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 電機類設計
【知識梳理】
電機常考題型有以下11類：
類型1：曲柄類
類型2：三連桿類
類型3：齒輪、齒條類
類型4：螺桿類
類型5：蝸輪、蝸桿類
類型6：錐形輪類
類型7：凸輪類
類型8：棘輪、棘爪類
類型9：槽輪類
類型10：部分齒輪類
類型11：皮帶輪類
【典例突破】
【典例1】 (1· 帶2· 結構)(2023·6月浙江選考)小明從新聞中看到臺風刮倒廣告牌，造成了巨大損失，于是設計了一種如圖所示的分離式廣告牌。兩片廣告牌分別固定在轉軸上，轉軸通過支座安裝在框架內。請幫助小明設計一種驅動兩片廣告牌同步轉動的裝置，能在臺風來臨前將兩片廣告牌轉至水平位置來減小風阻，防止被刮倒，裝置設計要求如下：
(a)兩片廣告牌能同步到θ—0°或θ—90°并保持；
(b)在轉動過程中，裝置平穩可靠；
(c)裝置主體安裝在框架上，框架外側轉軸伸出部分可安裝零件；
(d)采用一個電機驅動。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及的框架和轉軸可用線條表示，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)選擇框架的材料，需要考慮的材料性能主要有(多選)________。
A.耐磨性 B.剛度 C.強度
答案 (1)(2)如圖所示 (3)BC
【變式1】 擦拭如圖所示的黑板時，發現擦拭時間長且近距離接觸粉塵，影響健康。于是想設計一種自動擦拭黑板的裝置，小明已經設計好了如圖所示的部分裝置，在黑板的上方安裝了滑軌。黑板的擦拭條A、B已經安裝到滑軌上，沿著滑軌左、右移動時可以起到擦黑板的效果。請你幫助小明設計完成該裝置，設計要求如下：
①擦拭條A、B從最左側和最右側開始反向運動，到最中間后，各自回到起始位置，完成一次擦拭；
②只準使用1個減速電機驅動，利用電機正、反轉或者一個方向轉動實現；
③裝置與擦拭條A、B上的安裝孔連接；
④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)設計該裝置時，下列因素中可以不考慮的是________(在A.安裝方式；B.黑板的長度3000 mm；C.黑板的高度1000 mm中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)根據設計的一般過程，明確設計要求后，接下來小明要做的是________(在A.設計分析；B.收集信息；C.方案構思中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(電機可用方塊表示)；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)B (2)C (3)B (4)(5)如圖所示
【典例2】 (齒輪齒條)某小區為防止大型車輛進入，影響居民安全，設置了如圖所示的車輛限高裝置。小明發現限高裝置對確有需要進入小區的消防車等大型車輛造成阻礙，于是想設計一種橫梁高度可調節的車輛限高裝置。請你幫助小明設計該裝置，要求如下：
①橫梁高度能在2 m到4.5 m之間實現調節；
②橫梁可保持在所調節的高度；
③整個限高裝置具有一定的強度和穩定性，結構簡單，操作方便；
④橫梁高度的調節方式可采用手動或電機驅動；
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)設計該裝置時，下列因素中可以不考慮的是________(在A.立柱的尺寸；B.安裝方式；C.車流量中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(如果采用電機驅動方式，電機可用方塊表示；如果裝置為對稱結構，只需畫出一側)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明在裝置安裝完成后進行試驗，根據大型車輛的高度，在2 m到4.5 m的高度范圍內升降橫梁，觀察裝置調節的可靠性。該試驗的方法屬于________(在A.模擬試驗；B.移植試驗；C.強化試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如圖所示 (5)A
【變式2】 (2023·4月嘉興二模)小明回家看到稻田里有很多麻雀在吃稻谷(如圖a)，準備設計一個電動稻草人裝置驅趕麻雀。于是自己動手制作了稻草人(如圖b)，購買了一款雙軸直流減速電機(如圖c)。電機由太陽能電池供電，兩根轉軸同步轉動。裝置設計要求如下：
A.用1個如圖c所示的電機驅動稻草人旋轉，同時又能使稻草人在2米長的軌道上作往復直線移動；
B.自動控制電路控制電機的正反轉，從而實現稻草人的往復移動；
C.裝置能穩定放置在稻田中，且不影響水稻的生長；
D.裝置所需的其它材料和零配件自選。
請你設計該裝置的機械部分，完成以下任務：
(1)請根據設計要求構思多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機可用方表示)，并簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案，以下試驗步驟中做法不合理的是(單選)________。
A.搖動裝置，觀察裝置安裝在稻田中是否穩固
B.將自動控制電路安裝到裝置上，并把電機的引線接入電路中
C.啟動電機，觀察稻草人轉動時裝置是否平衡
D.啟動電機，觀察稻草人轉動時作往復直線移動是否靈活可靠
E.啟動電機，用手捧住稻草人，觀察傳動機構能否繼續運轉
F.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示 (3)E
【典例3】 (螺桿)(2023·1月浙江選考)小明看到物流配送到小區后﹐都要靠人工將貨物從卡車上卸下來(如圖所示)，當貨物體積或質量較大時，貨物容易滑下來，砸傷搬運人員、損壞貨物。小明準備設計一個具有起重功能的裝置輔助搬運人員將貨物從車廂卸到地面。已知車廂底板離地高度為800 mm，車廂底板至頂板距離為2500 mm。裝置設計要求如下：
(a)能將貨物從車廂底板上卸到地面；
(b)在卸貨過程中裝置運動平穩可靠；
(c)能承載尺寸為800 mm×600 mm×1800 mm(長×寬×高)、質量為100 kg的貨物；
(d)安裝在車廂尾部的底板或側板上﹔
(e)驅動方式不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及的車廂底板或側板用線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案。以下試驗步驟中做法不合理的是(單選)________。
A.準備一個托盤、若干不同質量的砝碼和一只尺寸為800 mm×600 mm×1800 mm(長×寬×高)的開口紙箱
B.將裝置中承載構件(用于裝載貨物的構件)懸空，并鎖定驅動構件
C.將組合好的100 kg砝碼加載到承載構件上，測試裝置的強度是否符合要求，并記錄測試結果
D.將托盤放置在車廂底板上，在托盤上添加一定質量的砝碼，將開口紙箱罩在托盤上并固定，操縱裝置把帶有砝碼和紙箱的托盤從車廂移動到地面，測試裝置運動是否平穩可靠，并記錄測試結果；逐次添加砝碼，重復上述過程，直至托盤與砝碼總質量增加到100 kg
E.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示
裝置的工作過程：通過手動夾子與手調旋鈕把可升降支柱與汽車底板相連，開動電機調節升降平臺與汽車底板在同一高度，把重物搬到升降平臺后，開動電機使升降平臺下降到最低，放松手動夾子，利用輪子，推到裝置到需要放置重物的地方，通過斜坡把重物搬到地面上。
(3)C
【變式3】 (2023·5月臨新兩地)小明在乘坐無障礙公交車時發現司機或者乘客需要手動將斜坡板下翻，非常不方便(如圖a所示)。小明根據此情境準備設計一個斜坡板自動控制模型，利用電機驅動，實現斜坡板自動伸展和收回，小明制作了如圖b所示的模型。請在小明制作的模型基礎上設計該電機傳動裝置。已知斜坡板的尺寸為800 mm×800 mm×10 mm。裝置設計要求如下：
(a)使用斜坡板時能自動展開，不用時可自動收回至收納處；
(b)展開斜坡板后能旋轉至一端與地面接觸；
(c)斜坡板展開使用時，裝置牢固可靠；
(d)斜坡板為木板，允許適當加工；
(e)使用減速電機驅動，其它材料可自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示)，必要時可用文字說明；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明發現問題的途徑是________；
A.觀察日常生活
B.收集和分析信息
C.技術研究和技術試驗
(4)小明設計制作好該裝置，裝配后進行試驗，以下試驗方法中不合理的是________。
A.測試觀察裝置能否正常帶動斜坡板展開
B.斜坡板展開后，用腳踩踏測試斜坡板的承載能力
C.斜坡板展開后，測試能否自動收回到收納處
答案 (1)(2)如圖所示
(3)A (4)B
【典例4】 (X· 型結構)小明觀察到小區車位上安裝的手動地鎖主要有兩種款式(如圖所示)。車輛進出車位時人需要下車，把車位鎖的撐桿放下或撐起，很不方便。于是準備重新設計一款遙控電動地鎖，用遙控器發出開關信號，控制直流電機驅動地鎖的傳動裝置開閉地鎖。請你幫助小馬設計該遙控電動地鎖的機械結構，設計要求如下：
①地鎖安裝在車位的地面上，能防雨，有一定的強度；
②選用可充電電池供電，通過電機的正反轉實現地鎖的打開和關閉；
③地鎖上升(上鎖)后的高度大于400 mm，地鎖下降(開鎖)后的高度小于120 mm；
④所需材料和配件自選。
請完成以下任務：
(1)小明通過觀察日常生活發現了原手動地鎖的問題，提出了設計遙控電動地鎖的設想，主要是為了________(在A.提高地鎖的強度；B.提高車輛的安全性；C.改善人機關系中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)在設計分析時，小明不需要考慮的是________(在A.電池的選用；B.傳動裝置的自鎖性能；C.所需標準件加工工藝中選擇合適的選項，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)要將地鎖固定在車位的混凝土地面上，合適的緊固件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案 (1)C (2)C (3)(4)如下圖 (5)A
【變式4】 如圖所示為工地上渣土車正在裝載的情景。裝滿渣土后，工人手動蓋上篷布，避免運輸途中的揚塵污染環境，卸載渣土前，工人手動掀起篷布。小明覺得人工操作篷布效率低且辛苦，他打算設計一個自動控制的防揚塵裝置。車箱主體尺寸為560 cm×235 cm×150 cm，車廂外沿各處鋼板均厚2.5 cm。設計要求如下：
①裝置能自動將車廂敞開和覆蓋；
②敞開后要形成盡可能大的敞口便于挖掘機裝載渣土，覆蓋后要盡量不露渣土；
③敞開和覆蓋狀態下，裝置均有較好的強度和穩定性；
④采用電機或液壓桿驅動，材料自選。
請你幫助小明完成該裝置機械部分的設計。
完成以下任務：
(1)設計要求②主要是從________(A.物；B.人；C.環境)的角度考慮的；
(2)構思該裝置機械部分的方案時，可以不考慮的因素是________(A.渣土的成分；B.車廂的尺寸；C.裝料的位置)；
(3)畫出該裝置機械部分的設計草圖，必要時用文字說明；(對稱機構可以只畫出一側，重復結構可以只畫一個單元，電機用方框表示)
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明制訂好設計方案后，在通用技術活動室制作等比例的模型，按照實際工作的狀態，讓模型反復運行，觀察能否滿足設計要求。該試驗方法屬于________(A.虛擬試驗法；B.模擬試驗法；C.強化試驗法)。
答案 (1)C (2)A (3)(4)如圖所示 (5)B
【典例5】 (連桿類)小明在觀看《貓和老鼠》動畫時，看到動畫中有一個整點報時的布谷鳥掛鐘，整點時，會有小鳥模型從掛鐘內反復“躍”出。他想利用小型減速電機制作一個類似的裝置，現已完成了木質鳥巢(如圖a)、小鳥模型及其支撐底座(如圖b)的制作，底座鉆有兩個6的通孔，請你幫助小明完成電機與小鳥模型間的機械結構設計，設計要求如下：
A.整點時，小鳥模型能從鳥巢內部經門洞在水平方向上來回伸縮，且伸縮范圍0 mm～50 mm；
B.通過小型減速電機的連續轉動驅動小鳥來回移動，電機固定在鳥巢內部；
C.結構具有一定的強度；
D.材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計該機械結構時，下列尺寸可以不考慮的是________(在A.小鳥模型底座長度50 mm；B.門洞高度80 mm；C.鳥巢底部寬度150 mm；D.底座安裝孔大小6中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)畫出機械部分的設計草圖(電機可用方塊代表)，必要時可用文字說明；
(3)在設計草圖上標注主要尺寸；
(4)小明在電子電路部分裝有一個定時器，當時間處于整點時，定時器發出信號到控制電路，控制電機轉動使小鳥往復運動，同時伴有報時鈴聲響起，該報時控制系統的控制方式為________(在A.開環控制；B.閉環控制；C.人工控制；D.自動控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(5)小明準備在裝置的機械部分和電路部分制作完成并安裝后進行下列試驗，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“________”處)。
A.將時間設定至整點，觀察小鳥能否正常伸縮
B.用適當的力按壓機械裝置，觀察裝置是否明顯變形
C.用適當的力按壓鳥巢，觀察鳥巢是否明顯變形
答案 (1)C (2)(3)如下圖 (4)A (5)C
【變式5】 暑假期間，小明看到爺爺雙手端起竹篩(如圖a上)并左右搖動來篩選農作物，覺得非常辛苦，就利用所學知識設計了一個如圖b所示的自動篩選裝置。竹篩固定在金屬圈中，利用電機(圖a下)帶動直徑10 mm的限位軸1左右平動，進而實現篩選功能，電機轉軸與限位軸1的軸心等高。請你幫助小明設計電機轉軸與限位軸1
之間的連接裝置，具體要求如下：
A.連接裝置與限位軸1連接牢固，但不能對限位軸1加工；
B.限位軸1能往復運動，且離電機轉軸距離為70 mm～130 mm；
C.結構簡單，與電機連接牢固；
D.主材為2 mm厚的鋼板，輔料自選。
請完成以下任務：
(1)根據設計的一般過程，下列不屬于小明在制訂設計方案環節完成的任務是________(在A.將構思過程中產生的想法用草圖呈現；B.詢問家人是否需要自動篩選裝置；C.依據一定原則對多個方案進行篩選中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)；
(2)在設計該連接裝置時，會受到各種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.小明的知識儲備；B.小明設計時提出的設計要求；C.金屬圈的厚度中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)；
(3)畫出連接裝置的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接裝置的主要尺寸；
(5)小明構思好設計方案后，按1∶10制作了縮小模型，測試電機不同轉速時限位軸1能否往復運動，并記錄底座的振動情況，用計算機處理相關數據。小明采用的試驗方法屬于________(在A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.強化試驗法中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如下圖 (5)A
【典例6】 (蝸輪蝸桿類)住房的樓層高度一般為2.8 m，小明發現安裝燈具的師傅在裝吊燈時，需要幾人合力將吊燈通過梯子送至天花板并托舉著才能完成安裝，如此安裝需要多名操作人員，且燈具容易損壞。于是他想利用通用技術知識設計吊燈安裝輔助裝置，將吊燈放至支架上通過遙控器操控支架上升至天花板，僅需一人即可完成吊燈的安裝。小明已經初步完成吊燈放置架(如圖a所示)、支撐部分及電機固定部分(如圖b所示)的設計。
請你幫助小明設計該裝置的機械傳動部分，設計要求如下：
①支架能上下伸縮，實現將吊燈送至天花板；
②支架處于最低位置時，支架頂端高度應在人體肘高位置，使放置吊燈操作方便(成年人肘高約為1100 mm)；
③采用圖c所示小型減速電機驅動，電機安裝在圖b平臺上，通過電機的正反轉實現支架的上升下降；
④支架上升時在任意位置能可靠停住；
⑤結構穩固可靠；
⑥材料自選。
請完成以下任務：
(1)使用該裝置安裝吊燈，僅需在遙控器上按鍵即可將吊燈送至天花板，無需多人將吊燈托舉著進行安裝，體現了技術具有________(在A.保護人；B.解放人；C.發展人中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)該吊燈安裝輔助裝置不僅可以輔助安裝吊燈，還可以輔助安裝中央空調、投影儀等多種設備，主要考慮了________的因素(在A.人；B.物；C.環境中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出裝置機械部分的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注裝置的主要尺寸；
(5)小明準備在機械裝置安裝后進行以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.發出上升下降指令，觀察裝置能否順利上升和下降；B.在吊燈上升過程中，發出停止指令，觀察裝置是否夠能可靠停住；C.多次拆裝支架的機械傳動部分，觀察機械傳動部分拆裝是否方便；D.在支架上端放置10 kg重物，發出上升指令，觀察裝置是否穩固可靠中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如圖所示 (5)C
