機械設計學習題及答案

1、名詞解釋:1 1、功能原理設計2 2、簡單動作功能3 3、復雜動作功能4 4、機械創(chuàng)新設計5 5、機械協(xié)調性設計6 6 核心技術7 7、關鍵技術8 8、彈性強化9 9、塑性強化二、簡答題:機械設計學課后習題1-11-1 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：“功能原理設計，實用化設計和商品化設計” 1-21-2、機械設計具有哪些主要特點: 答：機械設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“機械設計學”的核心內容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于功能”的思想。2)2)“人機工程學科的興起：“宜人”的宗旨已經成為現(xiàn)代機械設計的基本觀念。3)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” 設計師應該首先是一個工業(yè)技術專家，而不首先是一個藝術家。1-41-4、從設計構思的角度機械產品設計可歸納為二大步創(chuàng)意、構思和實現(xiàn)。創(chuàng)意：重點在于新穎性，且必須具有潛在需求。構思：重點在于創(chuàng)造.即要構思一種新的技術方向或功能原理來實現(xiàn)某創(chuàng)意。實現(xiàn)：重點在于驗證構思的合理性，可以通過模型或原理樣機來檢查構思的合理性。1-51-5、機械設計按其創(chuàng)新程度可分為以下三種類型:1)1)適應性設計僅改變某些尺寸、外形或局部

3、更改某些結構，使產品適應特定的使用條件 或者用戶特殊要求。2)2)變型設計 功能原理保持不變，變動產品部分結構尺寸參數(shù)，擴大規(guī)格，以滿足更大 范圍功能參數(shù)需要的設計。變型性設計是產品系列化的手段。3)3)創(chuàng)新設計在全部功能或主要功能的實現(xiàn)原理和結構未知的情況下，運用成熟的科學 技術成果所進行的新型的機械產品設計。工業(yè)3-3-1 1、什么是功能原理設計?答：機械產品設計的最初環(huán)節(jié)，是先要針對該產品的主要功能提出一些原理性的構思。這 種針對主要功能的原理性設計，可以簡稱為“功能原理設計”。3-23-2、構思一種將鈔票逐張分離的工作原理。說明其物理效應，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、結構和材料提高技術性能;三是加強輔助功能使其更適應使用者的心理。3-3-4 4、功能原理設計的工作特點是什么?答：功能原理設計有如下三個工作特點:1 1）功能原理設計往往是用一種新的物理效應來代替舊的物理效應，使機器的工作原理發(fā)生 根本的變化的設計。2 2）功能原理設計中往往要引入某種新技術（新材料、新工藝、），但首先要求設計人員 有一種新想法（NewNew IdeaIdea）、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 3）功能原

5、理設計使機器品質發(fā)生質的變化。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構圖，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描述家用鼓風式蒸汽電熨斗的功能，并畫出功能結構圖。= 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，對幾個構件的幾何形體

7、進行構思、組合。3-103-10、復雜動作功能的求解思路求解思路：基本機構組合法。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、常用的傳動機構有哪些?熱噪答：常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、電氣機構以及利用以上 一些常用機構進行組合而產生的組合機構。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，結構緊 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 ）。 這類機構結構簡單，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，可用較小的轉矩得到較大的軸向力。結構簡單, 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稱為執(zhí)行機構。基本類型主要有：夾持、搬運、輸送、分度與轉位、檢測與分類、施力等 4-44

10、-4、執(zhí)行機構的主要作用?答：執(zhí)行機構的主要作用有: 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：在生產實際中，需要機構完成某種特定的運動軌跡，如直線、圓 弧等等。當運動軌跡要求比較復雜時，？ 一般通過連桿機構或通過組合機構來完成。3 3）滿足某種特殊的信息傳遞：利用機構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、通過一系列機構和電氣電子裝置實現(xiàn)。機構一般能實現(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 原動機的轉動通過機構進行構件運動形式變換，例如:（1 1）勻速運動（平動、轉

