机械设计学模拟试卷.doc

“机械设计学”模拟考试
一、 填空（20分，每空1分）
1．任何一台机器，除具有为实现总功能的 主要功能 外，同时还存在很多低一层次的，起支持和保证的功能，称为 辅助功能 。
2．对设计要求而言，直接关系到产品功能、性能、技术经济指标所提出的要求为 主要设计要求 ；间接关系到产品质量所提出的要求是 其它设计要求 。
3． 疲劳破坏必须经历一定的载荷 循环次数 ；零件在整个疲劳过程中不出现宏观 塑性变形 ，而发生瞬间的 脆性断裂 。
4． 可靠性设计法认为作用在零部件上的应力和零部件的强度都不是定值，而是 随机变量 ，在数学上必须用 分布函数 来描述。应力分布和强度分布的干涉部分在性质上表示零件的 失效概率 。
5． 在人体运动过程中，肌肉施力产生两种效应：①动态肌肉效应；②静态肌肉效应。
6． 在造型设计的三要素中， 功能基础 体现了产品的实用性， 物质技术基础 体现了产品的技术性，而 艺术形象 则体现了产品的艺术性。
7．产品性能的适用性变化可从三个方面考虑：①适用性改变；②开发新用途；③增添附加功能，拓宽使用面。
8．对单件或小批生产的机械产品，常常进行 样机试验 ，而对于转入成批生产的机械产品，则需进行 综合性能检测试验 。
二、简答（40分，每题8分）
1． 关键技术功能的求解思路是什么？能否直接给出解法？试举例说明。
参考答案：从分析技术矛盾到构思出解法原理的过程，是求解关键技术功能的原理解法的一般规律，即技术矛盾分析法并不能直接给出解法，而是帮助人们找出解决问题的途径。如，在数控机床发展的初期，为了实现工作台的精密定位和精密进给，必须使传动丝杠和工作台导轨的摩擦阻力尽量小，于是滚珠丝杠和静压导轨成了关键技术。
2． 试述结构方案设计中的直接安全技术、间接安全技术和提示性安全技术（定义和应用举例）。
参考答案：在结构中直接满足安全要求，使用中不存在危险性的称为直接安全技术。如基于有限损坏的易于剪断的安全销和采用冗余配置的备用发电机等；通过采用防护系统或保护装置来保证安全的称为间接安全技术。如机床中的安全离合器、液压系统的安全阀等；既不能直接保证安全可靠，又没有保护或防护措施，仅能在发生危险之前进行预报和报警的，称为提示性安全技术。如声、光报警等。
3． 举例说明结构件的三种主要功用。
参考答案：①承受载荷。机床的主轴箱除了承受装在其中的零件的重力外，还要称呼艘被加工件的重力、夹紧力和切削力等；②传递运动和动力。牛头刨床的摆杆就是把运动和动力传给滑枕，以便使刨刀实现直线往复运动并切下金属；③保持有关零部件之间的相对位置或运动轨迹关系。车床主轴箱和床身之间有严格的相对位置关系，即主轴中心线与床身上的导轨平行，保证沿导轨移动的刀架上所装刀具的尖端走出与主轴轴线相平行的轨迹，以车削出准确的圆柱体。
4． 说明预应力工字梁同时包含的弹性强化（预应力和工作应力？）和自平衡原理（初始效应和辅助效应？）。
参考答案：预应力工字梁装有螺纹拉杆，通过拉杆两端的螺纹将其拉紧，使工字梁产生一个与工作时相反的预应力，即上半部受拉，下半部受压。当梁工作时，工作载荷所产生的应力恰与预应力相反，故可部分地被抵消掉，从而显著地降低梁的最大应力，也减少受力变形。此为弹性强化原理的应用。
从自平衡原理来说，拉杆拉紧产生的预应力是初始效应，工作载荷所产生的应力为辅助效应，从而正常载荷下的辅助效应同初始效应相反并达到部分平衡状态。
5． 是否可以说，只要产品的功能强，就一定价值高？为什么？
参考答案：不可以说，只要产品的功能强，就一定价值高。因为价值是产品功能与成本、社会效益与经济效益的综合反映，通常定义为产品的功能与实现该功能所耗成本的比值，即 V = F / C 。
显然，若得到的产品功能大，投入的寿命周期费用少，则产品的价值就高；若产品的功能相同而成本不同，则成本低的产品价值高；若成本相同，则功能大的产品价值高。
三、（10分） 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。
参考答案：
家用
电熨斗