【典例7】 (高度＋角度) (2022·6月浙江選考)小明家的電視機擺放在電視柜上(如圖所示)，高度位置不能調整。為了滿足不同姿勢看電視的需要，準備移除電視柜，在墻上安裝一個裝置，電視機通過背面的螺紋孔安裝在裝置上，裝置可帶動電視機升降和俯仰。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.電視機的升降范圍0 mm～600 mm；
B.電視機的俯仰角度范圍－20°～＋20°；
C.電視機能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)設計裝置時，可以不考慮的是________(A.電視機的重量；B.電視機的厚度；C.墻體材料)；
(2)設計裝置時，在考慮裝置可靠性的同時兼顧外觀、成本等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)設計過程中，不合理的做法是________(A.盡量選用標準件；B.完成零件的機械加工圖后，繪制整體結構草圖；C.用軟件進行裝置的運動仿真，驗證能否升降和俯仰)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，電視機可用簡單線條表示，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)C (3)B (4)(5)見下圖
【變式6】 如圖所示是小明的繪畫桌，可手動調節角度，高度不可調整。為了滿足不同姿勢繪畫的需要，準備改造支架與桌面之間的連接裝置，使連接裝置可調節桌面高度和傾斜角度。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.桌面升降范圍0 mm～200 mm；
B.桌面傾角調節范圍0°～80°；
C.桌面能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計裝置時，可以不考慮的因素是________(A.制作該裝置的材料和加工工藝；B.桌面的重量；C.支架的高度)；
(2)設計裝置時，先考慮裝置整體功能的實現方式，再具體考慮其構件的尺寸和強度，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)畫出裝置機械部分的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注裝置的主要尺寸；
(5)小明構思好設計方案后，制作縮小比例的模型，來驗證構思方案是否可調節高度和調節傾斜角度。小明采用的方法屬于________(A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.優選試驗法)。
答案 (1)C (2)B (3)(4)如圖所示 (5)A
【典例8】 (角度＋角度)如圖所示是小鄭家的太陽能熱水器帆板安裝示意圖，太陽能帆板固定在支架上，沒有辦法實現跟隨太陽運動，導致轉換效率偏低。小鄭想設計一個裝置，能實現太陽能帆板跟隨太陽運動，并且能保證和太陽光線垂直。設計要求如下：
(1)能跟隨太陽轉動并保持和太陽光線垂直，轉動角度0°～90°；
(2)具有一定的穩定性和強度，帆板和轉動裝置可靠連接；
(3)采用電機驅動，電機軸的直徑為1 cm；
(4)材料自選。
請根據描述和設計要求，完成以下任務：
(1)小鄭發現問題的途徑是________(A.收集與分析信息；B.觀察日常生活；C.技術試驗)；
(2)小鄭提出“能跟隨太陽轉動并保持和太陽光線垂直，轉動角度0°～90°”主要是從______的角度考慮的(A.物；B.人；C.環境)；
(3)小鄭構思好設計方案后，想要研究裝置的各種性能以及人機關系，同時也分析、檢查尺寸干涉情況，構件之間的配合等能否滿足要求。小明應制作________(A.草模；B.結構模型；C.功能模型；D.概念模型)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機用方框表示)，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)B (2)C (3)C (4)(5)如圖所示
【變式7】 小明同學發現當馬路口的紅綠燈壞了，交警通常用臨時紅綠燈替代。這種紅綠燈的供電一般采用太陽能充電模式，而且太陽能電池板的角度都是固定的。小明打算帶領他的團隊，通過所學知識把它改為智能光控(追日一太陽能電池板與陽光盡量垂直)裝置，以達到最大化地利用太陽能給太陽能電池充電。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
(a)太陽能電池板可實現0°～90°范圍豎直調節，且可以在任意位置停留；
(b)太陽能電池板可實現0°～90°范圍水平旋轉，且可以在任意位置停留；
(c)采用減速電機驅動(數量不限)；
(d)主材料3 mm厚鋼板，輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝完成后進行以下技術試驗，其中不合理的是(多選)________。
A.在支柱上施加一定的作用力，觀察臨時紅綠燈是否會移動
B.太陽能電池板轉到任意位置，觀察太陽能電池板是否牢固可靠
C.裝置安裝好后，在太陽能電池板邊緣施加一定的力，觀察太陽能電池板是否側翻
答案 (1)(2)如圖所示(方案工作過程略) (3)AC
【典例9】 (高度＋高度(長度))小明入住高層酒店時，偶然發現工人正在擦拭外窗玻璃(如圖a所示)。小明覺得非常不安全，于是準備設計一個自動擦拭高層外窗玻璃的機械結構。已知外窗面(含外窗玻璃、窗臺)的結構及尺寸如圖b所示，擦拭部件結構如圖c所示，其設計要求如下：
A.結構可穩固安裝在窗臺上，且拆裝方便；
B.結構能帶動擦拭部件上下移動；
C.結構能帶動擦拭部件左右移動；
D.采用減速電機驅動，且數量不限；
E.能擦拭到整個外窗玻璃且效果良好；
F.輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明想通過試驗驗證方案是否可行，以下做法中不合理的是(單選)________。
A.制作傳動結構模型，觀察能否實現其功能
B.結構制作完成后，反復拆裝，觀察其是否方便
C.將裝備安裝在窗臺上，檢測窗戶的抗沖擊能力
答案 (1)(2)如圖所示
設計的裝置，并不要求測試窗戶的抗沖擊能力。
(3)C
【變式8】 如圖a所示是小明家客廳茶幾，小明在使用無線充電功能時，發現充電區域位置固定，使用不方便。小明準備重新設計無線充電功能。其中臺板下方有300 mm深的空間。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
a.手機放在臺板上的位置被識別后，裝置能將裝在臺板下方的圖b所示無線充電模塊自動移動到手機下方，無線充電模塊高50 mm；
b.在移動過程中裝置運動平穩可靠；
c.無線充電模塊能移動到800 mm×500 mm的區域的任意位置；
d.裝置安裝在茶幾的木質側板的內側；
e.電機驅動，電機數量不限。
請完成以下任務：
(1)構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及到的茶幾側板用線條表示，電機可用方框表示)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)設計過程中，不合理的做法是(多選)________。
A.明確設計要求后，先設計分析，再收集信息
B.盡量選用標準件
C.繪制完成結構草圖后，開始加工制作
D.用軟件進行裝置的運行仿真，驗證能否移動無線充電裝置到800 mm×500 mm的區域的任意位置
答案 (1)(2)如圖所示 (3)AC
(1)傳動結構設計草圖題的訓練重心需放在設計思維上。多想多總結，積累典型運動的模型，想明白運動的原理。
(2)提高讀題能力。審題的過程中快速提取出關鍵性字詞，加連接什么、實現功能、主要材料、尺寸要求等。
(3)加強對設計題設計要求的分析。傳動結構不僅強調功能的實現，同時也注重連接結構的設計。
(4)了解電機、齒輪、螺桿等機械結構，加深對傳動結構的認識。
(5)合理使用設計畫圖小技巧。如：根據不同的功能分成不同的局部圖，再表明它們的連接方式，也可以體現設計意圖；使用文字說明“零件名＋實現什么功能”，必要時增加放大圖，展示功能及連接細節。
1.小馬看到爸爸開辦的公司由于業務量增多，經常需要對多份文件進行蓋章。小馬準備設計一個自動蓋章裝置，當把文件放到所需位置后，電機自動啟動，帶動印章完成蓋章。如圖所示是小馬定制的鋼印，在鋼印柄部已加工好直徑5 mm的錐坑，用于連接設計的裝置。請你幫助小馬完成機械裝置的設計，設計要求如下：
A.裝置放置在桌面上，能在A4紙合適位置蓋章，A4紙尺寸為210 mm×297 mm；
B.減速電機帶動印章上下移動，移動距離80 mm，蓋章時下移，印章與紙張接觸后停頓，過一定時間后上移返回；
C.印章下移蓋章、停頓、上移返回均由機械裝置完成；
D.所需材料自選。
請完成以下任務：
(1)以下屬于該裝置設計的限制因素是________(A.印章的材料；B.印章大小40；C.印章蓋章時的停頓時間)；
(2)為提高蓋章后的清晰度，以下措施合理的是________(A.在紙張下方放置橡膠軟墊；B.提高減速電機的轉速；C.增大印章上下移動距離)；
(3)在設計構思階段，可以對蓋章裝置各部分功能進行分析，比如傳動裝置，可以找出能實現往復運動的多種方案，最后重新組合，最終篩選后得到符合條件的設計方案，這里應用的主要構思方法是________(A.形態分析法；B.聯想法；C.設問法；D.仿生法)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示)，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)C (2)A (3)A (4)(5)如圖所示
2.如圖1所示是某學校的太陽能路燈，高度位置不能調整，不方便維修人員進行路燈的維護，太陽能板不能自動調節對光角度。圖2為太陽能板的結構示意圖，請你改進該裝置，具體要求如下：
①支架可在立柱上實現升降，范圍0 m～1.5 m；
②可調整太陽能板的對光角度，調節范圍20°～60°；
③保留太陽能路燈的支架；
④采用減速電機驅動(數量不限)；
⑤整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
⑥其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)設計裝置時，可以不考慮的是________(A.立柱與地面的連接方式；B.太陽能板的轉動角度；C.安裝孔的尺寸)；
(2)下列不屬于設計者在制訂設計方案環節完成的任務是________(A.將構思過程中產生的想法用草圖呈現；B.詢問維修人員是否需要這個能調整角度的裝置；C.在網絡上搜索能實現高度可調的傳動結構)；
(3)畫出該裝置的設計草圖(電機可用方塊表示，必要時可用文字說明)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)裝置制作完成后，小明準備進行以下技術試驗，其中不合理的是________(A.啟動電機，觀察太陽能板的角度能否調節；B.啟動電機，觀察支架的高度能否調節；C.在立柱上施加橫向壓力，觀察立柱是否穩定)。
答案 (1)A (2)B (3)(4)如圖所示 (5)C
3.如圖所示為李明給某景區設計的防掉落裝置，在實際使用中，李明發現當有東西掉落被繩網兜住后，需人工將網架沿滑桿上拉，拉到頂部后將網架往內旋轉才能取到掉落物品，不太方便，想將該裝置改進為電動控制。李明已設計好控制電路，要求按下對應開關，可自動升降和翻轉，請幫李明設計該電動裝置的機械部分。設計要求如下：
①裝置安裝在巖壁上，距離地面的升降范圍為(－1000 mm，0 mm);
②網架升到地面位置時，可自動往內側翻轉90°；
③裝置牢固可靠，結構簡單；
④裝置采用電機驅動(數量不限);
⑤材料可自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________( 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);
(2)設計裝置時，在考慮裝置可靠性的同時兼顧外觀、安全性等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則);
(3)設計過程中，不合理的做法是________(A.盡量選用標準件；B.完成零件的機械加工圖后，繪制整體結構草圖；C.用軟件進行裝置的運動仿真，驗證能否升降和內翻);
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(如果裝置為對稱結構，只需畫出一側，繩網可不畫);
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)B (2)C (3)B (4)(5)如圖所示
解析 (1)小明是在實際使用中發現的問題，是觀察日常生活；(2)有外觀、安全性等多個目標的考慮，符合系統分析的綜合性原則；(3)先繪制整體結構草圖，再繪制機械加工圖。
4.大掃除的時候，小明發現黑板和窗戶玻璃的高處、天花板、吊扇風葉等衛生死角特別難清理。主要原因是夠不到，需要站在凳子或課桌上，打掃時存在安全隱患。請完成下列任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在 A.觀察日常生活；B.收集與分析信息；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)小明明確問題時，覺得可以設計如圖a所示的夾具來解決：用夾具夾住黑板擦來清理黑板的高處；用夾具夾住抹布來清理窗戶的高處以及吊扇風葉；用夾具夾住掃把來清理天花板。以下因素小明不需要考慮的是________；
A.最大夾持重量
B.夾片最大張開尺寸W
C.夾片在豎直平面可轉動角度L
D.手持桿長度H
(3)小明決定利用原先如圖b所示的電機部分及夾片，設計成電動夾具。請你幫助小明設計電機與夾片之間的傳動部分，設計要求如下：
①通過傳動結構連接夾片與電機；
②通過電機正反轉能實現夾頭的開合運動；
③結構簡單，與電機連接牢固；
④主材料為2 mm厚的鋼板，輔料自選。
請你幫助小明畫出設計草圖(抄畫圖a不得分)，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)制作完成后，小明對該傳動裝置進行技術試驗，其中不合理的是________。
A.啟動電機，觀察夾具的夾片是否能正常開合
B.啟動電機，測試夾具能否夾緊黑板擦、抹布等
C.啟動電機，測試夾具最大夾持尺寸
D.撥動開關，測試電機是否能夠實現正轉與反轉
答案 (1)A (2)C (3)(4)如圖所示
(5)D
解析 (1)小明在大掃除的過程中發現的是觀察日常生活；(2)夾片在豎直平面可轉動的角度L對夾具沒有具體要求；(5)D選項測試的是電機的轉動不是夾具的設計要求。
5.小明看到父母在家里用如圖所示的顯示屏辦公時，顯示屏的橫豎方向調節操作非常煩瑣。為了解決這個問題，將支撐架從顯示屏拆除，在桌面上放置一個裝置，顯示屏通過背面的螺紋孔安裝到裝置上，裝置可帶動顯示屏運動。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.顯示屏可以旋轉90°并保持在調節后的位置；
B.顯示屏可以升降400 mm并保持在調節后的位置；
C.采用減速電機驅動(數量不限);
D.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
E.其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，顯示屏可用簡單線條表示，必要時可用文字說明);
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)將顯示屏安裝到設計好的裝置上，需要的連接件和安裝工具分別是________和________；
(4)將設計好的裝置安裝完成后進行試驗，其中不合理的是(單選)________。
A.在顯示器上施加一定的力，觀察其與裝置連接是否牢固
B.旋轉顯示屏，觀察是否可旋轉90°并保持在調節后的位置
C.升降顯示屏，觀察是否可升降400 mm并保持在調節后的位置
D.將顯示屏降到最低點，測試穩定性
答案 (1)(2)如圖所示
(3)C E(順序不可顛倒) (4)D
【基礎鞏固篇】
1.圖1是啞鈴凳，圖2是啞鈴凳的背面結構示意圖，為了能實現平躺、斜躺訓練模式間的快速轉換功能，小明決定重新設計啞鈴凳背面中的連接支撐件，其中方鋼的截面尺寸為5 cm×5 cm，設計要求如下：
①可實現啞鈴凳靠背0°至45°之間的連續調節，靠背角度可以任意固定；
②采用小型減速電機驅動，通過電機的正反轉實現靠背的轉動；
③原有的結構中允許對方鋼、長鋼條進行鉆孔加工；
④連接支撐件自身的結構強度和穩定性都比較好；
⑤材料以鋼板為主，其他輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)如圖1所示啞鈴凳的尺寸中，不是從人機關系角度考慮的是________(在A.300；B.400；C.500；D.1 300中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)構思該裝置的設計方案時，不需要考慮的是________(在A.裝置與方鋼、長鋼條的連接方式；B.凳面的寬度；C.方鋼的尺寸中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)設計要求中提出可實現啞鈴凳靠背0°至45°之間的連續調節，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)畫出該裝置機械部分的設計草圖，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)C (2)B (3)B (4)(5)如圖所示
