2025機械基礎(chǔ)創(chuàng)新設(shè)計試題及答案一、選擇題1.在機械設(shè)計中，以下哪種材料通常用于制造承受沖擊載荷的零件？()A.鑄鐵B.碳鋼C.鋁合金D.銅合金答案：B解析：碳鋼具有較高的強度和韌性，能夠承受較大的沖擊載荷。鑄鐵的韌性較差，不適合承受沖擊載荷；鋁合金密度小，強度相對較低，常用于對重量要求較高但承受沖擊較小的場合；銅合金主要用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐磨等場合，承受沖擊載荷能力不如碳鋼。2.下列哪種運動副屬于低副？()A.齒輪副B.凸輪副C.轉(zhuǎn)動副D.螺旋副答案：C解析：低副是指兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副。轉(zhuǎn)動副是兩構(gòu)件之間作相對轉(zhuǎn)動的運動副，屬于低副。齒輪副和凸輪副是通過點或線接觸組成的運動副，屬于高副；螺旋副雖然也是面接觸，但它是一種特殊的運動副，通常單獨討論，在本題中轉(zhuǎn)動副更符合低副的典型特征。3.帶傳動中，彈性滑動是()。A.可以避免的B.不可避免的C.一定條件下可以避免的D.取決于負載大小的答案：B解析：帶傳動中，由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相對滑動稱為彈性滑動。只要帶傳動工作，帶兩邊的拉力差就會存在，彈性滑動就不可避免。它與負載大小有關(guān)，但不是取決于負載大小就可以避免的。4.對于普通平鍵連接，主要失效形式是()。A.鍵的剪切破壞B.鍵的擠壓破壞C.軸的剪切破壞D.輪轂的擠壓破壞答案：B解析：普通平鍵連接中，鍵的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩，在工作時，鍵受到擠壓和剪切作用。但由于鍵的材料和尺寸設(shè)計通常使得鍵的剪切強度足夠，而鍵與輪轂、軸之間的擠壓應(yīng)力是導(dǎo)致連接失效的主要因素，所以主要失效形式是鍵的擠壓破壞。5.在機械系統(tǒng)中，以下哪種機構(gòu)可以實現(xiàn)間歇運動？()A.曲柄搖桿機構(gòu)B.雙曲柄機構(gòu)C.槽輪機構(gòu)D.雙搖桿機構(gòu)答案：C解析：槽輪機構(gòu)是一種常用的間歇運動機構(gòu)，它可以將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為從動件的間歇轉(zhuǎn)動。曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)主要實現(xiàn)的是連續(xù)的轉(zhuǎn)動或擺動，不能直接實現(xiàn)間歇運動。6.滾動軸承的基本額定壽命是指()。A.一批相同的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中90%的軸承發(fā)生疲勞點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)B.一批相同的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)C.一個軸承在正常工作條件下的使用壽命D.一個軸承在極限工作條件下的使用壽命答案：A解析：滾動軸承的基本額定壽命是指一批相同的軸承，在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中90%的軸承在發(fā)生疲勞點蝕前所能達到的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)。這是衡量滾動軸承壽命的一個重要指標。7.以下哪種螺紋主要用于連接？()A.三角形螺紋B.矩形螺紋C.梯形螺紋D.鋸齒形螺紋答案：A解析：三角形螺紋的牙型角大，自鎖性能好，主要用于連接。矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋主要用于傳動，它們的牙型設(shè)計更有利于傳遞動力。8.齒輪傳動中，為了減小動載荷，可采取的措施是()。A.增大齒輪模數(shù)B.提高齒輪制造精度C.增加齒輪齒數(shù)D.減小齒寬答案：B解析：提高齒輪制造精度可以減小齒輪的制造誤差，從而減小齒輪傳動過程中的動載荷。增大齒輪模數(shù)會使齒輪尺寸增大，不一定能減小動載荷；增加齒輪齒數(shù)對動載荷的影響較??；減小齒寬會降低齒輪的承載能力，與減小動載荷沒有直接關(guān)系。9.聯(lián)軸器與離合器的主要區(qū)別是()。A.聯(lián)軸器只能實現(xiàn)兩軸的永久連接，離合器可使兩軸在工作中隨時分離和接合B.聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高，離合器的工作轉(zhuǎn)速低C.