機械設計制造基礎知識競賽姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.機械設計的基本原則包括：

（1）可靠性原則

（2）經濟性原則

（3）安全性原則

（4）環保性原則

（5）可維護性原則

2.機械設計中常用的機構有：

（1）齒輪機構

（2）凸輪機構

（3）連桿機構

（4）蝸桿機構

（5）棘輪機構

3.機械加工中常用的刀具有：

（1）車刀

（2）銑刀

（3）鉆頭

（4）鉸刀

（5）鋸片

4.機械設計制造中的材料有：

（1）金屬材料

（2）非金屬材料

（3）復合材料

（4）生物材料

（5）智能材料

5.機械設計制造中的測量工具包括：

（1）游標卡尺

（2）千分尺

（3）深度尺

（4）角度尺

（5）光學投影儀

答案及解題思路：

1.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機械設計的基本原則應涵蓋機械功能的各個方面，包括可靠性、經濟性、安全性、環保性、可維護性，以及考慮到未來維護的便利性。

2.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機械設計中常用的機構種類繁多，涵蓋了各種傳動和運動的實現方式，包括齒輪機構、凸輪機構、連桿機構、蝸桿機構和棘輪機構，以適應不同的設計需求。

3.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機械加工中的刀具種類豐富，每種刀具適用于不同的加工任務，包括車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀和鋸片，以實現不同形狀和尺寸的工件加工。

4.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機械設計制造中使用材料種類廣泛，包括金屬材料、非金屬材料、復合材料、生物材料和智能材料，以滿足不同應用場合的功能和功能需求。

5.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：測量工具是保證機械設計精度的重要工具，包括游標卡尺、千分尺、深度尺、角度尺和光學投影儀，它們分別適用于不同精度的尺寸測量和幾何形狀的檢測。二、填空題1.機械設計的基本步驟為：_______、_______、_______、_______、_______。

答案：調查研究、方案設計、結構設計、強度校核、剛度校核、耐磨性校核、抗振性校核、制造成本分析、經濟性評估、試制與試驗。

解題思路：機械設計是一個系統性的工程，首先需要進行調查研究，了解設計需求和應用環境。接著進行方案設計，確定機械的基本結構和功能。之后進行結構設計，細化各個部件的尺寸和形狀。隨后進行強度、剛度、耐磨性、抗振性等校核，保證設計滿足使用要求。最后進行制造成本分析和經濟性評估，以及試制和試驗，以驗證設計的可行性和功能。

2.機械設計中的強度校核包括：_______、_______、_______。

答案：靜強度校核、動強度校核、疲勞強度校核。

解題思路：強度校核是保證機械部件在受力情況下不會發生破壞的重要步驟。靜強度校核主要針對靜態載荷下的部件，動強度校核針對動態載荷，而疲勞強度校核則是針對可能發生疲勞破壞的部件，通過計算和分析來確定其安全系數。

3.機械設計中的剛度校核包括：_______、_______、_______。

答案：彎曲剛度校核、扭轉剛度校核、剪切剛度校核。

解題思路：剛度校核是為了保證機械在運行過程中不會因為變形過大而影響功能。彎曲剛度校核關注部件在彎曲載荷下的變形，扭轉剛度校核關注扭轉載荷下的變形，剪切剛度校核關注剪切載荷下的變形。

4.機械設計中的耐磨性校核包括：_______、_______、_______。

答案：耐磨材料選擇、耐磨層設計、磨損機理分析。

解題思路：耐磨性校核是為了延長機械部件的使用壽命，減少維護成本。耐磨材料選擇是根據工作環境選擇合適的材料，耐磨層設計是增加部件表面的耐磨層，磨損機理分析是研究磨損發生的原理和影響因素。

5.機械設計中的抗振性校核包括：_______、_______、_______。

答案：固有頻率分析、共振分析、動態響應分析。

解題思路：抗振性校核是為了防止機械在運行過程中因為振動過大而影響功能或結構安全。固有頻率分析是確定機械的固有振動特性，共振分析是避免工作頻率與固有頻率接近導致共振，動態響應分析是評估機械在動態載荷下的響應情況。三、判斷題1.機械設計中的模態分析屬于靜態分析。（×）