操作指令

S

~220V

E

M

未加热
空气、水

S显示显示显示显示显示

M，热风
蒸汽

噪声、发热

分档控制

加 热

能量转换

风扇旋转

操作指令

~220V

未加热
空气、水

热风
蒸汽

噪声、
发热

显示

四、（10分） 对“垂直引上法”和“浮法”两种平板玻璃制造方法，试据物——场分析原理分别说明其优缺点，并列举它们的主体、客体和场（画图表示相互关系）。
参考答案：“垂直引上法”是把半流体的玻璃从熔池中不断向上引，开始时通过轧辊控制厚度，以后边向上引边凝固。这种方法中，主体S1为重力，玻璃S2是客体，场F是重力场。由于重力提供的力场效果不好，所以制造出的玻璃表面总是有波纹且厚度不均。
“浮法”是让液态玻璃漂浮在低熔点金属的液面上，边向前流动边凝固。浮法工艺补充了低熔点合金的液面作为主体S1，又利用该合金液体的表面张力作为一种特殊的力场F，既浮起了玻璃S2又使玻璃表面保持水平、光滑和均匀。
S1

F

S2

五、（10分）汽车车厢与轮轴之间的弹性支承可以用压缩弹簧或板簧实现。试分别解释压缩弹簧（用力流原理）和板簧（用等强度原理）形成弹性支承的原理。

参考答案：沿力流最短路线设计零件的结构形状，可使材料得到最有效的利用，对提高强度和刚度也最有利。然而，力流路线的延长可增大构件的变形和弹性，即随着力流路线的不断延长构件的刚性大大降低，变形和弹性显著增加。弹簧可看作是力流路线大为延长而形成弹性支承的结果。
按照结构设计的等强度原理，当梁上的弯矩沿梁的轴线是变化的，梁的截面沿梁轴线也应该是变化的，最好使梁上所有各截面的最大正应力都等于许用应力，这就是等强度梁。板簧是有多片钢板叠成的变截面梁，如果从刚度考虑，由于截面变小，受力后变形增加，当负荷变化时，必然出现弹性振动，从而形成弹性支承。
六、（10分，任选一题）
1．拟设计某一汽车的一种新零件，根据应力分析，得知该零件的工作应力为拉应力且为正态分布，其均值＝352MPa，标准差＝40.2MPa。为了提高其疲劳寿命，制造时进行塑性强化（实际的有效应力为拉应力与残余压应力的叠加），即使之产生残余压应力，亦为正态分布，其均值＝l00MPa，标准差＝16MPa。零件的强度分析认为其强度亦为正态分布，均值＝502MPa，但各种强度因素影响产生的偏差尚不清楚，为了确保零件的可靠度不低于0.999，问强度标准差的最大值是多少（已知）?
参考答案：已知拉应力与残余应力分别服从正态分布：
S1~（352，40.2）MPa
S2~（100，16）Mpa
则有效应力的均值及标准差可分别求出：

因给定R=0.999，且，故有

2． 如图所示，齿轮箱各齿轮的可靠度分别为R1= R3= R5=0.990，R2= R4= R6=0.998，设任一齿轮的失效为独立事件，求齿轮系统的可靠度Rs。
参考答案：
3

4

1

2

5

6

R5

R6

R1

R2

R3

R4

Rt = R1×R2 = R3×R4 = R5×R6 = 0.990×0.998 = 0.98802
Rs = [1- (1- Rt) (1- Rt)]×Rt = [1- (1- 0.98802)2 ]×0.98802
= [1- 0.011982 ]×0.98802
= [1-0.0001435204]×0.98802
= 0.9998564796×0.98802
= 0.9878782