資源簡介

素養呈現·明要求
核心素養 表現要點 水平等級 考試題型 分值
工程思維 能在結構設計中經歷結構設計的一般過程，初步學會進行設計方案的多因素分析，加深對比較、權衡、優化等系統分析方法的理解 1 非選擇題(第14題) 10
創新設計 能結合真實情境，運用恰當的技術語言，多角度分析和表達結構設計中需要解決的技術問題，并根據設計對象和現有條件制訂一個或多個解決方案；初步掌握結構設計的一般方法，形成基本的結構設計能力，具有良好的人技觀念和親近技術的情感 2
圖樣表達 能用簡單的草圖表達與交流結構設計構想 2
考點一　“整體結構類”設計
【知識梳理】
1.結構設計應考慮的主要因素
結構設計應以一種或幾種功能的實現為基本目標，應滿足設計規范，滿足使用者的基本需求。在進行結構設計時，需要考慮的主要因素有：穩定性、強度、安全性、適用性、耐久性和成本控制要求等。不同的結構設計應考慮的因素各有側重，安全都是至關重要的因素。
2.草圖的繪制步驟
(1)直線畫法
要領：鉛筆削成錐形，先打點，然后手腕靠著紙面，沿圖線方向移動，眼睛要注意終點方向一筆畫成。畫短線，用手腕運筆；畫長線以手臂動作帶動手腕運筆。直線分水平線、豎線、斜線，須逐個練習，從練習中掌握畫線的技能技巧。
(2)圓形、曲線畫法
要領：畫圓時，用4點定位法和8點定位法。先確定圓心位置，在圓心處畫出2條中心線。當畫小圓時，可在中心線上按半徑目測定出4點，然后徒手連點，如圖a；畫大圓或圓弧，以中心線為準，在圓心增畫2條45度的斜線，在斜線上再定4個等半徑點，然后過8點畫圓，如圖b。
(3)立體圖畫法
要領：任何立方體都有長、寬、高，首先畫出三個可見面，構成立方體，因立方體相對的面及邊是平行且相等的。所以根據此規律就可畫出立方體。
【典例突破】
【典例1】 (2019·4月選考真題)小明看到媽媽站在椅子上給懸掛在陽臺天花板上的花盆(如圖所示)澆水，很不方便。于是想設計一種可伸縮的懸掛裝置代替原來的固定式吊桿，用手向下拉花盆，使懸掛裝置向下伸展，將花盆下降至合適的高度，松開手后，懸掛裝置便自動向上縮回，使花盆上升。請你幫助小明設計該懸掛裝置，設計要求如下：
①伸縮范圍為0 mm～500 mm；
②懸掛質量不超過5 kg的花盆時不會明顯下降；
③能可靠地安裝在天花板上；
④要有一定的剛性，不易擺動；
⑤采用彈簧復位，其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)確定懸掛裝置的伸縮范圍時主要考慮了________(在A.椅子的高度；B.小明媽媽的身高；C.小明媽媽手臂的活動范圍；D.天花板的高度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)把懸掛裝置安裝在水泥天花板上時應采用________(在A.六角螺栓；B.膨脹螺栓；C.木螺釘中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明準備對安裝后的懸掛裝置做以下試驗，其中不合理的是________(在A.手拉懸掛裝置，觀察裝置是否能被拉下500 mm；B.手拉懸掛裝置，掛上5 kg重物，松手后觀察裝置能否縮回；C.在裝置上懸掛10 kg重物，觀察重物是否會明顯下降中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)C　(2)B　(3)(4)設計草圖及主要尺寸如圖所示
(5)C
解析　本題主要考查了簡單的草圖繪制、尺寸標注、連接方式、人機關系、技術試驗。(1)主要考查了人的動態尺寸，將手臂的活動范圍轉換為收縮范圍；(2)膨脹螺栓適合用于水泥天花板的連接；(3)(4)關鍵是實現設計要求及為了滿足設計要求而分析得到的尺寸。得分點分析：材料選擇、與天花板連接結構，與花盆的連接結構，彈簧復位結構，伸縮結構等；尺寸：伸縮長度、與天花板連接結構尺寸、彈簧放置尺寸等。(5)設計要求中有涉及的需要進行試驗，沒有涉及的不需要進行試驗。選項C懸掛的重量超過設計要求。
題型分析及解題思路：
①伸縮范圍為0 mm～500 mm——設計中需要考慮使用折疊結構，例如腰形槽、套管等；
②懸掛質量不超過5 kg的花盆時不會明顯下降——彈簧的選擇問題，拉力小于50 N不拉升；
③能可靠地安裝在天花板上——有與天花板的連接結構；
④要有一定的剛性，不易擺動——考慮材料的選擇、連接處的強度；
⑤采用彈簧復位——核心復位結構需要詳細設計；
⑥尺寸標注——需要對伸縮結構標注尺寸0 mm～500 mm；其他必要尺寸。
【變式1】 如圖所示是教學用機器人，其中虛線框部分為法蘭盤和中心軸。法蘭盤上設置了多個螺孔，用于連接機械手等裝置，中心軸在電機的驅動下可以相對法蘭盤上下移動。小明同學為了參加機器人設計比賽，需要設計制作一款機械手(夾緊裝置)安裝在法蘭盤上，設計要求為：
①能將機械手固定在法蘭盤上；
②中心軸向上移動能抓取50 mm的鋼球，向下移動能放開鋼球；
③結構簡單，夾緊可靠，所需材料和連接零件自選。
請完成以下任務：
(1)畫出機械手的設計草圖(可在原有基礎上畫出平面圖形)，必要時用文字說明；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)多次模擬比賽后，小明發現了設計的不足，并不斷改進機械手的結構。這種發現與解決問題的途徑與方法是________(在A.技術研究與技術試驗；B.收集和分析信息；C.觀察日常生活中選擇正確的選項，將序號填入“________”處)；
(4)機械手零件之間用鉚釘鉸連接，不合適的連接件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(5)將機械手安裝在法蘭盤上，對機械手的性能進行模擬試驗，其中不需要的是________(在A.上下移動中心軸，觀察能否抓取和放開50 mm的鋼球；B.伸展機器人手臂，觀察捕捉鋼球時機械手的定位是否準確；C.觀察中心軸上下移動是否靈活中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)(2)參考見解析圖　(3)A　(4)B　(5)B
解析　(1)(2)參考如圖。
①畫出支架并與法蘭盤連接；②畫出抓手結構；③畫出抓手與中心軸連接；④能抓取和放開鋼球。
尺寸：①有總體尺寸；②另有合理的尺寸。
(3)多次模擬比賽，進行了技術試驗，屬于技術研究與技術試驗。
(4)拉鉚釘形成剛連接。
(5)定位的準確性由原有結構決定。
考點二　“連接件類”設計
【知識梳理】
連接件結構設計分為以下四類：包裹結構、嵌套結構、伸縮結構及折疊結構。設計時，要分析出設計的對象屬于哪一類。
1.包裹結構
在馬路的電線桿和管道的架設上經常會見到圓環、半圓環或者抱箍等各種包裹結構。包裹結構的特點：不破壞原有結構，安裝、拆除方便：能在一定范圍粗細不同的圓柱體上安裝，可以通過移動和轉動來調節固定位置。
2.嵌套結構
生活中有很多的產品通過嵌套結構可以在連接處實現輕松扣合和取放，因而嵌套結構具有牢固可靠等某些特定的功能。從結構特點來看，嵌套結構主要分為凸頭嵌套、板材嵌套、單軸嵌套、雙軸嵌套等。
3.伸縮結構
伸縮結構指的是兩個或以上的構件通過連接實現長度或高度伸展與收縮的構件組合體。伸縮結構只強調伸縮運動的開始和結尾，不強調運動的過程，機構最終必須能夠連接成為穩定的結構。
(1)套管式伸縮
(2)導軌式伸縮
4.折疊結構
折疊結構與伸縮結構、轉動結構既有聯系又有區別，它主要是依據物品結構的功能劃分出的一種結構，它的特點是使用時結構展開，不使用時結構可折疊收起。
【典例2】 如圖所示是小明所在學校的課桌，小明發現在桌上放茶杯很容易碰倒，為了節省空間，小明準備在書桌的鋼管A、B之間制作一只放置茶杯支架。經過測量小明茶杯的高度為120 mm，上下底的直徑為70 mm和50 mm。書桌的鋼管A、B的截面為矩形，尺寸為10 mm×20 mm。請你幫助小明設計茶杯與書桌鋼管A、B之間的連接件。設計要求如下：
①如圖2所示，連接件連接在鋼管A、鋼管B之間，鋼管A與鋼管B之間的距離為300，連接高度可上下調節，調節方便，緊固后，連接可靠；
②茶杯放置在連接件的中間，并在桌面的外側；
③小明有幾只大小不同的杯子，經測量，杯子的固定位置直徑大小變化在60 mm～70 mm之間，連接件可連續調節，以適應不同直徑的杯子；
④支撐件主要材料采用3 mm厚，寬度為20 mm的鋼板，輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明同學的茶杯是如圖3所示，茶杯在連接件上的安裝位置合理的是________(在A.位置A；B.位置B，C.位置C中選擇合適的選項將序號填入“________”處)；
(2)制訂設計方案前，需要明確設計的限制因素。以下因素中，________、________不屬于設計的限制因素(在A.書桌鋼管的大小；B.茶杯的高度；C.茶杯的直徑；D.書桌的外邊沿尺寸中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出連接件的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接件結構的主要尺寸；
(5)說明你設計的連接件與鋼管A、B是如何連接的。
答案　(1)A　(2)B　D　(3)(4)見下圖　(5)略
