機(jī)械設(shè)計制造基礎(chǔ)知識競賽姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.機(jī)械設(shè)計的基本原則包括：

（1）可靠性原則

（2）經(jīng)濟(jì)性原則

（3）安全性原則

（4）環(huán)保性原則

（5）可維護(hù)性原則

2.機(jī)械設(shè)計中常用的機(jī)構(gòu)有：

（1）齒輪機(jī)構(gòu)

（2）凸輪機(jī)構(gòu)

（3）連桿機(jī)構(gòu)

（4）蝸桿機(jī)構(gòu)

（5）棘輪機(jī)構(gòu)

3.機(jī)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(jī)械設(shè)計制造中的材料有：

（1）金屬材料

（2）非金屬材料

（3）復(fù)合材料

（4）生物材料

（5）智能材料

5.機(jī)械設(shè)計制造中的測量工具包括：

（1）游標(biāo)卡尺

（2）千分尺

（3）深度尺

（4）角度尺

（5）光學(xué)投影儀

答案及解題思路：

1.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機(jī)械設(shè)計的基本原則應(yīng)涵蓋機(jī)械功能的各個方面，包括可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性、可維護(hù)性，以及考慮到未來維護(hù)的便利性。

2.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機(jī)械設(shè)計中常用的機(jī)構(gòu)種類繁多，涵蓋了各種傳動和運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)方式，包括齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、蝸桿機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同的設(shè)計需求。

3.答案：（1）（2）（3）（4）（5）

解題思路：機(jī)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(wù)，包括車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀和鋸片，以實(shí)現(xiàn)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(jī)械設(shè)計制造中使用材料種類廣泛，包括金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料、生物材料和智能材料，以滿足不同應(yīng)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(jī)械設(shè)計精度的重要工具，包括游標(biāo)卡尺、千分尺、深度尺、角度尺和光學(xué)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(jī)械設(shè)計的基本步驟為：_______、_______、_______、_______、_______。

答案：調(diào)查研究、方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度校核、剛度校核、耐磨性校核、抗振性校核、制造成本分析、經(jīng)濟(jì)性評估、試制與試驗(yàn)。

解題思路：機(jī)械設(shè)計是一個系統(tǒng)性的工程，首先需要進(jìn)行調(diào)查研究，了解設(shè)計需求和應(yīng)用環(huán)境。接著進(jìn)行方案設(shè)計，確定機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)和功能。之后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，細(xì)化各個部件的尺寸和形狀。隨后進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、耐磨性、抗振性等校核，保證設(shè)計滿足使用要求。最后進(jìn)行制造成本分析和經(jīng)濟(jì)性評估，以及試制和試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計的可行性和功能。

2.機(jī)械設(shè)計中的強(qiáng)度校核包括：_______、_______、_______。

答案：靜強(qiáng)度校核、動強(qiáng)度校核、疲勞強(qiáng)度校核。

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

3.機(jī)械設(shè)計中的剛度校核包括：_______、_______、_______。

答案：彎曲剛度校核、扭轉(zhuǎn)剛度校核、剪切剛度校核。

解題思路：剛度校核是為了保證機(jī)械在運(yùn)行過程中不會因?yàn)樽冃芜^大而影響功能。彎曲剛度校核關(guān)注部件在彎曲載荷下的變形，扭轉(zhuǎn)剛度校核關(guān)注扭轉(zhuǎn)載荷下的變形，剪切剛度校核關(guān)注剪切載荷下的變形。

4.機(jī)械設(shè)計中的耐磨性校核包括：_______、_______、_______。

答案：耐磨材料選擇、耐磨層設(shè)計、磨損機(jī)理分析。

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

5.機(jī)械設(shè)計中的抗振性校核包括：_______、_______、_______。

答案：固有頻率分析、共振分析、動態(tài)響應(yīng)分析。

解題思路：抗振性校核是為了防止機(jī)械在運(yùn)行過程中因?yàn)檎駝舆^大而影響功能或結(jié)構(gòu)安全。固有頻率分析是確定機(jī)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(dǎo)致共振，動態(tài)響應(yīng)分析是評估機(jī)械在動態(tài)載荷下的響應(yīng)情況。三、判斷題1.機(jī)械設(shè)計中的模態(tài)分析屬于靜態(tài)分析。（×）

