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《机械设计学》习题集

汽车学院 屈 翔
2009年6月

第一章 机械设计学引论
1、什么是工程设计？工程设计的本质是什么？
2、设计包含哪些基本内涵？
3、简述现代设计的发展及其特点。
4、什么是设计方法学？它的研究对象是什么？包含哪些研究内容？
5、什么是设计系统？
6、简述R.C.John推荐的设计进程模式。
7、试述解决问题的逻辑步骤。
8、产品的设计类型有哪些？试述产品设计的原则。
9、目前许多产品在设计时，就要考虑到它们被废弃的问题，请你考虑设计时应使被废弃的产品满足哪些要求，并举例说明。
10、有的产品有目的地降低使用寿命，甚至为一次性产品。举例说明这种设计正反两方面的特点和意义。
11、简述传统设计方法与现代设计方法的关系，以及二者的区别。
12、市场的开放性和全球化，促使机械产品的竞争日趋激烈，而决定机械产品竞争力的指标有T、Q、C、S、E等，试写出其代表的英文单词，解释其在产品开发过程中的意义。

第二章 原理方案设计——功能分析设计法
1、明确设计任务需要注意什么问题？
2、什么是技术系统？试用框图画出技术系统。
3、产品设计应满足哪些要求？
4、什么是产品的功能？按重要程度的不同，产品的功能分哪些类型？
5、应用功能分析法分析以下产品的功能，要求运用“黑箱法”确定其总功能，画出功能树图和功能结构图。
家用缝纫机、观光电梯、自行车、洗衣机、计算机、挖掘机、千斤顶、金属切削机床、气泵、挖土机、剃须刀 、电冰箱、电风扇 、混凝土搅拌机、打字机、自行车、可调光台灯、离合器、减速器 、车床 、订书器 、打火机、圆规等。
6、分功能求解的方法有哪些？举例说明。
7、以熟悉的产品为例简述功能分析设计法步骤。
8、试分析以下装置的原理方案（提出两种以上方案）
分离铁屑与铜屑、公园小船雨后除船内积水装置、铁板冲压件去毛刺装置 、活塞销倒角装置、水果分选机、牛奶瓶或啤酒瓶洗瓶机、鸡蛋大小分级的分选机、食物加热的仪器等。
9、构思一个供家庭用的废水利用装置。要求将洗菜池的废水过滤沉淀后供冲洗便池使用，不使用额外电力设备（如水泵），不得使废水与净水混合使用。
10、下面是一种电动缸的广告：“电动缸是一种新颖的动力部件，它可以代替气缸和油缸，使用方便，耗电省，价格低。推力：30—500kg，行程100—1500mm，速度：25—100mm/s”。电动缸只利用电能而不依靠其它能源而获得往复直线运动。电动机和电动缸（往复运动机构）轴线平行。试绘制其黑箱图，分析总功能、分功能，并建立分功能解法的形态学矩阵，然后构成两个以上的原理方案。
11、调查一个产品演化的历史，绘制其变体分析图，并说明变异的原因，主要变体的优缺点。
12、设计以下装置的原理方案
1）、卷棉签机：将棉花卷在竹签上，供医用。设备易于操作，效率高（60支/分）。
2）、广柑分类机：将广柑按一定的大小快速分类，并不产生碰伤。
3）、铁屑与塑料屑分拣机：将铁屑和塑料屑分开。
4）、招待所餐厅用的烘干机：设计一个用餐者洗手后除去手上过量的水分的系统。
5）、公园小船雨后除船内积水装置
6）、缝衣针仓装机 将散乱的缝衣针同向十支包成一包。
7）、步进式送料机构 应含有存储、送料、检验及检验后的分类处理等环节
8）、捆箱器 能将编织带收紧、扎牢，使纸箱在搬运中不至于松散，用于包装纸箱的捆扎。
13、工厂中使用的虎钳采用丝杆螺母机构，当需要较大距离移动钳口时非常不便。请针对这一问题进行一种可实现快速进给的虎钳机构设计（原理方案设计），画出其原理图。