解題思路：模態分析是研究機械結構在受到激勵時，結構的固有振動特性，如固有頻率和振型等。這種分析通常考慮的是結構的自然振動狀態，而不是結構在特定載荷作用下的響應，因此它屬于動態分析范疇。

2.機械設計中的有限元分析屬于動態分析。（√）

解題思路：有限元分析（FEA）是一種數值分析技術，用于解決復雜工程問題，包括靜態、動態、熱傳導、流體動力學等。動態分析是有限元分析的一個子集，專門研究結構在動態載荷作用下的響應。

3.機械設計中的疲勞分析屬于強度校核。（√）

解題思路：疲勞分析是評估機械部件在循環載荷作用下的疲勞壽命，這是強度校核的一部分。它涉及對材料在交變應力下的功能進行評估，以保證設計強度滿足長期使用要求。

4.機械設計中的穩定性分析屬于剛度校核。（√）

解題思路：穩定性分析旨在確定結構在載荷作用下的穩定性，這通常涉及到結構的剛度和屈曲分析。剛度校核保證結構在預期的載荷范圍內保持穩定，因此穩定性分析可以視為剛度校核的一部分。

5.機械設計中的熱分析屬于耐磨性校核。（×）

解題思路：熱分析是研究物體或系統在溫度變化下的行為，主要用于評估熱應力和熱變形。耐磨性校核則關注材料在機械磨損條件下的功能。兩者是不同的分析領域，熱分析不屬于耐磨性校核。四、簡答題1.簡述機械設計的基本原則。

