递,仍 能完成诸如检测、计数、定时、显示或掌握等功能；4-5、通过一系列机构和电气电子装置实现；机构一般能实现以下动作功能：1）实现运动形式或运动规律变换的动作功能 原动机的转动通过机构进行构件运动形式变换,例如：1匀速运动 平动、转动 与非匀速运动 平动转动或摇摆 的变换 2连续转动与间歇式的转动或摇摆的变换；3）实现预期的运动轨迹；2利用机构实现开关、联锁和检测等动作功能 1）用来实现运动离合或开停；2）用来换向、超越和反向止动；3）用来实现联锁、过载爱护、安全制动 4 实现锁止、定位、夹压等；5 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等；3利用机构实现程序掌握或手动掌握的功能 1利用时间的序列进行掌握 2利用动作的序列进行掌握 3利用运动的变化等进行掌握 5-1、简述产品设计的核心问题和外围问题；答：设计懂得为一个“ 空间”；整个设计“ 空间” 分为两部分：1）内部空间：设计应遵循的主要阶段,其任务是使设计要求转化为“ 硬件” 以 满意需求,这也是设计的最终目的,故称内部空间为设计核心工作；2）外部空间：所列举的问题为对设计的各种要求和应用的技术方法,是设计的名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 外围问题；由销售反馈信息,进行市场分析,改进技术要求,再进行设计的循环,是一个相 互作用不断完善的迭代过程, 使产品不断地进展； 产品设计过程中的各种设计要 求,是设计的依据和前提,它们就是设计的外围问题；5-2、整机总体参数主要指哪些？答：整机总体参数主要指：总体参数是说明机器技术性能的主要指标,包括机器性能参数和结构参数两方 面：（1）性能参数是指生产率、功率和重量等；（2）结构参数是指主要结构尺寸,它由整机外形尺寸、主要部件的外形尺寸及 工作机构作业位置尺寸等组成；5-3、在机器设计中如何区分核心技术和关键技术两个不同概念？答：核心技术是指实现总功能和主要要求的技术,对不同的机械其核心技术是不 相同的；关键技术是实现某种功能过程中需要解决的技术难题；它与核心技术是两个不同的概念,在核心技术中也有关键技术问题；并请举例说明：83 6-1、机械结构件一般应具有哪些功能 . 答：承担载荷、 传递运动和动力、 保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或 运动轨迹关系等；6-2、何谓零件的相关 .何谓直接相关和间接相关？答：每个零件都与一个或几个零件有装配关系或相互位置关系,可以称这种关系为相关称有这种关系的两个零件互为相关零件；零件的相关分为直接相关和间接相关两类：（1）直接相关：凡是两零件有直接装配关系的；（2）间接相关：没有直接装配关系的相关；间接相关又分为位置相关和运动相关两类：位置相关是指两零件在相互位置上有要求；运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关；要一个或几个位置相关的中间件来达到；要满意运动相关条件, 一般需6-3、结构件通常具有哪些结构要素 .在结构设计中应如何区分对待？答：分为：工作部分、联结部分和安装部分；安装部分又分为固定安装和活动安装（一般保留了一个或一个以上的移动或转动自由度,可按工作部分进行设计） ；工作部分的设计主要考虑工作面的外形、尺寸、精度、表面质量等,而联结部分 主要考虑强度、刚度等要求；6-4、举例说明何谓直接安全技术 答： P116 .何谓间接安全技术 .直接安全技术： 是指在结构设计中充分满意安全牢靠要求,危急；保证在使用中不显现如采纳安全销、 安全阀和易损件等； 对于可能松脱的零件加以限位,使其不致脱 落造成机器事故；间接安全技术： 通过防护系统和爱护装置来实现技术系统的安全牢靠；其类型是 多种多样的； 如液压回路中的安全阀、 电路系统中的保险丝等, 都是当设备显现 危急或超负荷时,自行脱离危急状态；名师归纳总结 6-5、结构设计中常用的设计原理有哪些.第 5 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答：在结构设计中常应用下述各项原理：1）等强度原理 对于同一个零件来说,各处应力相等,各处寿命相等,叫等强度；2）合理力流原理 可以认为力在其传递路线上形成所谓力线,这些力线汇成力流； 力在构件中的传递轨迹就像电场中的电力线、 磁场中的磁力线、 水流中的流线一样, 按力流路线 传递；3）变形和谐原理 所谓变形和谐,就是使相联接的两零件在外载荷的作用下所产生的变形的方向相 同,并且使其相对变形尽可能小；4）力平稳原理 所谓力平稳就是指实行结构措施,部分或全部平稳掉无用的力, 以减轻或排除其不良影响；这些结构措施主要有采纳平稳元件、实行对称布置等；5）任务安排原理 