機械設計學習題及答案

名詞解釋：1、功效原理設計2、簡樸動作功效3、復雜動作功效4、機械創(chuàng)新設計5、機械協調性設計6、核心技術7、核心技術8、彈性強化9、塑性強化二、簡答題：機械設計學課后習題1-1機械產品設計的三個基本環(huán)節(jié)是什么？

答：機械產品設計的三個基本環(huán)節(jié)是：“功效原理設計，實用化設計和商品化設計”

1-2、機械設計含有哪些重要特點：

答：機械設計含有以下重要特點:(1)多解性(2)系統性(3)創(chuàng)新性1-3、近代“機械設計學”的核心內容1）“功效”思想的提出：l947年、美國工程師麥爾斯創(chuàng)立了“價值工程“。他真正重要的奉獻在于他提出的有關‘功效”的思想。2）“人機工程’’學科的興起：“宜人”的宗旨已經成為當代機械設計的基本觀念。3）“工業(yè)設計”學科的成熟。工業(yè)產品設計的原則是：“技術第一，藝術第二”。工業(yè)設計師應當首先是一種工業(yè)技術專家，而不首先是一種藝術家。1-4、從設計構思的角度機械產品設計可歸納為三大步：創(chuàng)意、構思和實現。創(chuàng)意：重點在于新穎性，且必須含有潛在需求。構思：重點在于發(fā)明．即要構思一種新的技術方向或功效原理來實現某創(chuàng)意。實現：重點在于驗證構思的合理性，能夠通過模型或原理樣機來檢查構思的合理性。1-5、機械設計按其創(chuàng)新程度可分為下列三種類型：1)適應性設計僅變化某些尺寸、外形或局部更改某些構造，使產品適應特定的使用條件或者顧客特殊規(guī)定。2）變型設計功效原理保持不變，變動產品部分構造尺寸參數，擴大規(guī)格，以滿足更大范疇功效參數需要的設計。變型性設計是產品系列化的手段。3)創(chuàng)新設計在全部功效或重要功效的實現原理和構造未知的狀況下，運用成熟的科學技術成果所進行的新型的機械產品設計。3-1、什么是功效原理設計？

答：機械產品設計的最初環(huán)節(jié)，是先要針對該產品的重要功效提出某些原理性的構思。這種針對重要功效的原理性設計，能夠簡稱為“功效原理設計”。

3-2、構思一種將現金逐張分離的工作原理。闡明其物理效應，并用sketch描述之。

答：P33

3-3、任何一種機器的更新換代都存在哪三個途徑？

答：任何一種機器的更新換代都存在三個途徑:

一是改革工作原理；

二是通過改善工藝、構造和材料提高技術性能；

三是加強輔助功效使其更適應使用者的心理。

3-4、功效原理設計的工作特點是什么？

答：功效原理設計有以下三個工作特點：

1)功效原理設計往往是用一種新的物理效應來替代舊的物理效應，使機器的工作原剪發(fā)生根本的變化的設計。

2)功效原理設計中往往要引入某種新技術(新材料、新工藝、……)，但首先規(guī)定設計人員有一種新想法(NewIdea)、新構思。沒有新想法，即使新技術放到面前也不會把它運用到設計中去。

3)功效原理設計使機器品質發(fā)生質的變化。

3-5、硬幣分選計數機的總功效以下圖所示，試分析要實現總功效，必須要有哪些分功效單元，試分別畫出功效分解圖和功效構造圖，并簡要闡明計數功效如何實現的？

答：P38~39或試用“黑箱”描述家用鼓風式蒸汽電熨斗的功效，并畫出功效構造圖。家用家用電熨斗SEMS顯示M，熱風蒸汽3-6、按功效進行分類，其基本類型重要有哪兩類？

答：可分為：工藝功效和動作功效兩大類。

3-7、動作功效的含義？

答：動作功效是指那些只完畢動作，不同時進行對物體的加工的功效，屬于非工藝類機械。按其與否是一次性動作，還是進行持續(xù)運動可分為“簡樸動作功效”和“復雜動作功效”兩類。

3-8、工藝功效的含義？

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，其中必然有—個工作頭〔如機床的刀具、挖掘機的挖斗等〕，用這個動作頭去完畢對工作對象的加工解決。在這里，工件頭和工作對象互相配合，實現一種功效，叫做“工藝功效”，這里“工藝”是指加工“工藝”。

工藝功效考慮的兩個重要因素：一是采用哪種工藝辦法，二是工作頭采用什么形狀和動作，而歸根結底是擬定工作頭的形狀和動作。

工藝功效的特點是：工作頭的形狀、運動方式和作用場是完畢工藝功效的三個重要因素。3-9、簡樸動作功效的求解思路求解思路：幾何形體組正當,即：針對功效目的，對幾個構件的幾何形體進行構思、組合。3-10、復雜動作功效的求解思路求解思路：基本機構組正當。3-11、完畢工藝功效的三個重要因素：1）工作頭的形狀；2）運動方式；3）作用場3-12、舉例闡明物一場分析法(S-Field法)？