①可以與角鋼連接
②可以與長鋼條連接
③可以實現角度調節
④任意角度固定：蝸輪蝸桿類
⑤45°角度和兩個長鋼條50 mm間距一分(也可以是其他關鍵標注，45°必須標注)
2.小明是燒烤愛好者，發現燒烤過程中更換炭火需要搬動烤網，費時費力并且燙手。他利用所學的知識設計了如圖a所示的由爐體、烤網組成的燒烤裝置(含局部放大圖)，圖b狀態為烤網離爐體最近，燒烤者位于左側。請在圖c中設計一個電機傳動裝置，實現烤網自動升降。
設計要求：
A.烤網的上下升降的范圍是0 mm～120 mm，水平移動范圍為0 mm～110 mm，烤網升降過程中始終保持水平，且上升時遠離燒烤者(方便更換炭火)；
B.不得在原構件中進行鉆孔、鋸割等操作；
C.采用雙向減速電機驅動，電機安裝位置見圖a所示；
D.主要材料為寬度30 mm，厚度為3 mm的扁鋼或30 mm×30 mm×3 mm(其中3 mm表示厚度)的角鋼，材料長度不限，其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)小明提出“烤網上升過程中始終保持水平”，主要是從________的角度考慮的(從A.物；B.人；C.環境中選擇一個恰當的選項填入“________”中);
(2)若兩鋼板之間采用鉸連接實現轉動功能，以下連接件選用中不合適的是________；
(3)小明制作完成后，進行了以下測試，其中不必要的是________(A.傳動裝置工作時，觀察電機的轉動是否順暢；B.傳動裝置工作時，觀察烤網在升降過程中是否傾斜抖動；C.傳動裝置工作時，觀察烤網的升降是否勻速)；
(4)在圖c中畫出該電動傳動裝置的設計草圖(電機可用方塊表示)，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)A (3)C (4)(5)如圖所示
3.隨著快遞行業的飛速發展，傳統的人力配送受地面交通影響，存在經常延誤和配送效率低下的問題。以無人機為技術基礎的智能配送無人機能夠有效解決小件物品的物流運輸問題。在完成其他部分的設計和制作后，小明打算設計一款安裝在無人機下底板的抓取裝置。設計要求如下：
①裝置能抓取長和寬都在100 mm～200 mm范圍，高度小于200 mm的方形小件物品；
②采用一臺安裝于無人機下底板的電機(電機固定在圖2的虛線框內)來驅動抓取裝置；
③無人機飛行過程中，物品能被抓取裝置可靠固定，不至于中途掉落；
④無人機下底板尺寸如圖2所示，其中四個M6螺紋孔用于安裝該抓取裝置；
⑤材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)設計抓取裝置時，可以不考慮的是________(A.無人機最大載重量；B.無人機旋翼的尺寸；C.無人機下底板的尺寸)；
(2)設計抓取裝置時，在考慮其可靠性的同時兼顧外觀、成本等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)畫出該抓取裝置的設計草圖(電機可用方框表示，無人機及下底板可用簡單線條表示，必要時可用文字說明)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)按照設計的一般過程，小明在完成設計草圖的繪制后，還需要進行的環節中，不包括________(A.繪制抓取裝置與無人機的裝配圖；B.詢問快遞公司是否需要智能配送無人機；C.編寫無人機及抓取裝置的使用說明書)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如圖所示 (5)B
4.如圖所示是方便輪椅上下公交車的翻轉踏板。小明發現每次使用時需要司乘人員人工翻下，有所不便，為此小明對踏板重新設計，實現駕駛室一鍵控制。已知公交車車門打開后凈寬為750 mm，車廂地板離地高度為300 mm。設計要求如下：
(a)裝置在使用時平穩；
(b)使用后可靠收回，且不影響車門開關；
(c)能供最大寬度為700 mm的輪椅通行；
(d)驅動方式不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝設計到的車門地板或車底用線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案。以下試驗步驟中做法不合理的是(單選)________。
A.準備若干不同質量的重物和一個合適尺寸的輪椅
B.裝置安裝后觀察是否影響車門開關
C.運行裝置，測試是否能正常展開收起
D.請一名志愿者站在裝置上，測試裝置的強度是否符合要求
E.打開裝置測試輪椅是否能夠正常上下車
F.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示
(3)D
5.小明發現圖書館管理員在整理書籍時，將書斗(圖a)從書架的第一層移到第五層較困難且容易被砸傷。小明準備設計一個具有起重功能的裝置輔助管理員將書斗從書架的第一層搬運到第五層。已知書架各尺寸如圖b所示。裝置設計要求如下：
①能將書斗從第一層書架搬運到第五層書架；
②在搬運過程中書斗移動平穩可靠；
③具有一定穩固性，能承載質量為10 kg的書斗(含書籍質量)；
④裝置放置在地面上，可根據需要被推到不同的書架前，移動方便；
⑤驅動方式不限。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明準備采用圖c中的抓取機構拿取書斗，請你幫助小明設計裝置的剩余部分，畫出裝置機械部分的設計草圖(抓取機構可用簡單線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備將抓取機構安裝在設計好的裝置上進行試驗，其中不合理的是(單選)________。
A.運行該裝置，觀察是否可將書斗由書架的第一層搬運至第六層
B.推動并轉移裝置的位置，觀察是否移動方便
C.將抓取書斗后的抓取機構調至最低點，測試該裝置的穩定性
答案 (1)(2)如圖所示 (3)C
6.如圖所示為小明家的衣柜，小紅發現上層掛衣桿位置偏高，取放衣服不方便，她想設計一款升降式掛衣桿，衣柜采用木料制作，掛衣桿采用外徑為24 mm，厚度為2 mm的鋁合金鋼管，衣柜進深60 cm。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，具體設計要求如下：
①機械裝置可固定于衣柜內部；
②取衣物時，機械裝置能帶動掛衣桿下降，掛衣桿高度能在1000 mm到2100 mm之間調節，運動時平穩可靠；
③掛衣桿在最高處時，整體結構穩固，能承重20件以上的衣服；
④該機械裝置的驅動方式不限；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(如果采用電機驅動，電機可用方塊表示；如果裝置為對稱結構，只需畫出一側)，必要時用文字說明；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小紅準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案。以下試驗步驟中做法不合理的是(單選)________。
A.準備若干個抽繩口袋，口袋中裝入不同質量的砝碼(每個口袋質量約等同一件衣服質量)
B.將25個口袋同時掛在掛衣桿上，觀察掛衣桿在最高處時的承載能力及裝置的穩固情況
C.將10個口袋掛在掛衣桿上，觀察掛衣桿在最低處時的承載能力及裝置的穩固情況
D.操控裝置，測試裝置運動是否平穩可靠，并記錄測試結果；逐漸添加砝碼，重復上述過程，直至掛到25個口袋
E.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示 (3)B
7.小明設計了如圖a所示的吊蘭支架，一個支架可以懸掛四盆吊蘭。現準備將支架安裝到陽臺。由于陽光照射方位的變化，為增加吊蘭的光照時間。小明準備設計一個裝置，能夠使吊蘭支架運動到三個不同的位置(如圖b所示)。已知陽臺長2000 mm，寬1000 mm。裝置設計要求如下：
(a)裝置連接吊蘭支架，能夠承重四盆吊蘭并可靠運行；
(b)能將吊蘭支架由位置1旋轉90度到位置2，并能原路返回；
(c)能將吊蘭支架由位置2直線運動到位置3，并能原路返回；
(d)安裝在陽臺橫梁上；
(e)采用減速電機驅動。
請完成以下任務：
(1)構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(安裝涉及的橫梁用線條表示，電機用長方體表示，可以簡要說明方案的工作過程)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案。以下試驗步驟中做法不合理的是________。
A.準備四個空花盆、若干不同質量的砝碼、掛鉤
B.將四個空花盆掛在吊蘭支架上，在花盆中逐漸添加一定質量的砝碼，直到達到四盆吊蘭的重量，觀察并記錄測試結果
C.接通電機電源，觀察吊蘭支架能否平穩的由位置1運行到位置2，再由位置2運行到位置3
D.接通電源使電機反轉，使吊蘭支架由位置3運行回位置1，如果在此過程中裝置卡住，應該馬上將四個花盆取下，排除故障后重試
E.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示 (3)D
8.小明在通用技術實踐室進行鋸割操作時，發現鋼鋸手動操作費時費力，為此小明想設計一款電動鋸割裝置。如圖a是小明構思的初步方案，請你完善裝置，要求如下：
圖a
①電機單向轉動時，鋼鋸能在滑塊和導軌的約束下左右往復運動鋸割工件；
②鋼鋸上兩個5的孔用于連接電動裝置；
③材料不限，底板和立柱可適當加工。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)鋸割時，為了對鋼鋸下方的工件產生一定下壓力，需要在圖b所示的位置安裝一彈簧，以下彈簧最合適的是________；
(2)設計制造該裝置時，以下不需要考慮的是________(A.鋸條的尺寸；B.導軌的長度；C.底板的材料及厚度)；
(3)畫出該裝置的設計草圖，簡要說明方案的工作過程；
(4)設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)C (2)A (3)(4) 如圖所示
9.如圖a所示為校園里的一處臺階，圖b為其截面和尺寸圖。小明發現該處缺少無障礙通道。他想利用所學知識設計一個自動控制的升降裝置，大致安裝在圖b的虛線框區域，供輪椅進出。輪椅的載重考慮150 kg，尺寸考慮1040 mm×650 mm×510 mm(長×寬×高)。
裝置設計要求如下：
(a)能負載輪椅的升降；
(b)不論在上面還是地面，裝置均可供輪椅水平地駛入和駛出；
(c)裝置不運行時處于隱藏收納狀態，不影響地面的平整和臺階的正常通行(與圖 a 相比)；
(d)允許對地面進行適當改造，但不得破壞臺階和墻體；
(e)驅動裝置不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖，突出表達整體構思，并簡述裝置的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明在制訂好設計方案后，計劃在電腦上繪制圖樣，借用學校的3D 打印機制作功能模型，然后對打印作品進行穩固性測試和功能模擬試驗。他了解到與該打印機可能匹配的材料有下列五種。僅從性能判斷，最適合的兩種材料是(雙選)________。
答案 (1)(2)如圖所示 (3)BC
10.小明家里有一個如圖a所示站立式辦公桌，其中立柱、底座是金屬鋼管，桌板大小為60 cm×52 cm×1 cm。他發現只能手動調節高度和角度(桌板角度調節結構如圖b所示)，使用時很不方便。他想通過所學知識把它改為電動控制。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，不能在原有機構上加工。設計要求如下：
A.立柱的可升降范圍為37 cm，且可以在任意位置停留；
B.桌面可以實現0°～ 45°范圍調節，且可以在任意位置停留；
C.電機數量不限；
D.材料不限。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明發現這個問題的途徑是________(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，填入________處)；
(2)設計該連接件時，可以不考慮的因素有________(在A.桌板的安裝位置；B.立柱的高度；C.設計者的加工能力中選擇合適的選項，填入________處)；
(3)小明準備在裝置安裝完成后進行以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.在桌面邊緣施加一定的力看桌子是否側翻；B.電機轉到任意位置看連接件是否牢固可靠；C.桌面升到一定高度，在桌面上施加一定的力看桌子是否會下降中選擇合適的選項，填入________處)；
(4)畫出支撐桿升降和桌子角度可調節的連接件，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)B (2)A (3)A (4)(5)如圖所示
【能力提升篇】
1.小明發現某小學校園門口的人臉識別監視器高度角度固定，低年級的小學生入校要踮起腳尖才能進行人臉識別，高年級的學生入校時要彎腰進行人臉識別，非常不便。且監視器長期風吹日曬，降低了使用壽命。因此小明打算設計一個裝置，可以使監視器在不同年級的不同入校時段進行高度角度調整；在周末、暑假、夜間等監視器不使用的時間，監視器可以自動收納到下方的柜體內，以延長其使用壽命。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.監視器升降高度范圍0 mm～500 mm(0 mm時監視器頂端沒入下方柜體)；
B.監視器可調仰角范圍－40°～＋40°；
C.監視器能保持在所調節位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度；
F.其余材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計裝置時，需要考慮的是________(在A.學生的身高；B.人流量；C.監視器的功能中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)設備長期使用靈敏度下降，體現了系統的________(在A.整體性；B.相關性；C.動態性；D.目的性中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)設計過程中，不合理的做法是________(在A.盡量多選標準件；B.確定好標準件后繪制標準件的機械加工圖；C.模型制作完成后，要進行技術試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，監視器可用簡單線條表示，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)A (2)C (3)B (4)(5)如圖所示
2.如圖所示是小明為某場地運送工具箱而設計的傳送系統。滾動滑軌A和滾動滑軌B通過支撐板與水泥地面剛連接；滾動滑軌1和滾動滑軌2由多個30 mm間距30 mm的滾軸組成，可將工具箱由位置A(位置C)送到位置B(位置D)；工具箱的大小為長180 mm、寬150 mm、高120 mm；裝置底座上的安裝孔均為12的光孔。工具箱由位置B移動到位置C的裝置未設計。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
①可將工具箱從位置B處移動到位置C處；
②移動過程中工具箱運動平穩可靠；
③采用減速電機驅動(數量不限)；
④整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
⑤其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，工具箱可用簡單線條表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)將裝置底座安裝到水泥地面上時，需要的連接件和安裝工具分別是________和________；
(4)將設計好的裝置安裝完成后進行試驗，其中不合理的是(單選)________。
A.運行裝置，觀察是否可將工具箱由位置B移動至位置C
B.運行裝置，觀察工具箱在移動過程中是否平穩
C.在滾動滑軌A上逐漸添加砝碼觀察滾動滑軌A的承重能力
答案 (1)(2)如圖所示
(3)A F (4)C
3.如圖所示為汽車模型的轉向機構(暫不考慮動力部分)，請幫忙設計方向盤轉動到車輪轉向的傳動裝置，設計要求如下：
(a)方向盤轉軸順時針(或逆時針)轉動時，兩輪向右(或向左)同向轉動；
(b)方向盤轉軸的可轉動范圍為－540°～＋540°，轉向過程中傳動裝置不能出現打滑或卡住的情況；
(c)傳動裝置通過固定孔安裝在底盤上；
(d)通過輪架孔控制傳動裝置控制車輪轉向。
請完成以下任務：
(1)構思并畫出設計草圖(必要時用文字說明)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)在裝置安裝后進行試驗，以下試驗中做法不合理的是(單選)________。
A.轉動方向盤，觀察車輪是否同向轉動
B.轉動方向盤到最大角度，檢測方向盤轉軸轉動范圍是否符合要求
C.來回轉動方向盤，觀察傳動裝置是否出現打滑或卡住的情況
D.運行一段時間后，檢測底盤與輪架之間的連接是否松動
答案 (1)(2) 如圖所示
草圖參考方案1：齒輪－齒條驅動組合
草圖參考方案2：通過齒輪組傳動＋擺動
(3)D
4.學校最近在修建地下車庫，小明發現戶外標準直桿道閘(圖a)總長4000 mm，抬起后高度太高，不適用于地下車庫。小明上網搜索了市面上銷售的折臂道閘(圖b)，每個折臂長2000 mm，能夠在升起過程中完全折疊，使高度降低。小明準備參照折臂道閘的思路，設計一款具有限高功能的道閘，如圖c所示。已知閘箱尺寸為300 mm×300 mm×1000 mm(長×寬×高)，內部可安裝電機、傳動機構等。道閘裝置設計要求如下：