聯(lián)軸器的傳遞轉(zhuǎn)矩大，離合器的傳遞轉(zhuǎn)矩小D.聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，離合器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜答案：A解析：聯(lián)軸器的作用是將兩軸連接在一起，使它們一同轉(zhuǎn)動并傳遞轉(zhuǎn)矩，連接后一般不能在工作中分離；而離合器可以在工作過程中根據(jù)需要使兩軸隨時分離和接合。聯(lián)軸器和離合器的工作轉(zhuǎn)速、傳遞轉(zhuǎn)矩大小以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度并不是它們的主要區(qū)別。10.機械創(chuàng)新設(shè)計的核心是()。A.采用新材料B.運用新原理C.滿足用戶需求D.降低成本答案：B解析：機械創(chuàng)新設(shè)計的核心是運用新原理，通過采用新的工作原理、運動原理或結(jié)構(gòu)原理等，創(chuàng)造出具有新穎性和獨特性的機械產(chǎn)品。采用新材料、滿足用戶需求和降低成本都是機械設(shè)計中需要考慮的方面，但不是創(chuàng)新設(shè)計的核心。二、填空題1.機械零件的失效形式主要有_、_、___等。答案：斷裂、磨損、變形2.平面四桿機構(gòu)中，若最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則當(dāng)最短桿為連架桿時，機構(gòu)為_；當(dāng)最短桿為機架時，機構(gòu)為_；當(dāng)最短桿為連桿時，機構(gòu)為___。答案：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)3.滾動軸承的基本代號由_、_和___三部分組成。答案：類型代號、尺寸系列代號、內(nèi)徑代號4.齒輪傳動的重合度越大，表示同時參與嚙合的輪齒對數(shù)_，傳動越_。答案：越多、平穩(wěn)5.軸按所受載荷不同可分為_、_和___。答案：心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動軸6.螺紋連接的防松方法可分為_、_和___三大類。答案：摩擦防松、機械防松、永久防松7.帶傳動的張緊方法有_和_兩種。答案：調(diào)整中心距、使用張緊輪8.機械系統(tǒng)的設(shè)計一般包括_、_、_和_四個階段。答案：規(guī)劃設(shè)計、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計9.創(chuàng)新思維的形式主要有_、_、___等。答案：發(fā)散思維、收斂思維、逆向思維10.機械創(chuàng)新設(shè)計的方法主要有_、_、___等。答案：頭腦風(fēng)暴法、仿生設(shè)計法、移植法三、判斷題1.機械零件的強度是指零件抵抗破壞的能力。()答案：√解析：強度是機械零件的重要性能指標之一，它表示零件在載荷作用下抵抗破壞的能力。2.所有的機構(gòu)都具有確定的運動。()答案：×解析：機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)的原動件數(shù)目等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。如果原動件數(shù)目與自由度數(shù)目不相等，機構(gòu)就不能具有確定的運動。3.鏈傳動可以實現(xiàn)遠距離傳動，且能保證準確的傳動比。()答案：×解析：鏈傳動可以實現(xiàn)遠距離傳動，但由于鏈條的多邊形效應(yīng)，鏈傳動的瞬時傳動比是變化的，不能保證準確的傳動比。4.滑動軸承的承載能力比滾動軸承高。()答案：√解析：滑動軸承工作時，軸頸與軸瓦之間是面接觸，承載能力較大，尤其適用于重載、高速、高精度等場合；滾動軸承是通過滾動體的滾動來工作，承載能力相對較小。5.齒輪的模數(shù)越大，輪齒越厚，承載能力越強。()答案：√解析：模數(shù)是齒輪的一個重要參數(shù)，模數(shù)越大，輪齒的尺寸越大，齒厚也越厚，能夠承受的載荷也就越強。6.聯(lián)軸器和離合器都可以在工作中隨時分離和接合兩軸。()答案：×解析：聯(lián)軸器一般在安裝時將兩軸連接在一起，工作過程中不能分離；而離合器可以在工作中根據(jù)需要使兩軸隨時分離和接合。7.彈性滑動和打滑都是帶傳動中不可避免的現(xiàn)象。()答案：×解析：彈性滑動是帶傳動中不可避免的現(xiàn)象，但打滑是在過載情況下發(fā)生的，是可以通過合理設(shè)計和使用來避免的。8.創(chuàng)新設(shè)計只需要考慮技術(shù)方面的因素，不需要考慮經(jīng)濟和社會因素。