機械設(shè)計學(xué)習(xí)題及答案

1、名詞解釋:1 1、功能原理設(shè)計2 2、簡單動作功能3 3、復(fù)雜動作功能4 4、機械創(chuàng)新設(shè)計5 5、機械協(xié)調(diào)性設(shè)計6 6 核心技術(shù)7 7、關(guān)鍵技術(shù)8 8、彈性強化9 9、塑性強化二、簡答題:機械設(shè)計學(xué)課后習(xí)題1-11-1 機械產(chǎn)品設(shè)計的三個基本環(huán)節(jié)是什么?答：機械產(chǎn)品設(shè)計的三個基本環(huán)節(jié)是：“功能原理設(shè)計，實用化設(shè)計和商品化設(shè)計” 1-21-2、機械設(shè)計具有哪些主要特點: 答：機械設(shè)計具有如下主要特點：(1)(1)多解性(2)(2)系統(tǒng)性(3)(3)創(chuàng)新性1-31-3、近代“機械設(shè)計學(xué)”的核心內(nèi)容1)1)“功能”思想的提出：19471947 年、美國工程師麥爾斯創(chuàng)立了 “價值工程“。他真正重要的

2、貢獻在于他提出的關(guān)于功能”的思想。2)2)“人機工程學(xué)科的興起：“宜人”的宗旨已經(jīng)成為現(xiàn)代機械設(shè)計的基本觀念。3)3)“工業(yè)設(shè)計”學(xué)科的成熟。工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的原則是：“技術(shù)第一，藝術(shù)第二” 設(shè)計師應(yīng)該首先是一個工業(yè)技術(shù)專家，而不首先是一個藝術(shù)家。1-41-4、從設(shè)計構(gòu)思的角度機械產(chǎn)品設(shè)計可歸納為二大步創(chuàng)意、構(gòu)思和實現(xiàn)。創(chuàng)意：重點在于新穎性，且必須具有潛在需求。構(gòu)思：重點在于創(chuàng)造.即要構(gòu)思一種新的技術(shù)方向或功能原理來實現(xiàn)某創(chuàng)意。實現(xiàn)：重點在于驗證構(gòu)思的合理性，可以通過模型或原理樣機來檢查構(gòu)思的合理性。1-51-5、機械設(shè)計按其創(chuàng)新程度可分為以下三種類型:1)1)適應(yīng)性設(shè)計僅改變某些尺寸、外形或局部

3、更改某些結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品適應(yīng)特定的使用條件 或者用戶特殊要求。2)2)變型設(shè)計 功能原理保持不變，變動產(chǎn)品部分結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，擴大規(guī)格，以滿足更大 范圍功能參數(shù)需要的設(shè)計。變型性設(shè)計是產(chǎn)品系列化的手段。3)3)創(chuàng)新設(shè)計在全部功能或主要功能的實現(xiàn)原理和結(jié)構(gòu)未知的情況下，運用成熟的科學(xué) 技術(shù)成果所進行的新型的機械產(chǎn)品設(shè)計。工業(yè)3-3-1 1、什么是功能原理設(shè)計?答：機械產(chǎn)品設(shè)計的最初環(huán)節(jié)，是先要針對該產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。這 種針對主要功能的原理性設(shè)計，可以簡稱為“功能原理設(shè)計”。3-23-2、構(gòu)思一種將鈔票逐張分離的工作原理。說明其物理效應(yīng)，并用sketchsketch 描述之。答：P3

4、3P333-3-3 3、任何一種機器的更新?lián)Q代都存在哪三個途徑?答：任何一種機器的更新?lián)Q代都存在三個途徑是改革工作原理;二是通過改進工藝、結(jié)構(gòu)和材料提高技術(shù)性能;三是加強輔助功能使其更適應(yīng)使用者的心理。3-3-4 4、功能原理設(shè)計的工作特點是什么?答：功能原理設(shè)計有如下三個工作特點:1 1）功能原理設(shè)計往往是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使機器的工作原理發(fā)生 根本的變化的設(shè)計。2 2）功能原理設(shè)計中往往要引入某種新技術(shù)（新材料、新工藝、），但首先要求設(shè)計人員 有一種新想法（NewNew IdeaIdea）、新構(gòu)思。沒有新想法，即使新技術(shù)放到面前也不會把它運用到 設(shè)計中去。3 3）功能原