(a)道閘桿總長為4000 mm，可以由2個或多個折臂組裝而成；
(b)道閘桿在升起過程中的最高高度距離地面不大于3000 mm；
(c)道閘桿材料為鋁合金管，可進行鉆孔、鉚接等加工，輔助材料自選；
(d)以減速電機為驅動方式，通過電機的正反轉，帶動裝置升起和下降。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機安裝在閘箱內，可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明想通過試驗驗證方案是否可行，以下做法不合理的是(單選)________。
A.使用軟件繪制三維設計圖進行虛擬試驗，驗證道閘桿是否能夠升起
B.使用木材制作縮小比例的模型，測量電機驅動道閘桿上升過程的最大高度
C.使用真實材料制作原型，測量道閘桿升起后的限高高度
D.將道閘桿安裝完成后，驗證汽車沖撞是否會對道閘桿造成損壞
答案 (1)(2)如圖所示
(3)D
5.如圖所示為小明家中廚房放置廚余垃圾的腳踏式垃圾桶，小明發現放置在地面上的垃圾桶在傾倒廚余垃圾時，不僅需要低身彎腰，而且容易把垃圾倒出桶外，于是想設計一個電動裝置，通過感應能自動將垃圾桶抬升到合適高度并打開桶蓋。請你幫助小明設計該裝置，設計要求如下：
A.通過電機正反轉升降垃圾桶高范圍為40 cm；
B.在高度抬升的同時能自動打開桶蓋；
C.垃圾桶能保持在所調節高度；
D.采用一個減速電機驅動；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(A.觀察日常生活； B.收集和分析信息； C.技術研究和技術試驗)；
(2)設計裝置時可以不考慮的是________(A.垃圾桶的重量；B.地面的材質；C.垃圾桶的寬度)；
(3)設計過程中，下列做法不正確的是________(A.在發現該問題之后直接進行設計分析；B.盡量選用標準件；C.用軟件進行裝置的運動仿真，驗證能否實現功能)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，垃圾桶可用簡單線條表示，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)A (2)B (3)A (4)(5)如圖所示
6.如圖所示為某產品生產線的合格品蓋章系統中的機械部分，它的任務主要為：當前端檢測系統檢測到產品為合格產品時，電機就會轉動，帶動桿件運動，實現蓋章塊在產品上印上合格標識。但原裝置中的傳動桿件年久失修，現需在原結構上重新設計傳動機構，具體情況如下(如圖a，圖b所示)：原裝置只剩下支撐板以及支撐板中的用于固定桿件的銷軸A(要求利用)，導軌D和蓋章E(蓋章以滑塊代替，要求利用)，傳動所需的電機可以安裝在支撐板上的任意位置。
要求如下：
①電機單向轉動能夠實現滑塊上下運動，完成蓋章；
②各連接件連接可靠；
③連接件具有一定的強度和穩定性；
④材料為3 mm厚度的鋼板，可自選輔件。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)從設計角度分析，下列不屬于設計的限制因素為________(A.原有銷軸的直徑；B.電機軸的直徑；C.導軌的直徑；D.滑塊中軸的直徑)；
(2)畫出連接件的設計草圖，必要時用文字說明；
(3)在設計草圖上標注主要尺寸；
(4)在該檢測系統的分析過程中，通過抽象概括建立傳送帶速度、傳動桿件尺寸及電機性能等相互關系，使蓋章在正確的區域進行標識，這屬于________(A.框圖模型；B.數學模型)；
(5)在設計和制作完成后需對連接件進行試驗，其中不合理的是________。
A.發出合格產品的觸發信號，觀察電機是否正常轉動
B.觀察滑塊能否上下運動，并在產品上印上標識
C.施加一定的力，觀察電機及構件是否連接可靠
答案 (1)C (2)(3)如圖所示
(4)B (5)A
7.如圖所示是燒烤店內的手動燒烤架，燒烤架手柄(去除木柄后)軸直徑15 mm，手柄至中心軸間距150 mm，中心軸離地高度約為1200 mm。在烤制食物時需要不斷的搖動手柄翻動食物防止焦糊。小明想將該裝置改為自動翻轉，請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
①采用減速電機帶動該燒烤架；
②電機靠近火源容易引發事故，所以電機安裝位置應在燒烤架中心軸線以下至少200 mm處；
③不得對燒烤架主體作改動(木手柄去除)；
④材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計該裝置機械部分的方案時的限制因素是________(A.燒烤架的木制手柄；B.燒烤網的形狀；C.支架間的距離；D.燒烤時的高溫)；
(2)小明構思好設計方案后，在Solidworks中建立裝置的機械仿真模型，模擬實際工作狀態，讓模型連續反復運動，觀察設計能否滿足要求。小明采用的方法屬于________(A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.強化試驗法)；
(3)畫出該裝置機械部分的設計草圖(對稱機構只需畫出一側，電機用方框表示)，必要時用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)根據設計的一般過程，在設計完畢自動燒烤裝置機械部分后，接下來的工作是________(A.設計分析；B.制作模型或原型；C.優化設計方案)。
答案 (1)D (2)B (3)(4)如圖所示 (5)B
8.小明通過問卷調查方式獲知校話劇社有改進話筒架的需求：通過電機轉動實現話筒隨著表演者的移動而自動跟隨。如圖a所示為報告廳上所用的話筒架，由支撐架、支撐桿(直徑為30 mm)和底座組成，支撐架的放大圖如圖b所示，支撐架與支撐桿鉸連接，小明已經完成電路部分的設計，通過紅外傳感器獲得演唱者的移動信號，傳遞給控制器控制電機轉動，從而實現話筒左右轉動，但與電機連接的機械傳動結構還未完成。請你幫助小明設計連接支撐架與支撐桿的機械結構，具體設計要求如下：
A.電機安裝在支撐桿上，機械結構與支撐架連接牢固，不能破壞支撐桿和支撐架的結構；
B.采用減速電機驅動，通過電機正反轉帶動話筒左右轉動角度范圍－45°～＋45°；
C.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
D.其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.觀察日常生活；B.收集與分析信息；C.技術研究與技術試驗中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)關于電路設計部分，控制器根據紅外傳感器獲得演唱者的移動信號控制電機轉動，從而實現話筒左右轉動，該控制手段的方式是________(在A.人工控制；B.自動控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)小明設計制作完后進行調試，發現話筒架在使用過程不夠穩定，下列提高結構穩定性合理的措施是________(在A.降低支撐桿的高度；B.在支撐桿和底座間安裝一個三角板；C.增大底座的重量中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，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)B (3)C (4)(5)如圖所示
9.小明發現學校大門經常由于各種活動掛上橫幅，妨礙大門的開閉(如圖a所示)。開 門時，需要先取下橫幅，再手動開門，關門后重新把橫幅掛上。于是他想設計一個能自動升降橫幅并同時能將大門打開或關閉的裝置。已知大門為雙開門，門軸頭部為20 mm × 20 mm方頭(如圖b所示)，下方門軸為圓柱形，可轉動；橫幅套筒為金屬材料，截面 直徑如圖d所示。(門的開合和橫幅上升相互獨立，互不干擾)。
請幫助小明設計該裝置的機械部分。設計要求如下：
①能帶動大門的轉動，實現大門的開閉；
②能帶動橫幅上升或下降180 mm；
③采用小型減速電機(如圖c所示)，通過電機正反轉同時實現門的開閉和橫幅的升降；
④具有一定強度和穩定性；
⑤其他材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(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)設計該裝置時，下列因素中不屬于限制因素的是________(在A.通用技術實踐室提供的設備；B.大門的高度；C.橫幅套筒的直徑；D.小明的設計與加工能力中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出傳動機構的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明在傳動機構安裝完成后準備進行測試，其中不合理的是________。
A.啟動電機，觀察開門關門是否順暢
B.啟動電機，觀察橫幅升降是否正常
C.用力拉拽橫幅，觀察是否會從套筒上脫落
答案 (1)B (2)B (3)(4)如圖所示 (5)C
10.小明家安裝了一個簡易家庭影院，投影儀放在桌面上角度調整不方便。為此，小明想設計一個放在桌上的裝置，可以調整投影儀角度。投影儀底面有一個M10的螺紋孔。請你幫助小明設計該裝置。要求如下：
A.投影儀的左右角度范圍－30°～＋30°；
B.投影儀的俯仰角度范圍－30°～＋30°；
C.投影儀能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.裝置結構簡單，穩定可靠；
F.材料自選。
請你完成以下任務：
(1)構思方案時可以不考慮的因素是________(A.投影儀的投影清晰度；B.與投影儀的連接方式；C.投影儀的重量)；
(2)下列不屬于小明在制訂設計方案環節完成的任務是________(A.將構思過程中產生的想法用草圖呈現；B.詢問家人是否需要這個能調整角度的裝置；C.在網絡上搜索能實現角度可調的結構)；
(3)畫出該裝置的設計草圖(電機可用方塊表示，必要時可用文字說明)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)裝置制作完成后，小明準備進行以下技術試驗，其中不合理的是________(A.啟動電機，觀察投影儀的角度能否調節；B.測試裝置是否牢固；C.在投影儀上放置適當質量的重物，觀察該裝置是否變形)。
答案 (1)A (2)B (3)(4)如圖所示
(5)C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 電機類設計
【知識梳理】
電機常考題型有以下11類：
類型1：曲柄類
類型2：三連桿類
類型3：齒輪、齒條類
類型4：螺桿類
類型5：蝸輪、蝸桿類
類型6：錐形輪類
類型7：凸輪類
類型8：棘輪、棘爪類
類型9：槽輪類
類型10：部分齒輪類
類型11：皮帶輪類
【典例突破】
【典例1】 (1· 帶2· 結構)(2023·6月浙江選考)小明從新聞中看到臺風刮倒廣告牌，造成了巨大損失，于是設計了一種如圖所示的分離式廣告牌。兩片廣告牌分別固定在轉軸上，轉軸通過支座安裝在框架內。請幫助小明設計一種驅動兩片廣告牌同步轉動的裝置，能在臺風來臨前將兩片廣告牌轉至水平位置來減小風阻，防止被刮倒，裝置設計要求如下：
(a)兩片廣告牌能同步到θ—0°或θ—90°并保持；
(b)在轉動過程中，裝置平穩可靠；
(c)裝置主體安裝在框架上，框架外側轉軸伸出部分可安裝零件；
(d)采用一個電機驅動。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及的框架和轉軸可用線條表示，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)選擇框架的材料，需要考慮的材料性能主要有(多選)________。
A.耐磨性 B.剛度 C.強度
聽課筆記：
【變式1】 擦拭如圖所示的黑板時，發現擦拭時間長且近距離接觸粉塵，影響健康。于是想設計一種自動擦拭黑板的裝置，小明已經設計好了如圖所示的部分裝置，在黑板的上方安裝了滑軌。黑板的擦拭條A、B已經安裝到滑軌上，沿著滑軌左、右移動時可以起到擦黑板的效果。請你幫助小明設計完成該裝置，設計要求如下：
①擦拭條A、B從最左側和最右側開始反向運動，到最中間后，各自回到起始位置，完成一次擦拭；
②只準使用1個減速電機驅動，利用電機正、反轉或者一個方向轉動實現；
③裝置與擦拭條A、B上的安裝孔連接；
④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)設計該裝置時，下列因素中可以不考慮的是________(在A.安裝方式；B.黑板的長度3000 mm；C.黑板的高度1000 mm中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)根據設計的一般過程，明確設計要求后，接下來小明要做的是________(在A.設計分析；B.收集信息；C.方案構思中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(電機可用方塊表示)；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
【典例2】 (齒輪齒條)某小區為防止大型車輛進入，影響居民安全，設置了如圖所示的車輛限高裝置。小明發現限高裝置對確有需要進入小區的消防車等大型車輛造成阻礙，于是想設計一種橫梁高度可調節的車輛限高裝置。請你幫助小明設計該裝置，要求如下：
①橫梁高度能在2 m到4.5 m之間實現調節；
②橫梁可保持在所調節的高度；
③整個限高裝置具有一定的強度和穩定性，結構簡單，操作方便；
④橫梁高度的調節方式可采用手動或電機驅動；
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)設計該裝置時，下列因素中可以不考慮的是________(在A.立柱的尺寸；B.安裝方式；C.車流量中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(如果采用電機驅動方式，電機可用方塊表示；如果裝置為對稱結構，只需畫出一側)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明在裝置安裝完成后進行試驗，根據大型車輛的高度，在2 m到4.5 m的高度范圍內升降橫梁，觀察裝置調節的可靠性。該試驗的方法屬于________(在A.模擬試驗；B.移植試驗；C.強化試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
聽課筆記：
【變式2】 (2023·4月嘉興二模)小明回家看到稻田里有很多麻雀在吃稻谷(如圖a)，準備設計一個電動稻草人裝置驅趕麻雀。于是自己動手制作了稻草人(如圖b)，購買了一款雙軸直流減速電機(如圖c)。電機由太陽能電池供電，兩根轉軸同步轉動。裝置設計要求如下：
A.用1個如圖c所示的電機驅動稻草人旋轉，同時又能使稻草人在2米長的軌道上作往復直線移動；
B.自動控制電路控制電機的正反轉，從而實現稻草人的往復移動；
C.裝置能穩定放置在稻田中，且不影響水稻的生長；
D.裝置所需的其它材料和零配件自選。
請你設計該裝置的機械部分，完成以下任務：
(1)請根據設計要求構思多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機可用方表示)，并簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案，以下試驗步驟中做法不合理的是(單選)________。
A.搖動裝置，觀察裝置安裝在稻田中是否穩固
B.將自動控制電路安裝到裝置上，并把電機的引線接入電路中
C.啟動電機，觀察稻草人轉動時裝置是否平衡
D.啟動電機，觀察稻草人轉動時作往復直線移動是否靈活可靠
E.啟動電機，用手捧住稻草人，觀察傳動機構能否繼續運轉
F.撰寫試驗報告
【典例3】 (螺桿)(2023·1月浙江選考)小明看到物流配送到小區后﹐都要靠人工將貨物從卡車上卸下來(如圖所示)，當貨物體積或質量較大時，貨物容易滑下來，砸傷搬運人員、損壞貨物。小明準備設計一個具有起重功能的裝置輔助搬運人員將貨物從車廂卸到地面。已知車廂底板離地高度為800 mm，車廂底板至頂板距離為2500 mm。裝置設計要求如下：
(a)能將貨物從車廂底板上卸到地面；
(b)在卸貨過程中裝置運動平穩可靠；
(c)能承載尺寸為800 mm×600 mm×1800 mm(長×寬×高)、質量為100 kg的貨物；
(d)安裝在車廂尾部的底板或側板上﹔
(e)驅動方式不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及的車廂底板或側板用線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝后進行技術試驗，并設計了試驗方案。以下試驗步驟中做法不合理的是(單選)________。
A.準備一個托盤、若干不同質量的砝碼和一只尺寸為800 mm×600 mm×1800 mm(長×寬×高)的開口紙箱
B.將裝置中承載構件(用于裝載貨物的構件)懸空，并鎖定驅動構件
C.將組合好的100 kg砝碼加載到承載構件上，測試裝置的強度是否符合要求，并記錄測試結果
D.將托盤放置在車廂底板上，在托盤上添加一定質量的砝碼，將開口紙箱罩在托盤上并固定，操縱裝置把帶有砝碼和紙箱的托盤從車廂移動到地面，測試裝置運動是否平穩可靠，并記錄測試結果；逐次添加砝碼，重復上述過程，直至托盤與砝碼總質量增加到100 kg
E.撰寫試驗報告
聽課筆記：