解析　(1)從穩定性角度，應選在中上部。(2)B.茶杯的高度；D.書桌的外邊沿尺寸對設計的影響最小。所以選BD。(3)(4)(5)注重設計分析，構思后得到相應的方案。
【變式2】 由于綠植在室內長期照射不到陽光，小明決定將它們從教室內移至教室外走廊上。考慮到安全問題，小明決定將綠植安放在走廊護欄內側，走廊護欄如圖a、圖b所示。綠植花盆結構是底小口大，中間尺寸范圍為120 mm～200 mm，花盆(含植物及土壤)最大重量為5 kg。請你幫小明設計一個花盆架，用于在護欄內側放置花盆。設計要求如下：
①不允許在走廊護欄上進行任何加工、改動；
②要求陽光能照射到綠植；
③花盆架安裝方便，不使用時可以方便取下；
④花盆放置在護欄內側(靠近教室一側)，花盆架能放置教室內各種花盆，取放方便；
⑤主要材料采用3 mm厚的鋼板，輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)設計花盆架時，不屬于設計限制因素的是________(在A.護欄的寬度；B.護欄的高度；C.制作所用的材料；D.花盆的大小中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)為了讓花盆架與護欄的連接牢固，需要一個連接件進行緊固，最適宜采用________(在以下連接件中選擇一種，并將序號填寫在“________”處)；
(3)畫出花盆架的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注花盆架的主要尺寸；
(5)小明準備對安裝好的花盆架進行以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.放置不同大小的花盆，觀察花盆取放是否方便；B.花盆架安裝在護欄上后，用手搖晃花盆架，觀察結構是否容易晃動；C.在花盆架上懸掛20 kg重物，觀察花盆架是否會發生明顯變形；D.安裝、拆卸花盆架，觀察花盆架安裝拆卸是否方便中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)B　(2)B　(3)(4)見下圖　(5)C
1.小明發現裝修師傅站在梯子上對天花板鉆孔很不方便，為了讓裝修師傅站在地面就能對天花板鉆孔，小明設計并制作了如圖a、b所示的可折疊木質支架。請你幫助小明在支架上設計一個機械裝置，具體設計要求如下：
①能方便地將如圖c所示的沖擊鉆緊固；
②鉆孔時支架置于地面上，通過簡易操作即可對約2.8 m高的天花板鉆孔(沖擊鉆事先啟動好)；
③鉆頭始終保持豎直向上的狀態；
④使用者可通過機械裝置使沖擊鉆對天花板施加足夠的鉆孔壓力；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集信息；B.技術試驗；C.觀察日常生活中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)在設計制作時會受到各種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.小明的動手能力；B.小明現有的加工工具；C.使用者的身高；D.沖擊鉆的功率中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)為了檢驗設計的機械裝置是否符合設計要求，小明進行了以下技術試驗，其中不合理的是________；
A.從支架上反復安裝和拆卸沖擊鉆，測試拆裝是否方便
B.將沖擊鉆安裝到機械裝置上，調整其處于不同的高度，觀察鉆頭是否始終豎直向上
C.操作機械裝置，觀察是否能夠實施有效鉆孔
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案　(1)C　(2)D　(3)A　(4)(5)見解析圖
解析　(1)本題考查發現問題的途徑與方法，由題意可知小明從生活中發現問題，故選C。
(2)本題考查構件設計與制作時的限制因素，由題意可知請你幫助小明在支架上設計一個機械裝置，而沖擊鉆的功率不屬于該構件設計范疇，故選D。
(3)本題考查技術試驗的合理性，由題意可知B選項滿足設計要求第③點，C選項滿足設計要求的第④點，故選A。
(4)(5)如圖所示。
設計草圖評分標準：①能方便地將如題圖c所示的沖擊鉆緊固；②有立體感；③鉆頭始終保持豎直向上的狀態；④使用者可通過機械裝置使沖擊鉆對天花板施加足夠的鉆孔壓力；
尺寸標注能夠體現鉆孔時支架置于地面上，通過簡易操作即可對約2.8 m高的天花板鉆孔。
2.在上網課期間小明發現老師在講解試卷時，需要用手一直拿著手機并保持一定高度使手機后置攝像頭對準試卷(如圖甲所示)，使用起來十分不便。于是小明想利用所學的知識，設計制作一個簡易的支架，用來放置手機。相關尺寸如下：圖乙中手機尺寸為160 mm×70 mm×8 mm，攝像頭中心到上邊沿的距離為30 mm，到右邊沿的距離為15 mm；圖丙中桌面厚度為40 mm。設計要求如下：
①該支架能與桌面連接可靠，易拆卸，不會損壞桌面；
②手機放入支架后不易掉落；
③支架高度能在100 mm～200 mm之間連續可調，不易滑落；
④主要材料采用2 mm厚的鋼板，輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明制訂了一份設計計劃，其中包括①方案呈現，②收集信息，③設計分析，④繪制圖樣，⑤方案構思，⑥模型制作這六項任務，根據設計的一般過程這六項任務合理的時序是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.②③⑤①④⑥ B.③②⑤①④⑥
C.②③①⑤④⑥ D.②③⑤①⑥④
(2)小明在設計制作時會受到多種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.家中的加工工具；B.小明的實踐動手能力；C.桌子的高度；D.手機的大小中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)為了檢驗設計的支架是否符合設計要求，小明進行了以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.從桌子高度往下摔，測試支架是否會損壞；B.將支架調節到最高，并施加一定的重量，測試支架是否會滑落；C.多次安裝支架，測試其安裝是否方便中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)A　(2)C　(3)(4)如圖所示
功能：①支架能與桌面連接，不損壞桌面；②手機放入支架后不易掉落；③支架有升降意圖；④支架能實現升降。
尺寸：①支架最大高度標注正確；②其他尺寸合理即可。
(5)A
3.如圖所示是公共廁所蹲便器不銹鋼腳踏式沖水閥。現腳踏板已損壞，請重新設計制作一個腳踏板，按壓裝置向內推進8 mm～15 mm即沖水，要求如下：
①腳踏板安裝后，使用方便；
②腳踏板具有足夠的強度；
③制作腳踏板的主要材料采用4 mm厚的鋼板；
④輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)在設計腳踏板時，需要考慮腳踝關節活動范圍，主要考慮人的________(在A.靜態尺寸；B.動態尺寸中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)構思腳踏板的結構方案時，不需要考慮的是________(在A.按壓裝置的尺寸；B.腳踏板與銷軸孔的連接方式；C.腳踏板的尺寸；D.腳踏板的加工工藝中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)所選用的鋼板材質較硬，鋸割時應選用________的鋼鋸條(在A.細齒；B.粗齒中選擇最合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案　(1)B　(2)D　(3)A　(4)(5)如圖所示
①能夠實現基本的功能；②設計圖美觀；③能夠防滑尺寸。尺寸標出2處即可。
【基礎鞏固篇】
1.如圖所示為一院子的大門，門板兩側有木柱(如圖甲)，在木柱上(虛框處)安裝連接件，使門閂(如圖乙)可以方便橫向擱置，鎖住大門。院子主人準備了兩塊材料、大小相同的木塊(如圖丙)，請你幫助設計連接件，設計要求如下：
①左右虛框內的連接件對稱，設計時只需畫出一側連接件；
②用直徑為8 mm的圓木榫(長度適宜)將連接件安裝在木柱上；
③門閂擱置在連接件上，取放方便；
④推門時擱置在連接件上的門閂不會掉落；
⑤材料為指定大小的木塊。
請根據描述與設計要求完成以下任務：
(1)畫出連接件的設計草圖，必要時可用文字說明；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)設計連接件時需要考慮的尺寸為________、________(在①門閂的整體長度；②木塊的總體尺寸；③門板的高度；④門閂的端部尺寸；⑤門板的厚度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)下列對連接件的技術試驗中，不合理的是________(在①將門閂擱置于連接件上，用力推門，測試門閂是否掉落；②將門閂擱置于連接件上，并在門閂上放置重物，觀察門閂的形變情況；③反復取放門閂，測試是否方便及產生碰撞中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)(2)見解析圖　(3)②　④　(4)②