安排有三种可能：（1）一载体承担多种功能：功能集中于一载体,可简化结构、降低成本；（2）一载体承担一种功能：功能与载体一一对应,便于做到“ 明确”、“ 牢靠” ,便于 实现结构优化及精确运算； （3）多载体共同承担一种功能： 多载体承担同一功能 可以减轻零件负载,延长使用寿命；6）自补偿原理 通过选择系统元件及其在系统中的配置来自行实现加强功能的相互支持作用,称为自补偿；7）稳固性原理 所谓系统的结构稳固是指当显现干扰,使系统状态发生转变的同时, 会产生一种与干扰作用相反的、使系统复原稳固的效应；6-6、结构设计中有哪些措施可以使构件降低工作时的应力 答： 1）合理确定截面外形；传动轴一般采纳圆形截面；小直径：实心轴便于制 造；大直径：常做成空心轴；2）合理确定轴向尺寸 转变截面外形降低截面上各点的应力,可以提高零件本身抗破坏和抗变形的能力,但不能转变其所受弯矩的大小,通过合理地确定零件轴向尺寸,可以削减弯矩；3）合理选择支承形式4）合理利用材料特性 材料的抗弯、 抗拉和抗压特性差别较大, 结构设计时应充分利用这一特点,尽量扬长避短；6-7、比较弹性强化、塑性强化、预紧的概念和区分；答：强化：以减小应力为目的的预加载荷方法称为强化,强化两类；强化分弹性强化和塑性预紧：以提高刚度、减小工作时再变形为目的的顶加载荷方法称为预紧；1弹性强化 1）弹件强化是使构件在受工作载荷之前预受一个与工作载荷相反的载荷,产生 一个相应的预变形, 以及一个与工作应力相反的预应力,工作时该预加载荷部分 地抵消工作载荷,预变形部分抵消工作变形,从而降低了构件的最大应力；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2）塑性强化是使构件在工作状态下应力最大那部分材料预先经塑性变形而产生 一个与工作应力符号相反的残留应力,用以部分地抵消工件应力； 塑性强化的特点是预加载荷与工作载荷方向一样,而且在构件工作时预加数荷已经撤出,靠残留应力而不是靠预加载荷本身来抵消工作应力；故要求材料必需具有足够的塑 性,构件的塑性变形量不得超过肯定限度；3）预紧是通过一个与工作载荷方向相同的预加载荷；使零件产生肯定的与工作 时同方向的弹性变形、以削减工作时的进一步变形,从而提高刚度的有效措施；力；8-1 影响产品竞争力三要素是什么 .答： 1、功能原理设计：具备产品功能原理的新奇性,这是竞争力的核心要素；2、有用化设计：具备产品技术性能的先进性,优良的技术性能是产品竞争力的 基础要素；3、具备产品竞争力的心理要素,提高产品的吸引力,迎合顾客心理；8-3 产品商品化设计措施有哪些 答：机械产品的艺术造型.价值优化设计 产品的标准化、系列化、模块化设计 产品性能适用性变化 8-4 艺术造型设计的基本原就是什么 .其间有何关系 .答：有用、经济、美观是造型设计的三项基本原就；它是依据造型设计的规律总 结出来的科学原就；有用、经济、美观三者的结合与统一,是设计工作的内涵,又是冲突的统一这一 普遍法就在设计工作上的表达；三者相互关联,相互制约,三个原就缺一不行；其基本关系应当是： 在有用的前提下, 讲究美观, 有用与美观必需以经济因素为 制约条件；8-5 将以下产品进行功能分析,找出基本功能和帮助功能；1干斤顶；2金属切削机床；8-6 价值工程对象选择的依据是什么 .常用什么方法 .答：价值优化对象选择的基本依据是产品价值的高低；产品价值低的即为对象；详细进行时要经过分析, 讨论和综合判定来打算； 一般来说, 凡在生产经营上有 迫切的必要性, 在提高产品功能和降低成本上有较大潜力的产品或零、部件都可 作为选择对象；常用选择方法：名师归纳总结 1功值系数分析法这种方法是寻求功能与所占成本份额不相适应的零、部件第 7 页,共 10 页作为重点改进对象；2“ ABC ” 分析法又称比重分析法 利用此种方法可以选出占成本比重大的零部件作为成本分析对象；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工学院试题参考答案及评分标准课程：机械设计学 学期： 20222022（1）第（ 1）套题命题老师：张艳冬 命题院（系、部）（盖章）：机械工程与自动化学院一、简答（ 20 分 每题 2 分）1、机器的更新换代的三个途径是什么？一是改革工作原理； 二是通过改进工艺、 结构和材料提高技术性能； 三是加强辅助功能使其更适应使用者的心理；2、机械产品设计的三个基本环节是什么？机械产品设计的三个基本环节是： “ 功能原理设计,有用化设计和商品化设计”3、功能原理设计的工作特点是什么？1） 功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应,使机器的工作原理发生根本的变化的设计；2） 功能原理设计中往往要引入某种新技术 新材料、新工艺、 ,但第一要求设计人员有一种新想法 New Idea、新构思；没有新想法,即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去；3） 功能原理设计使机器品质发生质的变化；4、完成工艺功能的三个主要因素？