11、動）與非勻速運動（平動轉動或擺動）的變換（2 2）連續(xù)轉動與間歇式的轉動或擺動的變換。（3 3 ）實現(xiàn)預期的運動軌跡。2 2）利用機構實現(xiàn)開關、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、簡述產品設計的核心問題和外圍問題。答：設計理解為一個“空間”。整個設計“空間”

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

13、量等;(2(2)結構參數(shù)是指主要結構尺寸， 它由整機外形尺寸、 主要部件的外形尺寸及工作機構作 業(yè)位置尺寸等組成。5-5-3 3、在機器設計中如何區(qū)別核心技術和關鍵技術兩個不同概念?答：核心技術是指實現(xiàn)總功能和主要要求的技術，對不同的機械其核心技術是不相同的。關鍵技術是實現(xiàn)某種功能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,在核心技術中也有關鍵技術問題。并請舉例說明：83836-6-1 1、機械結構件一般應具有哪些功能？ 答：承受載荷、傳遞運動和動力、保證或保持有關零件或部件之間的相對位置或運動軌跡 關系等。6-6-2 2、何謂零件的相關？何謂直接相關和間接相關?答：每個零件都與一

14、個或幾個零件有裝配關系或相互位置關系，可以稱這種關系為相關.稱 有這種關系的兩個零件互為相關零件。零件的相關分為直接相關和間接相關兩類:(1(1)直接相關：凡是兩零件有直接裝配關系的。(2(2)間接相關：沒有直接裝配關系的相關。間接相關又分為位置相關和運動相關兩類: 位置相關是指兩零件在相互位置上有要求。運動相關是指一零件的運動軌跡與另一零件有關。要滿足運動相關條件，一般需要一個或幾個位置相關的中間件來達到。6-36-3、結構件通常具有哪些結構要素？在結構設計中應如何區(qū)別對待?答：分為：工作部分、聯(lián)結部分和安裝部分；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動自由度，

15、可按工作部分進行設計）。工作部分的設計主要考慮工作面的形狀、尺寸、精度、表面質量等，而聯(lián)結部分主要考慮強度、剛度等要求。6-46-4、舉例說明何謂直接安全技術？何謂間接安全技術？答：P116P116直接安全技術:是指在結構設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:通過防護系統(tǒng)和保護裝置來實現(xiàn)技術系統(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，都是當設備出現(xiàn)危險或超負荷時,自行脫離危險狀態(tài)。6-56-5、結構設計中常用的設計原理有哪些答：在結構設計中常應用

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)調原理 所謂變形協(xié)調， 就是使相聯(lián)接的兩零件在外載荷的作用下所產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構措施， 部分或全部平衡掉無用的力，以減輕或消除其不良影響。這些結構措施主要有采用平衡元件、采取對稱布置等。5 5）任務分配原理 分配有三種可能:（1 1） 一載體承

17、擔多種功能：功能集中于一載體，可簡化結構、降低成本；（2 2） 一載體承 擔一種功能：功能與載體一一對應，便于做到“明確”、“可靠”，便于實現(xiàn)結構優(yōu)化及 準確計算；（3 3）多載體共同承擔一種功能：多載體承擔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)的結構穩(wěn)定是指當出現(xiàn)干擾，使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變的同時，會產生一種與干擾作 用相反的、使系統(tǒng)恢復穩(wěn)定的效應。6-6-6 6、結構設計中有哪些措施可以使構件降低工作時的應力 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，結構設計時應充分利用這一特點，盡量揚長避短。6-76-7、比較彈性強化、塑性強化、預緊的概念和區(qū)別。答：強化：以減小應力為目的的預加載荷方法稱為強化，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方法稱為預緊。1 1.彈性強化1 1）彈件強化是使構件在受工作載荷之前預受一個與工作載荷相反的載荷，產生一個相應的 預變形，以及一個與工作應力相反的預