第三章 创造性思维与方法
1、试述常规性设计与创新设计的差异。
2、什么是创造性思维？有何特点。创造性思维有哪些分类？
3、用发散性思维构思尽可能多的红砖（曲别针、橡皮等物品）的用途（至少15种不同的用途）。
4、普通风扇可以从哪些不同方面进行改进、变化、组合，从而开发出多种新产品？
5、构思简易拖把拧水装置，要求①用人力；②手不接触布条；③造价低廉，普通居民买得起，构思两个原理方案。
6、用发散性思维寻求分离非金属颗粒和非磁性金属颗粒的工作原理。
7、列举传统暖壶的缺点及改进方向。
8、参考圆珠笔设计，水膨胀密封材料等逆向思维构思产品的例子，举一个逆向思维构思产品的例子。
9、试举出十种以上电动缸的应用方法。
10、小车在斜坡上往返将坡上的砂石运至坡下，试设计无动力源（指不用电力或内燃机等能源）自动装卸小车，动作要求为：小车上坡—装料—小车下坡—卸料
11、试对火灾报警器提出三种原理方案。希望在火灾发生后几秒钟即能自动向消防队报警。要求价格便宜，使用可靠。
12、列举现有自行车的缺点及其改进方向。
13、分析现在楼房二室一厅单元各房间面积分配方案的缺点，在同样总面积的条件下，各房面积怎样分配更合理?(只讨论面积，不讨论布局)。要给出论据，有人员活动情况、各房使用频率等数据。
14、请结合自己的看法谈谈如何进行工程技术人员的创造力开发。
15、分析水生动物不同运动原理，指出各种原理在技术上的应用。
16、通过对机械设计学课程的学习，试述如何进行创造性思维的培养。

第四章 商品化设计思想与方法
1、试述商品化设计思想对设计成败的影响。
2、试述商品化设计思想的主要内容。
3、试述在设计中如何考虑营销策略。
4、举例说明产品定位对其设计的影响。
5、进行商品化设计应考虑哪些设计原则。
6、怎样理解产品也是商品？树立商品化设计思想有何意义？

第五章 评价与决策
1、在设计中可能遇到的评价工作有哪些类型？
2、5个专家对某种产品的6个方案按名次计分法进行评价，排队后给分（最高分为6分，最低分1分，依次类推），给分情况如下表所示，试对各方案进行评价。
专家代号
方案代号
A
B
C
D
E
总分
1
1
5
6
3
4

2
4
4
5
2
6

3
3
1
4
1
1

4
5
2
3
6
3

5
2
6
2
4
2

6
6
3
1
5
5

3、三个厂家生产同一种产品，其性能与成本如下表。对性能与成本规定达到极限值为0分，达到要求值为8分，满分10分，试确定最佳产品。
评价目标
成本（元）
效率（%）
寿命（小时）
要求值
1600
85
7000
极限值
2000
65
4500
实
际
值
Ⅰ
1750
90
7200
Ⅱ
1550
85
4500
Ⅲ
1900
70
5900
加权系数
0.3
0.5
0.2
4、六位专家对五种方案进行评价如下表 ，第一名为5分，第五名1分。试确定总分最高的方案并计算一致性系数。
专家代号
评分
方案号

A B C D E F
1
2
3
4
5
5
3
5
4
4
5
4
5
4
3
5
3
3
4
1
5
3
4
2
1
3
2
2
1
1
2
2
1
1
2
5、对台灯确定四个评价项目：价格、照明性能、寿命、外观。其专家对评价项目两两比较给分，评分如下表，试确定加权系数。
比较项目
评价项目
总分

价格 照明 寿命 外观
加 权
系 数
价格
—
1
2
1

照明
3
—
2
2

寿命
2
2
—
1

外观
3
2
3
—

∑

6、试用目标树法确定一般载货汽车（轻型）的主要评价目标的加权系数。
7、根据下表用有效值法确定最佳产品。
评价目标
效率（%）
性能A
性能B
性能C
要求值
90
17
2700
230
极限值
80
12
3500
295
实
际
值
Ⅰ
91
15
2800
240
Ⅱ
87
18
3000
225
Ⅲ
84
13
2950
265
加权系数
0.3
0.25
0.35
0.10
8、试对三位营业员Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的工作进行综合模糊评价，并排出名次。群众评议如下表。
评价目标
服务质量
服务态度
出勤率
服务员
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
评