工作头的外形、运动方式和作用场5、功能原理设计中相伴设计进程,其方案评判的方法选择也有不同,点分析法和评分法那种适用于设计初期？点分析法适用于设计初期6、结构件通常具有哪些结构要素 . 分为：工作部分和安装部分； 安装部分又分为固定安装和活动安装（一般保留了一个或一个以上的移动或转动自由度,可按工作部分进行设计）；7、何谓零件的相关 . 每个零件都与一个或几个零件有装配关系或相互位置关系,关称有这种关系的两个零件互为相关零件；8、影响产品竞争力三要素是什么？可以称这种关系为相1）功能原理设计：具备产品功能原理的新奇性,这是竞争力的核心要素；2）有用化设计：具备产品技术性能的先进性,优良的技术性能是产品竞争力的 基础要素；3）具备产品竞争力的心理要素,提高产品的吸引力,迎合顾客心理；9、有用、经济、美观是造型设计的三项基本原就；三者基本关系应当是什么？三者相互关联,相互制约,三个原就缺一不行；10、价值工程对象选择的依据是什么？价值优化对象选择的基本依据是产品价值的高低；产品价值低的即为对象；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 辽宁工学院试题参考答案及评分标准二、功能原理设计（ 40 分）1、 如下列图纸盒的内壳是由半硬纸板切缝然后粘接到一个方形的围条上,围条预先围在塑料块上； 欲设计纸盒围条粘接装置, 试进行原理方案设计 （确定总功能,进行功能分析,求解单元解、系统解）；（30 分）总功能：（4 分）功能分析： 错误 .未找到引用源； 功能分解（ 5 分）,功能结构（ 5 分）单元解：（8 分）系统解：（8 分）2、 方案分析（ 5 分）可行性（ 2 分）,先进性（ 2 分）,经济性（ 1 分）3、 图示为带轮张紧装置,试分析工作原理（5 分）结构说明（ 2 分）,工作过程（ 3 分）三、有用化设计（ 30 分）1 号件上的圆弧槽的功能,1 号件到 3 号件1、 图示可调同步齿轮,试说明的扭矩传递功能是怎么实现的？2 号件到 3 号件的扭矩传递功能是怎么实现的？绘制零件相关图,指明 2 号件的工作部分和连接部分,绘制 2 号件的零件图；（18 分）功能、实现原理：（各 2 分）1 号件上的圆弧槽的功能：调剂齿轮侧隙；1 号件到 3 号件的扭矩传递功能是怎么实现的：5 号件螺栓 2 号件到 3 号件的扭矩传递功能是怎么实现的：锥销 零件相关图：（6 分）结构要素说明：（2 分）工作部分：销孔,与 1 号件、 3 号件接触的端面,内孔,齿面； （指出两处即可）连接部分：工作部格外均为连接部分零件图：图形（ 1 分）,尺寸标注（设计基准2 分,尺寸公差2 分,形位公差1分）名师归纳总结 2、指出图示两种结构方案哪个更合理,为什么？（3 分）第 9 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 结论（ 1 分）,理由说明（ 2 分）结论： b 理由：受力点应尽量靠近支撑点；3、分析下图中哪种方案力流最为合理,为什么？（3 分）结论（ 1 分）,理由说明（ 2 分）结论： a 理由：力流最短；4、用所学学问说明下述两种结构方案哪种合理；为什么？（3 分）结论（ 1 分）,理由说明（ 2 分）结论： b 理由：易于加工；5、图示预应力工字梁,如预应力过大,会产生什么后果？为什么？（3 分）结论（ 1 分）,理由说明（ 2 分）结论：钢梁过载破坏理由：此种结构意在对钢梁进行弹件强化；当预应力过大时钢梁将产生塑性变形,此时残余应力的方向与工作载荷方向一样；四、商品化设计（ 10 分）1、 已知：系统由 A、B、C、D 四部件组成,他们的重要程度为 A 和 B 重要, C 不重要, D 比较重要；四部分的成本系数分别为 K A=0.3,K B=0.4,K C=0.2,K D=0.1 （6 分）解：a. 功能系数求解（ 2 分）b.功值系数求解（ 2 分）c.结论（ 2 分）功值系数1功能系数和功值系数求解：一一比较评分功能零件名称A B C D 系数A X 1 1 1 3 0.428 1.42 B 1 X 1 1 3 0.428 1.07 C 0 0 X 0 0 0 0 D 0 0 1 X 1 0.144 1.44 iP5iF结论： C 为优化目标；2、 利用产品适应性变化的方法进行新产品的开发,产品原型为自行车,适用场 合为常年冰冷地区（ 4 分）适应性变化概念（ 1 分）新方案（ 3 分）适应性变化概念：产品适应性变化方法：适用性转变、开发新用途、增加附加功名师归纳总结 能,拓宽使用面；新方案：功能描述（ 2 分）、解法（ 1 分）；第 10 页,共 10 页- - - - - - -