现代设计方法练习题及答案（4套）第1章-第4章

第2章 机械系统的总体方案设计

1. 机械系统的总体设计中不包括以下哪些内容（  ）。

A) 功能原理方案设计

B) 技术可行性报告

C) 总体布局设计

D) 系统主要参数计算

E）结构草图设计

2. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为（  ）。

A) 黑箱法

B) 列举法

C) 移植法

D) 筛选法

3. 以现有功能类似的机械作对象，列举其优点，在新方案中保留；列举其缺点，以便避免；  列举其不足（或不同）之处，以便作必要的补充，这种方法称为（  ）。

A) 黑箱法

B) 列举法

C) 移植法

D) 筛选法

4. 受其它事物（也许与本设计毫无直接关系的事物）的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的设计上，这种方法称为（  ）。

A) 黑箱法

B) 列举法

C) 移植法

D) 筛选法

5. 将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合；再按可行性、先进性、方便性、经济性逐个分析审查，淘汰不适合的。这种设计方法称为（  ）。

A) 黑箱法

B) 列举法

C) 移植法

D) 筛选法

6. 机械设计学强调（  ）来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。

A) 从机构学的观点

B) 从结构学的观点

C) 从专业的角度

D) 从功能的观点

7. 机械产品的功能指一个机械系统所具有的应用特性，它包括产品的（  ）。

A) 用途

B) 能力

C) 性能

D) 功用

8.  机械产品的功能是对（  ）进行传递和变换的程序、功效和能力的抽象化描述。

A) 机械流

B) 能量流

C) 物质流

D) 电流

E）信息流

F）控制流

9.  功能分解的结果有两种表达方式，其中，（  ）在形式上比较简单、直观，可以清晰地表达各分功能的层次关系，而（  ）则能够更充分地表达各分功能之间的相互配合关系。

A) 功能结构图

B) 功能树

C) 功能元

D）核心功能

10.  利用形态学矩阵进行功能原理设计具有以下中的哪些特点？（  ）

A) 能得到所有的方案解

B) 能得到具体的设计方案

C) 所得到的解具有形式化的性质

D）所得到的解皆为可行解

11.  功能原理设计的结果可以用（  ）表达出来。

A) 装配图

B) 示意图

C) 总体布局图

D）零件图

12. 对野外工作的机械及移动式机械，其动力机一般不选择（  ）。

A）电动机

B）内燃机

C）液压马达

D）气动马达

13. 室内工作的机械选择（   ）作为动力机不太合适。

A）电动机

B）内燃机

C）液压马达

D）气动马达

二．判断题：（正确：T；错误：F）

1. 机械设计的总体方案设计就是进行功能原理设计和总体布局设计。

2. 机械系统方案设计中的关键内容是原理方案设计。

3. 机械系统方案设计中的关键内容是总体布局和参数计算。

4. 受其它事物（也许与本设计毫无直接关系的事物）的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的设计上。这种常用的方案构思方法称为列举法。

5. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。

6. 机械设计学强调从结构学的观点来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。

7. 机械设计学强调从机构学的观点来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。

8. 机械设计学强调从功能的观点来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。

9. 机械产品的功能指产品的用途。

10. 机械产品的功能指一个机械系统所具有的应用特性。

11. 机械产品的功能是一个抽象化的描述，它的具体表现是形形色色的机械动作。

12. 明确了机械产品的设计目标，即意味着明确了机械产品的功能。

13. 功能原理设计中的形态学矩阵具有全解系和形式化的特点。

14. 在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷。该工作载荷必须由设计者自行确定。

15. 在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷，该工作载荷必须由需求方提供。

16. 在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷。该工作载荷可以由设计者自行确定，也可以由需求方提供。