5、理設(shè)計使機器品質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化。3-53-5、硬幣分選計數(shù)機的總功能如下圖所示，試分析要實現(xiàn)總功能，必須要有哪些分功能單 元，試分別畫出功能分解圖和功能結(jié)構(gòu)圖，并簡要說明計數(shù)功能如何實現(xiàn)的?-裁nV11*嚴）哽幣機總功掘的黛椅描述答：P3839P3839描述家用鼓風(fēng)式蒸汽電熨斗的功能，并畫出功能結(jié)構(gòu)圖。= 家用 =或試用“黑箱”3-63-6、按功能進行分類，其基本類型主要有哪兩類?答：可分為：工藝功能和動作功能兩大類。3-73-7、動作功能的含義?答：動作功能是指那些只完成動作，不同時進行對物體的加工的功能，屬于非工藝類機械。按其是否是一次性動作，還是進行連續(xù)運動可分為“簡單動作功能”和“復(fù)雜動

6、作功能” 兩類。3-83-8、工藝功能的含義?答：工藝類機器是對被加工對象（某種物料）實施某種加工工藝的裝置，其中必定有一個工 作頭如機床的刀具、挖掘機的挖斗等，用這個動作頭去完成對工作對象的加工處理。 在這里，工件頭和工作對象相互配合，實現(xiàn)一種功能，叫做“工藝功能”，這里“工藝” 是指加工“工藝” 工藝功能考慮的兩個重要因素：一是采用哪種工藝方法，二是工作頭采用什么形狀和動作, 而歸根結(jié)底是確定工作頭的形狀和動作。工藝功能的特點是：工作頭的形狀、運動方式和作用場是完成工藝功能的三個主要因素。3-93-9、簡單動作功能的求解思路 求解思路：幾何形體組合法，即：針對功能目標(biāo)，對幾個構(gòu)件的幾何形體

7、進行構(gòu)思、組合。3-103-10、復(fù)雜動作功能的求解思路求解思路：基本機構(gòu)組合法。3-113-11、完成工藝功能的三個主要因素：1 1）工作頭的形狀；2 2）運動方式；3 3）作用場 3-123-12、舉例說明物一場分析法（S-FieldS-Field 法）？ 答：P P: 45-4745-474-4-1 1、常用的傳動機構(gòu)有哪些?熱噪答：常用的傳動機構(gòu)有齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、楔塊機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、 槽輪機構(gòu)、摩擦輪機構(gòu)、撓性件機構(gòu)、彈性件機構(gòu)、液氣動機構(gòu)、電氣機構(gòu)以及利用以上 一些常用機構(gòu)進行組合而產(chǎn)生的組合機構(gòu)。4-4-2 2、常見的用于運動速度或力的大小變換的傳動機構(gòu)主要

8、有哪些？并簡要說明。答：常見的用于運動速度或力的大小變換的傳動機構(gòu)主要有以下幾種: 1 1）通過嚙合方式進行傳動（例如；齒輪、蝸輪蝸桿、鏈傳動、同步齒形帶等 ）。其中：齒輪 傳動可以在平行軸或交錯軸間實現(xiàn)準確的定傳動比傳動，適用功率和速度范圍廣，結(jié)構(gòu)緊 湊，傳動效率高，工作可靠，壽命長，互換性好，因而得到廣泛應(yīng)用。2 2）通過摩擦方式進行傳動（例如：摩擦輪傳動、摩擦式無級變速器、帶傳動、滑輪傳動等 ）。 這類機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，成本低廉，由于帶具有柔軟性、吸收振動的特性，且有緩 沖和安全保護的作用特性，使帶傳動適用于兩軸中心距較大的傳動。3 3）利用楔塊原理進行傳動（例如：螺旋傳動、偏心輪

9、傳動等）。螺旋傳動主要由螺桿、螺母、 機架組成。螺旋傳動的優(yōu)點是增力效果大，可用較小的轉(zhuǎn)矩得到較大的軸向力。結(jié)構(gòu)簡單, 傳動精度高，平穩(wěn)無噪聲等。4 4）利用流體作用原理進行傳動（例如：液壓、氣動傳動等）。液體可以看作是一種不可壓縮 物體。因而液壓傳動能傳動較大的力，經(jīng)常用于傳動比不需十分精確但載荷很大的情況下.但液壓傳動速度較慢，例如液壓千斤頂、液壓挖掘機的推桿等。而氣動傳動機構(gòu)一般 用于傳遞較小的力，但作用速度快。4-4-3 3、執(zhí)行機構(gòu)基本類型有哪些?答：帶動工作頭進行工作并使之獲得工作力或力矩的機構(gòu)稱為執(zhí)行機構(gòu)?；绢愋椭饕校簥A持、搬運、輸送、分度與轉(zhuǎn)位、檢測與分類、施力等 4-44