议
优
良
中
差
0.8 0.4 0.5
0.7 0.6 0.2
0 1 1
0.2 0.6 0.3
0.2 0.3 0.2
1 0 0
0 0 0.2
0.1 0.1 0.5
0 0 0
0 0 0
0 0 0.1
0 0 0
加权系数
0.4
0.3
0.3
9、某减速器中有7个A类零件，按重要程度排列为：箱体、箱盖、齿轮轴1、齿轮轴2、齿轮1和齿轮2、轴。试用判别表法确定其加权系数。
10、某产品成本要求C≤4千元为优，C=6千元为中，C≥9千元为差。现某设计方案估计产品成本为C=7千元，试求其模糊评价的隶属度。
11、设一灯泡（轴承等）设计方案的寿命为x（单位：小时），x≤2000为差，4000≤x≤6000为良，x≥10000为优，灯泡设计方案确定后，估计寿命为9000小时，求模糊评价的隶属度。
12、某机械产品设计成本为x，根据对用户的调查，认为元为优，元为中，元为差，进行方案设计后，估算其设计成本为5300元，求模糊评价的隶属度。
13、对某品牌汽车进行评价。6个评价指标的重要程度依次是：价格、舒适性和寿命、安全性、维修性、外观，试用判别表法确定加权系数。
14、某设备有五种方案，现请六位专家按名次计分法对该设备的五种方案进行评价（各方案的分数如下表），要求一致性系数不得小于0.7。试问本次评价是否可行？并对5种方案按优劣排序。
专家代号
评分
A
B
C
D
E
F
方案号
01
5
5
5
4
5
5
02
4
4
4
5
4
3
03
3
2
1
3
2
4
04
2
3
3
2
3
1
05
1
1
2
1
1
2
15、三种液压泵A、B、C的性能和成本列于下表，试用有效值法评选最佳方案。
评价目标
成本（元）
效率（%）
寿命（h）
理想值
500
90
6000
要求值
600
80
5000
极限值
800
60
2000
实际值
A
720
82
5000
B
580
80
4000
C
650
75
5500
加权系数
0.4
0.4
0.2

第六章 结构方案设计
1、产品结构设计应满足哪些要求？
2、什么是自补偿原理？分别举例说明自平衡、自增强、自保护在工程上的应用。
3、合理负载的基本原则是什么？
4、什么叫阿贝原则？试举出用阿贝原理减少系统误差的实例。
5、试用误差缩放原理分析增速传动机构和降速传动机构中的运动误差。
6、如何合理配置机床主轴前后轴承的精度、控制振幅∂a、∂b的大小和方向以减少端部振幅？
7、试举例说明降低噪声的途径有哪些？
8、什么是产品的寿命周期？
9、产品总成本由哪些部分组成？
10、减少产品零件数对成本有何影响？设计中如何减少零件数？
11、产品批量对生产成本有何影响？
12、什么是重复利用原则？试举出设计中应用此原则的实例。
13、如何通过设计环节降低成本？
14、构件尺寸对产品成本有何影响？
15、可以采取哪些措施降低产品加工成本？
16、一组三级齿轮减速器，数据如下表，试估算A=500mm减速器成本。
中心矩A（mm）
280
360
450
560
650
重量（kg）
693
1392
2520
3975
5330
生产成本（元）
6160
10009
15019
21192
25044
17、某水泵系列中五种水泵重量及生产成本如下表，试求重量成本系数的函数曲线，系列中若新增重量W=30kg的水泵，试估算其生产成本C。
水泵号
1
2
3
4
5
重量（kg）
2.5
6.1
15.2
40.2
55
成本（元）
34.2
62.4
122.8
226.5
288.8
18、试比较梁的强度和刚度，在设计参数选择上有何异同？
19、可以采取哪些措施降低产品的运行成本？
20、结合所学价值分析内容，阐述应从哪些方面来考虑提高产品的价值。
21、标准渐开线齿轮A和B几何相似，齿数相同，模数分别为Ma=8，mB=3，齿轮A每批生产100件，每件生产成本Ca=280（其中材料成本Cma=100元，加工成本Cfa=120元）。若齿轮B每批生产300件，求B每件的生产成本。
22、两相似零件A和B生产批量相同，A的重量为B的8倍，已知零件B生产成本为28元，其中生产准备成本和加工成本约占20%和40%，试求A零件的生产成本及其构成。
23、铸铁箱体零件宽B0=500mm，长L0=500mm，高H0=400mm，壁厚∂0=10mm，有底厚亦为∂0。单件生产成本约为480元，其中材料成本约为150元，加工成本约220元。现拟生产与它几何相似的箱体20件，其中高度H=250mm，试估算每件产品成本及重量。
24、价值系数分析法与ABC分析法各有何特点？
25、钢螺栓联接两块＝1mm的铜板在t80℃的温度下工作，可能出现什么问题？如何从结构上解决？（热膨胀系数＝1110/℃。＝17.510/℃。）
26、试举出用无屑加工代替切削加工降低成本的结构实例。
27、有哪些常用的成本估算方法？适用于何种条件？
28、试根据合理负载原则对下列结构进行改进：
（1）圆形截面悬臂梁，长度1，端部受载P，试在工作条件不变情况下提出三种以上方案使端部变形量减小。
（2）简支梁中点受力，试提出梁的几种合理结构使刚度提高。
29、图示结构A与结构B，对于钢、铸钢、塑料分别应当采用哪种结构？