17. 在设计机械时，预先设定的工作载荷在设计过程中可以改变。

三．名词解释与简答题

1. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。

2. 在原理方案设计过程中应解决哪些主要问题？

3. 进行原理方案构思时常用哪些方法？

4. 如何定义机械产品的功能？它有哪些特性？

5. 什么是系统的核心功能、总功能和功能元？他们之间具有什么样的关系？

6. 功能分解的成果一般有两种表达方式，分别说明其方式，并给出示例图。

7. 试说明功能原理设计的内容和一般步骤。

8. 机械产品的更新换代一般有哪几种途径？

9. 系统功能原理方案的构思应该注意那几个方面？

10. 形态学矩阵有什么特点？

11. 设计机械系统时，应如何确定工作载荷？

12. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？

13. 使用电动机作为动力机时具有哪些特点？

14. 使用内燃机作为动力机时具有哪些特点？

15. 使用液压马达作为动力机时具有哪些特点？

16. 使用气动马达作为动力机时具有哪些特点？

四．综合分析应用题

1.  尝试对你身边熟悉的机械进行功能分解，画出其功能树或功能结构图。

2. 试进行以下机械（任选其一）的功能分析，说明可行解。

（1）炒菜机（小型）；（2）烤蛋糕机（可供商贩用）；（3）洗碗机（可供食堂用）；（4）任意其他自己选择的机械。

3. 试进行家用代步机械的功能原理设计，并列出5种可行方案。

【参考答案】

一、选择题

1.  B、E

2.  A

3.  B

4.  C

5.  D

6.  D

7.  A、B、C、D

8.  B、C、E

9-1. B

9-2. A

10.  A、D

11.  B

12.  A

13.  B

二．判断题：（正确：T；错误：F）

1.  F

2.  T

3.  F

4.  F

5.  T

6.  F

7.  F

8.  T

9.  F

10.  T

11.  T

12.  F

13.  T

14.  F

15.  F

16.  T       

17.  T

三．名词解释与简答题

1. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。

【答案】

机械系统总体设计是指从全局的角度，以系统的观点，所进行的有关整体方面的设计。

基本内容：机械系统功能原理方案设计、总体布局、系统的主要参数确定及系统的精度等内容。

总体设计程序为：明确设计思想→分析综合要求→决定性能参数→调研同类机械→拟定总体草图→方案对比定型→编写总体设计论证书。

2. 在原理方案设计过程中应解决哪些主要问题？

【答案】

（1）确定系统的总功能

对设计任务的抽象化是认识所要设计的机械功用的最好途径。通过抽象化确定系统的总功能，使设计者认清系统的设计目标，开阔设计思路。

（2）进行总功能分解

将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案的最好办法。使设计者易于构思各种各样工作原理方案。

（3）选择分功能的功能载体

分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个重要步骤，建立起完整的功能载体目录是机械系统设计的重要手段。

（4）构思功能载体的组合

将各功能载体按系统总功能要求加以组合可以得到多个工作原理方案，供设计者选择决策。

（5）方案的评价与决策

针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多个方案进行综合评价和决策。

3. 进行原理方案构思时常用哪些方法？

【答案】www.ap5u.com

（1）黑箱法  利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。黑箱法要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统的功能出发设计产品。

（2）列举法 以现有功能类似的机械作对象，列举其优点，在新方案中保留；列举其缺点，以便避免；列举其不足（或不同）之处，以便作必要的补充。在继承基础上创新，可使新方案尽可能完善。

（3）移植法  受其它事物（也许与本课题毫无直接关系的事物）的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的课题上。

（4）筛选法

将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合；再按可行性、先进性、方便性、经济性逐个分析审查，淘汰不适合的。