()答案：×解析：創(chuàng)新設(shè)計不僅要考慮技術(shù)方面的可行性，還要考慮經(jīng)濟因素，如成本、效益等，以及社會因素，如環(huán)保、安全等。只有綜合考慮這些因素，才能設(shè)計出具有實際價值的產(chǎn)品。9.機械系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。()答案：√解析：這是機械系統(tǒng)可靠性的定義，可靠性是衡量機械系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標之一。10.采用新的材料和工藝一定能實現(xiàn)機械創(chuàng)新設(shè)計。()答案：×解析：采用新的材料和工藝是實現(xiàn)機械創(chuàng)新設(shè)計的一種手段，但不是唯一的方法，也不是采用了新的材料和工藝就一定能實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計。創(chuàng)新設(shè)計還需要從原理、結(jié)構(gòu)、功能等多個方面進行綜合考慮。四、簡答題1.簡述機械創(chuàng)新設(shè)計的特點和意義。(1).特點：新穎性：創(chuàng)新設(shè)計要求設(shè)計出的機械產(chǎn)品具有新穎的原理、結(jié)構(gòu)或功能，與現(xiàn)有產(chǎn)品有所區(qū)別。創(chuàng)造性：需要設(shè)計師運用創(chuàng)造性思維，突破傳統(tǒng)觀念和方法的束縛，提出獨特的設(shè)計方案。綜合性：涉及到機械學(xué)、材料學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、控制理論等多學(xué)科知識的綜合運用。實踐性：設(shè)計方案要能夠在實際生產(chǎn)和使用中得到應(yīng)用，具有可操作性和實用性。(2).意義：提高產(chǎn)品競爭力：創(chuàng)新設(shè)計可以使產(chǎn)品具有更好的性能、更高的質(zhì)量和更低的成本，從而在市場上更具競爭力。推動技術(shù)進步：通過創(chuàng)新設(shè)計，可以不斷探索新的原理和方法，推動機械技術(shù)的發(fā)展和進步。滿足社會需求：能夠開發(fā)出滿足不同用戶需求的新產(chǎn)品，提高人們的生活質(zhì)量和生產(chǎn)效率。促進經(jīng)濟發(fā)展：創(chuàng)新設(shè)計帶來的新產(chǎn)品和新技術(shù)可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進經(jīng)濟的增長。2.分析帶傳動的優(yōu)缺點。(1).優(yōu)點：適用于兩軸中心距較大的場合，安裝和調(diào)整方便。帶具有彈性，能緩沖吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。過載時帶會在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞，起到過載保護作用。結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護成本低。(2).缺點：存在彈性滑動，不能保證準確的傳動比。傳動效率較低，帶的壽命較短。帶傳動需要張緊，對軸和軸承的作用力較大。外廓尺寸較大，不適合在緊湊的空間內(nèi)使用。3.簡述齒輪傳動的設(shè)計準則。(1).對于閉式軟齒面齒輪傳動，主要失效形式是齒面疲勞點蝕，設(shè)計準則是按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核。(2).對于閉式硬齒面齒輪傳動，主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷，設(shè)計準則是按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，按齒面接觸疲勞強度校核。(3).對于開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損和齒根彎曲疲勞折斷，通常只按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，并適當(dāng)增大模數(shù)以考慮磨損的影響。4.說明滾動軸承的選擇步驟。(1).根據(jù)工作條件和使用要求，確定軸承的類型，如深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承等?？紤]的因素包括載荷性質(zhì)（徑向載荷、軸向載荷或聯(lián)合載荷）、轉(zhuǎn)速、調(diào)心性能要求等。(2).根據(jù)軸承所承受的載荷大小、方向和性質(zhì)，計算軸承的當(dāng)量動載荷。(3).根據(jù)機器的工作壽命要求，確定軸承的預(yù)期壽命。