机械设计学复习提纲

机械设计学复习提纲
⼀、名词解释：
1、功能原理设计
2、简单动作功能
3、复杂动作功能
4、机械创新设计
5、机械协调性设计
6、核⼼技术
7、关键技术
8、弹性强化
9、塑性强化
⼆、简答题：
机械设计学课后习题
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：“功能原理设计，实⽤化设计和商品化设计”
1-2、机械设计具有哪些主要特点：
答：机械设计具有如下主要特点:(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）“功能”思想的提出：l947年、美国⼯程师麦尔斯创⽴了“价值⼯程“。

他真正重要的贡献在于他提出的关于‘功能”的思想。

2）“⼈机⼯程’’学科的兴起：“宜⼈”的宗旨已经成为现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”。

⼯业设计师应该⾸先是⼀个⼯业技术专家，⽽不⾸先是⼀个艺术家。

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，且必须具有潜在需求。

构思：重点在于创造．即要构思⼀种新的技术⽅向或功能原理来实现某创意。

实现：重点在于验证构思的合理性，可以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以下三种类型：
1)适应性设计仅改变某些尺⼨、外形或局部更改某些结构，使产品适应特定的使⽤条件或者⽤户特殊要求。

2）变型设计功能原理保持不变，变动产品部分结构尺⼨参数，扩⼤规格，以满⾜更⼤范围功能参数需要的设计。

变型性设计是产品系列化的⼿段。

3)创新设计在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，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、什么是功能原理设计？
答：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出⼀些原理性的构思。

这种针对主要功能的原理性设计，可以简称为“功能原理设计”。

3-2、构思⼀种将钞票逐张分离的⼯作原理。

说明其物理效应，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；
⼆是通过改进⼯艺、结构和材料提⾼技术性能；
三是加强辅助功能使其更适应使⽤者的⼼理。

3-4、功能原理设计的⼯作特点是什么？
答：功能原理设计有如下三个⼯作特点：
1)功能原理设计往往是⽤⼀种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的⼯作原理发⽣根本的变化的设计。

2)功能原理设计中往往要引⼊某种新技术(新材料、新⼯艺、……)，但⾸先要求设计⼈员有⼀种新想法(New Idea)、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)功能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能如下图所⽰，试分析要实现总功能，必须要有哪些分功能单元，试分别画出功能分解图和功能结构图，并简要说明计数功能如何实现的？
答：P38~39
或试⽤“⿊箱”描述家⽤⿎风式蒸汽电熨⽃的功能，并画出功能结构图。

3-9、简单动作功能的求解思路
求解思路：⼏何形体组合法,即：针对功能⽬标，对⼏个构件的⼏何形体进⾏构思、组合。

3-10、复杂动作功能的求解思路
操作指令 ~220V 未加热
空
⽓、⽔ S 显⽰M ，
热风蒸汽
噪声、发热
求解思路：基本机构组合法。

3-11、完成⼯艺功能的三个主要因素：1）⼯作头的形状；2）运动⽅式；3）作⽤场
3-12、举例说明物⼀场分析法(S-Field法)？
答：P：45~47
4-1、常⽤的传动机构有哪些？
答：常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、电⽓机构以及利⽤以上⼀些常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主要有哪些？并简要说明。

答：常见的⽤于运动速度或⼒的⼤⼩变换的传动机构主要有以下⼏种：
1)通过啮合⽅式进⾏传动(例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等)。

其中：齿轮传动可以在平⾏轴或交错轴间实现准确的定传动⽐传动，适⽤功率和速度范围⼴，结构紧凑，传动效率⾼，⼯作可靠，寿命长，互换性好，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)。

这类机构结构简单，维修⽅便，成本低廉，由于带具有柔软性、吸收振动的特性，且有缓冲和安全保护的作⽤特性，使带传动适⽤于两轴中⼼距较⼤的传动。

3)利⽤楔块原理进⾏传动(例如：螺旋传动、偏⼼轮传动等)。

螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成。

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。

结构简单，传动精度⾼，平稳⽆噪声等。

4)利⽤流体作⽤原理进⾏传动(例如：液压、⽓动传动等)。

液体可以看作是⼀种不可压缩物体。

因⽽液压传动能传动较⼤的⼒，经常⽤于传动⽐不需⼗分精确但载荷很⼤的情况下．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。

⽽⽓动传动机构⼀般⽤于传递较⼩的⼒，但作⽤速度快。

4-3、执⾏机构基本类型有哪些？
答：带动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。

基本类型主要有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测与分类、施⼒等
4-4、执⾏机构的主要作⽤？
答：执⾏机构的主要作⽤有：
1）满⾜特定运动规律：主要指那些输出中有速度的规律变化要求。