在进行方案构思时，不论是总体方案还是某一部分的具体问题，都不单独使用某一种方法，这几种方法往往要综合应用，才能收到较好的效果。

4. 如何定义机械产品的功能？它有哪些特性？

【答案】

“功能”是指一个机器（或装置）所具有的应用特性，它与产品的用途、能力、性能等概念有关联，但又不尽相同。

机械产品的功能是对能量流、物质流、信息流进行传递和变换的程序、功效与能力的抽象化描述。

功能具有以下的特性：

（1）功能是行为的抽象，通过这种抽象有利于设计人员开阔思路进行工作原理方案的构思和设计；

（2）功能是产品与环境相互作用过程中体现的，离开产品的动态过程，产品功能是无法体现的；

（3）功能具有可变性。由于外界输入的能量、物质、信息有所变化，通过相互影响，而使功能发生变化。

5. 什么是系统的核心功能、总功能和功能元？他们之间具有什么样的关系？

【答案】

核心功能是机械产品或技术系统的关键功能。

总功能是机械产品为了完成核心功能所需一系列功能的总和。

具有一定的独立性、可以直接求解的功能单元，称为功能元。

根据完成与核心功能相关的一系列行为可以确定出机械产品的总功能；通过把总功能进行功能分解，可以得到功能元。

6. 功能分解的成果一般有两种表达方式，分别说明其方式，并给出示例图。

【答案】

（1）功能树：以树状结构表示各分功能的层次和相互关系，如图2-1材料拉伸试验机的功能树。

图2-1 材料拉伸试验机的功能分解

（2）功能结构图：用来表示各分功能之间关系的框图，它比功能树更好地反映了各分功能之间的联系与配合。如图2-2材料拉伸试验机的一阶功能结构图。

图2-2 材料拉伸试验机的一阶功能结构图

7. 试说明功能原理设计的内容和一般步骤。

【答案】

基于产品的功能分析，构思能够实现产品功能目标的新的解法原理，即为产品的功能原理设计。功能原理设计的任务是：针对某一确定的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。

功能原理设计步骤包括：

（1）       明确的给出设计的功能目标，该目标既是设计的依据，也是产品验收的依据；

（2）       明确任务之后用黑箱法分析系统的总功能；

（3）       总功能确定之后，通过功能分析的方法，画出系统的功能结构图或功能树；

（4）       从功能分析中得到的个功能单元，寻求各分功能的作用原理；

（5）       对各功能单元求解后可列出形态学矩阵，从多个方案中求得可行的功能原理方案来；

（6）       经评价优选出最佳功能原理方案来。

8. 机械产品的更新换代一般有哪几种途径？

【答案】

一般有以下三种途径：

（1）       改革工作原理；

（2）       通过改进工艺、结构和材料改进性能；

（3）       增加辅助功能，以满足使用者需求。

9. 系统功能原理方案的构思应该注意那几个方面？

【答案】

关键在于构思的创新性，要使思维“发散”，力求提出较多的解法供比较选择，对具体结构、材料、工艺等不一定要有成熟的思考，构思的结果只需以简图和结构示意图表示即可。

在构思功能原理方案时，应注意以下几个方面：

（1）实现同样的功能可以有不同的物理效应。

（2）同样的物理效应可以有不同的实现方式。

（3）已知一个机械产品作用原理，也可以构思出不同的产品。

10. 形态学矩阵有什么特点？

【答案】

（1）所得方案具有全解系的性质。也就是说，如果把功能元的全部解和各解的全部可能形态列举出来，经组合后就会将所有可能的解包罗无疑。

（2）具有形式化的性质，必须对问题进行系统分析以确定影响方案解的重要的功能元及其可能形态，才能找到可行解。

11. 设计机械系统时，应如何确定工作载荷？

【答案】

在设计机械时，一般需预先给定机械的工作载荷，它可由设计者自行确定，也可以由需求方提供。无论何种情况，都应根据具体机械要完成的功能来确定。

确定工作载荷通常有三种方法：类比法、计算法和实测法。对于一些复杂的难以确定的载荷也可以把上述几种方法结合起来使用。

12. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？

【答案】

在设计机械系统时，选用何种形式的动力机，主要应从以下三个方面进行分析比较：

（1） 分析工作机械的负载特性和要求，包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布局和工作环境等。