解析　(1)(2)滿足設計要求是關鍵，與木柱的連接結構、與門閂的連接結構是基礎，方便安裝和不易掉落是關鍵。
(3)設計需要收集的尺寸為材料的尺寸、門閂端部尺寸。
(4)選項②試驗對象錯。
2.小明在家里燒菜時發現鍋蓋的放置沒有合理的方法，平放時面朝上拿取不方便，面朝下又感覺不衛生，因此想設計一個能夠將鍋蓋豎直放置的結構，小明在對鍋蓋的數據進行了測量和收集后，發現常用鍋蓋的直徑為160 mm～360 mm，鍋蓋手把及最小處尺寸如下圖，小明根據所學的知識提出以下設計要求：
①能使鍋蓋保持豎直方向，放取方便；
②有一定的穩定性；
③能適應不同大小的鍋蓋，鍋蓋的底部始終靠在結構底部；
④材料用40 mm寬，3 mm厚的鋼板。
根據題意，請完成以下幾小題。
(1)小明在發現鍋蓋放置不合理這一問題的方法和途徑是________(在①觀察日常生活；②收集和分析信息；③技術研究和技術試驗選擇一項，將序號填入空格中)；
(2)請用草圖畫出你的設計方案，必要時可用文字說明；
(3)在設計方案中標出相關尺寸；
(4)在設計方案出來后，小明請同學們來進行討論，想對方案進行優化，以下優化措施不合理的是________、________(在①在鍋蓋放置時的底部處設計一個收集水的裝置用于收集鍋蓋中流下的水；②在鍋蓋架中加一個冷卻裝置，使鍋蓋能在短時間內冷卻；③用厚度更大鋼板增加結構的強度；④用不銹鋼板代替普通鋼板增加環境適應性；⑤增加一個清洗功能的裝置可以隨時清洗鍋蓋上的污漬中選擇兩項，將序號填入空格中)。
答案　(1)①　(2)(3)如圖所示　(4)②　⑤
3.小明發現失去雙臂的王大爺使用手搖式升降衣架(如圖a所示)晾衣服時必須用嘴咬住手搖器(如圖b所示)的手柄來進行轉動，十分不方便。于是決定設計制作一個匹配手搖器的裝置送給王大爺，讓他用腳也能方便地操作升降衣架。已知手搖器安裝在陽臺側墻上，轉軸離地1.2 m，陽臺側墻寬1.8 m。手柄和搖臂帶動轉軸順、逆時針轉時分別收鋼絲(晾衣桿上升)和放鋼絲(晾衣桿下降)，不轉時手搖器會自動鎖緊鋼絲以防止晾衣桿自行下降。請你幫助小明設計該裝置，具體設計要求如下：
①適合特定使用者且操作簡單；
②能可靠固定在手搖裝置上，且拆裝方便；
③不破壞原有升降衣架各部分結構；
④材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明制訂了一份設計計劃，其中包括①方案構思；②設計分析；③收集信息；④測試；⑤模型制作；⑥繪制圖樣這六項任務，根據設計的一般過程，這六項任務的合理時序應該是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.③①②⑤⑥④ B.③①②⑥⑤④
C.③②①⑥⑤④ D.③②①④⑥⑤
(2)設計時，下列因素中可以不考慮的是________(在A.使用者腿腳靈活性；B.晾衣桿長度；C.標準件的選擇；D.陽臺的墻寬中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖(重點表達具體設計要求的實現)，必要時可以用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)傳動機構制作好之后，小明想制訂幾個評價指標，讓王大爺在使用后進行量化評分，以研究產品的進一步優化。下列指標中不合理的是________(在A.操作性；B.美觀；C.環保性；D.加工熟練度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)C　(2)B　(3)(4)如圖所示　(5)D
解析　本題主要考查了簡單的草圖繪制、尺寸標注，設計的一般過程、設計分析、方案的優化。(1)設計的一般過程：發現與明確問題，制訂設計方案(收集信息、設計分析、方案構思、方案呈現、方案篩選)，制作模型或原型(繪制圖樣、模型制作)，測試評估及優化，編寫產品使用說明書。(2)晾衣桿與設計沒有直接關系。(3)(4)首先考慮裝置與原有結構的連接及操作，再實現功能。(5)加工產品屬于制作方面，不屬于使用角度。對產品的評價不包括加工產品時的加工熟練度。
【能力提升篇】
1.如圖所示為一款餐館常見的酒精爐，小明通過問卷調查發現該酒精爐調整火焰大小的方式為通過水平方向撥動撥片的方式，操作不便，想把撥動撥片方式改為旋轉旋鈕方式，旋轉調節旋鈕時，擋板能打開或合攏。小明對原結構已做了如下改進：用一顆自調螺絲充當旋鈕，螺紋直徑為M12；將撥片尾端銼削成直徑約3 mm的圓柱狀；將撥片下方的爐壁加厚并鉆孔，用以安裝自調螺絲；為了防止旋鈕螺栓松脫，在螺栓上安裝平墊片、開口銷用于限位；結構如圖2所示。請幫助小明設計撥片尾端與旋鈕螺栓之間的連接件，設計要求如下：
①能夠通過轉動旋鈕來調整擋板開合；
②與撥片尾端和旋鈕螺栓的連接牢固可靠；
③允許對螺栓尾端進行加工；
④主要材料為3 mm厚鋼板。
請完成以下任務：
(1)畫出設計方案草圖，標注主要尺寸；
(2)小明發現問題的途徑是________(在A.觀察日常生活；B.收集信息；C.技術研究與試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)將調節方式由撥動改為轉動，主要考慮了________的因素(在A.物；B.人；C.環境中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)將設計好的連接件加工并安裝好后，為了檢驗是否達到設計要求，進行了以下試驗，其中不合理的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
A.轉動旋鈕，觀察連接件是否會松動
B.來回轉動旋鈕，觀察擋板能否打開或關閉
C.旋鈕停止轉動后，觀察擋板能否可靠固定位置
答案　(1)如解析圖所示　(2)B　(3)B　(4)C
解析　(1)與撥片尾端連接，撥片尾端是直徑約3 mm的圓柱狀，連接件上要有3 mm的孔，因為螺栓左右轉動的時候，撥片尾端和螺栓的相對位置會變，所以把孔變成槽；與螺栓尾端連接，螺栓尾端形狀可以自己加工，只要能和連接件實現剛連接就可以了。
尺寸標注：撥片尾端和螺栓的圓心距20 mm，放撥片尾端半徑R2(直徑等于或略大于3 mm)，放螺栓的孔的尺寸12 mm。
(2)因為小明是通過問卷調查的方式發現問題的。通過文獻法，問卷調查法和詢問法發現問題都是屬于收集和分析信息。
(3)將調節方式由撥動改為轉動，是因為人撥動操作不便，所以是人。
(4)我們只設計了撥片尾端與旋鈕螺栓之間的連接件，所以擋板能否可靠固定位置不需要我們測試。
2.小明發現報告廳里的木質講臺桌板無法調節角度，演講者需要低頭觀看稿件，很不方便。于是小明想通過手搖柄實現講臺桌板角度可調，其中手搖柄方形端部截面尺寸為10 mm×10 mm，位于講臺抽屜內側，如圖所示。請你幫他設計手搖柄與講臺桌板間的傳動機構，設計要求如下：
①搖動手搖柄可實現講臺桌板0°～45°角度調節；
②傳動機構操作方便，運轉流暢；
③桌板調節后可固定，且能承受一定的壓力；
④傳動機構與手搖柄、桌板之間連接牢固可靠；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集和分析信息；B.觀察日常生活；C.技術研究與技術試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)設計分析時，不需要考慮的是________(在A.講臺桌板下方內部空間；B.手搖柄在講臺桌上所處的位置；C.市場上是否已有類似的產品中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出傳動機構的設計草圖，必要時用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明在設計和制作完成后需對傳動機構進行試驗，其中不合理的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
A.搖動手搖柄，觀察講臺桌板角度是否改變，并測量最大調節角度是否達到45°
B.調節到某一角度后固定桌板，在桌板上施加一定的力，觀察桌板是否發生明顯形變
C.順時針及逆時針搖動手搖柄，觀察連接處是否松脫
D.搖動手搖柄時，測試傳動機構的運轉是否可靠、流暢
答案　(1)B　(2)C　(3)(4)如圖所示　(5)B
解析　(1)典型的觀察日常生活發現問題。
(2)從題干位置可知，該結構位于講臺抽屜內側，而且連接件需要連接講臺桌板和手搖柄，故A、B選項均需要考慮。而市場上是否已有類似的產品屬于明確問題的范疇，不屬于設計分析環節；另外小制作類一般不需要考慮是否有同類產品。
(3)根據設計要求搖動手柄可升降；能限定講臺板的調節角度；調節到一定角度可承受力；與桌板、側板連接合理。設計時可采用連桿、齒輪齒條、蝸輪蝸桿等方式，建議使用連桿。
(4)標注主要尺寸，需要表達出與手搖方形端部連接孔邊長10 mm或略大；以及調節最大角度約為45°兩個關鍵點。
(5)調節到某一角度后固定桌板，在桌板上施加一定的力，觀察桌板是否發生明顯形變不屬于設計要求，無需進行技術試驗。