【變式3】 (2023·5月臨新兩地)小明在乘坐無障礙公交車時發現司機或者乘客需要手動將斜坡板下翻，非常不方便(如圖a所示)。小明根據此情境準備設計一個斜坡板自動控制模型，利用電機驅動，實現斜坡板自動伸展和收回，小明制作了如圖b所示的模型。請在小明制作的模型基礎上設計該電機傳動裝置。已知斜坡板的尺寸為800 mm×800 mm×10 mm。裝置設計要求如下：
(a)使用斜坡板時能自動展開，不用時可自動收回至收納處；
(b)展開斜坡板后能旋轉至一端與地面接觸；
(c)斜坡板展開使用時，裝置牢固可靠；
(d)斜坡板為木板，允許適當加工；
(e)使用減速電機驅動，其它材料可自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示)，必要時可用文字說明；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明發現問題的途徑是________；
A.觀察日常生活
B.收集和分析信息
C.技術研究和技術試驗
(4)小明設計制作好該裝置，裝配后進行試驗，以下試驗方法中不合理的是________。
A.測試觀察裝置能否正常帶動斜坡板展開
B.斜坡板展開后，用腳踩踏測試斜坡板的承載能力
C.斜坡板展開后，測試能否自動收回到收納處
【典例4】 (X· 型結構)小明觀察到小區車位上安裝的手動地鎖主要有兩種款式(如圖所示)。車輛進出車位時人需要下車，把車位鎖的撐桿放下或撐起，很不方便。于是準備重新設計一款遙控電動地鎖，用遙控器發出開關信號，控制直流電機驅動地鎖的傳動裝置開閉地鎖。請你幫助小馬設計該遙控電動地鎖的機械結構，設計要求如下：
①地鎖安裝在車位的地面上，能防雨，有一定的強度；
②選用可充電電池供電，通過電機的正反轉實現地鎖的打開和關閉；
③地鎖上升(上鎖)后的高度大于400 mm，地鎖下降(開鎖)后的高度小于120 mm；
④所需材料和配件自選。
請完成以下任務：
(1)小明通過觀察日常生活發現了原手動地鎖的問題，提出了設計遙控電動地鎖的設想，主要是為了________(在A.提高地鎖的強度；B.提高車輛的安全性；C.改善人機關系中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)在設計分析時，小明不需要考慮的是________(在A.電池的選用；B.傳動裝置的自鎖性能；C.所需標準件加工工藝中選擇合適的選項，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)要將地鎖固定在車位的混凝土地面上，合適的緊固件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
聽課筆記：
【變式4】 如圖所示為工地上渣土車正在裝載的情景。裝滿渣土后，工人手動蓋上篷布，避免運輸途中的揚塵污染環境，卸載渣土前，工人手動掀起篷布。小明覺得人工操作篷布效率低且辛苦，他打算設計一個自動控制的防揚塵裝置。車箱主體尺寸為560 cm×235 cm×150 cm，車廂外沿各處鋼板均厚2.5 cm。設計要求如下：
①裝置能自動將車廂敞開和覆蓋；
②敞開后要形成盡可能大的敞口便于挖掘機裝載渣土，覆蓋后要盡量不露渣土；
③敞開和覆蓋狀態下，裝置均有較好的強度和穩定性；
④采用電機或液壓桿驅動，材料自選。
請你幫助小明完成該裝置機械部分的設計。
完成以下任務：
(1)設計要求②主要是從________(A.物；B.人；C.環境)的角度考慮的；
(2)構思該裝置機械部分的方案時，可以不考慮的因素是________(A.渣土的成分；B.車廂的尺寸；C.裝料的位置)；
(3)畫出該裝置機械部分的設計草圖，必要時用文字說明；(對稱機構可以只畫出一側，重復結構可以只畫一個單元，電機用方框表示)
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明制訂好設計方案后，在通用技術活動室制作等比例的模型，按照實際工作的狀態，讓模型反復運行，觀察能否滿足設計要求。該試驗方法屬于________(A.虛擬試驗法；B.模擬試驗法；C.強化試驗法)。
【典例5】 (連桿類)小明在觀看《貓和老鼠》動畫時，看到動畫中有一個整點報時的布谷鳥掛鐘，整點時，會有小鳥模型從掛鐘內反復“躍”出。他想利用小型減速電機制作一個類似的裝置，現已完成了木質鳥巢(如圖a)、小鳥模型及其支撐底座(如圖b)的制作，底座鉆有兩個6的通孔，請你幫助小明完成電機與小鳥模型間的機械結構設計，設計要求如下：
A.整點時，小鳥模型能從鳥巢內部經門洞在水平方向上來回伸縮，且伸縮范圍0 mm～50 mm；
B.通過小型減速電機的連續轉動驅動小鳥來回移動，電機固定在鳥巢內部；
C.結構具有一定的強度；
D.材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計該機械結構時，下列尺寸可以不考慮的是________(在A.小鳥模型底座長度50 mm；B.門洞高度80 mm；C.鳥巢底部寬度150 mm；D.底座安裝孔大小6中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)畫出機械部分的設計草圖(電機可用方塊代表)，必要時可用文字說明；
(3)在設計草圖上標注主要尺寸；
(4)小明在電子電路部分裝有一個定時器，當時間處于整點時，定時器發出信號到控制電路，控制電機轉動使小鳥往復運動，同時伴有報時鈴聲響起，該報時控制系統的控制方式為________(在A.開環控制；B.閉環控制；C.人工控制；D.自動控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
(5)小明準備在裝置的機械部分和電路部分制作完成并安裝后進行下列試驗，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“________”處)。
A.將時間設定至整點，觀察小鳥能否正常伸縮
B.用適當的力按壓機械裝置，觀察裝置是否明顯變形
C.用適當的力按壓鳥巢，觀察鳥巢是否明顯變形
聽課筆記：
【變式5】 暑假期間，小明看到爺爺雙手端起竹篩(如圖a上)并左右搖動來篩選農作物，覺得非常辛苦，就利用所學知識設計了一個如圖b所示的自動篩選裝置。竹篩固定在金屬圈中，利用電機(圖a下)帶動直徑10 mm的限位軸1左右平動，進而實現篩選功能，電機轉軸與限位軸1的軸心等高。請你幫助小明設計電機轉軸與限位軸1之間的連接裝置，具體要求如下：
A.連接裝置與限位軸1連接牢固，但不能對限位軸1加工；
B.限位軸1能往復運動，且離電機轉軸距離為70 mm～130 mm；
C.結構簡單，與電機連接牢固；
D.主材為2 mm厚的鋼板，輔料自選。
請完成以下任務：
(1)根據設計的一般過程，下列不屬于小明在制訂設計方案環節完成的任務是________(在A.將構思過程中產生的想法用草圖呈現；B.詢問家人是否需要自動篩選裝置；C.依據一定原則對多個方案進行篩選中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)；
(2)在設計該連接裝置時，會受到各種因素的限制，以下不屬于限制因素的是________(在A.小明的知識儲備；B.小明設計時提出的設計要求；C.金屬圈的厚度中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)；
(3)畫出連接裝置的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接裝置的主要尺寸；
(5)小明構思好設計方案后，按1∶10制作了縮小模型，測試電機不同轉速時限位軸1能否往復運動，并記錄底座的振動情況，用計算機處理相關數據。小明采用的試驗方法屬于________(在A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.強化試驗法中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)。
【典例6】 (蝸輪蝸桿類)住房的樓層高度一般為2.8 m，小明發現安裝燈具的師傅在裝吊燈時，需要幾人合力將吊燈通過梯子送至天花板并托舉著才能完成安裝，如此安裝需要多名操作人員，且燈具容易損壞。于是他想利用通用技術知識設計吊燈安裝輔助裝置，將吊燈放至支架上通過遙控器操控支架上升至天花板，僅需一人即可完成吊燈的安裝。小明已經初步完成吊燈放置架(如圖a所示)、支撐部分及電機固定部分(如圖b所示)的設計。
請你幫助小明設計該裝置的機械傳動部分，設計要求如下：
①支架能上下伸縮，實現將吊燈送至天花板；
②支架處于最低位置時，支架頂端高度應在人體肘高位置，使放置吊燈操作方便(成年人肘高約為1100 mm)；
③采用圖c所示小型減速電機驅動，電機安裝在圖b平臺上，通過電機的正反轉實現支架的上升下降；
④支架上升時在任意位置能可靠停住；
⑤結構穩固可靠；
⑥材料自選。
請完成以下任務：
(1)使用該裝置安裝吊燈，僅需在遙控器上按鍵即可將吊燈送至天花板，無需多人將吊燈托舉著進行安裝，體現了技術具有________(在A.保護人；B.解放人；C.發展人中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)該吊燈安裝輔助裝置不僅可以輔助安裝吊燈，還可以輔助安裝中央空調、投影儀等多種設備，主要考慮了________的因素(在A.人；B.物；C.環境中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出裝置機械部分的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注裝置的主要尺寸；
(5)小明準備在機械裝置安裝后進行以下技術試驗，其中不合理的是________(在A.發出上升下降指令，觀察裝置能否順利上升和下降；B.在吊燈上升過程中，發出停止指令，觀察裝置是否夠能可靠停住；C.多次拆裝支架的機械傳動部分，觀察機械傳動部分拆裝是否方便；D.在支架上端放置10 kg重物，發出上升指令，觀察裝置是否穩固可靠中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
聽課筆記：
【典例7】 (高度＋角度) (2022·6月浙江選考)小明家的電視機擺放在電視柜上(如圖所示)，高度位置不能調整。為了滿足不同姿勢看電視的需要，準備移除電視柜，在墻上安裝一個裝置，電視機通過背面的螺紋孔安裝在裝置上，裝置可帶動電視機升降和俯仰。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.電視機的升降范圍0 mm～600 mm；
B.電視機的俯仰角度范圍－20°～＋20°；
C.電視機能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)設計裝置時，可以不考慮的是________(A.電視機的重量；B.電視機的厚度；C.墻體材料)；
(2)設計裝置時，在考慮裝置可靠性的同時兼顧外觀、成本等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)設計過程中，不合理的做法是________(A.盡量選用標準件；B.完成零件的機械加工圖后，繪制整體結構草圖；C.用軟件進行裝置的運動仿真，驗證能否升降和俯仰)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，電視機可用簡單線條表示，必要時可用文字說明)；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
聽課筆記：
【變式6】 如圖所示是小明的繪畫桌，可手動調節角度，高度不可調整。為了滿足不同姿勢繪畫的需要，準備改造支架與桌面之間的連接裝置，使連接裝置可調節桌面高度和傾斜角度。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.桌面升降范圍0 mm～200 mm；
B.桌面傾角調節范圍0°～80°；
C.桌面能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計裝置時，可以不考慮的因素是________(A.制作該裝置的材料和加工工藝；B.桌面的重量；C.支架的高度)；
(2)設計裝置時，先考慮裝置整體功能的實現方式，再具體考慮其構件的尺寸和強度，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)畫出裝置機械部分的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注裝置的主要尺寸；
(5)小明構思好設計方案后，制作縮小比例的模型，來驗證構思方案是否可調節高度和調節傾斜角度。小明采用的方法屬于________(A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.優選試驗法)。
【典例8】 (角度＋角度)如圖所示是小鄭家的太陽能熱水器帆板安裝示意圖，太陽能帆板固定在支架上，沒有辦法實現跟隨太陽運動，導致轉換效率偏低。小鄭想設計一個裝置，能實現太陽能帆板跟隨太陽運動，并且能保證和太陽光線垂直。設計要求如下：
(1)能跟隨太陽轉動并保持和太陽光線垂直，轉動角度0°～90°；
(2)具有一定的穩定性和強度，帆板和轉動裝置可靠連接；
(3)采用電機驅動，電機軸的直徑為1 cm；
(4)材料自選。
請根據描述和設計要求，完成以下任務：
(1)小鄭發現問題的途徑是________(A.收集與分析信息；B.觀察日常生活；C.技術試驗)；
(2)小鄭提出“能跟隨太陽轉動并保持和太陽光線垂直，轉動角度0°～90°”主要是從______的角度考慮的(A.物；B.人；C.環境)；
(3)小鄭構思好設計方案后，想要研究裝置的各種性能以及人機關系，同時也分析、檢查尺寸干涉情況，構件之間的配合等能否滿足要求。小明應制作________(A.草模；B.結構模型；C.功能模型；D.概念模型)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機用方框表示)，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
聽課筆記：
【變式7】 小明同學發現當馬路口的紅綠燈壞了，交警通常用臨時紅綠燈替代。這種紅綠燈的供電一般采用太陽能充電模式，而且太陽能電池板的角度都是固定的。小明打算帶領他的團隊，通過所學知識把它改為智能光控(追日一太陽能電池板與陽光盡量垂直)裝置，以達到最大化地利用太陽能給太陽能電池充電。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
(a)太陽能電池板可實現0°～90°范圍豎直調節，且可以在任意位置停留；
(b)太陽能電池板可實現0°～90°范圍水平旋轉，且可以在任意位置停留；
(c)采用減速電機驅動(數量不限)；
(d)主材料3 mm厚鋼板，輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明準備在裝置安裝完成后進行以下技術試驗，其中不合理的是(多選)________。
A.在支柱上施加一定的作用力，觀察臨時紅綠燈是否會移動
B.太陽能電池板轉到任意位置，觀察太陽能電池板是否牢固可靠
C.裝置安裝好后，在太陽能電池板邊緣施加一定的力，觀察太陽能電池板是否側翻
【典例9】 (高度＋高度(長度))小明入住高層酒店時，偶然發現工人正在擦拭外窗玻璃(如圖a所示)。小明覺得非常不安全，于是準備設計一個自動擦拭高層外窗玻璃的機械結構。已知外窗面(含外窗玻璃、窗臺)的結構及尺寸如圖b所示，擦拭部件結構如圖c所示，其設計要求如下：
A.結構可穩固安裝在窗臺上，且拆裝方便；
B.結構能帶動擦拭部件上下移動；
C.結構能帶動擦拭部件左右移動；
D.采用減速電機驅動，且數量不限；
E.能擦拭到整個外窗玻璃且效果良好；
F.輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明想通過試驗驗證方案是否可行，以下做法中不合理的是(單選)________。
A.制作傳動結構模型，觀察能否實現其功能
B.結構制作完成后，反復拆裝，觀察其是否方便
C.將裝備安裝在窗臺上，檢測窗戶的抗沖擊能力
聽課筆記：
【變式8】 如圖a所示是小明家客廳茶幾，小明在使用無線充電功能時，發現充電區域位置固定，使用不方便。小明準備重新設計無線充電功能。其中臺板下方有300 mm深的空間。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
a.手機放在臺板上的位置被識別后，裝置能將裝在臺板下方的圖b所示無線充電模塊自動移動到手機下方，無線充電模塊高50 mm；
b.在移動過程中裝置運動平穩可靠；
c.無線充電模塊能移動到800 mm×500 mm的區域的任意位置；
d.裝置安裝在茶幾的木質側板的內側；
e.電機驅動，電機數量不限。
請完成以下任務：
(1)構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及到的茶幾側板用線條表示，電機可用方框表示)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)設計過程中，不合理的做法是(多選)________。
A.明確設計要求后，先設計分析，再收集信息
B.盡量選用標準件
C.繪制完成結構草圖后，開始加工制作
D.用軟件進行裝置的運行仿真，驗證能否移動無線充電裝置到800 mm×500 mm的區域的任意位置
(1)傳動結構設計草圖題的訓練重心需放在設計思維上。多想多總結，積累典型運動的模型，想明白運動的原理。
(2)提高讀題能力。審題的過程中快速提取出關鍵性字詞，加連接什么、實現功能、主要材料、尺寸要求等。
(3)加強對設計題設計要求的分析。傳動結構不僅強調功能的實現，同時也注重連接結構的設計。
(4)了解電機、齒輪、螺桿等機械結構，加深對傳動結構的認識。
(5)合理使用設計畫圖小技巧。如：根據不同的功能分成不同的局部圖，再表明它們的連接方式，也可以體現設計意圖；使用文字說明“零件名＋實現什么功能”，必要時增加放大圖，展示功能及連接細節。
