東北大學(xué)現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法B答案

1、一選擇題 1. 機械產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)劃階段，應(yīng)完成如下主要工作（A B ）。A) 產(chǎn)品的市場需求分析 B) 產(chǎn)品設(shè)計的可靠性報告 2. 以下有關(guān)機械系統(tǒng)特點的描述哪些是正確的（ ABD ）。 A) 整體性 B) 系統(tǒng)性 D) 相關(guān)性 3. 機械產(chǎn)品的功能是對（ BCE ）進行傳遞和變換的程序、功效和能力的抽象化描述。B) 能量流 C) 物質(zhì)流 E）信息流 4. 功能分解的結(jié)果有兩種表達方式，其中，（ B ）在形式上比較簡單、直觀，可以清晰地表達各分功能的層次關(guān)系，而（ A ）則能夠更充分地表達各分功能之間的相互配合關(guān)系。A) 功能結(jié)構(gòu)圖 B) 功能樹5. 布置傳動系統(tǒng)時，一般把帶傳動安排在傳動鏈的

2、（B ）。B) 高速端6. 以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，哪些結(jié)構(gòu)比較合理？（ AC ）。A) C) 7. 上一題目中選擇的依據(jù)是遵循哪種結(jié)構(gòu)設(shè)計原理？（ B ）B) 合理力流原理8. 圖示平面問題，滿足（ A ）。 A) 對稱性條件 9. 對（a）圖所示的軸對稱模型進行有限元分析時，必須施加約束支座以消除剛體位移。下面的（b）圖和（c）中哪種約束是錯誤的？（ B ）A) （b）圖 B) （c）圖10. 將研究對象的各個部分、各個方面和各種因素聯(lián)系起來加以考慮，從整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律，從而尋求新的創(chuàng)造的原理是（ A ）A) 綜合創(chuàng)造原理 二判斷題：（正確：T；錯誤：F，各2分，共20分） 1. 機械

3、產(chǎn)品的方案設(shè)計階段就是要完成產(chǎn)品的原理方案設(shè)計。 （ F ）2. 一個機械系統(tǒng)必須由動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)、架體支撐系統(tǒng)幾部分組成。 （ F ）3. 機械設(shè)計學(xué)強調(diào)從功能的觀點來看機器的組成，因為這更有利于和設(shè)計過程中的工作特點相協(xié)調(diào)。 （ T ）4. 總體布局設(shè)計一般先布置動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，然后再布置執(zhí)行系統(tǒng)等。 （ F ）5. 在設(shè)計機械時，一般需預(yù)先給定機械的工作載荷。該工作載荷可以由設(shè)計者自行確定，也可以由需求方提供。 （ T ）6. 執(zhí)行構(gòu)件的作用是傳遞和變換運動和動力。 （ F ）7. 三角形單元和矩形單元的每個節(jié)點均有兩個位移自由度。 （ T ）8. 結(jié)構(gòu)離

4、散化就是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)劃分成通過節(jié)點相連的若干個單元。 （ T ）9. 設(shè)計變量的個數(shù)即為設(shè)計空間的維數(shù)。 （ T ）10. 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度是各單元可靠度之和。 （ F ）三簡答題（各6分，共36分）1. 機械設(shè)計具有哪些特點？（1） 多解性 在許多情況下，一個設(shè)計方案不可能同時滿足所有用戶的要求，而能滿足同一用戶需求的設(shè)計方案一般來說也不止一個，因此設(shè)計具有多解性。（2） 系統(tǒng)性 機械設(shè)計既要滿足用戶對產(chǎn)品技術(shù)性、經(jīng)濟性和社會性的追求，又必須滿足各方面的約束條件，如加工和制造條件、使用和操作條件、保養(yǎng)和維修條件、運輸條件等；機械設(shè)計還需考慮機械本身的系統(tǒng)性，（3） 創(chuàng)新性 各種機械設(shè)計都是程度

5、不同的創(chuàng)新活動?？萍汲晒粩嘁援a(chǎn)品形式轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，設(shè)計是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。每一個開發(fā)性設(shè)計都意味著有新的科技成果被應(yīng)用，每一次產(chǎn)品的改進都是一次創(chuàng)新，設(shè)計過程體現(xiàn)了設(shè)計者的創(chuàng)造性勞動。2. 進行原理方案構(gòu)思時常用哪些方法？（1）黑箱法 利用對未知系統(tǒng)的外部觀測，分析該系統(tǒng)與環(huán)境之間的輸入和輸出，通過輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系確定系統(tǒng)的功能、特性所需具備的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種方法稱為黑箱法。黑箱法要求設(shè)計者不要首先從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)著手，而應(yīng)從系統(tǒng)的功能出發(fā)設(shè)計產(chǎn)品。（2）列舉法 以現(xiàn)有功能類似的機械作對象，列舉其優(yōu)點，在新方案中保留；列舉其缺點，以便避免；列舉其不足（或不同）之處，以便作必要的補