3.小明同學在設計賽車模型時，被轉彎控制難住了。如圖1是設計的賽車底盤，遙控器可以控制舵機的舵盤順時針或逆時針轉動。車輪固定在支架上，支架通過銷軸1與連桿連接并通過銷軸2固定在底盤上。詳細結構如圖2所示。黑框中為舵機與連桿的局部放大圖。其中傳動桿直徑為3 mm，兩連桿上各有一直徑為2 mm的連接孔(通孔)，在圖3狀態下2孔圓心距為20 mm，現在請你幫助小明設計舵盤和連桿的連接裝置。設計要求如下：
①穩定連接舵盤和連桿；
②舵盤正轉或反轉時能帶動兩個前輪均繞著銷軸2同步正轉或反轉，從而實現轉彎功能；
③轉彎時兩前輪轉動幅度基本一致；
④使用材料為3 mm厚度的鋼板。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集信息；B.觀察日常生活；C.技術試驗與技術研究中選擇合適的選項，將序號填入________處)；
(2)設計完成后小明使用遙控控制模型左轉彎右轉彎的過程屬于________(在A.開環控制；B.閉環控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)根據題目要求畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(5)在連接件設計完并制作安裝結束后進行下列試驗，其中不合理的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”中)。
A.通電后使用遙控控制舵機，觀察左右輪是否正常轉彎
B.觀察轉彎時左右輪轉動幅度是否基本一致
C.觀察轉彎時左右輪轉速是否有微小差別，從而滿足轉彎時的轉速要求
D.在裝置上適當施加一定的力，觀察裝置是否牢固
答案　(1)C　(2)A　(3)(4)見解析圖　(5)C
解析　(1)“小明同學在設計賽車模型時，被轉彎控制難住了。”這句話說明小明在進行技術研究和技術試驗。(2)控制過程的輸入量是遙控的信號，輸出量是模型的左右轉彎動作，輸出量沒有返回到輸入端影響控制過程，屬于開環控制。
(3)(4)草圖標準：立體感好，圖紙清晰；能連接好連接孔與傳動桿；能帶動2個車輪；兩個車輪轉彎時同步。
尺寸部分：如下圖，兩孔圓心距為20 mm～22 mm，2連接孔直徑2 mm～3 mm，底部腰形孔或方槽寬度為3 mm～4 mm，其他類型合理方案即可。
(5)此處的試驗對象應該是連接件，目的是檢驗連接件是否達到設計要求，連接件的功能是實現轉向功能。而C中的左右輪轉速與轉向連接件無關。
4.小明發現家里廚房中的櫥柜由于安裝高度較高，取放物品不方便。小明將櫥柜中的隔板去掉，測得櫥柜的內部尺寸為：寬77 mm×深350 mm×高550 mm，并準備用鋁合金板制作一個如圖a所示的拉籃(拉籃的尺寸為：寬700 mm×深300 mm×高50 mm)安裝在櫥柜體內。取放物品時，打開櫥柜門，拉動拉手能將拉籃向下移出櫥柜。現需要設計一個拉籃移動裝置，設計要求為：
①能將拉籃安裝在櫥柜內，拉籃拉出后相對櫥柜的極限位置如圖b所示；
②拉籃在移動過程中均能處于豎直狀態；
③結構可靠，移動靈活；
④所需材料和配件自選。
請完成以下任務：
(1)畫出移動裝置的設計草圖，相同的只需畫一個，(拉籃和櫥柜可用如圖b所示的簡圖表示)，必要時用文字說明；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)圖b中設置了拉籃拉出后的2個尺寸要求，主要考慮了________的因素(在A.人；B.物；C.環境”中選擇正確的選項，將序號填入“________”處)；
(4)移動裝置要與櫥柜和拉籃連接，合適的連接件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(5)要使拉籃在下降過程中具有緩降的效果，小明準備選擇下列零件安裝在移動裝置中，其中不適合的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)(2)如圖所示　(3)A　(4)A　(5)C
解析　(1)(2)草圖標準：①草圖：能夠移出；移入能自動固定；能利用平行四邊形始終保持拉籃豎直；②尺寸：桿上在360 mm～450 mm之間，其他滿足設計要求的尺寸即可。(3)100表示拉籃與櫥柜的間隔距離，而360標注則是拉籃所能拉出的最大限度，兩處的尺寸標注考慮了人機關系，體現了物品方便人操作的這一角度，主要體現了人的因素。(4)移動裝置向下拉與櫥柜構成鉸連接所以采用鉚釘連接，固定在拉籃上；自攻螺釘是固定在櫥柜與拉籃上，且自攻螺釘適用于材質較軟，因此此處采用自攻螺釘。(5)齒輪齒條所呈現出的效果是一個順滑連貫的運動過程，無法實現緩降的效果，因此不合適。素養呈現·明要求
核心素養 表現要點 水平等級 考試題型 分值
工程思維 能在結構設計中經歷結構設計的一般過程，初步學會進行設計方案的多因素分析，加深對比較、權衡、優化等系統分析方法的理解 1 非選擇題(第14題) 10
創新設計 能結合真實情境，運用恰當的技術語言，多角度分析和表達結構設計中需要解決的技術問題，并根據設計對象和現有條件制訂一個或多個解決方案；初步掌握結構設計的一般方法，形成基本的結構設計能力，具有良好的人技觀念和親近技術的情感 2
圖樣表達 能用簡單的草圖表達與交流結構設計構想 2
考點一　“整體結構類”設計
【知識梳理】
1.結構設計應考慮的主要因素
結構設計應以一種或幾種功能的實現為基本目標，應滿足設計規范，滿足使用者的基本需求。在進行結構設計時，需要考慮的主要因素有：穩定性、強度、安全性、適用性、耐久性和成本控制要求等。不同的結構設計應考慮的因素各有側重，安全都是至關重要的因素。
2.草圖的繪制步驟
(1)直線畫法
要領：鉛筆削成錐形，先打點，然后手腕靠著紙面，沿圖線方向移動，眼睛要注意終點方向一筆畫成。畫短線，用手腕運筆；畫長線以手臂動作帶動手腕運筆。直線分水平線、豎線、斜線，須逐個練習，從練習中掌握畫線的技能技巧。
(2)圓形、曲線畫法
要領：畫圓時，用4點定位法和8點定位法。先確定圓心位置，在圓心處畫出2條中心線。當畫小圓時，可在中心線上按半徑目測定出4點，然后徒手連點，如圖a；畫大圓或圓弧，以中心線為準，在圓心增畫2條45度的斜線，在斜線上再定4個等半徑點，然后過8點畫圓，如圖b。
(3)立體圖畫法
要領：任何立方體都有長、寬、高，首先畫出三個可見面，構成立方體，因立方體相對的面及邊是平行且相等的。所以根據此規律就可畫出立方體。
【典例突破】
【典例1】 (2019·4月選考真題)小明看到媽媽站在椅子上給懸掛在陽臺天花板上的花盆(如圖所示)澆水，很不方便。于是想設計一種可伸縮的懸掛裝置代替原來的固定式吊桿，用手向下拉花盆，使懸掛裝置向下伸展，將花盆下降至合適的高度，松開手后，懸掛裝置便自動向上縮回，使花盆上升。請你幫助小明設計該懸掛裝置，設計要求如下：
①伸縮范圍為0 mm～500 mm；
②懸掛質量不超過5 kg的花盆時不會明顯下降；
③能可靠地安裝在天花板上；
④要有一定的剛性，不易擺動；
⑤采用彈簧復位，其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)確定懸掛裝置的伸縮范圍時主要考慮了________(在A.椅子的高度；B.小明媽媽的身高；C.小明媽媽手臂的活動范圍；D.天花板的高度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)把懸掛裝置安裝在水泥天花板上時應采用________(在A.六角螺栓；B.膨脹螺栓；C.木螺釘中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明準備對安裝后的懸掛裝置做以下試驗，其中不合理的是________(在A.手拉懸掛裝置，觀察裝置是否能被拉下500 mm；B.手拉懸掛裝置，掛上5 kg重物，松手后觀察裝置能否縮回；C.在裝置上懸掛10 kg重物，觀察重物是否會明顯下降中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
聽課筆記：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【變式1】 如圖所示是教學用機器人，其中虛線框部分為法蘭盤和中心軸。法蘭盤上設置了多個螺孔，用于連接機械手等裝置，中心軸在電機的驅動下可以相對法蘭盤上下移動。小明同學為了參加機器人設計比賽，需要設計制作一款機械手(夾緊裝置)安裝在法蘭盤上，設計要求為：
①能將機械手固定在法蘭盤上；
②中心軸向上移動能抓取50 mm的鋼球，向下移動能放開鋼球；
③結構簡單，夾緊可靠，所需材料和連接零件自選。
請完成以下任務：
(1)畫出機械手的設計草圖(可在原有基礎上畫出平面圖形)，必要時用文字說明；
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)多次模擬比賽后，小明發現了設計的不足，并不斷改進機械手的結構。這種發現與解決問題的途徑與方法是________(在A.技術研究與技術試驗；B.收集和分析信息；C.觀察日常生活中選擇正確的選項，將序號填入“________”處)；
