现代机械设计理论与方法

东北大学继续教育学院
现代机械设计理论与方法试卷（作业考核线上2） A 卷
（共 5 页）
总分题号一二三四五六七八九十得分
一．选择题（可多选，每題2分，共20分）
1. 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，属于（A）。

A) 开发性设计B) 适应性设计C) 变型性设计
2. 机械设计的一般程序，应该是（C）。

A) 设计规划、技术设计、方案设计、施工设计
B) 技术设计、设计规划、方案设计、施工设计
C) 设计规划、方案设计、技术设计、施工设计
D）设计规划、方案设计、施工设计、技术设计
3. 机械设计学强调（D）来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。

A) 从机构学的观点B) 从结构学的观点
C) 从专业的角度D) 从功能的观点
4. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为（A）。

A) 黑箱法B) 列举法C) 移植法D) 筛选法
5. 布置传动系统时，一般把链传动安排在传动链的（B）。

A) 低速端B) 高速端
6. 以下的结构设计中，哪些结构比较合理？（B）。

A) B)
7. 考虑到加工和装配工艺性时，（A）图的设计比较合理。

A) (a) B) (b) C) (c)
8. 薄板单元相当于平面单元和薄板弯曲单元的总和，每个节点有（C）个自由度。

A) 2 B) 3 C) 5
9. 下图中的x1点为（C），x2点为（B ），x3点为（A）。

A) 极限设计点B) 非可行设计点C) 可行设计点
10. 吸取、借用某一领域的科学技术成果，引用或渗透到其他领域，用以变革或改进已有事物或开发新产品，这是应用了（C）。

A) 综合创造原理B) 分离创造原理C) 移植创造原理
D) 物场分析原理E) 还原创造原理F) 价值优化原理
二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）
1. 机械系统方案设计中的关键内容是原理方案设计。

（T）
2. 机械产品的功能是一个抽象化的描述，它的具体表现是形形色色的机械动作。

（T）
3. 总体布局设计一般先布置动力系统和传动系统，然后再布置执行系统等。

（F）
4. 布置操纵系统时，不应使操作人员经常处在工作最集中、操纵最频繁、容易出现故障和便于观察的部位。

（F）
5. 机械传动系统的设计通常是在动力机选型和执行机构运动设计完成后进行。

（T）
6. 结构设计时应优先考虑结构件的主要功能展开设计，再尽量满足其它功能。

（T）
7. 如果一个结构在几何上具有对称性，但是载荷不对称，则无法利用对称性将问题的规模缩小。

（F）
8. 结构离散化就是将复杂结构划分成通过节点相连的若干个单元。

（T）
9. 优化设计的数学模型中，、和应是某几个或全部设计变量的线性或非线性函数，如果一个函数与任何一个设计变量无关，则应该将它删掉。

（T）
10. 并联系统的可靠度是各单元可靠度之和。

（F）
三．简答题（各6分，共36分）
1.机械系统一般由几个子系统组成？
答：控制系统；驱动系统；智能系统
2.在原理方案设计过程中应解决哪些主要问题？
答：
(l)根据确定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图。

(2)设计出原理框图中各个部分的具体电路。

设计时按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺序进行。

(3)绘制总原理图。

(4)恰当选用电器元件，并制订元器件明细表。

3.对机械系统的总体布局有哪些基本要求？
答：
(1)要保证工艺过程的连续和流畅；
(2)尽量降低质心高度、减小偏置；
(3)要保证精度、刚度及抗振性等要求；
(4)充分考虑产品系列化的发展要求；
(5)结构紧凑,层次分明；
(6)操作、维修、调整简便；
4.阐述执行系统的定义及其基本组成。

答：
1)执行系统是对整个车间制造过程的优化,而不是单一地解决某个生产环节的瓶颈。

2)执行系统必须能够实时收集整个生产过程中产生的数据,并做出相应的分析和处理。

3)执行系统需要与计划层和控制层进行信息交互,通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。

执行系统的主要作用是用来帮助企业优化从接到订单、进行生产、流程控制一直到产品完成整个流程,主动收集及监控制造过程中所产生的生产数据,以确保产品质量的信息系统。

5．有限元方法中常用的单元类型有哪些？
答:(1)判别实际结构是属于哪一种类型，是属于一维问题、二维问题还是三维问题。

如果是二维问题，要分清是平面应力问题还是平面应变问题,若能简化成平面问题的就不要用三维实体单元去分析；
(2)注意实际结构的对称性，如果对称，可以利用结构的对称性进行计算简化；
(3)对实际结构建模时可以去掉一些不必要的细节，比如倒角等；
(4)简化后的力学模型须是静定结构或是超静定结构。

