工程設(shè)計(jì)競(jìng)賽練習(xí)題機(jī)械設(shè)計(jì)方向針對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)2026題目：一、概念創(chuàng)新設(shè)計(jì)題（共2題，每題15分）1.題目：針對(duì)城市共享單車亂停放問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種具有自動(dòng)歸位功能的創(chuàng)新機(jī)械裝置。要求說(shuō)明裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并分析其可行性及潛在應(yīng)用場(chǎng)景。2.題目：結(jié)合我國(guó)老齡化社會(huì)背景，設(shè)計(jì)一種面向老年人的便攜式智能輔助起身裝置。要求闡述裝置的核心功能、關(guān)鍵技術(shù)選擇，并繪制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。二、機(jī)械傳動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)題（共2題，每題20分）1.題目：針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片清潔難題，設(shè)計(jì)一種適用于高空作業(yè)的機(jī)械式清潔裝置。要求說(shuō)明傳動(dòng)方式選擇、清潔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并評(píng)估其安全性與效率。2.題目：結(jié)合新能源汽車發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)一種創(chuàng)新型的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，用于提高電動(dòng)汽車的能量傳輸效率。要求說(shuō)明傳動(dòng)比設(shè)計(jì)、材料選擇，并分析其優(yōu)勢(shì)。三、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)題（共2題，每題25分）1.題目：針對(duì)橋梁伸縮縫的耐久性不足問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型機(jī)械式伸縮縫裝置。要求說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、材料選擇，并對(duì)比傳統(tǒng)伸縮縫的優(yōu)缺點(diǎn)。2.題目：結(jié)合我國(guó)高鐵技術(shù)發(fā)展，設(shè)計(jì)一種適用于高鐵轉(zhuǎn)向架的輕量化懸掛系統(tǒng)。要求說(shuō)明懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減震原理，并評(píng)估其動(dòng)態(tài)性能。四、智能控制設(shè)計(jì)題（共2題，每題25分）1.題目：針對(duì)農(nóng)業(yè)播種機(jī)播種不均勻問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于智能控制的機(jī)械調(diào)節(jié)裝置。要求說(shuō)明控制算法設(shè)計(jì)、傳感器選擇，并分析其適用性。2.頸目：結(jié)合智能制造趨勢(shì)，設(shè)計(jì)一種面向機(jī)器人手臂的智能夾持裝置。要求說(shuō)明夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制策略，并評(píng)估其抓取穩(wěn)定性。五、跨學(xué)科融合設(shè)計(jì)題（共2題，每題30分）1.題目：結(jié)合我國(guó)海洋資源開(kāi)發(fā)需求，設(shè)計(jì)一種適用于深海探測(cè)的機(jī)械式采樣裝置。要求說(shuō)明采樣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、水下密封技術(shù)，并分析其環(huán)境適應(yīng)性。2.題目：針對(duì)建筑工地?fù)P塵污染問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于機(jī)械原理的空氣凈化裝置。要求說(shuō)明空氣凈化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、粉塵收集方式，并評(píng)估其環(huán)保效益。答案與解析：一、概念創(chuàng)新設(shè)計(jì)題1.答案：工作原理：該裝置采用磁懸浮原理和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)共享單車的自動(dòng)歸位。具體而言，每個(gè)共享單車底部安裝有永磁體，地面設(shè)置有電磁鐵陣列。通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度，使磁懸浮裝置在水平方向上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，將單車牽引至指定停車區(qū)域。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：磁懸浮模塊：采用高精度永磁體和電磁鐵，確保單車平穩(wěn)移動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：設(shè)計(jì)齒輪齒條傳動(dòng)或履帶式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)磁懸浮模塊的精確定位?？刂葡到y(tǒng)：采用PLC或單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單車位置并調(diào)整電磁鐵磁場(chǎng)。定位傳感器：安裝紅外傳感器或激光雷達(dá)，精確識(shí)別單車位置。