1.小馬看到爸爸開辦的公司由于業務量增多，經常需要對多份文件進行蓋章。小馬準備設計一個自動蓋章裝置，當把文件放到所需位置后，電機自動啟動，帶動印章完成蓋章。如圖所示是小馬定制的鋼印，在鋼印柄部已加工好直徑5 mm的錐坑，用于連接設計的裝置。請你幫助小馬完成機械裝置的設計，設計要求如下：
A.裝置放置在桌面上，能在A4紙合適位置蓋章，A4紙尺寸為210 mm×297 mm；
B.減速電機帶動印章上下移動，移動距離80 mm，蓋章時下移，印章與紙張接觸后停頓，過一定時間后上移返回；
C.印章下移蓋章、停頓、上移返回均由機械裝置完成；
D.所需材料自選。
請完成以下任務：
(1)以下屬于該裝置設計的限制因素是________(A.印章的材料；B.印章大小40；C.印章蓋章時的停頓時間)；
(2)為提高蓋章后的清晰度，以下措施合理的是________(A.在紙張下方放置橡膠軟墊；B.提高減速電機的轉速；C.增大印章上下移動距離)；
(3)在設計構思階段，可以對蓋章裝置各部分功能進行分析，比如傳動裝置，可以找出能實現往復運動的多種方案，最后重新組合，最終篩選后得到符合條件的設計方案，這里應用的主要構思方法是________(A.形態分析法；B.聯想法；C.設問法；D.仿生法)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示)，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
2.如圖1所示是某學校的太陽能路燈，高度位置不能調整，不方便維修人員進行路燈的維護，太陽能板不能自動調節對光角度。圖2為太陽能板的結構示意圖，請你改進該裝置，具體要求如下：
①支架可在立柱上實現升降，范圍0 m～1.5 m；
②可調整太陽能板的對光角度，調節范圍20°～60°；
③保留太陽能路燈的支架；
④采用減速電機驅動(數量不限)；
⑤整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
⑥其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)設計裝置時，可以不考慮的是________(A.立柱與地面的連接方式；B.太陽能板的轉動角度；C.安裝孔的尺寸)；
(2)下列不屬于設計者在制訂設計方案環節完成的任務是________(A.將構思過程中產生的想法用草圖呈現；B.詢問維修人員是否需要這個能調整角度的裝置；C.在網絡上搜索能實現高度可調的傳動結構)；
(3)畫出該裝置的設計草圖(電機可用方塊表示，必要時可用文字說明)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)裝置制作完成后，小明準備進行以下技術試驗，其中不合理的是________(A.啟動電機，觀察太陽能板的角度能否調節；B.啟動電機，觀察支架的高度能否調節；C.在立柱上施加橫向壓力，觀察立柱是否穩定)。
3.如圖所示為李明給某景區設計的防掉落裝置，在實際使用中，李明發現當有東西掉落被繩網兜住后，需人工將網架沿滑桿上拉，拉到頂部后將網架往內旋轉才能取到掉落物品，不太方便，想將該裝置改進為電動控制。李明已設計好控制電路，要求按下對應開關，可自動升降和翻轉，請幫李明設計該電動裝置的機械部分。設計要求如下：
①裝置安裝在巖壁上，距離地面的升降范圍為(－1000 mm，0 mm);
②網架升到地面位置時，可自動往內側翻轉90°；
③裝置牢固可靠，結構簡單；
④裝置采用電機驅動(數量不限);
⑤材料可自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________( 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);
(2)設計裝置時，在考慮裝置可靠性的同時兼顧外觀、安全性等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則);
(3)設計過程中，不合理的做法是________(A.盡量選用標準件；B.完成零件的機械加工圖后，繪制整體結構草圖；C.用軟件進行裝置的運動仿真，驗證能否升降和內翻);
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(如果裝置為對稱結構，只需畫出一側，繩網可不畫);
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
4.大掃除的時候，小明發現黑板和窗戶玻璃的高處、天花板、吊扇風葉等衛生死角特別難清理。主要原因是夠不到，需要站在凳子或課桌上，打掃時存在安全隱患。請完成下列任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在 A.觀察日常生活；B.收集與分析信息；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)小明明確問題時，覺得可以設計如圖a所示的夾具來解決：用夾具夾住黑板擦來清理黑板的高處；用夾具夾住抹布來清理窗戶的高處以及吊扇風葉；用夾具夾住掃把來清理天花板。以下因素小明不需要考慮的是________；
A.最大夾持重量
B.夾片最大張開尺寸W
C.夾片在豎直平面可轉動角度L
D.手持桿長度H
(3)小明決定利用原先如圖b所示的電機部分及夾片，設計成電動夾具。請你幫助小明設計電機與夾片之間的傳動部分，設計要求如下：
①通過傳動結構連接夾片與電機；
②通過電機正反轉能實現夾頭的開合運動；
③結構簡單，與電機連接牢固；
④主材料為2 mm厚的鋼板，輔料自選。
請你幫助小明畫出設計草圖(抄畫圖a不得分)，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)制作完成后，小明對該傳動裝置進行技術試驗，其中不合理的是________。
A.啟動電機，觀察夾具的夾片是否能正常開合
B.啟動電機，測試夾具能否夾緊黑板擦、抹布等
C.啟動電機，測試夾具最大夾持尺寸
D.撥動開關，測試電機是否能夠實現正轉與反轉
5.小明看到父母在家里用如圖所示的顯示屏辦公時，顯示屏的橫豎方向調節操作非常煩瑣。為了解決這個問題，將支撐架從顯示屏拆除，在桌面上放置一個裝置，顯示屏通過背面的螺紋孔安裝到裝置上，裝置可帶動顯示屏運動。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.顯示屏可以旋轉90°并保持在調節后的位置；
B.顯示屏可以升降400 mm并保持在調節后的位置；
C.采用減速電機驅動(數量不限);
D.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
E.其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，顯示屏可用簡單線條表示，必要時可用文字說明);
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)將顯示屏安裝到設計好的裝置上，需要的連接件和安裝工具分別是________和________；
(4)將設計好的裝置安裝完成后進行試驗，其中不合理的是(單選)________。
A.在顯示器上施加一定的力，觀察其與裝置連接是否牢固
B.旋轉顯示屏，觀察是否可旋轉90°并保持在調節后的位置
C.升降顯示屏，觀察是否可升降400 mm并保持在調節后的位置
D.將顯示屏降到最低點，測試穩定性
：課后完成《專題分層精練》 專題18(共148張PPT)
第二部分 技術與設計2
專題18 設計題專題（電機類）
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
01
隨堂達標檢測
02
課時分層演練
03
考點 電機類設計
1
電機常考題型有以下11類：
類型1：曲柄類
類型2：三連桿類
類型3：齒輪、齒條類
類型4：螺桿類
類型5：蝸輪、蝸桿類
類型6：錐形輪類
類型7：凸輪類
類型8：棘輪、棘爪類
類型9：槽輪類
類型10：部分齒輪類
類型11：皮帶輪類
(a)兩片廣告牌能同步到θ—0°或θ—90°并保持；
(b)在轉動過程中，裝置平穩可靠；
(c)裝置主體安裝在框架上，框架外側轉軸伸出部分可安裝零件；
(d)采用一個電機驅動。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及的框架和轉軸可用線條表示，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)選擇框架的材料，需要考慮的材料性能主要有(多選)________。
A.耐磨性 B.剛度 C.強度
答案 (1)(2)如圖所示 (3)BC
【變式1】 擦拭如圖所示的黑板時，發現擦拭時間長且近距離接觸粉塵，影響健康。于是想設計一種自動擦拭黑板的裝置，小明已經設計好了如圖所示的部分裝置，在黑板的上方安裝了滑軌。黑板的擦拭條A、B已經安裝到滑軌上，沿著滑軌左、右移動時可以起到擦黑板的效果。請你幫助小明設計完成該裝置，設計要求如下：
①擦拭條A、B從最左側和最右側開始反向運動，到最中間后，各自回到起始位置，完成一次擦拭；
②只準使用1個減速電機驅動，利用電機正、反轉或者一個方向轉動實現；
③裝置與擦拭條A、B上的安裝孔連接；
④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)；
答案 (1)B (2)C (3)B (4)(5)如圖所示
(3)根據設計的一般過程，明確設計要求后，接下來小明要做的是________(在A.設計分析；B.收集信息；C.方案構思中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(電機可用方塊表示)；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
①橫梁高度能在2 m到4.5 m之間實現調節；
②橫梁可保持在所調節的高度；
③整個限高裝置具有一定的強度和穩定性，結構簡單，操作方便；
④橫梁高度的調節方式可采用手動或電機驅動；
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)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(如果采用電機驅動方式，電機可用方塊表示；如果裝置為對稱結構，只需畫出一側)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明在裝置安裝完成后進行試驗，根據大型車輛的高度，在2 m到4.5 m的高度范圍內升降橫梁，觀察裝置調節的可靠性。該試驗的方法屬于________(在A.模擬試驗；B.移植試驗；C.強化試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如圖所示 (5)A
【變式2】 (2023·4月嘉興二模)小明回家看到稻田里有很多麻雀在吃稻谷(如圖a)，準備設計一個電動稻草人裝置驅趕麻雀。于是自己動手制作了稻草人(如圖b)，購買了一款雙軸直流減速電機(如圖c)。電機由太陽能電池供電，兩根轉軸同步轉動。裝置設計要求如下：
A.用1個如圖c所示的電機驅動稻草人旋轉，同時又能使稻草人在2米長的軌道上作往復直線移動；
B.自動控制電路控制電機的正反轉，從而實現稻草人的往復移動；
C.裝置能穩定放置在稻田中，且不影響水稻的生長；
D.裝置所需的其它材料和零配件自選。
請你設計該裝置的機械部分，完成以下任務：
(1)請根據設計要求構思多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機可用方表示)，并簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.搖動裝置，觀察裝置安裝在稻田中是否穩固
B.將自動控制電路安裝到裝置上，并把電機的引線接入電路中
C.啟動電機，觀察稻草人轉動時裝置是否平衡
D.啟動電機，觀察稻草人轉動時作往復直線移動是否靈活可靠
E.啟動電機，用手捧住稻草人，觀察傳動機構能否繼續運轉
F.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示 (3)E
(a)能將貨物從車廂底板上卸到地面；
(b)在卸貨過程中裝置運動平穩可靠；
(c)能承載尺寸為800 mm×600 mm×1800 mm(長×寬×高)、質量為100 kg的貨物；
(d)安裝在車廂尾部的底板或側板上﹔
(e)驅動方式不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及的車廂底板或側板用線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.準備一個托盤、若干不同質量的砝碼和一只尺寸為800 mm×600 mm×1800 mm
(長×寬×高)的開口紙箱
B.將裝置中承載構件(用于裝載貨物的構件)懸空，并鎖定驅動構件
C.將組合好的100 kg砝碼加載到承載構件上，測試裝置的強度是否符合要求，并記錄測試結果
D.將托盤放置在車廂底板上，在托盤上添加一定質量的砝碼，將開口紙箱罩在托盤上并固定，操縱裝置把帶有砝碼和紙箱的托盤從車廂移動到地面，測試裝置運動是否平穩可靠，并記錄測試結果；逐次添加砝碼，重復上述過程，直至托盤與砝碼總質量增加到100 kg
E.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示
裝置的工作過程：通過手動夾子與手調旋鈕把可升降支柱與汽車底板相連，開動電機調節升降平臺與汽車底板在同一高度，把重物搬到升降平臺后，開動電機使升降平臺下降到最低，放松手動夾子，利用輪子，推到裝置到需要放置重物的地方，通過斜坡把重物搬到地面上。
(3)C
【變式3】 (2023·5月臨新兩地)小明在乘坐無障礙公交車時發現司機或者乘客需要手動將斜坡板下翻，非常不方便(如圖a所示)。小明根據此情境準備設計一個斜坡板自動控制模型，利用電機驅動，實現斜坡板自動伸展和收回，小明制作了如圖b所示的模型。請在小明制作的模型基礎上設計該電機傳動裝置。已知斜坡板的尺寸為800 mm×800 mm×10 mm。裝置設計要求如下：
(a)使用斜坡板時能自動展開，不用時可自動收回至收納處；
(b)展開斜坡板后能旋轉至一端與地面接觸；
(c)斜坡板展開使用時，裝置牢固可靠；
(d)斜坡板為木板，允許適當加工；
(e)使用減速電機驅動，其它材料可自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示)，必要時可用文字說明；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明發現問題的途徑是________；
A.觀察日常生活
B.收集和分析信息
C.技術研究和技術試驗
答案 (1)(2)如圖所示
(3)A (4)B
①地鎖安裝在車位的地面上，能防雨，有一定的強度；
②選用可充電電池供電，通過電機的正反轉實現地鎖的打開和關閉；
③地鎖上升(上鎖)后的高度大于400 mm，地鎖下降(開鎖)后的高度小于120 mm；
④所需材料和配件自選。
請完成以下任務：
(1)小明通過觀察日常生活發現了原手動地鎖的問題，提出了設計遙控電動地鎖的設想，主要是為了________(在A.提高地鎖的強度；B.提高車輛的安全性；C.改善人機關系中選擇合適的選項，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)C (3)(4)如下圖 (5)A
(5)要將地鎖固定在車位的混凝土地面上，合適的緊固件是________(在下列選項中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
【變式4】 如圖所示為工地上渣土車正在裝載的情景。裝滿渣土后，工人手動蓋上篷布，避免運輸途中的揚塵污染環境，卸載渣土前，工人手動掀起篷布。小明覺得人工操作篷布效率低且辛苦，他打算設計一個自動控制的防揚塵裝置。車箱主體尺寸為560 cm×235 cm×150 cm，車廂外沿各處鋼板均厚2.5 cm。設計要求如下：
①裝置能自動將車廂敞開和覆蓋；
②敞開后要形成盡可能大的敞口便于挖掘機裝載渣土，
覆蓋后要盡量不露渣土；
③敞開和覆蓋狀態下，裝置均有較好的強度和穩定性；
④采用電機或液壓桿驅動，材料自選。
請你幫助小明完成該裝置機械部分的設計。
完成以下任務：
(1)設計要求②主要是從________(A.物；B.人；C.環境)的角度考慮的；
(3)畫出該裝置機械部分的設計草圖，必要時用文字說明；(對稱機構可以只畫出一側，重復結構可以只畫一個單元，電機用方框表示)
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)小明制訂好設計方案后，在通用技術活動室制作等比例的模型，按照實際工作的狀態，讓模型反復運行，觀察能否滿足設計要求。該試驗方法屬于________(A.虛擬試驗法；B.模擬試驗法；C.強化試驗法)。
答案 (1)C (2)A (3)(4)如圖所示 (5)B
A.整點時，小鳥模型能從鳥巢內部經門洞在水平方向上來回伸縮，且伸縮范圍0 mm～50 mm；
B.通過小型減速電機的連續轉動驅動小鳥來回移動，電機固定在鳥巢內部；
C.結構具有一定的強度；
D.材料自選。
請完成以下任務：
(2)畫出機械部分的設計草圖(電機可用方塊代表)，必要時可用文字說明；
(3)在設計草圖上標注主要尺寸；
(4)小明在電子電路部分裝有一個定時器，當時間處于整點時，定時器發出信號到控制電路，控制電機轉動使小鳥往復運動，同時伴有報時鈴聲響起，該報時控制系統的控制方式為________(在A.開環控制；B.閉環控制；C.人工控制；D.自動控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
答案 (1)C (2)(3)如下圖 (4)A (5)C
A.將時間設定至整點，觀察小鳥能否正常伸縮
B.用適當的力按壓機械裝置，觀察裝置是否明顯變形
