13春學期現代設計方法期末考核作業(yè)

1、東 北 大 學 繼 續(xù) 教 育 學 院 現代設計方法 試 卷（作業(yè)考核 線上） A 卷學習中心：山西潞安職業(yè)技術培訓學校奧鵬學習中心院校學號： C93550111090079 姓名 王勇 （共 頁） 總分題號一二三四五六七八九十得分一選擇題 （可多選，各2分，共20分）1. 機械設計主要應體現哪些特點（BDE ）。 A) 整體性 B) 系統(tǒng)性 C) 相關性 D) 多解性 E）創(chuàng)新性2. 機械系統(tǒng)的總體設計中不包括以下哪些內容（BE ）。 A) 功能原理方案設計 B) 技術可行性報告 C) 總體布局設計 D) 系統(tǒng)主要參數計算E）結構草圖設計 3. 室內工作的機械選擇（B ）作為動力機不太合適。

2、A）電動機 B）內燃機 C）液壓馬達 D）氣動馬達4. 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換關系確定系統(tǒng)的功能、特性所需具備的工作原理與內部結構，這種方法稱為（ A ）。 A) 黑箱法 B) 列舉法 C) 移植法 D) 篩選法5. （ A ）執(zhí)行系統(tǒng)，要求執(zhí)行系統(tǒng)實現預期精度的動作（位移、速度、加速度等），而對執(zhí)行系統(tǒng)中各構件的強度、剛度無特殊要求。A. 動作型 B. 動力型 C. 動作動力型6. 考慮到強度問題時，（C ）圖的設計比較合理。A) (a)B) (b)C) (c)7. 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

3、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8. 圖中由各種約束條件所包圍的區(qū)域D稱為（ C ）。A) 設計空間 B) 設計維數 C) 設計可行域 9. 已知某零件的失效時間隨機變量服從指數分布，其故障率是5×10-4/小時，那么在工作時間100小時的可靠度水平是：（C ）A) 0.05 B) 0.85 C) 0.9510. 對野外工作的機械及移動式機械，其動力機一般不選擇（ A ）。A）電動機 B）內燃機 C）液壓馬達 D）氣動馬達二判斷題：（正確：T；錯誤：F，各2分，共20分） 1. 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)、

4、操縱控制系統(tǒng)、架體支撐系統(tǒng)幾部分組成。（ F ）2. 機械產品的施工設計階段要完成全部圖紙資料和相關的技術文件。（ T ）3. 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換關系確定系統(tǒng)的功能、特性所需具備的工作原理與內部結構，這種方法稱為黑箱法。（ T ）4. 執(zhí)行系統(tǒng)由執(zhí)行構件和執(zhí)行機構組成，其中執(zhí)行構件往往是執(zhí)行機構中的一個構件。（ T ）5. 雙線性位移模式靈活性較好，而線性位移模式則靈活性較差。（ F ）6. 單元剛度矩陣具有對稱性、奇異性和稀疏性。（ F ）7. 設計可行域指設計空間中滿足所有等式約束條件的空間。（ F ）8. 機械設計學強調從結構

5、學的觀點來看機器的組成，因為這更有利于和設計過程中的工作特點相協(xié)調。（ F ）9. 結構設計時應優(yōu)先考慮結構件的主要功能展開設計，再盡量滿足其它功能。（T ）10. 結構離散化就是將復雜結構劃分成通過節(jié)點相連的若干個單元。（ T ）三簡答題（各6分，共36分）1. 在進行機械設計時應遵循哪些基本原則？答：在進行機械設計時應遵循以下原則：（1） 實用性原則：又稱功能明確原則。主要表現在機器應具有明確合理的功能。 （2） 創(chuàng)造性原則：創(chuàng)造性設計是機械設計最基本的特點。任何一個機械產品的設計都包含繼承和創(chuàng)新的成分，僅有程度不同而已。（3） 優(yōu)化原則：設計者初步判定的設計方案或模型常是原始的，并且有經

6、驗的，必須通過推理、分析、計算，使設計成果達到當代科學技術的先進水平和該產品創(chuàng)造及使用的最佳水平，在技術、經濟等方面，經全面分析和計算而達到最優(yōu)化的結果。（4） 可靠性原則：可靠性是衡量機械產品好壞的一個重要指標。目前，可靠性設計方法已為機械產品設計所運用，它能保證產品在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的服役時間內，完成規(guī)定功能的能力。 （5） 安全性原則：機械產品的不安全因素常會導致機械和人身事故，甚至造成重大的經濟損失和嚴重的社會影響。在機械產品設計中必須貫徹安全性設計原則，其主要包括產品應具有足夠的強度、剛度和必要的安全保護措施等。應根據人機工程學原理使機器和人互相適應，創(chuàng)造舒適和安全

7、的工作環(huán)境，從而提高工作效率；還應考慮機械和環(huán)境的關系，防止對環(huán)境的污染，即目前所提倡的綠色設計等。 （6） 經濟性原則：產品的經濟性好壞是產品具有市場競爭力的一個重要方面，主要表現為在確保產品功能的前提下，盡力降低產品成本，提高經濟效益。（7） 評價審核原則：機械設計是一個復雜的工作過程，涉及到很多因素和方面，因而設計過程也是一種信息加工、處理分析、判斷決策和修正過程，為減少設計失誤，實現高效、優(yōu)質、經濟的設計，必須對每一設計程序獲得的結果隨時進行評審和審核，決不允許不良的甚至是錯誤的信息流入下一個設計程序，再設計過程中，應使評價審核做到規(guī)范化和制度化。（8） 及時性原則：機械設計