(4)機械手零件之間用鉚釘鉸連接，不合適的連接件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(5)將機械手安裝在法蘭盤上，對機械手的性能進行模擬試驗，其中不需要的是________(在A.上下移動中心軸，觀察能否抓取和放開50 mm的鋼球；B.伸展機器人手臂，觀察捕捉鋼球時機械手的定位是否準確；C.觀察中心軸上下移動是否靈活中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
考點二　“連接件類”設計
【知識梳理】
連接件結構設計分為以下四類：包裹結構、嵌套結構、伸縮結構及折疊結構。設計時，要分析出設計的對象屬于哪一類。
1.包裹結構
在馬路的電線桿和管道的架設上經常會見到圓環、半圓環或者抱箍等各種包裹結構。包裹結構的特點：不破壞原有結構，安裝、拆除方便：能在一定范圍粗細不同的圓柱體上安裝，可以通過移動和轉動來調節固定位置。
2.嵌套結構
生活中有很多的產品通過嵌套結構可以在連接處實現輕松扣合和取放，因而嵌套結構具有牢固可靠等某些特定的功能。從結構特點來看，嵌套結構主要分為凸頭嵌套、板材嵌套、單軸嵌套、雙軸嵌套等。
3.伸縮結構
伸縮結構指的是兩個或以上的構件通過連接實現長度或高度伸展與收縮的構件組合體。伸縮結構只強調伸縮運動的開始和結尾，不強調運動的過程，機構最終必須能夠連接成為穩定的結構。
(1)套管式伸縮
(2)導軌式伸縮
4.折疊結構
折疊結構與伸縮結構、轉動結構既有聯系又有區別，它主要是依據物品結構的功能劃分出的一種結構，它的特點是使用時結構展開，不使用時結構可折疊收起。
【典例2】 如圖所示是小明所在學校的課桌，小明發現在桌上放茶杯很容易碰倒，為了節省空間，小明準備在書桌的鋼管A、B之間制作一只放置茶杯支架。經過測量小明茶杯的高度為120 mm，上下底的直徑為70 mm和50 mm。書桌的鋼管A、B的截面為矩形，尺寸為10 mm×20 mm。請你幫助小明設計茶杯與書桌鋼管A、B之間的連接件。設計要求如下：
①如圖2所示，連接件連接在鋼管A、鋼管B之間，鋼管A與鋼管B之間的距離為300，連接高度可上下調節，調節方便，緊固后，連接可靠；
②茶杯放置在連接件的中間，并在桌面的外側；
③小明有幾只大小不同的杯子，經測量，杯子的固定位置直徑大小變化在60 mm～70 mm之間，連接件可連續調節，以適應不同直徑的杯子；
④支撐件主要材料采用3 mm厚，寬度為20 mm的鋼板，輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明同學的茶杯是如圖3所示，茶杯在連接件上的安裝位置合理的是________(在A.位置A；B.位置B，C.位置C中選擇合適的選項將序號填入“________”處)；
(2)制訂設計方案前，需要明確設計的限制因素。以下因素中，________、________不屬于設計的限制因素(在A.書桌鋼管的大小；B.茶杯的高度；C.茶杯的直徑；D.書桌的外邊沿尺寸中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出連接件的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接件結構的主要尺寸；
(5)說明你設計的連接件與鋼管A、B是如何連接的。
聽課筆記：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【變式2】 由于綠植在室內長期照射不到陽光，小明決定將它們從教室內移至教室外走廊上。考慮到安全問題，小明決定將綠植安放在走廊護欄內側，走廊護欄如圖a、圖b所示。綠植花盆結構是底小口大，中間尺寸范圍為120 mm～200 mm，花盆(含植物及土壤)最大重量為5 kg。請你幫小明設計一個花盆架，用于在護欄內側放置花盆。設計要求如下：
①不允許在走廊護欄上進行任何加工、改動；
②要求陽光能照射到綠植；
③花盆架安裝方便，不使用時可以方便取下；
④花盆放置在護欄內側(靠近教室一側)，花盆架能放置教室內各種花盆，取放方便；
⑤主要材料采用3 mm厚的鋼板，輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)設計花盆架時，不屬于設計限制因素的是________(在A.護欄的寬度；B.護欄的高度；C.制作所用的材料；D.花盆的大小中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)為了讓花盆架與護欄的連接牢固，需要一個連接件進行緊固，最適宜采用________(在以下連接件中選擇一種，并將序號填寫在“________”處)；
(3)畫出花盆架的設計草圖，必要時可用文字說明；
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(4)在設計草圖上標注花盆架的主要尺寸；
(5)小明準備對安裝好的花盆架進行以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.放置不同大小的花盆，觀察花盆取放是否方便；B.花盆架安裝在護欄上后，用手搖晃花盆架，觀察結構是否容易晃動；C.在花盆架上懸掛20 kg重物，觀察花盆架是否會發生明顯變形；D.安裝、拆卸花盆架，觀察花盆架安裝拆卸是否方便中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.小明發現裝修師傅站在梯子上對天花板鉆孔很不方便，為了讓裝修師傅站在地面就能對天花板鉆孔，小明設計并制作了如圖a、b所示的可折疊木質支架。請你幫助小明在支架上設計一個機械裝置，具體設計要求如下：
①能方便地將如圖c所示的沖擊鉆緊固；
②鉆孔時支架置于地面上，通過簡易操作即可對約2.8 m高的天花板鉆孔(沖擊鉆事先啟動好)；
③鉆頭始終保持豎直向上的狀態；
④使用者可通過機械裝置使沖擊鉆對天花板施加足夠的鉆孔壓力；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集信息；B.技術試驗；C.觀察日常生活中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)在設計制作時會受到各種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.小明的動手能力；B.小明現有的加工工具；C.使用者的身高；D.沖擊鉆的功率中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)為了檢驗設計的機械裝置是否符合設計要求，小明進行了以下技術試驗，其中不合理的是________；
A.從支架上反復安裝和拆卸沖擊鉆，測試拆裝是否方便
B.將沖擊鉆安裝到機械裝置上，調整其處于不同的高度，觀察鉆頭是否始終豎直向上
C.操作機械裝置，觀察是否能夠實施有效鉆孔
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
2.在上網課期間小明發現老師在講解試卷時，需要用手一直拿著手機并保持一定高度使手機后置攝像頭對準試卷(如圖甲所示)，使用起來十分不便。于是小明想利用所學的知識，設計制作一個簡易的支架，用來放置手機。相關尺寸如下：圖乙中手機尺寸為160 mm×70 mm×8 mm，攝像頭中心到上邊沿的距離為30 mm，到右邊沿的距離為15 mm；圖丙中桌面厚度為40 mm。設計要求如下：
①該支架能與桌面連接可靠，易拆卸，不會損壞桌面；
②手機放入支架后不易掉落；
③支架高度能在100 mm～200 mm之間連續可調，不易滑落；
④主要材料采用2 mm厚的鋼板，輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明制訂了一份設計計劃，其中包括①方案呈現，②收集信息，③設計分析，④繪制圖樣，⑤方案構思，⑥模型制作這六項任務，根據設計的一般過程這六項任務合理的時序是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.②③⑤①④⑥ B.③②⑤①④⑥
C.②③①⑤④⑥ D.②③⑤①⑥④
(2)小明在設計制作時會受到多種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.家中的加工工具；B.小明的實踐動手能力；C.桌子的高度；D.手機的大小中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)為了檢驗設計的支架是否符合設計要求，小明進行了以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.從桌子高度往下摔，測試支架是否會損壞；B.將支架調節到最高，并施加一定的重量，測試支架是否會滑落；C.多次安裝支架，測試其安裝是否方便中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
3.如圖所示是公共廁所蹲便器不銹鋼腳踏式沖水閥。現腳踏板已損壞，請重新設計制作一個腳踏板，按壓裝置向內推進8 mm～15 mm即沖水，要求如下：
①腳踏板安裝后，使用方便；
②腳踏板具有足夠的強度；
③制作腳踏板的主要材料采用4 mm厚的鋼板；
④輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)在設計腳踏板時，需要考慮腳踝關節活動范圍，主要考慮人的________(在A.靜態尺寸；B.動態尺寸中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)構思腳踏板的結構方案時，不需要考慮的是________(在A.按壓裝置的尺寸；B.腳踏板與銷軸孔的連接方式；C.腳踏板的尺寸；D.腳踏板的加工工藝中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)所選用的鋼板材質較硬，鋸割時應選用________的鋼鋸條(在A.細齒；B.粗齒中選擇最合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
：課后完成《專題分層精練》　專題17(共70張PPT)
第二部分　技術與設計2
專題17 設計題專題(連接件類、整體結構類)
素養呈現·明要求
核心素養 表現要點 水平等級 考試題型 分值
工程思維 能在結構設計中經歷結構設計的一般過程，初步學會進行設計方案的多因素分析，加深對比較、權衡、優化等系統分析方法的理解 1 非選擇題(第14題) 10
創新設計 能結合真實情境，運用恰當的技術語言，多角度分析和表達結構設計中需要解決的技術問題，并根據設計對象和現有條件制訂一個或多個解決方案；初步掌握結構設計的一般方法，形成基本的結構設計能力，具有良好的人技觀念和親近技術的情感 2
圖樣表達 能用簡單的草圖表達與交流結構設計構想 2
目 錄
CONTENTS
考點一
01
考點二
02
隨堂達標檢測
03
課時分層演練
04
考點一　“整體結構類”設計
1
1.結構設計應考慮的主要因素
結構設計應以一種或幾種功能的實現為基本目標，應滿足設計規范，滿足使用者的基本需求。在進行結構設計時，需要考慮的主要因素有：穩定性、強度、安全性、適用性、耐久性和成本控制要求等。不同的結構設計應考慮的因素各有側重，安全都是至關重要的因素。
2.草圖的繪制步驟
(1)直線畫法
要領：鉛筆削成錐形，先打點，然后手腕靠著紙面，沿圖線方向移動，眼睛要注意終點方向一筆畫成。畫短線，用手腕運筆；畫長線以手臂動作帶動手腕運筆。直線分水平線、豎線、斜線，須逐個練習，從練習中掌握畫線的技能技巧。
(2)圓形、曲線畫法
要領：畫圓時，用4點定位法和8點定位法。先確定圓心位置，在圓心處畫出2條中心線。當畫小圓時，可在中心線上按半徑目測定出4點，然后徒手連點，如圖a；畫大圓或圓弧，以中心線為準，在圓心增畫2條45度的斜線，在斜線上再定4個等半徑點，然后過8點畫圓，如圖b。
(3)立體圖畫法
要領：任何立方體都有長、寬、高，首先畫出三個可見面，構成立方體，因立方體相對的面及邊是平行且相等的。所以根據此規律就可畫出立方體。
【典例1】 (2019·4月選考真題)小明看到媽媽站在椅子上給懸掛在陽臺天花板上的花盆(如圖所示)澆水，很不方便。于是想設計一種可伸縮的懸掛裝置代替原來的固定式吊桿，用手向下拉花盆，使懸掛裝置向下伸展，將花盆下降至合適的高度，松開手后，懸掛裝置便自動向上縮回，使花盆上升。請你幫助小明設計該懸掛裝置，設計要求如下：
①伸縮范圍為0 mm～500 mm；
②懸掛質量不超過5 kg的花盆時不會明顯下降；
③能可靠地安裝在天花板上；
④要有一定的剛性，不易擺動；
⑤采用彈簧復位，其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)確定懸掛裝置的伸縮范圍時主要考慮了________(在A.椅子的高度；B.小明媽媽的身高；C.小明媽媽手臂的活動范圍；D.天花板的高度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)把懸掛裝置安裝在水泥天花板上時應采用________(在A.六角螺栓；B.膨脹螺栓；C.木螺釘中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
答案　(1)C　(2)B　(3)(4)設計草圖及主要尺寸如圖所示
(5)C
解析　本題主要考查了簡單的草圖繪制、尺寸標注、連接方式、人機關系、技術試驗。(1)主要考查了人的動態尺寸，將手臂的活動范圍轉換為收縮范圍；(2)膨脹螺栓適合用于水泥天花板的連接；(3)(4)關鍵是實現設計要求及為了滿足設計要求而分析得到的尺寸。得分點分析：材料選擇、與天花板連接結構，與花盆的連接結構，彈簧復位結構，伸縮結構等；尺寸：伸縮長度、與天花板連接結構尺寸、彈簧放置尺寸等。(5)設計要求中有涉及的需要進行試驗，沒有涉及的不需要進行試驗。選項C懸掛的重量超過設計要求。
題型分析及解題思路：
①伸縮范圍為0 mm～500 mm——設計中需要考慮使用折疊結構，例如腰形槽、套管等；
②懸掛質量不超過5 kg的花盆時不會明顯下降——彈簧的選擇問題，拉力小于50 N不拉升；
③能可靠地安裝在天花板上——有與天花板的連接結構；
④要有一定的剛性，不易擺動——考慮材料的選擇、連接處的強度；
⑤采用彈簧復位——核心復位結構需要詳細設計；
⑥尺寸標注——需要對伸縮結構標注尺寸0 mm～500 mm；其他必要尺寸。
【變式1】 如圖所示是教學用機器人，其中虛線框部分為法蘭盤和中心軸。法蘭盤上設置了多個螺孔，用于連接機械手等裝置，中心軸在電機的驅動下可以相對法蘭盤上下移動。小明同學為了參加機器人設計比賽，需要設計制作一款機械手(夾緊裝置)安裝在法蘭盤上，設計要求為：
請完成以下任務：
(1)畫出機械手的設計草圖(可在原有基礎上畫出平面圖形)，必要時用文字說明；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)多次模擬比賽后，小明發現了設計的不足，并不斷改進機械手的結構。這種發現與解決問題的途徑與方法是________(在A.技術研究與技術試驗；B.收集和分析信息；C.觀察日常生活中選擇正確的選項，將序號填入“________”處)；
答案　(1)(2)參考見解析圖　(3)A　(4)B　(5)B
解析　(1)(2)參考如圖。
①畫出支架并與法蘭盤連接；②畫出抓手結構；③畫出抓手與中心軸連接；④能抓取和放開鋼球。
尺寸：①有總體尺寸；②另有合理的尺寸。
(3)多次模擬比賽，進行了技術試驗，屬于技術研究與技術試驗。
(4)拉鉚釘形成剛連接。
(5)定位的準確性由原有結構決定。
考點二　“連接件類”設計
2
連接件結構設計分為以下四類：包裹結構、嵌套結構、伸縮結構及折疊結構。設計時，要分析出設計的對象屬于哪一類。
1.包裹結構
在馬路的電線桿和管道的架設上經常會見到圓環、半圓環或者抱箍等各種包裹結構。包裹結構的特點：不破壞原有結構，安裝、拆除方便：能在一定范圍粗細不同的圓柱體上安裝，可以通過移動和轉動來調節固定位置。
2.嵌套結構
生活中有很多的產品通過嵌套結構可以在連接處實現輕松扣合和取放，因而嵌套結構具有牢固可靠等某些特定的功能。從結構特點來看，嵌套結構主要分為凸頭嵌套、板材嵌套、單軸嵌套、雙軸嵌套等。
3.伸縮結構
伸縮結構指的是兩個或以上的構件通過連接實現長度或高度伸展與收縮的構件組合體。伸縮結構只強調伸縮運動的開始和結尾，不強調運動的過程，機構最終必須能夠連接成為穩定的結構。
(1)套管式伸縮
(2)導軌式伸縮
4.折疊結構
折疊結構與伸縮結構、轉動結構既有聯系又有區別，它主要是依據物品結構的功能劃分出的一種結構，它的特點是使用時結構展開，不使用時結構可折疊收起。
【典例2】 如圖所示是小明所在學校的課桌，小明發現在桌上放茶杯很容易碰倒，為了節省空間，小明準備在書桌的鋼管A、B之間制作一只放置茶杯支架。經過測量小明茶杯的高度為120 mm，上下底的直徑為70 mm和50 mm。書桌的鋼管A、B的截面為矩形，尺寸為10 mm×20 mm。請你幫助小明設計茶杯與書桌鋼管A、B之間的連接件。設計要求如下：
①如圖2所示，連接件連接在鋼管A、鋼管B之間，鋼管A與鋼管B之間的距離為300，連接高度可上下調節，調節方便，緊固后，連接可靠；
②茶杯放置在連接件的中間，并在桌面的外側；
③小明有幾只大小不同的杯子，經測量，杯子的固定位置直徑大小變化在60 mm～70 mm之間，連接件可連續調節，以適應不同直徑的杯子；
④支撐件主要材料采用3 mm厚，寬度為20 mm的鋼板，輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明同學的茶杯是如圖3所示，茶杯在連接件上的安裝位置合理的是________(在A.位置A；B.位置B，C.位置C中選擇合適的選項將序號填入“________”處)；
答案　(1)A　(2)B　D　(3)(4)見下圖　(5)略
(3)畫出連接件的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接件結構的主要尺寸；
(5)說明你設計的連接件與鋼管A、B是如何連接的。
解析　(1)從穩定性角度，應選在中上部。(2)B.茶杯的高度；D.書桌的外邊沿尺寸對設計的影響最小。所以選BD。(3)(4)(5)注重設計分析，構思后得到相應的方案。
①不允許在走廊護欄上進行任何加工、改動；
②要求陽光能照射到綠植；
③花盆架安裝方便，不使用時可以方便取下；
④花盆放置在護欄內側(靠近教室一側)，花盆架能放置教室內各種花盆，取放方便；