C.用適當的力按壓鳥巢，觀察鳥巢是否明顯變形
【變式5】 暑假期間，小明看到爺爺雙手端起竹篩(如圖a上)并左右搖動來篩選農作物，覺得非常辛苦，就利用所學知識設計了一個如圖b所示的自動篩選裝置。竹篩固定在金屬圈中，利用電機(圖a下)帶動直徑10 mm的限位軸1左右平動，進而實現篩選功能，電機轉軸與限位軸1的軸心等高。請你幫助小明設計電機轉軸與限位軸1之間的連接裝置，具體要求如下：
A.連接裝置與限位軸1連接牢固，但不能對限位軸1加工；
B.限位軸1能往復運動，且離電機轉軸距離為70 mm～130 mm；
C.結構簡單，與電機連接牢固；
D.主材為2 mm厚的鋼板，輔料自選。
請完成以下任務：
(3)畫出連接裝置的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注連接裝置的主要尺寸；
(5)小明構思好設計方案后，按1∶10制作了縮小模型，測試電機不同轉速時限位軸1能否往復運動，并記錄底座的振動情況，用計算機處理相關數據。小明采用的試驗方法屬于________(在A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.強化試驗法中選擇合適的選項，將字母填入“________”處)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如下圖 (5)A
請你幫助小明設計該裝置的機械傳動部分，設計要求如下：
①支架能上下伸縮，實現將吊燈送至天花板；
②支架處于最低位置時，支架頂端高度應在人體肘高位置，使放置吊燈操作方便(成年人肘高約為1100 mm)；
③采用圖c所示小型減速電機驅動，電機安裝在圖b平臺上，通過電機的正反轉實現支架的上升下降；
④支架上升時在任意位置能可靠停住；
⑤結構穩固可靠；
⑥材料自選。
請完成以下任務：
(1)使用該裝置安裝吊燈，僅需在遙控器上按鍵即可將吊燈送至天花板，無需多人將吊燈托舉著進行安裝，體現了技術具有________(在A.保護人；B.解放人；C.發展人中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)該吊燈安裝輔助裝置不僅可以輔助安裝吊燈，還可以輔助安裝中央空調、投影儀等多種設備，主要考慮了________的因素(在A.人；B.物；C.環境中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出裝置機械部分的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注裝置的主要尺寸；
答案 (1)B (2)C (3)(4)如圖所示 (5)C
A.電視機的升降范圍0 mm～600 mm；
B.電視機的俯仰角度范圍－20°～＋20°；
C.電視機能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請你完成以下任務：
(2)設計裝置時，在考慮裝置可靠性的同時兼顧外觀、成本等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，電視機可用簡單線條表示，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)C (3)B (4)(5)見下圖
【變式6】 如圖所示是小明的繪畫桌，可手動調節角度，高度不可調整。為了滿足不同姿勢繪畫的需要，準備改造支架與桌面之間的連接裝置，使連接裝置可調節桌面高度和傾斜角度。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.桌面升降范圍0 mm～200 mm；
B.桌面傾角調節范圍0°～80°；
C.桌面能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請完成以下任務：
(2)設計裝置時，先考慮裝置整體功能的實現方式，再具體考慮其構件的尺寸和強度，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)畫出裝置機械部分的設計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注裝置的主要尺寸；
(5)小明構思好設計方案后，制作縮小比例的模型，來驗證構思方案是否可調節高度和調節傾斜角度。小明采用的方法屬于________(A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.優選試驗法)。
答案 (1)C (2)B (3)(4)如圖所示 (5)A
(1)能跟隨太陽轉動并保持和太陽光線垂直，轉動角度0°～90°；
(2)具有一定的穩定性和強度，帆板和轉動裝置可靠連接；
(3)采用電機驅動，電機軸的直徑為1 cm；
(4)材料自選。
請根據描述和設計要求，完成以下任務：
(1)小鄭發現問題的途徑是________(A.收集與分析信息；B.觀察日常生活；C.技術試驗)；
(2)小鄭提出“能跟隨太陽轉動并保持和太陽光線垂直，轉動角度0°～90°”主要是從______的角度考慮的(A.物；B.人；C.環境)；
(3)小鄭構思好設計方案后，想要研究裝置的各種性能以及人機關系，同時也分析、檢查尺寸干涉情況，構件之間的配合等能否滿足要求。小明應制作________(A.草模；B.結構模型；C.功能模型；D.概念模型)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機用方框表示)，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)B (2)C (3)C (4)(5)如圖所示
【變式7】 小明同學發現當馬路口的紅綠燈壞了，交警通常用臨時紅綠燈替代。這種紅綠燈的供電一般采用太陽能充電模式，而且太陽能電池板的角度都是固定的。小明打算帶領他的團隊，通過所學知識把它改為智能光控(追日一太陽能電池板與陽光盡量垂直)裝置，以達到最大化地利用太陽能給太陽能電池充電。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
(a)太陽能電池板可實現0°～90°范圍豎直調節，且可以在任意位置停留；
(b)太陽能電池板可實現0°～90°范圍水平旋轉，且可以在任意位置停留；
(c)采用減速電機驅動(數量不限)；
(d)主材料3 mm厚鋼板，輔助材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.在支柱上施加一定的作用力，觀察臨時紅綠燈是否會移動
B.太陽能電池板轉到任意位置，觀察太陽能電池板是否牢固可靠
C.裝置安裝好后，在太陽能電池板邊緣施加一定的力，觀察太陽能電池板是否側翻
答案 (1)(2)如圖所示(方案工作過程略) (3)AC
A.結構可穩固安裝在窗臺上，且拆裝方便；
B.結構能帶動擦拭部件上下移動；
C.結構能帶動擦拭部件左右移動；
D.采用減速電機驅動，且數量不限；
E.能擦拭到整個外窗玻璃且效果良好；
F.輔助材料自選。
答案 (1)(2)如圖所示
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.制作傳動結構模型，觀察能否實現其功能
B.結構制作完成后，反復拆裝，觀察其是否方便
C.將裝備安裝在窗臺上，檢測窗戶的抗沖擊能力
設計的裝置，并不要求測試窗戶的抗沖擊能力。
(3)C
【變式8】 如圖a所示是小明家客廳茶幾，小明在使用無線充電功能時，發現充電區域位置固定，使用不方便。小明準備重新設計無線充電功能。其中臺板下方有300 mm深的空間。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
a.手機放在臺板上的位置被識別后，裝置能將裝在臺板下方的圖b所示無線充電模塊自動移動到手機下方，無線充電模塊高50 mm；
b.在移動過程中裝置運動平穩可靠；
c.無線充電模塊能移動到800 mm×500 mm的區域的任意位置；
d.裝置安裝在茶幾的木質側板的內側；
e.電機驅動，電機數量不限。
請完成以下任務：
(1)構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝涉及到的茶幾側板用線條表示，電機可用方框表示)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.明確設計要求后，先設計分析，再收集信息
B.盡量選用標準件
C.繪制完成結構草圖后，開始加工制作
D.用軟件進行裝置的運行仿真，驗證能否移動無線充電裝置到800 mm×500 mm的區域的任意位置
答案 (1)(2)如圖所示 (3)AC
(1)傳動結構設計草圖題的訓練重心需放在設計思維上。多想多總結，積累典型運動的模型，想明白運動的原理。
(2)提高讀題能力。審題的過程中快速提取出關鍵性字詞，加連接什么、實現功能、主要材料、尺寸要求等。
(3)加強對設計題設計要求的分析。傳動結構不僅強調功能的實現，同時也注重連接結構的設計。
(4)了解電機、齒輪、螺桿等機械結構，加深對傳動結構的認識。
(5)合理使用設計畫圖小技巧。如：根據不同的功能分成不同的局部圖，再表明它們的連接方式，也可以體現設計意圖；使用文字說明“零件名＋實現什么功能”，必要時增加放大圖，展示功能及連接細節。
隨堂達標檢測
2
1.小馬看到爸爸開辦的公司由于業務量增多，經常需要對多份文件進行蓋章。小馬準備設計一個自動蓋章裝置，當把文件放到所需位置后，電機自動啟動，帶動印章完成蓋章。如圖所示是小馬定制的鋼印，在鋼印柄部已加工好直徑5 mm的錐坑，用于連接設計的裝置。請你幫助小馬完成機械裝置的設計，設計要求如下：
A.裝置放置在桌面上，能在A4紙合適位置蓋章，A4紙尺寸為210 mm×297 mm；
B.減速電機帶動印章上下移動，移動距離80 mm，蓋章時下移，印章與紙張接觸后停頓，過一定時間后上移返回；
C.印章下移蓋章、停頓、上移返回均由機械裝置完成；
D.所需材料自選。
請完成以下任務：
(2)為提高蓋章后的清晰度，以下措施合理的是________(A.在紙張下方放置橡膠軟墊；B.提高減速電機的轉速；C.增大印章上下移動距離)；
(3)在設計構思階段，可以對蓋章裝置各部分功能進行分析，比如傳動裝置，可以找出能實現往復運動的多種方案，最后重新組合，最終篩選后得到符合條件的設計方案，這里應用的主要構思方法是________(A.形態分析法；B.聯想法；C.設問法；D.仿生法)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示)，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)C (2)A (3)A (4)(5)如圖所示
2.如圖1所示是某學校的太陽能路燈，高度位置不能調整，不方便維修人員進行路燈的維護，太陽能板不能自動調節對光角度。圖2為太陽能板的結構示意圖，請你改進該裝置，具體要求如下：
①支架可在立柱上實現升降，范圍0 m～1.5 m；
②可調整太陽能板的對光角度，調節范圍20°～60°；
③保留太陽能路燈的支架；
④采用減速電機驅動(數量不限)；
⑤整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
⑥其余材料自選。
請你完成以下任務：
(3)畫出該裝置的設計草圖(電機可用方塊表示，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)B (3)(4)如圖所示 (5)C
3.如圖所示為李明給某景區設計的防掉落裝置，在實際使用中，李明發現當有東西掉落被繩網兜住后，需人工將網架沿滑桿上拉，拉到頂部后將網架往內旋轉才能取到掉落物品，不太方便，想將該裝置改進為電動控制。李明已設計好控制電路，要求按下對應開關，可自動升降和翻轉，請幫李明設計該電動裝置的機械部分。設計要求如下：
①裝置安裝在巖壁上，距離地面的升降范圍為
(－1000 mm，0 mm);
②網架升到地面位置時，可自動往內側翻轉90°；
③裝置牢固可靠，結構簡單；
④裝置采用電機驅動(數量不限);
⑤材料可自選。
請完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________( 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);
(2)設計裝置時，在考慮裝置可靠性的同時兼顧外觀、安全性等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則);
(4)畫出設計草圖，必要時可用文字說明(如果裝置為對稱結構，只需畫出一側，繩網可不畫);
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
答案 (1)B (2)C (3)B (4)(5)如圖所示
解析 (1)小明是在實際使用中發現的問題，是觀察日常生活；(2)有外觀、安全性等多個目標的考慮，符合系統分析的綜合性原則；(3)先繪制整體結構草圖，再繪制機械加工圖。
4.大掃除的時候，小明發現黑板和窗戶玻璃的高處、天花板、吊扇風葉等衛生死角特別難清理。主要原因是夠不到，需要站在凳子或課桌上，打掃時存在安全隱患。請完成下列任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在 A.觀察日常生活；B.收集與分析信息；C.技術研究與技術試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
A.最大夾持重量 B.夾片最大張開尺寸W
C.夾片在豎直平面可轉動角度L D.手持桿長度H
(3)小明決定利用原先如圖b所示的電機部分及夾片，設計成電動夾具。請你幫助小明設計電機與夾片之間的傳動部分，設計要求如下：
①通過傳動結構連接夾片與電機；
②通過電機正反轉能實現夾頭的開合運動；
③結構簡單，與電機連接牢固；
④主材料為2 mm厚的鋼板，輔料自選。
請你幫助小明畫出設計草圖(抄畫圖a不得分)，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
A.啟動電機，觀察夾具的夾片是否能正常開合
B.啟動電機，測試夾具能否夾緊黑板擦、抹布等
C.啟動電機，測試夾具最大夾持尺寸
D.撥動開關，測試電機是否能夠實現正轉與反轉
答案 (1)A (2)C (3)(4)如圖所示
(5)D
解析 (1)小明在大掃除的過程中發現的是觀察日常生活；(2)夾片在豎直平面可轉動的角度L對夾具沒有具體要求；(5)D選項測試的是電機的轉動不是夾具的設計要求。
5.小明看到父母在家里用如圖所示的顯示屏辦公時，顯示屏的橫豎方向調節操作非常煩瑣。為了解決這個問題，將支撐架從顯示屏拆除，在桌面上放置一個裝置，顯示屏通過背面的螺紋孔安裝到裝置上，裝置可帶動顯示屏運動。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.顯示屏可以旋轉90°并保持在調節后的位置；
B.顯示屏可以升降400 mm并保持在調節后的位置；
C.采用減速電機驅動(數量不限);
D.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
E.其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，顯示屏可用簡單線條表示，必要時可用文字說明);
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)將顯示屏安裝到設計好的裝置上，需要的連接件和安裝工具分別是________和________；
答案 (1)(2)如圖所示
A.在顯示器上施加一定的力，觀察其與裝置連接是否牢固
B.旋轉顯示屏，觀察是否可旋轉90°并保持在調節后的位置
C.升降顯示屏，觀察是否可升降400 mm并保持在調節后的位置
D.將顯示屏降到最低點，測試穩定性
(3)C E(順序不可顛倒) (4)D
3
課時分層演練
基礎鞏固篇
能力提升篇
1.圖1是啞鈴凳，圖2是啞鈴凳的背面結構示意圖，為了能實現平躺、斜躺訓練模式間的快速轉換功能，小明決定重新設計啞鈴凳背面中的連接支撐件，其中方鋼的截面尺寸為5 cm×5 cm，設計要求如下：
①可實現啞鈴凳靠背0°至45°之間的連續調節，靠背角度可以任意固定；
②采用小型減速電機驅動，通過電機的正反轉實現靠背的轉動；
③原有的結構中允許對方鋼、長鋼條進行鉆孔加工；
④連接支撐件自身的結構強度和穩定性都比較好；
⑤材料以鋼板為主，其他輔助材料自選。
請完成以下任務：
答案 (1)C (2)B (3)B (4)(5)如圖所示
(3)設計要求中提出可實現啞鈴凳靠背0°至45°之間的連續調節，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)畫出該裝置機械部分的設計草圖，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
①可以與角鋼連接
②可以與長鋼條連接
③可以實現角度調節
④任意角度固定：蝸輪蝸桿類
⑤45°角度和兩個長鋼條50 mm間距一分(也可以是其他關鍵標注，45°必須標注)
2.小明是燒烤愛好者，發現燒烤過程中更換炭火需要搬動烤網，費時費力并且燙手。他利用所學的知識設計了如圖a所示的由爐體、烤網組成的燒烤裝置(含局部放大圖)，圖b狀態為烤網離爐體最近，燒烤者位于左側。請在圖c中設計一個電機傳動裝置，實現烤網自動升降。
設計要求：
A.烤網的上下升降的范圍是0 mm～120 mm，水平移動范圍為0 mm～110 mm，烤網升降過程中始終保持水平，且上升時遠離燒烤者(方便更換炭火)；
B.不得在原構件中進行鉆孔、鋸割等操作；
C.采用雙向減速電機驅動，電機安裝位置見圖a所示；
D.主要材料為寬度30 mm，厚度為3 mm的扁鋼或30 mm×30 mm×3 mm(其中3 mm表示厚度)的角鋼，材料長度不限，其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)小明提出“烤網上升過程中始終保持水平”，主要是從________的角度考慮的(從A.物；B.人；C.環境中選擇一個恰當的選項填入“________”中);