答：P：45~474-1、慣用的傳動機構有哪些？

答：慣用的傳動機構有齒輪機構、連桿機構、凸輪機構、螺旋機構、楔塊機構、棘輪機構、槽輪機構、摩擦輪機構、撓性件機構、彈性件機構、液氣動機構、電氣機構以及運用以上某些慣用機構進行組合而產生的組合機構。

4-2、常見的用于運動速度或力的大小變換的傳動機構重要有哪些？并簡要闡明。

答：常見的用于運動速度或力的大小變換的傳動機構重要有下列幾個：

1)通過嚙合方式進行傳動(例如；齒輪、蝸輪蝸桿、鏈傳動、同時齒形帶等)。其中：齒輪傳動能夠在平行軸或交錯軸間實現精確的定傳動比傳動，合用功率和速度范疇廣，構造緊湊，傳動效率高，工作可靠，壽命長，交換性好，因而得到廣泛應用。

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)。這類機構構造簡樸，維修方便，成本低廉，由于帶含有柔軟性、吸取振動的特性，且有緩沖和安全保護的作用特性，使帶傳動合用于兩軸中心距較大的傳動。

3)運用楔塊原理進行傳動(例如：螺旋傳動、偏心輪傳動等)。螺旋傳動重要由螺桿、螺母、機架構成。螺旋傳動的優(yōu)點是增力效果大，可用較小的轉矩得到較大的軸向力。構造簡樸，傳動精度高，平穩(wěn)無噪聲等。

4)運用流體作用原理進行傳動(例如：液壓、氣動傳動等)。液體能夠看作是一種不可壓縮物體。因而液壓傳動能傳動較大的力，經慣用于傳動比不需十分精確但載荷很大的狀況下．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。而氣動傳動機構普通用于傳遞較小的力，但作用速度快。

4-3、執(zhí)行機構基本類型有哪些？

答：帶開工作頭進行工作并使之獲得工作力或力矩的機構稱為執(zhí)行機構?；绢愋椭匾校簥A持、搬運、輸送、分度與轉位、檢測與分類、施力等

4-4、執(zhí)行機構的重要作用？

答：執(zhí)行機構的重要作用有：

1）滿足特定運動規(guī)律：重要指那些輸出中有速度的規(guī)律變化規(guī)定。

2）滿足特定的運動軌跡：在生產實際中，需要機構完畢某種特定的運動軌跡，如直線、圓弧等等。當運動軌跡規(guī)定比較復雜時，

普通通過連桿機構或通過組合機構來完畢。

3）滿足某種特殊的信息傳遞：運用機構不僅能完畢機械運動和動力的傳遞，還能完畢諸如檢測、計數、定時、顯示或控制等功效。4-5、通過一系列機構和電氣電子裝置實現。機構普通能實現下列動作功效：1）實現運動形式或運動規(guī)律變換的動作功效原動機的轉動通過機構進行構件運動形式變換，例如：(1)勻速運動(平動、轉動)與非勻速運動(平動轉動或擺動)的變換(2)持續(xù)轉動與間歇式的轉動或擺動的變換。(3）實現預期的運動軌跡。2)運用機構實現開關、聯鎖和檢測等動作功效(1）用來實現運動離合或開停。(2）用來換向、超越和反向止動。(3）用來實現聯鎖、過載保護、安全制動(4)實現鎖止、定位、夾壓等。(5)實現測量、放大、比較、顯示、統計、運算等。3)運用機構實現程序控制或手動控制的功效(1)運用時間的序列進行控制(2)運用動作的序列進行控制(3)運用運動的變化等進行控制5-1、簡述產品設計的核心問題和外圍問題。

答：設計理解為一種“空間”。整個設計“空間”分為兩部分：

1）內部空間：設計應遵照的重要階段，其任務是使設計規(guī)定轉化為“硬件”以滿足需求，這也是設計的最后目的，故稱內部空間為設計核心工作。

2）外部空間：所列舉的問題為對設計的多個規(guī)定和應用的技術辦法，是設計的外圍問題。

由銷售反饋信息，進行市場分析，改善技術規(guī)定，再進行設計的循環(huán)，是一種互相作用不停完善的迭代過程，使產品不停地發(fā)展。產品設計過程中的多個設計規(guī)定，是設計的根據和前提，它們就是設計的外圍問題。

5-2、整機總體參數重要指哪些？

答：整機總體參數重要指：

總體參數是表明機器技術性能的重要指標，涉及機器性能參數和構造參數兩方面：

（1）性能參數是指生產率、功率和重量等；

（2）構造參數是指重要構造尺寸，它由整機外形尺寸、重要部件的外形尺寸及工作機構作業(yè)位置尺寸等構成。

5-3、在機器設計中如何區(qū)別核心技術和核心技術兩個不同概念？

答：核心技術是指實現總功效和重要規(guī)定的技術，對不同的機械其核心技術是不相似的。

核心技術是實現某種功效過程中需要解決的技術難題。它與核心技術是兩個不同的概念，在核心技術中也有核心技術問題。并請舉例闡明：836-1、機械構造件普通應含有哪些功效?