(4).根據(jù)當(dāng)量動載荷和預(yù)期壽命，查軸承樣本，選擇合適的軸承型號，使所選軸承的基本額定動載荷大于計算得到的當(dāng)量動載荷。(5).對所選軸承進行必要的驗算，如極限轉(zhuǎn)速驗算、靜強度驗算等，以確保軸承在工作過程中能夠正常運行。5.舉例說明機械創(chuàng)新設(shè)計中常用的創(chuàng)新方法。(1).頭腦風(fēng)暴法：組織相關(guān)人員召開會議，鼓勵大家自由地提出各種想法和方案，不受任何限制。例如，在設(shè)計一款新型機器人時，通過頭腦風(fēng)暴會議，大家可以提出不同的機器人外形、功能和運動方式等設(shè)想，然后對這些設(shè)想進行篩選和優(yōu)化。(2).仿生設(shè)計法：模仿自然界生物的結(jié)構(gòu)、功能和原理來進行機械設(shè)計。比如，模仿鳥類的翅膀設(shè)計飛機的機翼，模仿海豚的流線型身體設(shè)計高速艦艇的外形，以提高其在水中的航行速度和效率。(3).移植法：將其他領(lǐng)域的技術(shù)、原理或方法移植到機械設(shè)計中。例如，將電子領(lǐng)域的傳感器技術(shù)移植到機械系統(tǒng)中，實現(xiàn)對機械零件的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷；將化工領(lǐng)域的混合攪拌原理應(yīng)用到食品加工機械中，設(shè)計出高效的食品攪拌設(shè)備。五、設(shè)計題1.設(shè)計一個用于自動分揀不同尺寸零件的機械裝置。(1).設(shè)計思路：采用輸送帶將零件輸送到分揀區(qū)域。在分揀區(qū)域設(shè)置多個不同尺寸的檢測裝置，如光電傳感器或激光傳感器，用于檢測零件的尺寸。根據(jù)檢測結(jié)果，通過執(zhí)行機構(gòu)將不同尺寸的零件推送到相應(yīng)的收集箱中實現(xiàn)分揀。(2).具體結(jié)構(gòu)設(shè)計：輸送帶：選擇合適寬度和長度的輸送帶，由電機驅(qū)動，保證零件能夠平穩(wěn)輸送。檢測裝置：在輸送帶上方安裝多個不同位置的光電傳感器或激光傳感器，根據(jù)不同尺寸零件的要求調(diào)整傳感器的安裝高度和間距。執(zhí)行機構(gòu)：可以采用氣缸或電動推桿作為執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)檢測到零件尺寸符合某個標準時，對應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，將零件推送到相應(yīng)的收集箱中。收集箱：根據(jù)零件的尺寸分類設(shè)置多個收集箱，放置在輸送帶的一側(cè)。(3).控制部分：采用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制核心，將傳感器的信號輸入到PLC中，PLC根據(jù)預(yù)設(shè)的程序控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。編寫控制程序，實現(xiàn)對零件尺寸的準確檢測和分揀動作的協(xié)調(diào)控制。2.設(shè)計一種新型的自行車車架，要求具有輕便、堅固和可折疊的特點。(1).材料選擇：選用高強度鋁合金或碳纖維材料，這些材料具有質(zhì)量輕、強度高的特點，可以滿足輕便和堅固的要求。(2).結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用三角形結(jié)構(gòu)設(shè)計車架的主體部分，三角形具有穩(wěn)定性好的特點，能夠提高車架的強度和剛性。設(shè)計可折疊的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，例如在車架的橫梁和豎梁之間設(shè)置可折疊的連接裝置，方便自行車的折疊和攜帶。優(yōu)化車架的外形設(shè)計，減少不必要的結(jié)構(gòu)和重量，同時保證車架的整體美觀性。(3).連接方式：采用焊接或螺栓連接的方式將各個部件連接在一起。焊接可以保證連接的牢固性，螺栓連接則便于拆卸和維修。(4).測試和優(yōu)化：對設(shè)計好的車架進行強度測試和疲勞測試，根據(jù)測試結(jié)果對車架的結(jié)構(gòu)和材料進行優(yōu)化，確保車架滿足輕便、堅固和可折疊的要求。3.設(shè)計一個用于小型車間的物料搬運機器人，要求能夠?qū)崿F(xiàn)物料的抓取、搬運和放置功能。(1).總體設(shè)計：機器人采用輪式移動平臺，方便在車間內(nèi)自由移動。安裝機械臂用于物料的抓取和放置，機械臂具有多個自由度，能夠靈活地調(diào)整姿態(tài)。(2).機械結(jié)構(gòu)設(shè)計：輪式移動平臺：選擇合適的驅(qū)動電機和車輪，保證機器人