10、-4、執(zhí)行機構(gòu)的主要作用?答：執(zhí)行機構(gòu)的主要作用有: 1 1）滿足特定運動規(guī)律：主要指那些輸出中有速度的規(guī)律變化要求。2 2）滿足特定的運動軌跡：在生產(chǎn)實際中，需要機構(gòu)完成某種特定的運動軌跡，如直線、圓 弧等等。當(dāng)運動軌跡要求比較復(fù)雜時，？ 一般通過連桿機構(gòu)或通過組合機構(gòu)來完成。3 3）滿足某種特殊的信息傳遞：利用機構(gòu)不僅能完成機械運動和動力的傳遞，還能完成諸如 檢測、計數(shù)、定時、顯示或控制等功能。4-54-5、通過一系列機構(gòu)和電氣電子裝置實現(xiàn)。機構(gòu)一般能實現(xiàn)下列動作功能:1 1）實現(xiàn)運動形式或運動規(guī)律變換的動作功能 原動機的轉(zhuǎn)動通過機構(gòu)進行構(gòu)件運動形式變換，例如:（1 1）勻速運動（平動、轉(zhuǎn)

11、動）與非勻速運動（平動轉(zhuǎn)動或擺動）的變換（2 2）連續(xù)轉(zhuǎn)動與間歇式的轉(zhuǎn)動或擺動的變換。（3 3 ）實現(xiàn)預(yù)期的運動軌跡。2 2）利用機構(gòu)實現(xiàn)開關(guān)、聯(lián)鎖和檢測等動作功能(1(1)用來實現(xiàn)運動離合或開停。(2(2 )用來換向、超越和反向止動。(3(3 )用來實現(xiàn)聯(lián)鎖、過載保護、安全制動 (4)(4) 實現(xiàn)鎖止、定位、夾壓等。 實現(xiàn)測量、放大、比較、顯示、記錄、運算等。3)3)利用機構(gòu)實現(xiàn)程序控制或手動控制的功能 (1)(1)利用時間的序列進行控制 利用動作的序列進行控制(3)(3) 利用運動的變化等進行控制5-5-1 1、簡述產(chǎn)品設(shè)計的核心問題和外圍問題。答：設(shè)計理解為一個“空間”。整個設(shè)計“空間”

12、分為兩部分:1)1)內(nèi)部空間：設(shè)計應(yīng)遵循的主要階段，其任務(wù)是使設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為“硬件”以滿足需求, 這也是設(shè)計的最終目的，故稱內(nèi)部空間為設(shè)計核心工作。2)2)外部空間：所列舉的問題為對設(shè)計的各種要求和應(yīng)用的技術(shù)方法，是設(shè)計的外圍問題。由銷售反饋信息，進行市場分析，改進技術(shù)要求，再進行設(shè)計的循環(huán)，是一個相互作用不 斷完善的迭代過程，使產(chǎn)品不斷地發(fā)展。產(chǎn)品設(shè)計過程中的各種設(shè)計要求，是設(shè)計的依據(jù) 和前提，它們就是設(shè)計的外圍問題。5-5-2 2、整機總體參數(shù)主要指哪些?答：整機總體參數(shù)主要指: 總體參數(shù)是表明機器技術(shù)性能的主要指標(biāo)，包括機器性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)兩方面:(1(1)性能參數(shù)是指生產(chǎn)率、功率和重

13、量等;(2(2)結(jié)構(gòu)參數(shù)是指主要結(jié)構(gòu)尺寸， 它由整機外形尺寸、 主要部件的外形尺寸及工作機構(gòu)作 業(yè)位置尺寸等組成。5-5-3 3、在機器設(shè)計中如何區(qū)別核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)兩個不同概念?答：核心技術(shù)是指實現(xiàn)總功能和主要要求的技術(shù)，對不同的機械其核心技術(shù)是不相同的。關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)某種功能過程中需要解決的技術(shù)難題。它與核心技術(shù)是兩個不同的概念,在核心技術(shù)中也有關(guān)鍵技術(shù)問題。并請舉例說明：83836-6-1 1、機械結(jié)構(gòu)件一般應(yīng)具有哪些功能？ 答：承受載荷、傳遞運動和動力、保證或保持有關(guān)零件或部件之間的相對位置或運動軌跡 關(guān)系等。6-6-2 2、何謂零件的相關(guān)？何謂直接相關(guān)和間接相關(guān)?答：每個零件都與一