解題思路：模態(tài)分析是研究機(jī)械結(jié)構(gòu)在受到激勵時，結(jié)構(gòu)的固有振動特性，如固有頻率和振型等。這種分析通?？紤]的是結(jié)構(gòu)的自然振動狀態(tài)，而不是結(jié)構(gòu)在特定載荷作用下的響應(yīng)，因此它屬于動態(tài)分析范疇。

2.機(jī)械設(shè)計中的有限元分析屬于動態(tài)分析。（√）

解題思路：有限元分析（FEA）是一種數(shù)值分析技術(shù)，用于解決復(fù)雜工程問題，包括靜態(tài)、動態(tài)、熱傳導(dǎo)、流體動力學(xué)等。動態(tài)分析是有限元分析的一個子集，專門研究結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷作用下的響應(yīng)。

3.機(jī)械設(shè)計中的疲勞分析屬于強(qiáng)度校核。（√）

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

4.機(jī)械設(shè)計中的穩(wěn)定性分析屬于剛度校核。（√）

解題思路：穩(wěn)定性分析旨在確定結(jié)構(gòu)在載荷作用下的穩(wěn)定性，這通常涉及到結(jié)構(gòu)的剛度和屈曲分析。剛度校核保證結(jié)構(gòu)在預(yù)期的載荷范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，因此穩(wěn)定性分析可以視為剛度校核的一部分。

5.機(jī)械設(shè)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(tǒng)在溫度變化下的行為，主要用于評估熱應(yīng)力和熱變形。耐磨性校核則關(guān)注材料在機(jī)械磨損條件下的功能。兩者是不同的分析領(lǐng)域，熱分析不屬于耐磨性校核。四、簡答題1.簡述機(jī)械設(shè)計的基本原則。

答案：

機(jī)械設(shè)計的基本原則包括：

1.功能適應(yīng)性原則：設(shè)計應(yīng)滿足使用要求，保證機(jī)械實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。

2.可靠性原則：設(shè)計應(yīng)保證機(jī)械在預(yù)定條件下長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.經(jīng)濟(jì)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(shè)計應(yīng)保證操作人員和周圍環(huán)境的安全。

5.標(biāo)準(zhǔn)化原則：盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高互換性和維修性。

6.環(huán)境適應(yīng)性原則：設(shè)計應(yīng)考慮機(jī)械在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性。

解題思路：

解答此題時，需結(jié)合機(jī)械設(shè)計的基本要求，逐一闡述各個原則的內(nèi)涵和重要性。

2.簡述機(jī)械設(shè)計中的強(qiáng)度校核方法。

答案：

機(jī)械設(shè)計中的強(qiáng)度校核方法主要包括：

1.名義應(yīng)力法：根據(jù)載荷和截面尺寸計算應(yīng)力，與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較。

2.極限載荷法：根據(jù)材料的屈服極限或強(qiáng)度極限計算極限載荷，與實(shí)際載荷進(jìn)行比較。

3.安全系數(shù)法：通過確定安全系數(shù)，將實(shí)際載荷與極限載荷進(jìn)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(jī)械設(shè)計中的剛度校核方法。

答案：

機(jī)械設(shè)計中的剛度校核方法包括：

1.撓度校核：根據(jù)載荷和截面幾何參數(shù)計算撓度，與允許撓度進(jìn)行比較。

2.剛度系數(shù)法：通過計算剛度系數(shù)，評估機(jī)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(shù)法的基本步驟和計算方法。

4.簡述機(jī)械設(shè)計中的耐磨性校核方法。

答案：

機(jī)械設(shè)計中的耐磨性校核方法包括：

1.磨損量法：根據(jù)材料磨損特性，計算磨損量，與允許磨損量進(jìn)行比較。

2.磨損壽命法：根據(jù)磨損速率和設(shè)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(yīng)用和計算過程。

5.簡述機(jī)械設(shè)計中的抗振性校核方法。

答案：

機(jī)械設(shè)計中的抗振性校核方法包括：

1.頻率法：通過計算機(jī)械的固有頻率，與激振頻率進(jìn)行比較。

2.振幅法：根據(jù)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(jī)械設(shè)計中的可靠性設(shè)計。

