机械设计学习题及答案

名词解释：1、功效原理设计:针对产品的重要功效所进行的原理性设计2、简朴动作功效：仅完毕简朴的一次性动作的功效3、复杂动作功效：能实现持续的传动的动作功效4、机械创新设计：在功效构造图中，有的分功效比较复杂，不可能用一种已知的机构来完毕。这就需要根据分功效的特点，挑选几个机构构成一种机械运动系统，由这些机构共同完毕这个分功效的机械动作。5、机械协调性设计：当功效构造图中的各机械分功效均已根据分功效的规定选择好对应的机构后，如何使这些分散的机构构成一种协调运动的整体，只是这个系统比较大，其综合后完毕的机械功效，就是整个机械产品的总功效中的全部机械功效。6、核心技术：产品实现总功效和重要技术规定的技术。7、核心技术：实现某种功效过程中需要解决的技术难题。8、弹性强化：使构件在受工作载荷之前预受一种与工作载荷相反的载荷，产生一种对应的预变形，以及一种与工作应力相反的预应力，工作时该预加载荷部分抵消工作载荷，预变形部分抵消工作变形，从而减少了构件的最大应力。9、塑性强化：使构件在工作状态下应力最大那部分材料预先经塑性变形而产生一种与工作应力符号相反的残留应力，用以部分抵消工件应力。二、简答题：1-1机械产品设计的三个基本环节是什么？

答：机械产品设计的三个基本环节是：“功效原理设计，实用化设计和商品化设计”

1-2、机械设计含有哪些重要特点：

答：机械设计含有以下重要特点:(1)多解性(2)系统性(3)创新性1-3、近代“机械设计学”的核心内容1）“功效”思想的提出：l947年、美国工程师麦尔斯创立了“价值工程“。他真正重要的奉献在于他提出的有关‘功效”的思想。2）“人机工程’’学科的兴起：“宜人”的宗旨已经成为当代机械设计的基本观念。3）“工业设计”学科的成熟。工业产品设计的原则是：“技术第一，艺术第二”。工业设计师应当首先是一种工业技术专家，而不首先是一种艺术家。1-4、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。创意：重点在于新颖性，且必须含有潜在需求。构思：重点在于发明．即要构思一种新的技术方向或功效原理来实现某创意。实现：重点在于验证构思的合理性，能够通过模型或原理样机来检查构思的合理性。1-5、机械设计按其创新程度可分为下列三种类型：1)适应性设计仅变化某些尺寸、外形或局部更改某些构造，使产品适应特定的使用条件或者顾客特殊规定。2）变型设计功效原理保持不变，变动产品部分构造尺寸参数，扩大规格，以满足更大范畴功效参数需要的设计。变型性设计是产品系列化的手段。3)创新设计在全部功效或重要功效的实现原理和构造未知的状况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计。3-1、什么是功效原理设计？

答：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的重要功效提出某些原理性的构思。这种针对重要功效的原理性设计，能够简称为“功效原理设计”。

3-2、构思一种将现金逐张分离的工作原理。阐明其物理效应，并用sketch描述之。

答：P33

3-3、任何一种机器的更新换代都存在哪三个途径？

答：任何一种机器的更新换代都存在三个途径:

一是改革工作原理；

二是通过改善工艺、构造和材料提高技术性能；

三是加强辅助功效使其更适应使用者的心理。

3-4、功效原理设计的工作特点是什么？

答：功效原理设计有以下三个工作特点：

1)功效原理设计往往是用一种新的物理效应来替代旧的物理效应，使机器的工作原剪发生根本的变化的设计。

2)功效原理设计中往往要引入某种新技术(新材料、新工艺、……)，但首先规定设计人员有一种新想法(NewIdea)、新构思。没有新想法，即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。

3)功效原理设计使机器品质发生质的变化。

3-5、硬币分选计数机的总功效以下图所示，试分析要实现总功效，必须要有哪些分功效单元，试分别画出功效分解图和功效构造图，并简要阐明计数功效如何实现的？

答：P38~39或试用“黑箱”描述家用鼓风式蒸汽电熨斗的功效，并画出功效构造图。家用家用电熨斗SEMS显示M，热风蒸汽3-6、按功效进行分类，其基本类型重要有哪两类？

答：可分为：工艺功效和动作功效两大类。

3-7、动作功效的含义？

答：动作功效是指那些只完毕动作，不同时进行对物体的加工的功效，属于非工艺类机械。按其与否是一次性动作，还是进行持续运动可分为“简朴动作功效”和“复杂动作功效”两类。