答案：

機械設計的基本原則包括：

1.功能適應性原則：設計應滿足使用要求，保證機械實現預定的功能。

2.可靠性原則：設計應保證機械在預定條件下長期穩定運行。

3.經濟性原則：在滿足功能要求的前提下，盡量降低制造成本和使用成本。

4.安全性原則：設計應保證操作人員和周圍環境的安全。

5.標準化原則：盡量采用標準件，提高互換性和維修性。

6.環境適應性原則：設計應考慮機械在不同環境條件下的適應性。

解題思路：

解答此題時，需結合機械設計的基本要求，逐一闡述各個原則的內涵和重要性。

2.簡述機械設計中的強度校核方法。

答案：

機械設計中的強度校核方法主要包括：

1.名義應力法：根據載荷和截面尺寸計算應力，與材料的許用應力進行比較。

2.極限載荷法：根據材料的屈服極限或強度極限計算極限載荷，與實際載荷進行比較。

3.安全系數法：通過確定安全系數，將實際載荷與極限載荷進行比較。

解題思路：

解答此題時，需解釋每種方法的基本原理和適用條件。

3.簡述機械設計中的剛度校核方法。

答案：

機械設計中的剛度校核方法包括：

1.撓度校核：根據載荷和截面幾何參數計算撓度，與允許撓度進行比較。

2.剛度系數法：通過計算剛度系數，評估機械的剛度功能。

解題思路：

解答此題時，需闡述撓度校核和剛度系數法的基本步驟和計算方法。

4.簡述機械設計中的耐磨性校核方法。

答案：

機械設計中的耐磨性校核方法包括：

1.磨損量法：根據材料磨損特性，計算磨損量，與允許磨損量進行比較。

2.磨損壽命法：根據磨損速率和設計壽命，評估耐磨功能。

解題思路：

解答此題時，需解釋磨損量法和磨損壽命法的應用和計算過程。

5.簡述機械設計中的抗振性校核方法。

答案：

機械設計中的抗振性校核方法包括：

1.頻率法：通過計算機械的固有頻率，與激振頻率進行比較。

2.振幅法：根據振幅與許用振幅的比較，評估抗振功能。

解題思路：

解答此題時，需說明頻率法和振幅法的原理和計算步驟。五、論述題1.論述機械設計中的可靠性設計。

（一）論述可靠性設計的基本概念及在機械設計中的重要性。

（二）結合實例，分析提高機械可靠性設計的方法與措施。

（三）探討可靠性設計在產品生命周期中的應用及其對未來設計的影響。

2.論述機械設計中的經濟性設計。

（一）闡述經濟性設計的意義及其在機械設計中的作用。

（二）分析成本估算、效益分析在機械經濟性設計中的應用。

（三）結合實際案例，探討如何平衡成本與功能，實現機械的經濟性設計。

3.論述機械設計中的安全性設計。

（一）探討機械安全性的概念、類型及設計原則。

（二）結合實例，分析機械設計中常見的安全隱患及預防措施。

（三）論述安全性設計在提高產品市場競爭力中的作用。

4.論述機械設計中的環保性設計。

（一）介紹環保性設計的基本理念及其在機械設計中的意義。

（二）分析環保材料、綠色工藝在機械設計中的應用。

（三）結合我國相關法律法規，探討如何實現機械設計的環保性。

5.論述機械設計中的創新設計。

（一）論述創新設計在機械設計中的重要性及作用。

（二）分析創新設計的思維方式與方法，如TRIZ、六頂思考帽等。

（三）結合實際案例，探討如何激發設計人員的創新思維，實現機械設計的創新。

答案及解題思路：

1.答案：可靠性設計是指在規定的條件下和預定的時間內，保證機械系統或產品能夠完成預定功能的能力。在機械設計中的重要性體現在以下幾個方面：

（1）提高產品在市場上的競爭力；

（2）減少產品故障率，降低維修成本；

（3）提高用戶體驗，滿足用戶需求。

解題思路：結合可靠性設計的基本概念，闡述其在機械設計中的應用及重要性，通過實例分析提高可靠性的方法與措施，討論可靠性設計在未來設計中的作用。

2.答案：經濟性設計是指在設計過程中，綜合考慮成本、功能、質量等因素，使產品在滿足基本功能的前提下，以最低的成本實現最大價值的決策過程。

解題思路：首先闡述經濟性設計的意義，然后分析成本估算、效益分析在機械設計中的應用，最后結合案例探討如何平衡成本與功能，實現經濟性設計。

3.答案：安全性設計是指在機械設計中，綜合考慮安全風險，通過優化結構、改進材料、完善控制系統等方法，防止產品在運行過程中對人體和財產造成傷害的設計。

解題思路：首先探討安全性的概念和類型，分析常見的安全隱患及預防措施，然后論述安全性設計在提高產品競爭力中的作用。

4.答案：環保性設計是指在機械設計中，充分考慮環保要求，采用環保材料、綠色工藝，減少產品對環境的影響。

解題思路：介紹環保性設計的基本理念，分析環保材料、綠色工藝在機械設計中的應用，并結合我國相關法律法規探討如何實現機械設計的環保性。

5.答案：創新設計是指運用創新的思維方式、方法和手段，實現產品或系統的設計突破。

解題思路：首先論述創新設計的重要性及作用，分析創新設計的思維方式與方法，最后結合實際案例探討如何激發設計人員的創新思維，實現機械設計的創新。六、計算題1.計算一齒輪機構的傳動比。