（一）論述可靠性設(shè)計的基本概念及在機(jī)械設(shè)計中的重要性。

（二）結(jié)合實(shí)例，分析提高機(jī)械可靠性設(shè)計的方法與措施。

（三）探討可靠性設(shè)計在產(chǎn)品生命周期中的應(yīng)用及其對未來設(shè)計的影響。

2.論述機(jī)械設(shè)計中的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計。

（一）闡述經(jīng)濟(jì)性設(shè)計的意義及其在機(jī)械設(shè)計中的作用。

（二）分析成本估算、效益分析在機(jī)械經(jīng)濟(jì)性設(shè)計中的應(yīng)用。

（三）結(jié)合實(shí)際案例，探討如何平衡成本與功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計。

3.論述機(jī)械設(shè)計中的安全性設(shè)計。

（一）探討機(jī)械安全性的概念、類型及設(shè)計原則。

（二）結(jié)合實(shí)例，分析機(jī)械設(shè)計中常見的安全隱患及預(yù)防措施。

（三）論述安全性設(shè)計在提高產(chǎn)品市場競爭力中的作用。

4.論述機(jī)械設(shè)計中的環(huán)保性設(shè)計。

（一）介紹環(huán)保性設(shè)計的基本理念及其在機(jī)械設(shè)計中的意義。

（二）分析環(huán)保材料、綠色工藝在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用。

（三）結(jié)合我國相關(guān)法律法規(guī)，探討如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計的環(huán)保性。

5.論述機(jī)械設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計。

（一）論述創(chuàng)新設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的重要性及作用。

（二）分析創(chuàng)新設(shè)計的思維方式與方法，如TRIZ、六頂思考帽等。

（三）結(jié)合實(shí)際案例，探討如何激發(fā)設(shè)計人員的創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新。

答案及解題思路：

1.答案：可靠性設(shè)計是指在規(guī)定的條件下和預(yù)定的時間內(nèi)，保證機(jī)械系統(tǒng)或產(chǎn)品能夠完成預(yù)定功能的能力。在機(jī)械設(shè)計中的重要性體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）提高產(chǎn)品在市場上的競爭力；

（2）減少產(chǎn)品故障率，降低維修成本；

（3）提高用戶體驗(yàn)，滿足用戶需求。

解題思路：結(jié)合可靠性設(shè)計的基本概念，闡述其在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用及重要性，通過實(shí)例分析提高可靠性的方法與措施，討論可靠性設(shè)計在未來設(shè)計中的作用。

2.答案：經(jīng)濟(jì)性設(shè)計是指在設(shè)計過程中，綜合考慮成本、功能、質(zhì)量等因素，使產(chǎn)品在滿足基本功能的前提下，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大價值的決策過程。

解題思路：首先闡述經(jīng)濟(jì)性設(shè)計的意義，然后分析成本估算、效益分析在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用，最后結(jié)合案例探討如何平衡成本與功能，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計。

3.答案：安全性設(shè)計是指在機(jī)械設(shè)計中，綜合考慮安全風(fēng)險，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、改進(jìn)材料、完善控制系統(tǒng)等方法，防止產(chǎn)品在運(yùn)行過程中對人體和財產(chǎn)造成傷害的設(shè)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(yù)防措施，然后論述安全性設(shè)計在提高產(chǎn)品競爭力中的作用。

4.答案：環(huán)保性設(shè)計是指在機(jī)械設(shè)計中，充分考慮環(huán)保要求，采用環(huán)保材料、綠色工藝，減少產(chǎn)品對環(huán)境的影響。

解題思路：介紹環(huán)保性設(shè)計的基本理念，分析環(huán)保材料、綠色工藝在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用，并結(jié)合我國相關(guān)法律法規(guī)探討如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計的環(huán)保性。

5.答案：創(chuàng)新設(shè)計是指運(yùn)用創(chuàng)新的思維方式、方法和手段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計突破。

解題思路：首先論述創(chuàng)新設(shè)計的重要性及作用，分析創(chuàng)新設(shè)計的思維方式與方法，最后結(jié)合實(shí)際案例探討如何激發(fā)設(shè)計人員的創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新。六、計算題1.計算一齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比。

題目描述：設(shè)齒輪機(jī)構(gòu)中，主動齒輪的齒數(shù)為30，模數(shù)為3mm，齒寬為100mm，從動齒輪的齒數(shù)為45，齒寬為100mm。計算該齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比。