3-8、工艺功效的含义？

答：工艺类机器是对被加工对象(某种物料)实施某种加工工艺的装置，其中必然有—个工作头〔如机床的刀具、挖掘机的挖斗等〕，用这个动作头去完毕对工作对象的加工解决。在这里，工件头和工作对象互相配合，实现一种功效，叫做“工艺功效”，这里“工艺”是指加工“工艺”。

工艺功效考虑的两个重要因素：一是采用哪种工艺办法，二是工作头采用什么形状和动作，而归根结底是拟定工作头的形状和动作。

工艺功效的特点是：工作头的形状、运动方式和作用场是完毕工艺功效的三个重要因素。3-9、简朴动作功效的求解思路求解思路：几何形体组正当,即：针对功效目的，对几个构件的几何形体进行构思、组合。3-10、复杂动作功效的求解思路求解思路：基本机构组正当。3-11、完毕工艺功效的三个重要因素：1）工作头的形状；2）运动方式；3）作用场3-12、举例阐明物一场分析法(S-Field法)？

答：P：45~474-1、惯用的传动机构有哪些？

答：惯用的传动机构有齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电气机构以及运用以上某些惯用机构进行组合而产生的组合机构。

4-2、常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构重要有哪些？并简要阐明。

答：常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构重要有下列几个：

1)通过啮合方式进行传动(例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同时齿形带等)。其中：齿轮传动能够在平行轴或交错轴间实现精确的定传动比传动，合用功率和速度范畴广，构造紧凑，传动效率高，工作可靠，寿命长，交换性好，因而得到广泛应用。

2)通过摩擦方式进行传动(例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等)。这类机构构造简朴，维修方便，成本低廉，由于带含有柔软性、吸取振动的特性，且有缓冲和安全保护的作用特性，使带传动合用于两轴中心距较大的传动。

3)运用楔块原理进行传动(例如：螺旋传动、偏心轮传动等)。螺旋传动重要由螺杆、螺母、机架构成。螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转矩得到较大的轴向力。构造简朴，传动精度高，平稳无噪声等。

4)运用流体作用原理进行传动(例如：液压、气动传动等)。液体能够看作是一种不可压缩物体。因而液压传动能传动较大的力，经惯用于传动比不需十分精确但载荷很大的状况下．但液压传动速度较慢，例如液压千斤顶、液压挖掘机的推杆等。而气动传动机构普通用于传递较小的力，但作用速度快。

4-3、执行机构基本类型有哪些？

答：带开工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构称为执行机构。基本类型重要有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测与分类、施力等

4-4、执行机构的重要作用？

答：执行机构的重要作用有：

1）满足特定运动规律：重要指那些输出中有速度的规律变化规定。

2）满足特定的运动轨迹：在生产实际中，需要机构完毕某种特定的运动轨迹，如直线、圆弧等等。当运动轨迹规定比较复杂时，

普通通过连杆机构或通过组合机构来完毕。

3）满足某种特殊的信息传递：运用机构不仅能完毕机械运动和动力的传递，还能完毕诸如检测、计数、定时、显示或控制等功效。4-5、通过一系列机构和电气电子装置实现。机构普通能实现下列动作功效：1）实现运动形式或运动规律变换的动作功效原动机的转动通过机构进行构件运动形式变换，例如：(1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动转动或摆动)的变换(2)持续转动与间歇式的转动或摆动的变换。(3）实现预期的运动轨迹。2)运用机构实现开关、联锁和检测等动作功效(1）用来实现运动离合或开停。(2）用来换向、超越和反向止动。(3）用来实现联锁、过载保护、安全制动(4)实现锁止、定位、夹压等。(5)实现测量、放大、比较、显示、统计、运算等。3)运用机构实现程序控制或手动控制的功效(1)运用时间的序列进行控制(2)运用动作的序列进行控制(3)运用运动的变化等进行控制5-1、简述产品设计的核心问题和外围问题。

答：设计理解为一种“空间”。整个设计“空间”分为两部分：

1）内部空间：设计应遵照的重要阶段，其任务是使设计规定转化为“硬件”以满足需求，这也是设计的最后目的，故称内部空间为设计核心工作。

2）外部空间：所列举的问题为对设计的多个规定和应用的技术办法，是设计的外围问题。

由销售反馈信息，进行市场分析，改善技术规定，再进行设计的循环，是一种互相作用不停完善的迭代过程，使产品不停地发展。产品设计过程中的多个设计规定，是设计的根据和前提，它们就是设计的外围问题。

5-2、整机总体参数重要指哪些？

答：整机总体参数重要指：

总体参数是表明机器技术性能的重要指标，涉及机器性能参数和构造参数两方面：

（1）性能参数是指生产率、功率和重量等；

（2）构造参数是指重要构造尺寸，它由整机外形尺寸、重要部件的外形尺寸及工作机构作业位置尺寸等构成。

5-3、在机器设计中如何区别核心技术和核心技术两个不同概念？

答：核心技术是指实现总功效和重要规定的技术，对不同的机械其核心技术是不相似的。

核心技术是实现某种功效过程中需要解决的技术难题。它与核心技术是两个不同的概念，在核心技术中也有核心技术问题。并请举例阐明：836-1、机械构造件普通应含有哪些功效?