題目描述：設齒輪機構中，主動齒輪的齒數為30，模數為3mm，齒寬為100mm，從動齒輪的齒數為45，齒寬為100mm。計算該齒輪機構的傳動比。

2.計算一凸輪機構的壓力角。

題目描述：凸輪機構中，凸輪的基圓半徑為50mm，最大壓力角為30°。計算凸輪的徑向壓力角。

3.計算一連桿機構的運動軌跡。

題目描述：一連桿機構由一個主動桿和一個從動桿組成，主動桿長度為100mm，從動桿長度為150mm，兩桿之間的夾角為120°。計算從動桿的運動軌跡。

4.計算一蝸桿機構的傳動比。

題目描述：蝸桿機構的蝸桿頭數為2，分度圓直徑為40mm，蝸輪齒數為30，模數為5mm。計算該蝸桿機構的傳動比。

5.計算一機械零件的強度。

題目描述：一軸類零件，直徑為50mm，材料為45鋼，許用應力為[σ]=160MPa。該軸需要承受扭矩T=200N·m，計算該軸的強度是否滿足要求。

答案及解題思路：

1.傳動比計算：

答案：傳動比i=N2/N1=45/30=1.5

解題思路：傳動比等于從動齒輪的齒數除以主動齒輪的齒數。

2.壓力角計算：

答案：壓力角α=arctan(tan(30°)(r/R))=arctan(0.5774)≈30°

解題思路：使用壓力角公式α=arctan(tan(最大壓力角)(基圓半徑/凸輪半徑))。

3.運動軌跡計算：

答案：運動軌跡為一條螺旋線。

解題思路：通過解析幾何方法，結合主動桿和從動桿的運動關系，推導出從動桿的運動軌跡。

4.傳動比計算：

答案：傳動比i=z2/z1=30/(240)=0.375

解題思路：蝸桿傳動比等于蝸輪齒數除以蝸桿頭數乘以分度圓直徑。

5.強度計算：

答案：強度滿足要求。

解題思路：使用扭轉強度公式σ=T/(πd^3/16)，計算得到應力σ=200/(π50^3/16)≈100MPa，小于許用應力[σ]=160MPa。七、應用題1.根據實際應用，設計一個機械裝置，并說明其工作原理。

題目：

設計一種用于自動化倉庫的貨物搬運裝置，要求該裝置能夠在倉庫內自動行走，并能夠抓取和放置貨物。

答案：

機械裝置設計：自動化倉庫貨物搬運裝置

工作原理：

該裝置采用履帶式行走機構，底部安裝有傳感器，能夠自動避障。頂部配備有可伸縮的機械臂，用于抓取和放置貨物。工作原理

行走：裝置底部履帶通過電機驅動，實現自動行走。傳感器實時監測地面情況，保證裝置行走平穩。

抓取：機械臂配備多個夾爪，通過伺服電機控制夾爪開合，實現貨物的抓取。

放置：機械臂將貨物放置到指定位置，通過視覺系統定位貨物位置。

解題思路：

分析倉庫環境，確定行走機構類型。

設計機械臂結構，使其能夠適應不同貨物的抓取。

選擇合適的電機和傳感器，保證裝置的穩定性和準確性。

2.根據實際應用，設計一個機械零件，并說明其材料選擇。

題目：

設計一種用于高速旋轉機械的軸承零件，要求該零件在高溫、高壓、高速環境下能夠長期穩定工作。

答案：

機械零件設計：高速旋轉機械軸承

材料選擇：合金鋼（如GCr15）

原因：

耐高溫：合金鋼具有優異的高溫功能，能夠在高溫環境下保持結構穩定。

耐高壓：合金鋼的高強度和硬度使其能夠承受高壓環境下的應力。

耐磨損：合金鋼的耐磨性使其在高速旋轉時能夠減少磨損，延長使用壽命。

解題思路：

分析軸承的工作環境，確定所需材料應具備的功能。

查閱材料功能數據，選擇符合要求的合金鋼。

考慮成本和加工工藝，選擇合適的合金鋼牌號。

3.根據實際應用，設計一個機械加工工藝。

題目：

設計一種適用于大型結構件的焊接加工工藝，要求加工過程高效、質量穩定。

答案：

機械加工工藝設計：大型結構件焊接加工

工藝流程：

1.預處理：對結構件表面進行清潔和打磨，去除油污、銹蝕等雜質。

2.放樣定位：根據設計圖紙，對結構件進行放樣定位，保證焊接位置準確。

3.焊接：采用自動焊接設備，按照焊接規范進行焊接。焊接過程中，實時監控焊接參數，保證焊接質量。

4.后處理：焊接完成后，對結構件進行打