可行性及潛在應(yīng)用場(chǎng)景：可行性：磁懸浮技術(shù)已成熟應(yīng)用于高速列車等領(lǐng)域，結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)具有較高可行性。但需解決電磁鐵能耗和散熱問(wèn)題。潛在應(yīng)用場(chǎng)景：城市共享單車停放管理、智能停車場(chǎng)、物流倉(cāng)儲(chǔ)等。2.答案：核心功能：該裝置通過(guò)機(jī)械助力和智能控制，幫助老年人輕松起身。關(guān)鍵技術(shù)選擇：機(jī)械助力機(jī)構(gòu)：采用彈簧式助力機(jī)構(gòu)或液壓助力機(jī)構(gòu)，提供穩(wěn)定的支撐力。智能控制系統(tǒng)：采用傳感器監(jiān)測(cè)老年人起身狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)助力大小。便攜式設(shè)計(jì)：采用輕量化材料，方便老年人隨身攜帶。裝置結(jié)構(gòu)示意圖：底座：固定在椅子上，提供穩(wěn)定支撐。助力機(jī)構(gòu)：連接底座和座椅，提供助力?？刂葡到y(tǒng)：監(jiān)測(cè)起身狀態(tài)，調(diào)節(jié)助力大小。傳感器：檢測(cè)老年人身體姿態(tài)。二、機(jī)械傳動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)題1.答案：傳動(dòng)方式選擇：采用齒輪齒條傳動(dòng)或履帶式傳動(dòng)，確保高空作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性。清潔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：齒輪齒條傳動(dòng)：設(shè)計(jì)特殊齒形的齒輪齒條，帶動(dòng)清潔刷旋轉(zhuǎn)，清除葉片表面灰塵。履帶式傳動(dòng)：設(shè)計(jì)履帶式清潔機(jī)構(gòu)，模擬人工擦洗動(dòng)作，清除葉片表面污漬。安全性與效率評(píng)估：安全性：采用高強(qiáng)度材料，設(shè)計(jì)安全防護(hù)裝置，確保高空作業(yè)安全。效率：通過(guò)優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高清潔效率，減少作業(yè)時(shí)間。2.答案：傳動(dòng)比設(shè)計(jì)：采用多級(jí)變速齒輪箱，實(shí)現(xiàn)寬范圍的速度調(diào)節(jié)，提高能量傳輸效率。材料選擇：采用高強(qiáng)度合金鋼或復(fù)合材料，減輕齒輪重量，提高傳動(dòng)效率。優(yōu)勢(shì)：提高能量傳輸效率：多級(jí)變速齒輪箱設(shè)計(jì)，減少能量損失。減輕車輛重量：采用輕量化材料，提高車輛續(xù)航里程。降低噪音：優(yōu)化齒輪齒形設(shè)計(jì)，降低傳動(dòng)噪音。三、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)題1.答案：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案：采用模塊化設(shè)計(jì)，將伸縮縫分為多個(gè)獨(dú)立模塊，模塊之間通過(guò)鉸鏈連接，實(shí)現(xiàn)自由伸縮。材料選擇：采用高強(qiáng)度合金鋼或復(fù)合材料，提高伸縮縫的耐久性和抗腐蝕性。對(duì)比傳統(tǒng)伸縮縫的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：耐久性強(qiáng)、抗腐蝕性好、適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：成本較高、安裝復(fù)雜。2.答案：懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)車輛姿態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸掛高度和剛度。減震原理：采用液壓減震器，吸收車輛行駛中的沖擊力，提高乘坐舒適性。動(dòng)態(tài)性能評(píng)估：通過(guò)仿真分析，評(píng)估懸掛系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，確保其滿足高鐵運(yùn)行要求。四、智能控制設(shè)計(jì)題1.答案：控制算法設(shè)計(jì)：采用PID控制算法，根據(jù)播種機(jī)前進(jìn)速度和播種量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)播種間距。傳感器選擇：采用光電傳感器或超聲波傳感器，檢測(cè)播種量和播種間距。適用性分析：該裝置適用于各種類型的播種機(jī)，可提高播種均勻性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。2.答案：夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用可變力矩夾持機(jī)構(gòu)，根據(jù)被抓取物體的形狀和重量，自動(dòng)調(diào)節(jié)夾持力。控制策略：采用模糊控制策略，根據(jù)傳感器反饋信息，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)夾持力。抓取穩(wěn)定性評(píng)估：通過(guò)仿真分析，評(píng)估夾持機(jī)構(gòu)的抓取穩(wěn)定性，確保其滿足機(jī)器人作業(yè)要求。五、跨學(xué)科融合設(shè)計(jì)題1.答案：采樣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用機(jī)械臂式采樣機(jī)構(gòu)，可靈活調(diào)整采樣位置和深度。水下密封技術(shù)：采用特殊密封材料，確保采樣機(jī)構(gòu)在水下具有良好的密封性能。環(huán)境適應(yīng)性分析：該裝置適用于各種深海環(huán)境，可采集不同類型的深海樣品。2.答案：空氣凈化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用機(jī)