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哈工大2008年秋季学期机械系统设计试题（B）答案一、填空题1.从系统所能完成的功能来分，机械系统主要由动力系统、执行系统、传动系统、操作和控制系统、支承系统、润滑、冷却等子系统组成。2.机械系统设计的四个基本原则：需求原则、信息原则、系统原则、优化、效益原则。3.机械系统设计的基本要求：功能要求、适应性要求、可靠性要求、生产能力要求、使用经济性要求、成本要求。4.机械系统结构总体设计的三项基本原则是：明确原则、简单原则、安全可靠原则。5.机械系统总体设计中，总体参数主要包括：性能参数(生产能力等)、结构尺寸参数、运动参数、动力参数等。6.机械系统的传动系统通常由变速装置、起停和换向装置、制动装置以及安全保护装置等几个基本部分组成。7.操纵系统主要由操纵件、变送环节和执行件三部分组成。二、简答题1.简答机械系统结构总体设计的7大基本原理任意5个（5分）答：（以下7个中的任意5个）等强度原理；自补偿原理；任务分配原理；合理力流原理；变形协调原理；力平衡原理；稳定性原理。2.简述利用黑箱法进行功能原理设计的特点答：利用黑箱法进行功能原理设计是暂时摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能，并将这些功能用较为抽象的形式(如输入量和试题B答案2输出量)加以表达。这样，通过抽象化可清晰地掌握所设计系统(产品)的基本功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质。3.简述执行系统的功能答：执行系统一般大致可实现下列各种功能。 1)实现运动形式或运动规律变换的功能 2)实现开关、联锁和检测等的功能 3)实现程序控制的功能4)实现施力功能 4.采用摩擦片式离合器变速时，离合器位置的安排应注意的问题。答：采用摩擦片式离合器变速时离合器位置安排时应该注意 1)减小离合器尺寸。在没有特殊要求的情况下，应尽可能将离合器安排在转速较高的轴上，以减小传递的转矩，缩小离合器的尺寸。2)避免出现超速现象。超速现象是指当一条传动路线工作时，在另一条不工作的传动路线上出现传动件高速空转的现象，这种现象在两对齿轮传动比悬殊时更为严重。5.简要回答选择价值分析对象的原则。答：设计中进行价值分析和价值优化工作，一般重点选择以下几类缺点和问题较多、改进潜力较大的产品。1)设计年代久，多年没有重大改进的产品；2)结构复杂，零部件较多的产品；3)制造成本过高，影响市场竞争的产品；4)使用中功能不满足要求，性能差，可靠性差，用户不满意的产品。6.简述机械产品绿色设计与传统设计的区别答：传统的机械产品设计侧重的是产品的性能、质量、成本等产品的基本技术与经济属性，对产品的考虑最多到产品使用报废为止。按传统的机械产品设计理念，在产品试题B答案3使用报废后，就成了一堆废铁和垃圾，与制造企业也没有任何关系，报废产品金属零件的回收利用主要采用回炉冶炼方式。所以，绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响，希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环。三、计算题1解：在选定滑块高度h时，L越大，A也越大，设计时摆角应在60～90度之间。2解：求解得：若f=0.3则3Af/B≈A/B当A/B大于等于1时就会发生自锁，因此，必须保证AB222221()()2160.34.8RAaLRAaLAaahLAh）几何条件：若则223FGfNfFANB拨动力2GfNfNBBdf—滑移齿轮重量产生的摩擦力；—偏转力产生的附加摩擦力—附加正压力；—滑移齿轮宽度，一般；—摩擦系数31GfFAfB试题B答案4四、论述题1根据支撑件的功用，讨论支撑件的基本要求。（8分）答：根据支承件的功用可知，对支承件的基本要求是：1)足够的静刚度支承件在静载荷作用下抵抗变形的能力称为支承件的静刚度。