（2） 分析动力机本身的机械特性，包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及动力机所能适应的工作环境。使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。

（3） 进行经济性的比较，当同时可用多种类型的动力机进行驱动时，经济性的分析是必不可少的，包括能量的供应和消耗，动力机的制造、运行和维修成本的对比等。

除上述三方面外，有些动力机的选择还要考虑对环境的影响，如对空气的污染和噪声的污染等。

13. 使用电动机作为动力机时具有哪些特点？

【答案】

电动机有较高的驱动效率，与被驱动的工作机械联接简便，且种类型号较多，并具有各种运行特性，可满足不同类型机械的工作要求。电动机还具有良好的调速性能，启动、制动、反向和调速的控制简便，可以实现远距离的测量和控制，便于集中管理和实现生产过程的自动化。

但是使用电动机必须具备相应的电源，对野外工作的机械及移动式机械常因缺乏电源而不能选用。

14. 使用内燃机作为动力机时具有哪些特点？

【答案】

使用内燃机作为动力机，具有功率范围宽，操作简便，启动迅速和便于移动等优点，大多用于野外作业的工程机械、农业机械以及船舶、车辆等。主要缺点是需要柴油或汽油作为燃料，通常对燃料的要求也比较高，特别是高速内燃机需使用洁净度高的汽油和轻质柴油，内燃机的排气污染和噪声都比较大，在结构上也比较复杂，而且对零部件的加工精度要求较高。

15. 使用液压马达作为动力机时具有哪些特点？

【答案】

使用液压马达作为动力机,可以获得很大的机械力或转矩，与电动机相比在相同功率时其外形尺寸小、重量轻，因而运动件的惯性小，快速响应的灵敏度高。液压马达可以通过改变油量来调节执行机构的速度，传动比较大，低速性能好，容易实现无级调速，操作和控制都比较简便，易于实现复杂工艺过程的动作并满足其性能要求。但使用液压马达必须具有高压油的供给系统，且对液压元件的制造和装配精度要求较高，否则容易出现漏油现象而影响工作效率及工作机械的运动精度。

16. 使用气动马达作为动力机时具有哪些特点？

【答案】

使用气动马达作为动力机，与液压马达相比，因使用空气作为工作介质，容易获得，用后可以直接排入大气而无污染，压缩空气还可以进行集中供给和远距离输送。气动马达动作迅速，反应快，维护简单，成本低。对易燃、易爆、多尘和振动等恶劣工作环境的适应性较好。但因空气具有可压缩性，因此气动马达的工作稳定性较差，气动系统的噪声较大，又因工作压力受到一定的限制而不可能太高，故输出的转矩不可能太大，一般只适应于小型和轻型的工作机械。

四．综合分析应用题

1.  尝试对你身边熟悉的机械进行功能分解，画出其功能树或功能结构图。

【答案】

本题无标准答案，答题要点如下：

（1）明确总功能；

（2）分解其主要功能；

（3）功能树分阶合理；

（4）功能结构图层次清晰。

（5）最终以图形表达。

2. 试进行以下机械（任选其一）的功能分析，说明可行解。

（1）炒菜机（小型）；（2）烤蛋糕机（可供商贩用）；（3）洗碗机（可供食堂用）；（4）任意其他自己选择的机械。

       【答案】

本题无标准答案，答题要点：

（4）       明确总功能；

（5）       功能分解，画功能树或功能结构图；

（6）       针对主要功能，提出可行的原理方案解；

（7）       可能的话，绘制功能原理示意图。

3. 试进行家用代步机械的功能原理设计，并列出5种可行方案。

【答案】

本题无标准答案，答题要点：

（8）       明确总功能；

（9）       功能分解，画功能树或功能结构图；

（10）   找主功能的原理方案解，列形态学矩阵；

设计评价（可用筛选法），找出几种可行方案。