6.常用的机械结构设计原理有哪些？
答：
(1)材料及容器的整理与供送系统。

该系统是将材料(包括挠性、半刚性、刚性材料和容器及辅助物)进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定工位的系统，如糖果机中纸的供送、切断机构。

有的系统在供送过程中还能完成制袋或容器的竖起、定型、定位等工作；有的封罐机的供送系统还可完成罐盖的定向、供送等工作。

(2)被物品的计量与供送系统。

该系统是将被物品进行计量、整理、排列，并输送到预定工位的系统。

有的还可完成被物品的定型、分割。

如饮料灌装机的计量和液料供送系统；饼干机的饼干整理、排列和供送系统。

(3)主传送系统。

该系统是将材料和被物品由一个工位顺序传送到下一个工位的系统。

单工位机没有传送系统。

全部工序在机上往往分散成几个工位来协同完成，所以必须有专门的机构来传送材料和被物品，直到把产品输出。

主传送机构的形式，一般决定了机的形式并影响其外形。

(4)执行机构。

执行机构是直接完成操作的机构，即完成裹包、灌装、封口、贴标、捆扎等操作的机构。

如糖果裹包机的前、后推糖板，抄纸板，糖钳手和扭结手等组成的机构就是执行机构；封罐机中的卷封滚轮也是执行机构。

(5)成品输出机构。

成品输出机构是把好的产品从机上卸下、定向排列并输出的机构。

有的机械的成品输出是由主传送机构完成的或是靠产品的自重卸下的。

(6)动力机与传动系统。

动力机是机械工作的原动力，在机械中通常为电动机和空气压缩机，个别情况也有采用燃动机或其他动力机的。

传动系统是指将动力机的动力与运动传给执行机构和控制系统，使其实现预定动作的装置。

通常由传动零件，如带轮、齿轮、链轮、凸轮、蜗轮蜗杆等组成，或者由机、电、液、气等多种形式的传动组成。

(7)控制系统。

控制系统由各种手动、自动装置组成。

在机中从动力的输出、传动系统的运转、执行机构的动作及相互配合以及产品的输出，都是由控制系统指令操纵的。

它包括过程、质量、故障与安全的控制。

四、有一边长为8cm的正方形铁皮，在四角剪去相同的小正方形，折成一个无盖的盒子，确定剪去小正方形的边长为多少时能使铁盒的容积最大。

试建立该优化问题的数学模型。

（12分）
答：设减去的正方形的边长为x（0大于x小于等于8）
铁盒的容积=长X宽X高=（8-2x）X（8-2x）x=64x+4（x的三次方）-32（x的平方）
求导4（x的平方）-32x+64
找出导数为零的时候就4（x的平方）-32x+64=0
得解x=4
也就是说在有效值范围内x=4的时候是极值,左边单调递增,右面单调递减.证明是极大值
所以小正方形的边长是4的时候容量最大。

五、给出平均寿命、中位寿命和可靠寿命的定义。

某设备的失效率/h，求其平均寿命，
中位寿命和可靠度为0.95的可靠寿命。

（12分）
答：
平均寿命：可靠度是一个非增函数，在t=0时，可靠度为1，随时间的增加，可靠度从1开始下降。

当时间无限增大时，可靠度将趋向于0。

每一个给定的时间，都有一个对应于这个时间的可靠度值。

反过来，如果给定一个可靠度水平r，也必然对应一个相应的时间T_r。

这个对应于给定的可靠度的时间T_r称为可靠寿命。

中位寿命：中位寿命是指可靠度等于0.5时的可靠寿命，记作t 0.5，当产品工作到中位寿命时，可靠度与故障率都为50％，即有一半产品产生故障，即对于指数分布。

可靠寿命：由给定可靠度求出的与其相对应的工作时间，称为可靠寿命。