30、试分析以下A、B、C三种结构，哪一种不合理，为什么？

31、比较A、B两种密封圈的安放位置，哪一种较合理？
32、标准直齿圆柱齿轮A与B几何相似，齿数相同，模数分别为1.5和4。齿轮B每批生产200件，每件生产成本为300元（其中材料成本和加工成本各占30%和50%），若齿轮A每批生产150件，求A每件的生产成本。
33、铸铁箱体零件宽B0=500mm，长L0=500mm，高H0=400mm，箱体厚度为t0=10mm，单件生产成本约为400元，其材料成本为150元，加工成本为220元，现拟生产与它几何相似的箱体50件，高度H0=250mm，估算每件产品的成本及重量。

第七章 相似设计和模块化设计
1、进行变型产品设计有何实际意义？
2、变型产品有哪些系列类型？
3、在变型产品设计中应用优先数有何优点？如何进行优先数参数的选择？
4、什么是相似准则和相似指标？
5、试述相似三定理的内容。
6、某零件受拉力F=5000N，若用相同材料，尺寸缩小到1/10的模型做试验，模型上应加力Fm多大？
7、柱塞泵系列中各泵几何相似，要求在8—250L/min范围内有六种流量，求各泵的流量相似比∂q，长度尺寸相似比∂l和体积相似比∂v为多少？
（提示：各泵转速n相同，流量公式Q=πhd2n/4，式中d为柱塞直径，h为柱塞行程）
8、零件A重6kg，加热3小时后温度升到§°C。问相同材料、与A几何相似的零件B，重3kg，在相同条件下加热几小时能够达到§°C？
（注：传热定律：Qk=KA§t/l；蓄热定律：Qc=C·ρ·V·§
式子中：Qk—传热量 Qc—蓄热量 §—温升（°C）
t—加热时间 k—材料导热率 c—材料比热
ρ—材料密度 l，A，V—零件的长度、面积、体积）
9、模块动力系统具有以下三类功能模块，试问最多可以组成几种动力系统产品？
原动机：三相异步电动机，变极多速三相异步电动机，隔爆型三相异步电动机，单相异步电动机共4种；
变速系统：齿轮减速器（单级、双级、三级三种）、行星减速机、蜗杆涡轮减速机、齿轮升速机（单级、双级、三级三种）共8种。
联接系统：凸缘联轴器、梅花联轴器、特殊接口模块等3种。
10、确定传动轴扭转变形的相似指标。
11、求方程：W=CXcYc/Zc的相似比方程(c为常数)。
12、分析物体受力激振后无阻尼自由振动的相似比方程式。
13、铸铁箱体零件宽b=500mm,长l=500mm,高h=400mm,壁厚＝10mm,有底厚度亦为。单件生产成本480元，其中材料成本约为150元，加工成本约220元。现拟生产与它几何相似的箱体20件，其中高度h=250mm，试估算每件产品成本及重量。
14、就某一熟悉产品（汽车、电脑、手机等）为例谈谈模块化设计的特点及设计要点。
15、圆柱形螺旋弹簧的弹簧刚度表达式为，式中G为弹簧材料的切变模量（Mpa），d为弹簧钢丝直径，D2为弹簧中径，n为弹簧圈数。试写出对应的量纲方程。
16、试确定牛顿第二定律F=ma的相似指标。
17、应用方程分析法求方程的相似比方程。