2.計算一凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。

題目描述：凸輪機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡。

題目描述：一連桿機(jī)構(gòu)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(yùn)動軌跡。

4.計算一蝸桿機(jī)構(gòu)的傳動比。

題目描述：蝸桿機(jī)構(gòu)的蝸桿頭數(shù)為2，分度圓直徑為40mm，蝸輪齒數(shù)為30，模數(shù)為5mm。計算該蝸桿機(jī)構(gòu)的傳動比。

5.計算一機(jī)械零件的強(qiáng)度。

題目描述：一軸類零件，直徑為50mm，材料為45鋼，許用應(yīng)力為[σ]=160MPa。該軸需要承受扭矩T=200N·m，計算該軸的強(qiáng)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(shù)除以主動齒輪的齒數(shù)。

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(yùn)動軌跡計算：

答案：運(yùn)動軌跡為一條螺旋線。

解題思路：通過解析幾何方法，結(jié)合主動桿和從動桿的運(yùn)動關(guān)系，推導(dǎo)出從動桿的運(yùn)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(shù)除以蝸桿頭數(shù)乘以分度圓直徑。

5.強(qiáng)度計算：

答案：強(qiáng)度滿足要求。

解題思路：使用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式σ=T/(πd^3/16)，計算得到應(yīng)力σ=200/(π50^3/16)≈100MPa，小于許用應(yīng)力[σ]=160MPa。七、應(yīng)用題1.根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計一個機(jī)械裝置，并說明其工作原理。

題目：

設(shè)計一種用于自動化倉庫的貨物搬運(yùn)裝置，要求該裝置能夠在倉庫內(nèi)自動行走，并能夠抓取和放置貨物。

答案：

機(jī)械裝置設(shè)計：自動化倉庫貨物搬運(yùn)裝置

工作原理：

該裝置采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，底部安裝有傳感器，能夠自動避障。頂部配備有可伸縮的機(jī)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(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)自動行走。傳感器實(shí)時監(jiān)測地面情況，保證裝置行走平穩(wěn)。

抓取：機(jī)械臂配備多個夾爪，通過伺服電機(jī)控制夾爪開合，實(shí)現(xiàn)貨物的抓取。

放置：機(jī)械臂將貨物放置到指定位置，通過視覺系統(tǒng)定位貨物位置。

解題思路：

分析倉庫環(huán)境，確定行走機(jī)構(gòu)類型。

設(shè)計機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，使其能夠適應(yīng)不同貨物的抓取。

選擇合適的電機(jī)和傳感器，保證裝置的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

2.根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計一個機(jī)械零件，并說明其材料選擇。

題目：

設(shè)計一種用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸承零件，要求該零件在高溫、高壓、高速環(huán)境下能夠長期穩(wěn)定工作。

答案：

機(jī)械零件設(shè)計：高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承

材料選擇：合金鋼（如GCr15）

原因：

耐高溫：合金鋼具有優(yōu)異的高溫功能，能夠在高溫環(huán)境下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

耐高壓：合金鋼的高強(qiáng)度和硬度使其能夠承受高壓環(huán)境下的應(yīng)力。

耐磨損：合金鋼的耐磨性使其在高速旋轉(zhuǎn)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(huán)境，確定所需材料應(yīng)具備的功能。

查閱材料功能數(shù)據(jù)，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(jù)實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計一個機(jī)械加工工藝。

題目：

設(shè)計一種適用于大型結(jié)構(gòu)件的焊接加工工藝，要求加工過程高效、質(zhì)量穩(wěn)定。

答案：

機(jī)械加工工藝設(shè)計：大型結(jié)構(gòu)件焊接加工

工藝流程：

1.預(yù)處理：對結(jié)構(gòu)件表面進(jìn)行清潔和打磨，去除油污、銹蝕等雜質(zhì)。

2.放樣定位：根據(jù)設(shè)計圖紙，對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行放樣定位，保證焊接位置準(zhǔn)確。

3.焊接：采用自動焊接設(shè)備，按照焊接規(guī)范進(jìn)行焊接。焊接過程中，實(shí)時監(jiān)控焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量。

4.后處理：焊接完成后，對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行打