答：承受載荷、傳遞運動和動力、確?；虮３钟嘘P零件或部件之間的相對位置或運動軌跡關系等。

6-2、何謂零件的有關?何謂直接有關和間接有關？

答：每個零件都與一種或幾個零件有裝配關系或互相位置關系，能夠稱這種關系為有關．稱有這種關系的兩個零件互為有關零件。

零件的有關分為直接有關和間接有關兩類：

（1）直接有關：但凡兩零件有直接裝配關系的。

（2）間接有關：沒有直接裝配關系的有關。

間接有關又分為位置有關和運動有關兩類：

位置有關是指兩零件在互相位置上有規(guī)定。

運動有關是指一零件的運動軌跡與另一零件有關。要滿足運動有關條件，普通需要一種或幾個位置有關的中間件來達成。

6-3、構造件普通含有哪些構造要素?在構造設計中應如何區(qū)別看待？

答：分為：工作部分、聯結部分和安裝部分；安裝部分又分為固定安裝和活動安裝（普通保存了一種或一種以上的移動或轉動自由度，可按工作部分進行設計）。

工作部分的設計重要考慮工作面的形狀、尺寸、精度、表面質量等，而聯結部分重要考慮強度、剛度等規(guī)定。

6-4、舉例闡明何謂直接安全技術?何謂間接安全技術?

答：P116

直接安全技術：是指在構造設計中充足滿足安全可靠規(guī)定，確保在使用中不出現危險。

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：通過防護系統和保護裝置來實現技術系統的安全可靠。其類型是多個多樣的。如液壓回路中的安全閥、電路系統中的保險絲等，都是當設備出現危險或超負荷時，自行脫離危險狀態(tài)。

6-5、構造設計中慣用的設計原理有哪些?

答：在構造設計中常應用下述各項原理：

1）等強度原理

對于同一種零件來說，各處應力相等，各處壽命相等，叫等強度。

2）合理力流原理

能夠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、水流中的流線同樣，按力流路線傳遞。

3）變形協調原理

所謂變形協調，就是使相聯接的兩零件在外載荷的作用下所產生的變形的方向相似，并且使其相對變形盡量小。

4）力平衡原理

所謂力平衡就是指采用構造方法，部分或全部平衡掉無用的力，以減輕或消除其不良影響。這些構造方法重要有采用平衡元件、采用對稱布置等。

5）任務分派原理

分派有三種可能：

（1）一載體承當多個功效：功效集中于一載體，可簡化構造、減少成本；（2）一載體承當一種功效：功效與載體一一對應，便于做到“明確”、“可靠”，便于實現構造優(yōu)化及精確計算；（3）多載體共同承當一種功效：多載體承當同一功效能夠減輕零件負載，延長使用壽命。

6）自賠償原理

通過選擇系統元件及其在系統中的配備來自行實現加強功效的互相支持作用，稱為自賠償。

7）穩(wěn)定性原理

所謂系統的構造穩(wěn)定是指當出現干擾，使系統狀態(tài)發(fā)生變化的同時，會產生一種與干擾作用相反的、使系統恢復穩(wěn)定的效應。6-6、構造設計中有哪些方法能夠使構件減少工作時的應力

答：1）合理擬定截面形狀。傳動軸普通采用圓形截面。小直徑：實心軸便于制造；大直徑：常做成空心軸。

2）合理擬定軸向尺寸

變化截面形狀減少截面上各點的應力，能夠提高零件本身抗破壞和抗變形的能力，但不能變化其所受彎矩的大小，通過合理地擬定零件軸向尺寸，能夠減少彎矩。

3）合理選擇支承形式

4）合理運用材料特性

材料的抗彎、抗拉和抗壓特性差別較大，構造設計時應充足運用這一特點，盡量揚長避短。

6-7、比較彈性強化、塑性強化、預緊的概念和區(qū)別。

答：強化：以減小應力為目的的預加載荷辦法稱為強化，強化分彈性強化和塑性強化兩類。

預緊：以提高剛度、減小工作時再變形為目的的頂加載荷辦法稱為預緊。

1．彈性強化

1）彈件強化是使構件在受工作載荷之前預受一種與工作載荷相反的載荷，產生一種對應的預變形，以及一種與工作應力相反的預應力，工作