6、充。在繼承基礎(chǔ)上創(chuàng)新，可使新方案盡可能完善。（3）移植法 受其它事物（也許與本課題毫無直接關(guān)系的事物）的啟迪，觸發(fā)靈感，運用聯(lián)想將其原理合理地應(yīng)用到自己的課題上。（4）篩選法將有可能實現(xiàn)該功能要求的工作原理、工藝動作及實現(xiàn)該運動的基本機構(gòu)和組合機構(gòu)盡可能按層次羅列出來，進行排列組合；再按可行性、先進性、方便性、經(jīng)濟性逐個分析審查，淘汰不適合的。在進行方案構(gòu)思時，不論是總體方案還是某一部分的具體問題，都不單獨使用某一種方法，這幾種方法往往要綜合應(yīng)用，才能收到較好的效果。3. 圖示兩種傳動方案，假設(shè)各零件的參數(shù)和制造精度完全相同，試分析哪一種布局比較合理，說明理由。（a） 齒輪 蝸桿傳動減速（b）

7、蝸桿 齒輪減速傳動題3圖 兩種減速方案若從精度上來分析，設(shè)齒輪副和蝸桿副的傳動誤差分別為和，齒輪傳動比為，蝸桿傳動比為。得兩個方案最后一級的傳動總誤差分別為：圖2-3a所示方案的總誤差，圖2-3b所示方案的總誤差，若和接近相等，則，可見齒輪傳動布置在高速級的傳動精度較高。但齒輪傳動布置在高速級時噪聲較大，且因小齒輪z1往往不得不采用懸臂結(jié)構(gòu)，使傳動性能和承載能力下降。同時，蝸桿傳動的齒面相對滑動速度大，發(fā)熱和膠合常為限制其承載能力的決定因素。故若蝸桿傳動布置在低速級會增加其負載和總體結(jié)構(gòu)尺寸，降低傳動效率。因此，對于以傳遞動力為主的傳動系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮蝸桿布置在高速級的方案；對于以傳遞運動為主

8、，尤其是要求傳動精度較高的系統(tǒng)，才考慮蝸桿傳動布置在低速級的方案。4. 機構(gòu)運動循環(huán)圖有哪三種表達形式？試?yán)L圖說明。（1）直線式 以一定比例的直線段表示運動循環(huán)各運動區(qū)段的時間，如圖（a）所示。這種表示方法最簡單，但直觀性很差，且不能清楚地表示與其他機構(gòu)動作間的相互關(guān)系。 （2）極坐標(biāo)式 將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時間及順序按比例繪于圓形坐標(biāo)上，如圖（b）所示。此法直觀性較強，尤其對于分配軸每轉(zhuǎn)一周為一個機械工作循環(huán)者，有很多方便之處。但是，當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)太多時，需將所有執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖分別用不同直徑的同心圓環(huán)來表示，則看起來不很方便。（3）直角坐標(biāo)式 以直角坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的各個運動區(qū)段的運

9、動順序及時間比例，同時還表示出執(zhí)行構(gòu)件的運動狀態(tài)，如圖（c）所示。此法直觀性最強，比上述兩種運動循環(huán)圖更能反映執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)的運動特征。5. 常用的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原理有哪些？（1） 等強度原理（2） 合理力流原理（3） 變形協(xié)調(diào)原理（4） 力平衡原理（5） 任務(wù)分配原理（6） 自補償原理（7） 穩(wěn)定性原理6說明應(yīng)用有限元法解題的一般過程。（1）問題及求解域定義根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域，建立有限元計算模型。（2）連續(xù)體離散化連續(xù)體離散化，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)格劃分，即將連續(xù)體劃分為有限個具有規(guī)則形狀的微小塊體，把每個微小塊體稱為單元，兩相鄰單元之間只通過若干點相互連接，每個連接點稱為節(jié)點。為合理有效地表示連續(xù)體要選擇好單元的類型、數(shù)目、大小和排列方式。（3）單元分析 選擇位移模式 分析單元的力學(xué)性質(zhì) 計算等效節(jié)點力（4）組成物體的整體方程組由已知的單元剛度矩陣和單元等效節(jié)點載荷列陣集成表示整個物體性質(zhì)的結(jié)構(gòu)剛度矩陣和結(jié)構(gòu)載荷列陣，從而建立起整個結(jié)構(gòu)已知量總節(jié)點載荷與整個物體未知量總節(jié)點位移的關(guān)系。得到系統(tǒng)的基本方程后，考慮其邊界條件或初始條件，求解上述聯(lián)立方程組。（5）求解有限元方程和結(jié)果解釋求解上述聯(lián)立方程組，求解結(jié)果是單元節(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。四、某廠生產(chǎn)一個容積為8000cm3的平底、無蓋的圓柱形容器，要求設(shè)計此容器消耗原材料最少。（1）試建立該優(yōu)