2）满⾜特定的运动轨迹：在⽣产实际中，需要机构完成某种特定的运动轨迹，如直线、圆弧等等。

当运动轨迹要求⽐较复杂时，⼀般通过连杆机构或通过组合机构来完成。

3）满⾜某种特殊的信息传递：利⽤机构不仅能完成机械运动和动⼒的传递，还能完成诸如检测、计数、定时、显⽰或控制等功能。

4-5、通过⼀系列机构和电⽓电⼦装置实现。

机构⼀般能实现下列动作功能：
1）实现运动形式或运动规律变换的动作功能
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)连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)利⽤机构实现开关、联锁和检测等动作功能
(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、记录、运算等。

3)利⽤机构实现程序控制或⼿动控制的功能
(1)利⽤时间的序列进⾏控制
(2)利⽤动作的序列进⾏控制
(3)利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：设计理解为⼀个“空间”。

整个设计“空间”分为两部分：
1）内部空间：设计应遵循的主要阶段，其任务是使设计要求转化为“硬件”以满⾜需求，这也
是设计的最终⽬的，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各种要求和应⽤的技术⽅法，是设计的外围问题。

由销售反馈信息，进⾏市场分析，改进技术要求，再进⾏设计的循环，是⼀个相互作⽤不断完善的迭代过程，使产品不断地发展。

产品设计过程中的各种设计要求，是设计的依据和前提，它们就是设计的外围问题。

5-2、整机总体参数主要指哪些？
答：整机总体参数主要指：
总体参数是表明机器技术性能的主要指标，包括机器性能参数和结构参数两⽅⾯：
（1）性能参数是指⽣产率、功率和重量等；
（2）结构参数是指主要结构尺⼨，它由整机外形尺⼨、主要部件的外形尺⼨及⼯作机构作业位置尺⼨等组成。

5-3、在机器设计中如何区别核⼼技术和关键技术两个不同概念？
答：核⼼技术是指实现总功能和主要要求的技术，对不同的机械其核⼼技术是不相同的。

关键技术是实现某种功能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，在核⼼技术中也有关键技术问题。

并请举例说明：83
6-1、机械结构件⼀般应具有哪些功能?
答：承受载荷、传递运动和动⼒、保证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、何谓零件的相关?何谓直接相关和间接相关？
答：每个零件都与⼀个或⼏个零件有装配关系或相互位置关系，可以称这种关系为相关．称有这种关系的两个零件互为相关零件。

零件的相关分为直接相关和间接相关两类：
（1）直接相关：凡是两零件有直接装配关系的。

（2）间接相关：没有直接装配关系的相关。

间接相关⼜分为位置相关和运动相关两类：
位置相关是指两零件在相互位置上有要求。

运动相关是指⼀零件的运动轨迹与另⼀零件有关。

要满⾜运动相关条件，⼀般需要⼀个或⼏个位置相关的中间件来达到。

6-3、结构件通常具有哪些结构要素?在结构设计中应如何区别对待？
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（⼀般保留了⼀个或⼀个以上的移动或转动⾃由度，可按⼯作部分进⾏设计）。

⼯作部分的设计主要考虑⼯作⾯的形状、尺⼨、精度、表⾯质量等，⽽联结部分主要考虑强度、刚度等要求。

6-4、举例说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：是指在结构设计中充分满⾜安全可靠要求，保证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。

其类型是多种多样的。

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、结构设计中常⽤的设计原理有哪些?
答：在结构设计中常应⽤下述各项原理：
1）等强度原理
对于同⼀个零件来说，各处应⼒相等，各处寿命相等，叫等强度。

2）合理⼒流原理
可以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、⽔流中的流线⼀样，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同，并且使其相对变形尽可能⼩。

4）⼒平衡原理
所谓⼒平衡就是指采取结构措施，部分或全部平衡掉⽆⽤的⼒，以减轻或消除其不良影响。

这些结构措施主要有采⽤平衡元件、采取对称布置等。

5）任务分配原理
分配有三种可能：
（1）⼀载体承担多种功能：功能集中于⼀载体，可简化结构、降低成本；（2）⼀载体承担⼀种功能：功能与载体⼀⼀对应，便于做到“明确”、“可靠”，便于实现结构优化及准确计算；（3）多载体共同承担⼀种功能：多载体承担同⼀功能可以减轻零件负载，延长使⽤寿命。

6）⾃补偿原理
通过选择系统元件及其在系统中的配置来⾃⾏实现加强功能的相互⽀持作⽤，称为⾃补偿。

7）稳定性原理
所谓系统的结构稳定是指当出现⼲扰，使系统状态发⽣改变的同时，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、结构设计中有哪些措施可以使构件降低⼯作时的应⼒
答：1）合理确定截⾯形状。

传动轴⼀般采⽤圆形截⾯。

⼩直径：实⼼轴便于制造；⼤直径：常做成空⼼轴。

2）合理确定轴向尺⼨
改变截⾯形状降低截⾯上各点的应⼒，可以提⾼零件本⾝抗破坏和抗变形的能⼒，但不能改变其所受弯矩的⼤⼩，通过合理地确定零件轴向尺⼨，可以减少弯矩。

3）合理选择⽀承形式
4）合理利⽤材料特性
材料的抗弯、抗拉和抗压特性差别较⼤，结构设计时应充分利⽤这⼀特点，尽量扬长避短。