14、個或幾個零件有裝配關(guān)系或相互位置關(guān)系，可以稱這種關(guān)系為相關(guān).稱 有這種關(guān)系的兩個零件互為相關(guān)零件。零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類:(1(1)直接相關(guān)：凡是兩零件有直接裝配關(guān)系的。(2(2)間接相關(guān)：沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運動相關(guān)兩類: 位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求。運動相關(guān)是指一零件的運動軌跡與另一零件有關(guān)。要滿足運動相關(guān)條件，一般需要一個或幾個位置相關(guān)的中間件來達到。6-36-3、結(jié)構(gòu)件通常具有哪些結(jié)構(gòu)要素？在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)如何區(qū)別對待?答：分為：工作部分、聯(lián)結(jié)部分和安裝部分；安裝部分又分為固定安裝和活動安裝（一般保留了一個或一個以上的移動或轉(zhuǎn)動自由度，

15、可按工作部分進行設(shè)計）。工作部分的設(shè)計主要考慮工作面的形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量等，而聯(lián)結(jié)部分主要考慮強度、剛度等要求。6-46-4、舉例說明何謂直接安全技術(shù)？何謂間接安全技術(shù)？答：P116P116直接安全技術(shù):是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分滿足安全可靠要求，保證在使用中不出現(xiàn)危險。如采用安全銷、安全閥和易損件等。對于可能松脫的零件加以限位，使其不致脫落造成機器事故。間接安全技術(shù):通過防護系統(tǒng)和保護裝置來實現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的安全可靠。其類型是多種多樣的。如液壓回路中的安全閥、電路系統(tǒng)中的保險絲等，都是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)危險或超負荷時,自行脫離危險狀態(tài)。6-56-5、結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的設(shè)計原理有哪些答：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中常應(yīng)用

16、下述各項原理:1 1）等強度原理對于同一個零件來說，各處應(yīng)力相等，各處壽命相等，叫等強度。2 2）合理力流原理可以認為力在其傳遞路線上形成所謂力線， 這些力線匯成力流。 力在構(gòu)件中的傳遞軌跡就 像電場中的電力線、磁場中的磁力線、水流中的流線一樣，按力流路線傳遞。3 3） 變形協(xié)調(diào)原理 所謂變形協(xié)調(diào)， 就是使相聯(lián)接的兩零件在外載荷的作用下所產(chǎn)生的變形的方向相同， 并且 使其相對變形盡可能小。4 4）力平衡原理 所謂力平衡就是指采取結(jié)構(gòu)措施， 部分或全部平衡掉無用的力，以減輕或消除其不良影響。這些結(jié)構(gòu)措施主要有采用平衡元件、采取對稱布置等。5 5）任務(wù)分配原理 分配有三種可能:（1 1） 一載體承

17、擔(dān)多種功能：功能集中于一載體，可簡化結(jié)構(gòu)、降低成本；（2 2） 一載體承 擔(dān)一種功能：功能與載體一一對應(yīng)，便于做到“明確”、“可靠”，便于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及 準確計算；（3 3）多載體共同承擔(dān)一種功能：多載體承擔(dān)同一功能可以減輕零件負載，延長 使用壽命。6 6）自補償原理通過選擇系統(tǒng)元件及其在系統(tǒng)中的配置來自行實現(xiàn)加強功能的相互支持作用，稱為自補償。7 7）穩(wěn)定性原理 所謂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是指當(dāng)出現(xiàn)干擾，使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變的同時，會產(chǎn)生一種與干擾作 用相反的、使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定的效應(yīng)。6-6-6 6、結(jié)構(gòu)設(shè)計中有哪些措施可以使構(gòu)件降低工作時的應(yīng)力 答：1 1）合理確定截面形狀。傳動軸一般采用圓形截面。小

18、直徑：實心軸便于制造；大直徑: 常做成空心軸。2 2）合理確定軸向尺寸 改變截面形狀降低截面上各點的應(yīng)力，可以提高零件本身抗破壞和抗變形的能力，但不能 改變其所受彎矩的大小，通過合理地確定零件軸向尺寸，可以減少彎矩。3 3）合理選擇支承形式 4 4）合理利用材料特性 材料的抗彎、抗拉和抗壓特性差別較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分利用這一特點，盡量揚長避短。6-76-7、比較彈性強化、塑性強化、預(yù)緊的概念和區(qū)別。答：強化：以減小應(yīng)力為目的的預(yù)加載荷方法稱為強化，強化分彈性強化和塑性強化兩類。預(yù)緊：以提高剛度、減小工作時再變形為目的的頂加載荷方法稱為預(yù)緊。1 1.彈性強化1 1）彈件強化是使構(gòu)件在受工作載荷之前預(yù)受一個與工作載荷相反的載荷，產(chǎn)生一個相應(yīng)的 預(yù)變形，以及一個與工作應(yīng)力相反的預(yù)