8、必須滿足市場需求，而市場是有時效性的，因此，必須保證設計是及時的，滿足當前市場的需要。2. 試說明功能原理設計的內容和一般步驟。答：基于產品的功能分析，構思能夠實現產品功能目標的新的解法原理，即為產品的功能原理設計。功能原理設計的任務是：針對某一明確的“功能目標”尋求一些“物理效應”并借用某些“作用原理”來求得一些實現該功能目標的“解法原理”功能原理設計步驟包括：（1） 明確的給出設計的功能目標，該目標式設計的依據，也是產品驗收的依據；（2） 明確任務之后用黑箱分析系統(tǒng)的總功能；（3） 總功能確定以后，通過功能分析的方法，畫出系統(tǒng)的功能結構圖或功能樹；（4） 從功能分析中得到的個功能單元，尋求

9、個功能的作用原理；（5） 從個功能單元求解后可列出形態(tài)學矩陣，從多個方案中求得可行功能原理方案來；（6） 經評價優(yōu)選出最佳功能原理方案來；3. 機械系統(tǒng)設計中，依據什么樣的原則選定動力機的形式？答：在設計機械系統(tǒng)時，選用任何形式的動力機，主要應從以下三個方面進行分析比較： （1）分析工作機械的負載特性和要求，包括工作機械的載荷特性、工作制度、結構布局、和工作環(huán)境等。 （2）分析動力機本身的機械特性，包括動力機的功率、轉矩、轉速等特性，以及動力機所能適應的工作環(huán)境。使動力機的機械特性與工作機械的負載特性相匹配。 （3）進行經濟性的比較，當同時可用多種類型的動力機進行

10、驅動時，經濟性的分析是必不可少的，包括能量的供應與消耗，動力機的制造、運行和維修成本的比較等。 除上述三方面外，有些動力機的選擇還要考慮對環(huán)境的影響，如對空氣的污染和噪聲的污染等。4. 結構件有哪些主要功用？ 答：結構件的主要功用有： （1）承受載荷 （2）傳遞運動和動力 （3）保持有關零部件之間的相對位置或運動軌跡關系 （4）其他公用，如潤滑、密封等 5. 有限元分析時，為減小解題規(guī)模，常用哪些措施？答：有限元分析時，為減少解題規(guī)模，常用的措施有： （1）對稱性和反稱性 （2）周期性條件 （3）降維處理

11、和幾何簡化 （4）子結構技術 （5）線性近似化 （6）多工況載荷的合并處理 （7）節(jié)點編號的優(yōu)化6說明可靠性的定義及其基本含義。  答:可靠性的經典定義：產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力 產品：指作為單獨研究和分別試驗對象的任何元件、設備或系統(tǒng)，可以是零件、部件，也可以是由它們裝配而成的機器，或由許多機器組成的機組和成套設備，甚至還把人的作用也包括在內。在具體使用“產品”這一詞時，其確切含義應加以說明。例如汽車板簧、汽車發(fā)動機、汽車整車等。 規(guī)定條件：一般指的是使用條件,環(huán)境條件。包括應力溫度、濕度、塵砂、腐

12、蝕等，也包括操作技術、維修方法等條件。     規(guī)定時間：是可靠性區(qū)別于產品其他質量屬性的重要特征，一般也可認為可靠性是產品功能在時間上的穩(wěn)定程度。因此以數學形式表示的可靠性各特征量都是時間的函數。這里的時間概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是與時間成比例的次數、距離。例如應力循環(huán)次數、汽車行駛里程。     規(guī)定功能：道德要明確具體產品的功能是什么，怎樣才算是完成規(guī)定功能。產品喪失規(guī)定功能稱為失效，對可修復產品通常也稱為故障。怎樣才算是失效或故障，有時很容易判定，但更多情況則很難判定。

13、當產品指的是某個螺叢，顯然螺栓斷裂就是失效；當產品指的是某個設備，對某個零件損壞而該設備仍能完成規(guī)定功能就不能算失效或故障，有時雖有某些零件損壞或松脫，但在規(guī)定的短時間內可容易地修復也可不算是失效或故障。若產品指的是某個具有性能指標要求的機器，當性能下降到規(guī)定的指標后，雖然仍能繼續(xù)運轉，但已應算是失效或故障。究竟怎樣算是失效或故障，有時要涉及廠商與用戶不同看法的協(xié)商，有時要涉及當時的技術水平和經濟政策等而作出合理的規(guī)定。     能力：只是定性的理解是比較抽象的，為了衡量檢驗，后面將加以定量描述。產品的失效或故障均具有偶然性，一個產品在某段時間

14、內的工作情況并不很好地反映該產品可靠性的高低，而應該觀察大量該種產品的工作情況并進行合理的處理后才能正確的反映該產品的可靠性，因此對能力的定量需用概率和數理統(tǒng)計的方法。 按產品可靠性的形成，可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是通過設計、制造賦予產品的可靠性；使用可靠性既受設計、制造的影響，又受使用條件的影響。一般使用可靠性總低于固有可靠性。四、 欲用薄板制造一個體積為6m3的封閉貨箱，設貨箱的長、寬、高分別為a、b、h，要求其長度a不小于3m。為確定長、寬、高，試以質量最輕為目標，建立優(yōu)化設計的數學模型。（15分）要使貨箱的質量最輕，優(yōu)化設計的目標函數為：  S=2(ab+ah+bh)取設計變量為： x=（x1  x2