答：承受载荷、传递运动和动力、确保或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹关系等。

6-2、何谓零件的有关?何谓直接有关和间接有关？

答：每个零件都与一种或几个零件有装配关系或互相位置关系，能够称这种关系为有关．称有这种关系的两个零件互为有关零件。

零件的有关分为直接有关和间接有关两类：

（1）直接有关：但凡两零件有直接装配关系的。

（2）间接有关：没有直接装配关系的有关。

间接有关又分为位置有关和运动有关两类：

位置有关是指两零件在互相位置上有规定。

运动有关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关。要满足运动有关条件，普通需要一种或几个位置有关的中间件来达成。

6-3、构造件普通含有哪些构造要素?在构造设计中应如何区别看待？

答：分为：工作部分、联结部分和安装部分；安装部分又分为固定安装和活动安装（普通保存了一种或一种以上的移动或转动自由度，可按工作部分进行设计）。

工作部分的设计重要考虑工作面的形状、尺寸、精度、表面质量等，而联结部分重要考虑强度、刚度等规定。

6-4、举例阐明何谓直接安全技术?何谓间接安全技术?

答：P116

直接安全技术：是指在构造设计中充足满足安全可靠规定，确保在使用中不出现危险。

如采用安全销、安全阀和易损件等。对于可能松脱的零件加以限位，使其不致脱落造成机器事故。

间接安全技术：通过防护系统和保护装置来实现技术系统的安全可靠。其类型是多个多样的。如液压回路中的安全阀、电路系统中的保险丝等，都是当设备出现危险或超负荷时，自行脱离危险状态。

6-5、构造设计中惯用的设计原理有哪些?

答：在构造设计中常应用下述各项原理：

1）等强度原理

对于同一种零件来说，各处应力相等，各处寿命相等，叫等强度。

2）合理力流原理

能够认为力在其传递路线上形成所谓力线，这些力线汇成力流。力在构件中的传递轨迹就像电场中的电力线、磁场中的磁力线、水流中的流线同样，按力流路线传递。

3）变形协调原理

所谓变形协调，就是使相联接的两零件在外载荷的作用下所产生的变形的方向相似，并且使其相对变形尽量小。

4）力平衡原理

所谓力平衡就是指采用构造方法，部分或全部平衡掉无用的力，以减轻或消除其不良影响。这些构造方法重要有采用平衡元件、采用对称布置等。

5）任务分派原理

分派有三种可能：

（1）一载体承当多个功效：功效集中于一载体，可简化构造、减少成本；（2）一载体承当一种功效：功效与载体一一对应，便于做到“明确”、“可靠”，便于实现构造优化及精确计算；（3）多载体共同承当一种功效：多载体承当同一功效能够减轻零件负载，延长使用寿命。

6）自赔偿原理

通过选择系统元件及其在系统中的配备来自行实现加强功效的互相支持作用，称为自赔偿。

7）稳定性原理

所谓系统的构造稳定是指当出现干扰，使系统状态发生变化的同时，会产生一种与干扰作用相反的、使系统恢复稳定的效应。6-6、构造设计中有哪些方法能够使构件减少工作时的应力

答：1）合理拟定截面形状。传动轴普通采用圆形截面。小直径：实心轴便于制造；大直径：常做成空心轴。

2）合理拟定轴向尺寸

变化截面形状减少截面上各点的应力，能够提高零件本身抗破坏和抗变形的能力，但不能变化其所受弯矩的大小，通过合理地拟定零件轴向尺寸，能够减少弯矩。

3）合理选择支承形式

4）合理运用材料特性

材料的抗弯、抗拉和抗压特性差别较大，构造设计时应充足运用这一特点，尽量扬长避短。

6-7、比较弹性强化、塑性强化、预紧的概念和区别。

答：强化：以减小应力为目的的预加载荷办法称为强化，强化分弹性强化和塑性强化两类。

预紧：以提高刚度、减小工作时再变形为目的的顶加载荷办法称为预紧。

1．弹性强化

1）弹件强化是使构件在受工作载荷之前预受一种与工作载荷相反的载荷，产生一种对应的预