要求支承件在额定载荷作用下，变形不超过允许值。同时，支承件还应具有大的刚度——质量比，这在很大程度上反映了设计的合理性。2)较好的动特性机械系统应具有抵抗振动的能力，在机床上主要包括抵抗强迫振动和自激振动的能力，而且不应产生薄壁振动。3)良好的热特性机械系统工作时，电动机、液压系统、机械摩擦等的发热，以及环境温度的变化，而对于机床还有切削过程产生的热，这些都会使支承件产生不均匀的变形，以致破坏被支承零、部件的相互位置关系，降低机械系统的工作精度。4)小的内应力支承件在焊接或铸造和粗加工过程中，材料内部都会形成内应力。如不消除，在使用过程中，内应力会重新分布和逐步消失，引起支承件的变形。因此，在设计时要从结构和选材上保证支承件的内应力最小，并在铸造或焊接和粗加工后进行时效处理。5)其他在设计支承件时，应考虑吊运安全方便，液压、电器布置合理以及便于加工和装配等。而对于机床的支承件，还要考虑便于冷却液、润滑液的回收，排屑方便等。2简述机械系统中那些情况下应该选用稀油润滑（5分）①除完成润滑任务外，还需要带走摩擦面产生的热量；②必须保证滑动面间为液体摩擦者。如液体摩擦轴承、止推滑动轴承等。③能够用简易的手段向啮合传动机构本身及其轴承同时提供一种润滑剂的情况。④除润滑外，还需要清洗摩擦面并保持清洁状态者；⑤易于对轴承进行密封并能很好防止润滑油外溢者。试题B答案53机械系统中需要设置安全保护装置的子系统有哪些，并举例说明相应的保护措施。（6分）1)动力系统保护 机械系统的动力源一般为三相380V的交流电源。电源进入配电柜后，首先要经空气开关的保护，主回路和控制回路要有熔断器。电机要有熔断器和热继电器保护。熔断器主要用于断路保护，热继电器主要用于过载和过流保护。此外，还有欠压、过压和缺相等保护。在液压和气动回路中，要有安全阀和压力继电器。2)传动系统保护传动系统主要是过载保护问题，如机械系统中采用的安全离合器、摩擦离合器。电气系统中的热继电器保护。3)执行系统保护 机械系统的最终目的是由执行件完成的，其安全系统主要考虑行程保护问题。4)控制系统保护 控制系统是安全系统的核心，负责机械系统各部分运动和动作的逻辑关系，因此，正确处理这些逻辑关系，是整个机械系统安全可靠的前提和保障。5)操纵系统保护 操纵系统与人直接接触，人为因素较多，为避免操作的失误，保护机械系统正常运行和人身安全，在设计操纵系统时，必须设置必要的安全保护装置。此外，操纵机构本身也必须安全可靠，方能保证操纵有效。6)环境保护 环境安全保护主要是指对操纵环境的不安全因素采取必要的安全防护措施，有以下一些： ①在机械系统中加装保护装置 ②提高操作者作业环境的舒适性③设置指示和报警装置试题B答案64试论述现代设计方法与传统设计方法的区别。（7分）（1）设计性质(传统设计偏重于设计技术；现代设计面向功能目标)（2）设计思维(传统设计朝向结构方案的“收敛性思维”；现代设计面向产品总功能的“发散性思维”)（3）设计方法(传统设计采用少数的验证分析以满足限定的约束条件；现代设计是用多元性方法直接综合使其在各种情况下实现方案与全域优化目标)（4）设计手段(传统设计是用计算器、图板、手册的个体手工作业；现代设计充分利用计算机、自动绘图和数据库管理，集团分工协作)（5）设计对象(传统设计局限在零件和结构上；现代设计则注重机械系统的全局构成，包括造型艺术)（6）设计工况(传统设计避开复杂问题，只按确定工况与静态考虑；现代设计则研究动态的随机工况、模糊性与其它一系列问题)（7）设计评价(传统设计采用单项与手册标准为准则（如强度、成本等）；现代设计方法则用科学的模糊综合评价)5结合曲柄压力机传动系统图指出各部件对应子系统，并说明该系统的工作过程。（6分）1－操纵和安全系统；2－执行系统；3、4、5、6、7、8－传动系统；9－动力系统；10－支撑系统。电机9将动力输送到传动系统（8，7），经离合器6，传给执行系统4、5，由执行末端件2将压力作用在工件上，工件由支撑系统1来支撑。脚踏板1用来控制离合器6的接合与断开，制动器5由安装在床身上操纵手柄来控制。