⑤主要材料采用3 mm厚的鋼板，輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(2)為了讓花盆架與護欄的連接牢固，需要一個連接件進行緊固，最適宜采用________(在以下連接件中選擇一種，并將序號填寫在“________”處)；
(3)畫出花盆架的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注花盆架的主要尺寸；
答案　(1)B　(2)B　(3)(4)見下圖　(5)C
隨堂達標檢測
3
1.小明發現裝修師傅站在梯子上對天花板鉆孔很不方便，為了讓裝修師傅站在地面就能對天花板鉆孔，小明設計并制作了如圖a、b所示的可折疊木質支架。請你幫助小明在支架上設計一個機械裝置，具體設計要求如下：
①能方便地將如圖c所示的沖擊鉆緊固；
②鉆孔時支架置于地面上，通過簡易操作即可對約2.8 m高的天花板鉆孔(沖擊鉆事先啟動好)；
③鉆頭始終保持豎直向上的狀態；
④使用者可通過機械裝置使沖擊鉆對天花板施加足夠的鉆孔壓力；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集信息；B.技術試驗；C.觀察日常生活中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.從支架上反復安裝和拆卸沖擊鉆，測試拆裝是否方便
B.將沖擊鉆安裝到機械裝置上，調整其處于不同的高度，觀察鉆頭是否始終豎直向上
C.操作機械裝置，觀察是否能夠實施有效鉆孔
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案　(1)C　(2)D　(3)A　(4)(5)見解析圖
解析　(1)本題考查發現問題的途徑與方法，由題意可知小明從生活中發現問題，故選C。
(2)本題考查構件設計與制作時的限制因素，由題意可知請你幫助小明在支架上設計一個機械裝置，而沖擊鉆的功率不屬于該構件設計范疇，故選D。
(3)本題考查技術試驗的合理性，由題意可知B選項滿足設計要求第③點，C選項滿足設計要求的第④點，故選A。
(4)(5)如圖所示。
設計草圖評分標準：①能方便地將如題圖c所示的沖擊鉆緊固；②有立體感；③鉆頭始終保持豎直向上的狀態；④使用者可通過機械裝置使沖擊鉆對天花板施加足夠的鉆孔壓力；
尺寸標注能夠體現鉆孔時支架置于地面上，通過簡易操作即可對約2.8 m高的天花板鉆孔。
2.在上網課期間小明發現老師在講解試卷時，需要用手一直拿著手機并保持一定高度使手機后置攝像頭對準試卷(如圖甲所示)，使用起來十分不便。于是小明想利用所學的知識，設計制作一個簡易的支架，用來放置手機。相關尺寸如下：圖乙中手機尺寸為160 mm×70 mm×8 mm，攝像頭中心到上邊沿的距離為30 mm，到右邊沿的距離為15 mm；圖丙中桌面厚度為40 mm。設計要求如下：
①該支架能與桌面連接可靠，易拆卸，不會損壞桌面；
②手機放入支架后不易掉落；
③支架高度能在100 mm～200 mm之間連續可調，不易滑落；
④主要材料采用2 mm厚的鋼板，輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明制訂了一份設計計劃，其中包括①方案呈現，②收集信息，③設計分析，④繪制圖樣，⑤方案構思，⑥模型制作這六項任務，根據設計的一般過程這六項任務合理的時序是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.②③⑤①④⑥ B.③②⑤①④⑥
C.②③①⑤④⑥ D.②③⑤①⑥④
(2)小明在設計制作時會受到多種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.家中的加工工具；B.小明的實踐動手能力；C.桌子的高度；D.手機的大小中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
答案　(1)A　(2)C　(3)(4)如圖所示
功能：①支架能與桌面連接，不損壞桌面；②手機放入支架后不易掉落；③支架有升降意圖；④支架能實現升降。
尺寸：①支架最大高度標注正確；②其他尺寸合理即可。
(5)A
3.如圖所示是公共廁所蹲便器不銹鋼腳踏式沖水閥。現腳踏板已損壞，請重新設計制作一個腳踏板，按壓裝置向內推進8 mm～15 mm即沖水，要求如下：
①腳踏板安裝后，使用方便；
②腳踏板具有足夠的強度；
③制作腳踏板的主要材料采用4 mm厚的鋼板；
④輔助材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)在設計腳踏板時，需要考慮腳踝關節活動范圍，主要考慮人的________(在A.靜態尺寸；B.動態尺寸中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)所選用的鋼板材質較硬，鋸割時應選用________的鋼鋸條(在A.細齒；B.粗齒中選擇最合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案　(1)B　(2)D　(3)A　(4)(5)如圖所示
①能夠實現基本的功能；②設計圖美觀；③能夠防滑尺寸。尺寸標出2處即可。
4
課時分層演練
基礎鞏固篇
能力提升篇
1.如圖所示為一院子的大門，門板兩側有木柱(如圖甲)，在木柱上(虛框處)安裝連接件，使門閂(如圖乙)可以方便橫向擱置，鎖住大門。院子主人準備了兩塊材料、大小相同的木塊(如圖丙)，請你幫助設計連接件，設計要求如下：
請根據描述與設計要求完成以下任務：
(1)畫出連接件的設計草圖，必要時可用文字說明；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)設計連接件時需要考慮的尺寸為________、________(在①門閂的整體長度；②木塊的總體尺寸；③門板的高度；④門閂的端部尺寸；⑤門板的厚度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
①左右虛框內的連接件對稱，設計時只需畫出一側連接件；
②用直徑為8 mm的圓木榫(長度適宜)將連接件安裝在木柱上；
③門閂擱置在連接件上，取放方便；
④推門時擱置在連接件上的門閂不會掉落；
⑤材料為指定大小的木塊。
答案　(1)(2)見解析圖　(3)②　④　(4)②
解析　(1)(2)滿足設計要求是關鍵，與木柱的連接結構、與門閂的連接結構是基礎，方便安裝和不易掉落是關鍵。
(3)設計需要收集的尺寸為材料的尺寸、門閂端部尺寸。
(4)選項②試驗對象錯。
2.小明在家里燒菜時發現鍋蓋的放置沒有合理的方法，平放時面朝上拿取不方便，面朝下又感覺不衛生，因此想設計一個能夠將鍋蓋豎直放置的結構，小明在對鍋蓋的數據進行了測量和收集后，發現常用鍋蓋的直徑為160 mm～360 mm，鍋蓋手把及最小處尺寸如下圖，小明根據所學的知識提出以下設計要求：
①能使鍋蓋保持豎直方向，放取方便；
②有一定的穩定性；
③能適應不同大小的鍋蓋，鍋蓋的底部始終靠在結構底部；
④材料用40 mm寬，3 mm厚的鋼板。
根據題意，請完成以下幾小題。
(1)小明在發現鍋蓋放置不合理這一問題的方法和途徑是________(在①觀察日常生活；②收集和分析信息；③技術研究和技術試驗選擇一項，將序號填入空格中)；
(2)請用草圖畫出你的設計方案，必要時可用文字說明；
(3)在設計方案中標出相關尺寸；
答案　(1)①　(2)(3)如圖所示　(4)②　⑤
3.小明發現失去雙臂的王大爺使用手搖式升降衣架(如圖a所示)晾衣服時必須用嘴咬住手搖器(如圖b所示)的手柄來進行轉動，十分不方便。于是決定設計制作一個匹配手搖器的裝置送給王大爺，讓他用腳也能方便地操作升降衣架。已知手搖器安裝在陽臺側墻上，轉軸離地1.2 m，陽臺側墻寬1.8 m。手柄和搖臂帶動轉軸順、逆時針轉時分別收鋼絲(晾衣桿上升)和放鋼絲(晾衣桿下降)，不轉時手搖器會自動鎖緊鋼絲以防止晾衣桿自行下降。請你幫助小明設計該裝置，具體設計要求如下：
①適合特定使用者且操作簡單；
②能可靠固定在手搖裝置上，且拆裝方便；
③不破壞原有升降衣架各部分結構；
④材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明制訂了一份設計計劃，其中包括①方案構思；②設計分析；③收集信息；④測試；⑤模型制作；⑥繪制圖樣這六項任務，根據設計的一般過程，這六項任務的合理時序應該是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.③①②⑤⑥④ B.③①②⑥⑤④
C.③②①⑥⑤④ D.③②①④⑥⑤
(3)畫出設計草圖(重點表達具體設計要求的實現)，必要時可以用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)傳動機構制作好之后，小明想制訂幾個評價指標，讓王大爺在使用后進行量化評分，以研究產品的進一步優化。下列指標中不合理的是________(在A.操作性；B.美觀；C.環保性；D.加工熟練度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)C　(2)B　(3)(4)如圖所示　(5)D
解析　本題主要考查了簡單的草圖繪制、尺寸標注，設計的一般過程、設計分析、方案的優化。(1)設計的一般過程：發現與明確問題，制訂設計方案(收集信息、設計分析、方案構思、方案呈現、方案篩選)，制作模型或原型(繪制圖樣、模型制作)，測試評估及優化，編寫產品使用說明書。(2)晾衣桿與設計沒有直接關系。(3)(4)首先考慮裝置與原有結構的連接及操作，再實現功能。(5)加工產品屬于制作方面，不屬于使用角度。對產品的評價不包括加工產品時的加工熟練度。
1.如圖所示為一款餐館常見的酒精爐，小明通過問卷調查發現該酒精爐調整火焰大小的方式為通過水平方向撥動撥片的方式，操作不便，想把撥動撥片方式改為旋轉旋鈕方式，旋轉調節旋鈕時，擋板能打開或合攏。小明對原結構已做了如下改進：用一顆自調螺絲充當旋鈕，螺紋直徑為M12；將撥片尾端銼削成直徑約3 mm的圓柱狀；將撥片下方的爐壁加厚并鉆孔，用以安裝自調螺絲；為了防止旋鈕螺栓松脫，在螺栓上安裝平墊片、開口銷用于限位；結構如圖2所示。請幫助小明設計撥片尾端與旋鈕螺栓之間的連接件，設計要求如下：
①能夠通過轉動旋鈕來調整擋板開合；
②與撥片尾端和旋鈕螺栓的連接牢固可靠；
③允許對螺栓尾端進行加工；
④主要材料為3 mm厚鋼板。
請完成以下任務：
(1)畫出設計方案草圖，標注主要尺寸；
(2)小明發現問題的途徑是________(在A.觀察日常生活；B.收集信息；C.技術研究與試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)將調節方式由撥動改為轉動，主要考慮了________的因素(在A.物；B.人；C.環境中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
答案　(1)如解析圖所示　(2)B　(3)B　(4)C
A.轉動旋鈕，觀察連接件是否會松動
B.來回轉動旋鈕，觀察擋板能否打開或關閉
C.旋鈕停止轉動后，觀察擋板能否可靠固定位置
解析　(1)與撥片尾端連接，撥片尾端是直徑約3 mm的圓柱狀，連接件上要有3 mm的孔，因為螺栓左右轉動的時候，撥片尾端和螺栓的相對位置會變，所以把孔變成槽；與螺栓尾端連接，螺栓尾端形狀可以自己加工，只要能和連接件實現剛連接就可以了。
(2)因為小明是通過問卷調查的方式發現問題的。通過文獻法，問卷調查法和詢問法發現問題都是屬于收集和分析信息。
(3)將調節方式由撥動改為轉動，是因為人撥動操作不便，所以是人。
(4)我們只設計了撥片尾端與旋鈕螺栓之間的連接件，所以擋板能否可靠固定位置不需要我們測試。
2.小明發現報告廳里的木質講臺桌板無法調節角度，演講者需要低頭觀看稿件，很不方便。于是小明想通過手搖柄實現講臺桌板角度可調，其中手搖柄方形端部截面尺寸為10 mm×10 mm，位于講臺抽屜內側，如圖所示。請你幫他設計手搖柄與講臺桌板間的傳動機構，設計要求如下：
①搖動手搖柄可實現講臺桌板0°～45°角度調節；
②傳動機構操作方便，運轉流暢；
③桌板調節后可固定，且能承受一定的壓力；
④傳動機構與手搖柄、桌板之間連接牢固可靠；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集和分析信息；B.觀察日常生活；C.技術研究與技術試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出傳動機構的設計草圖，必要時用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明在設計和制作完成后需對傳動機構進行試驗，其中不合理的是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
A.搖動手搖柄，觀察講臺桌板角度是否改變，并測量最大調節角度是否達到45°
B.調節到某一角度后固定桌板，在桌板上施加一定的力，觀察桌板是否發生明顯形變
C.順時針及逆時針搖動手搖柄，觀察連接處是否松脫
D.搖動手搖柄時，測試傳動機構的運轉是否可靠、流暢
答案　(1)B　(2)C　(3)(4)如圖所示　(5)B
解析　(1)典型的觀察日常生活發現問題。
(2)從題干位置可知，該結構位于講臺抽屜內側，而且連接件需要連接講臺桌板和手搖柄，故A、B選項均需要考慮。而市場上是否已有類似的產品屬于明確問題的范疇，不屬于設計分析環節；另外小制作類一般不需要考慮是否有同類產品。
(3)根據設計要求搖動手柄可升降；能限定講臺板的調節角度；調節到一定角度可承受力；與桌板、側板連接合理。設計時可采用連桿、齒輪齒條、蝸輪蝸桿等方式，建議使用連桿。
(4)標注主要尺寸，需要表達出與手搖方形端部連接孔邊長10 mm或略大；以及調節最大角度約為45°兩個關鍵點。
(5)調節到某一角度后固定桌板，在桌板上施加一定的力，觀察桌板是否發生明顯形變不屬于設計要求，無需進行技術試驗。
3.小明同學在設計賽車模型時，被轉彎控制難住了。如圖1是設計的賽車底盤，遙控器可以控制舵機的舵盤順時針或逆時針轉動。車輪固定在支架上，支架通過銷軸1與連桿連接并通過銷軸2固定在底盤上。詳細結構如圖2所示。黑框中為舵機與連桿的局部放大圖。其中傳動桿直徑為3 mm，兩連桿上各有一直徑為2 mm的連接孔(通孔)，在圖3狀態下2孔圓心距為20 mm，現在請你幫助小明設計舵盤和連桿的連接裝置。設計要求如下：
①穩定連接舵盤和連桿；
②舵盤正轉或反轉時能帶動兩個前輪均繞著銷軸2同步正轉或反轉，從而實現轉彎功能；
③轉彎時兩前輪轉動幅度基本一致；
④使用材料為3 mm厚度的鋼板。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.收集信息；B.觀察日常生活；C.技術試驗與技術研究中選擇合適的選項，將序號填入________處)；
(2)設計完成后小明使用遙控控制模型左轉彎右轉彎的過程屬于________(在A.開環控制；B.閉環控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)根據題目要求畫出設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接件的主要尺寸；
A.通電后使用遙控控制舵機，觀察左右輪是否正常轉彎
B.觀察轉彎時左右輪轉動幅度是否基本一致
C.觀察轉彎時左右輪轉速是否有微小差別，從而滿足轉彎時的轉速要求
D.在裝置上適當施加一定的力，觀察裝置是否牢固
答案　(1)C　(2)A　(3)(4)見解析圖　(5)C
解析　(1)“小明同學在設計賽車模型時，被轉彎控制難住了。”這句話說明小明在進行技術研究和技術試驗。(2)控制過程的輸入量是遙控的信號，輸出量是模型的左右轉彎動作，輸出量沒有返回到輸入端影響控制過程，屬于開環控制。
(3)(4)草圖標準：立體感好，圖紙清晰；能連接好連接孔與傳動桿；能帶動2個車輪；兩個車輪轉彎時同步。
尺寸部分：如下圖，兩孔圓心距為20 mm～22 mm，2連接孔直徑2 mm～3 mm，底部腰形孔或方槽寬度為3 mm～4 mm，其他類型合理方案即可。
(5)此處的試驗對象應該是連接件，目的是檢驗連接件是否達到設計要求，連接件的功能是實現轉向功能。而C中的左右輪轉速與轉向連接件無關。
4.小明發現家里廚房中的櫥柜由于安裝高度較高，取放物品不方便。小明將櫥柜中的隔板去掉，測得櫥柜的內部尺寸為：寬77 mm×深350 mm×高550 mm，并準備用鋁合金板制作一個如圖a所示的拉籃(拉籃的尺寸為：寬700 mm×深300 mm×高50 mm)安裝在櫥柜體內。取放物品時，打開櫥柜門，拉動拉手能將拉籃向下移出櫥柜。現需要設計一個拉籃移動裝置，設計要求為：
①能將拉籃安裝在櫥柜內，拉籃拉出后相對櫥柜的極限位置如圖b所示；
②拉籃在移動過程中均能處于豎直狀態；
③結構可靠，移動靈活；
④所需材料和配件自選。
請完成以下任務：
(1)畫出移動裝置的設計草圖，相同的只需畫一個，(拉籃和櫥柜可用如圖b所示的簡圖表示)，必要時用文字說明；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)圖b中設置了拉籃拉出后的2個尺寸要求，主要考慮了________的因素(在A.人；B.物；C.環境”中選擇正確的選項，將序號填入“________”處)；
(4)移動裝置要與櫥柜和拉籃連接，合適的連接件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
答案　(1)(2)如圖所示　(3)A　(4)A　(5)C
解析　(1)(2)草圖標準：①草圖：能夠移出；移入
能自動固定；能利用平行四邊形始終保持拉籃
豎直；②尺寸：桿上在360 mm～450 mm之間，
其他滿足設計要求的尺寸即可。(3)100表示拉籃
與櫥柜的間隔距離，而360標注則是拉籃所能拉
出的最大限度，兩處的尺寸標注考慮了人機關系，體現了物品方便人操作的這一角度，主要體現了人的因素。(4)移動裝置向下拉與櫥柜構成鉸連接所以采用鉚釘連接，固定在拉籃上；自攻螺釘是固定在櫥柜與拉籃上，且自攻螺釘適用于材質較軟，因此此處采用自攻螺釘。(5)齒輪齒條所呈現出的效果是一個順滑連貫的運動過程，無法實現緩降的效果，因此不合適。

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