(4)在圖c中畫出該電動傳動裝置的設計草圖(電機可用方塊表示)，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)A (3)C (4)(5)如圖所示
3.隨著快遞行業的飛速發展，傳統的人力配送受地面交通影響，存在經常延誤和配送效率低下的問題。以無人機為技術基礎的智能配送無人機能夠有效解決小件物品的物流運輸問題。在完成其他部分的設計和制作后，小明打算設計一款安裝在無人機下底板的抓取裝置。設計要求如下：
①裝置能抓取長和寬都在100 mm～200 mm范圍，高度小于200 mm的方形小件物品；
②采用一臺安裝于無人機下底板的電機(電機固定在圖2的虛線框內)來驅動抓取裝置；
③無人機飛行過程中，物品能被抓取裝置可靠固定，不至于中途掉落；
④無人機下底板尺寸如圖2所示，其中四個M6螺紋孔用于安裝該抓取裝置；
⑤材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(2)設計抓取裝置時，在考慮其可靠性的同時兼顧外觀、成本等，體現了系統分析的________(A.科學性原則；B.整體性原則；C.綜合性原則)；
(3)畫出該抓取裝置的設計草圖(電機可用方框表示，無人機及下底板可用簡單線條表示，必要時可用文字說明)；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)按照設計的一般過程，小明在完成設計草圖的繪制后，還需要進行的環節中，不包括________(A.繪制抓取裝置與無人機的裝配圖；B.詢問快遞公司是否需要智能配送無人機；C.編寫無人機及抓取裝置的使用說明書)。
答案 (1)B (2)C (3)(4)如圖所示 (5)B
4.如圖所示是方便輪椅上下公交車的翻轉踏板。小明發現每次使用時需要司乘人員人工翻下，有所不便，為此小明對踏板重新設計，實現駕駛室一鍵控制。已知公交車車門打開后凈寬為750 mm，車廂地板離地高度為300 mm。設計要求如下：
(a)裝置在使用時平穩；
(b)使用后可靠收回，且不影響車門開關；
(c)能供最大寬度為700 mm的輪椅通行；
(d)驅動方式不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(裝置安裝設計到的車門地板或車底用線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.準備若干不同質量的重物和一個合適尺寸的輪椅
B.裝置安裝后觀察是否影響車門開關
C.運行裝置，測試是否能正常展開收起
D.請一名志愿者站在裝置上，測試裝置的強度是否符合要求
E.打開裝置測試輪椅是否能夠正常上下車
F.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示
(3)D
5.小明發現圖書館管理員在整理書籍時，將書斗(圖a)從書架的第一層移到第五層較困難且容易被砸傷。小明準備設計一個具有起重功能的裝置輔助管理員將書斗從書架的第一層搬運到第五層。已知書架各尺寸如圖b所示。裝置設計要求如下：
①能將書斗從第一層書架搬運到第五層書架；
②在搬運過程中書斗移動平穩可靠；
③具有一定穩固性，能承載質量為10 kg的書斗(含書籍質量)；
④裝置放置在地面上，可根據需要被推到不同的書架前，移動方便；
⑤驅動方式不限。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明準備采用圖c中的抓取機構拿取書斗，請你幫助小明設計裝置的剩余部分，畫出裝置機械部分的設計草圖(抓取機構可用簡單線條表示，如果采用電機驅動，電機可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.運行該裝置，觀察是否可將書斗由書架的第一層搬運至第六層
B.推動并轉移裝置的位置，觀察是否移動方便
C.將抓取書斗后的抓取機構調至最低點，測試該裝置的穩定性
答案 (1)(2)如圖所示 (3)C
6.如圖所示為小明家的衣柜，小紅發現上層掛衣桿位置偏高，取放衣服不方便，她想設計一款升降式掛衣桿，衣柜采用木料制作，掛衣桿采用外徑為24 mm，厚度為2 mm的鋁合金鋼管，衣柜進深60 cm。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，具體設計要求如下：
①機械裝置可固定于衣柜內部；
②取衣物時，機械裝置能帶動掛衣桿下降，
掛衣桿高度能在1000 mm到2100 mm之間調節，
運動時平穩可靠；
③掛衣桿在最高處時，整體結構穩固，能承重
20件以上的衣服；
④該機械裝置的驅動方式不限；
⑤材料自選。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(如果采用電機驅動，電機可用方塊表示；如果裝置為對稱結構，只需畫出一側)，必要時用文字說明；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.準備若干個抽繩口袋，口袋中裝入不同質量的砝碼(每個口袋質量約等同一件衣服質量)
B.將25個口袋同時掛在掛衣桿上，觀察掛衣桿在最高處時的承載能力及裝置的穩固情況
C.將10個口袋掛在掛衣桿上，觀察掛衣桿在最低處時的承載能力及裝置的穩固情況
D.操控裝置，測試裝置運動是否平穩可靠，并記錄測試結果；逐漸添加砝碼，重復上述過程，直至掛到25個口袋
E.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示 (3)B
7.小明設計了如圖a所示的吊蘭支架，一個支架可以懸掛四盆吊蘭。現準備將支架安裝到陽臺。由于陽光照射方位的變化，為增加吊蘭的光照時間。小明準備設計一個裝置，能夠使吊蘭支架運動到三個不同的位置(如圖b所示)。已知陽臺長2000 mm，寬1000 mm。裝置設計要求如下：
(a)裝置連接吊蘭支架，能夠承重四盆吊蘭并可靠運行；
(b)能將吊蘭支架由位置1旋轉90度到位置2，并能原路返回；
(c)能將吊蘭支架由位置2直線運動到位置3，并能原路返回；
(d)安裝在陽臺橫梁上；
(e)采用減速電機驅動。
請完成以下任務：
(1)構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(安裝涉及的橫梁用線條表示，電機用長方體表示，可以簡要說明方案的工作過程)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.準備四個空花盆、若干不同質量的砝碼、掛鉤
B.將四個空花盆掛在吊蘭支架上，在花盆中逐漸添加一定質量的砝碼，直到達到四盆吊蘭的重量，觀察并記錄測試結果
C.接通電機電源，觀察吊蘭支架能否平穩的由位置1運行到位置2，再由位置2運行到位置3
D.接通電源使電機反轉，使吊蘭支架由位置3運行回位置1，如果在此過程中裝置卡住，應該馬上將四個花盆取下，排除故障后重試
E.撰寫試驗報告
答案 (1)(2)如圖所示 (3)D
8.小明在通用技術實踐室進行鋸割操作時，發現鋼鋸手動操作費時費力，為此小明想設計一款電動鋸割裝置。如圖a是小明構思的初步方案，請你完善裝置，要求如下：
圖a
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)鋸割時，為了對鋼鋸下方的工件產生一定下壓力，需要在圖b所示的位置安裝一彈簧，以下彈簧最合適的是________；
答案 (1)C (2)A (3)(4) 如圖所示
(3)畫出該裝置的設計草圖，簡要說明方案的工作過程；
(4)設計草圖上標注主要尺寸。
9.如圖a所示為校園里的一處臺階，圖b為其截面和尺寸圖。小明發現該處缺少無障礙通道。他想利用所學知識設計一個自動控制的升降裝置，大致安裝在圖b的虛線框區域，供輪椅進出。輪椅的載重考慮150 kg，尺寸考慮1040 mm×650 mm×
510 mm(長×寬×高)。
裝置設計要求如下：
(a)能負載輪椅的升降；
(b)不論在上面還是地面，裝置均可供輪椅水平地駛入和駛出；
(c)裝置不運行時處于隱藏收納狀態，不影響地面的平整和臺階的正常通行(與圖 a 相比)；
(d)允許對地面進行適當改造，但不得破壞臺階和墻體；
(e)驅動裝置不限。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖，突出表達整體構思，并簡述裝置的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
(3)小明在制訂好設計方案后，計劃在電腦上繪制圖樣，借用學校的3D 打印機制作功能模型，然后對打印作品進行穩固性測試和功能模擬試驗。他了解到與該打印機可能匹配的材料有下列五種。僅從性能判斷，最適合的兩種材料是(雙選)________。
答案 (1)(2)如圖所示 (3)BC
10.小明家里有一個如圖a所示站立式辦公桌，其中立柱、底座是金屬鋼管，桌板大小為60 cm×52 cm×1 cm。他發現只能手動調節高度和角度(桌板角度調節結構如圖b所示)，使用時很不方便。他想通過所學知識把它改為電動控制。請你幫助小明設計該裝置的機械部分，不能在原有機構上加工。設計要求如下：
A.立柱的可升降范圍為37 cm，且可以在
任意位置停留；
B.桌面可以實現0°～ 45°范圍調節，且可
以在任意位置停留；
C.電機數量不限；
D.材料不限。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明發現這個問題的途徑是________(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，填入________處)；
答案 (1)B (2)A (3)A (4)(5)如圖所示
(4)畫出支撐桿升降和桌子角度可調節的連接件，必要時用文字說明；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
1.小明發現某小學校園門口的人臉識別監視器高度角度固定，低年級的小學生入校要踮起腳尖才能進行人臉識別，高年級的學生入校時要彎腰進行人臉識別，非常不便。且監視器長期風吹日曬，降低了使用壽命。因此小明打算設計一個裝置，可以使監視器在不同年級的不同入校時段進行高度角度調整；在周末、暑假、夜間等監視器不使用的時間，監視器可以自動收納到下方的柜體內，以延長其使用壽命。請你幫助小明設計該裝置，具體要求如下：
A.監視器升降高度范圍0 mm～500 mm(0 mm時監視器頂端沒入下方柜體)；
B.監視器可調仰角范圍－40°～＋40°；
C.監視器能保持在所調節位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度；
F.其余材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計裝置時，需要考慮的是________(在A.學生的身高；B.人流量；C.監視器的功能中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)設備長期使用靈敏度下降，體現了系統的________(在A.整體性；B.相關性；C.動態性；D.目的性中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
答案 (1)A (2)C (3)B (4)(5)如圖所示
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，監視器可用簡單線條表示，必要時可用文字說明)；
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
①可將工具箱從位置B處移動到位置C處；
②移動過程中工具箱運動平穩可靠；
③采用減速電機驅動(數量不限)；
④整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
⑤其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，工具箱可用簡單線條表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在設計草圖上標注主要尺寸；
(3)將裝置底座安裝到水泥地面上時，需要的連接件和安裝工具分別是________和________；
A.運行裝置，觀察是否可將工具箱由位置B移動至位置C
B.運行裝置，觀察工具箱在移動過程中是否平穩
C.在滾動滑軌A上逐漸添加砝碼觀察滾動滑軌A的承重能力
答案 (1)(2)如圖所示
(3)A F (4)C
3.如圖所示為汽車模型的轉向機構(暫不考慮動力部分)，請幫忙設計方向盤轉動到車輪轉向的傳動裝置，設計要求如下：
(a)方向盤轉軸順時針(或逆時針)轉動時，兩輪向右(或向左)同向轉動；
(b)方向盤轉軸的可轉動范圍為－540°～＋540°，轉向過程中傳動裝置不能出現打滑或卡住的情況；
(c)傳動裝置通過固定孔安裝在底盤上；
(d)通過輪架孔控制傳動裝置控制車輪轉向。
請完成以下任務：
(1)構思并畫出設計草圖(必要時用文字說明)；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
A.轉動方向盤，觀察車輪是否同向轉動
B.轉動方向盤到最大角度，檢測方向盤轉軸轉動范圍是否符合要求
C.來回轉動方向盤，觀察傳動裝置是否出現打滑或卡住的情況
D.運行一段時間后，檢測底盤與輪架之間的連接是否松動
答案 (1)(2) 如圖所示
草圖參考方案1：齒輪－齒條驅動組合
草圖參考方案2：通過齒輪組傳動＋擺動
(3)D
4.學校最近在修建地下車庫，小明發現戶外標準直桿道閘(圖a)總長4000 mm，抬起后高度太高，不適用于地下車庫。小明上網搜索了市面上銷售的折臂道閘(圖b)，每個折臂長2000 mm，能夠在升起過程中完全折疊，使高度降低。小明準備參照折臂道閘的思路，設計一款具有限高功能的道閘，如圖c所示。已知閘箱尺寸為300 mm×300 mm×1000 mm(長×寬×高)，內部可安裝電機、傳動機構等。道閘裝置設計要求如下：
(a)道閘桿總長為4000 mm，可以由2個或多個折臂組裝而成；
(b)道閘桿在升起過程中的最高高度距離地面不大于3000 mm；
(c)道閘桿材料為鋁合金管，可進行鉆孔、鉚接等加工，輔助材料自選；
(d)以減速電機為驅動方式，通過電機的正反轉，帶動裝置升起和下降。
請完成以下任務：
(1)在頭腦中構思符合設計要求的多個方案，畫出其中最優方案的設計草圖(電機安裝在閘箱內，可用方框表示)，簡要說明方案的工作過程；
(2)在草圖上標注主要尺寸；
答案 (1)(2)如圖所示
A.使用軟件繪制三維設計圖進行虛擬試驗，驗證道閘桿是否能夠升起
B.使用木材制作縮小比例的模型，測量電機驅動道閘桿上升過程的最大高度
C.使用真實材料制作原型，測量道閘桿升起后的限高高度
D.將道閘桿安裝完成后，驗證汽車沖撞是否會對道閘桿造成損壞
(3)D
5.如圖所示為小明家中廚房放置廚余垃圾的腳踏式垃圾桶，小明發現放置在地面上的垃圾桶在傾倒廚余垃圾時，不僅需要低身彎腰，而且容易把垃圾倒出桶外，于是想設計一個電動裝置，通過感應能自動將垃圾桶抬升到合適高度并打開桶蓋。請你幫助小明設計該裝置，設計要求如下：
A.通過電機正反轉升降垃圾桶高范圍為40 cm；
B.在高度抬升的同時能自動打開桶蓋；
C.垃圾桶能保持在所調節高度；
D.采用一個減速電機驅動；
E.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
F.其余材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(A.觀察日常生活； B.收集和分析信息； C.技術研究和技術試驗)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，垃圾桶可用簡單線條表示，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)A (2)B (3)A (4)(5)如圖所示
6.如圖所示為某產品生產線的合格品蓋章系統中的機械部分，它的任務主要為：當前端檢測系統檢測到產品為合格產品時，電機就會轉動，帶動桿件運動，實現蓋章塊在產品上印上合格標識。但原裝置中的傳動桿件年久失修，現需在原結構上重新設計傳動機構，具體情況如下(如圖a，圖b所示)：原裝置只剩下支撐板以及支撐板中的用于固定桿件的銷軸A(要求利用)，導軌D和蓋章E(蓋章以滑塊代替，要求利用)，傳動所需的電機可以安裝在支撐板上的任意位置。
要求如下：
①電機單向轉動能夠實現滑塊上下運動，完成蓋章；
②各連接件連接可靠；
③連接件具有一定的強度和穩定性；
④材料為3 mm厚度的鋼板，可自選輔件。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(1)從設計角度分析，下列不屬于設計的限制因素為________(A.原有銷軸的直徑；B.電機軸的直徑；C.導軌的直徑；D.滑塊中軸的直徑)；
(2)畫出連接件的設計草圖，必要時用文字說明；
(3)在設計草圖上標注主要尺寸；
(4)在該檢測系統的分析過程中，通過抽象概括建立傳送帶速度、傳動桿件尺寸及電機性能等相互關系，使蓋章在正確的區域進行標識，這屬于________(A.框圖模型；B.數學模型)；
答案 (1)C (2)(3)如圖所示
A.發出合格產品的觸發信號，觀察電機是否正常轉動
B.觀察滑塊能否上下運動，并在產品上印上標識
C.施加一定的力，觀察電機及構件是否連接可靠
(4)B (5)A
7.如圖所示是燒烤店內的手動燒烤架，燒烤架手柄(去除木柄后)軸直徑15 mm，手柄至中心軸間距150 mm，中心軸離地高度約為1200 mm。在烤制食物時需要不斷的搖動手柄翻動食物防止焦糊。小明想將該裝置改為自動翻轉，請你幫助小明設計該裝置的機械部分，設計要求如下：
①采用減速電機帶動該燒烤架；
②電機靠近火源容易引發事故，所以電機安裝位置應在燒烤架中心軸線以下至少200 mm處；
③不得對燒烤架主體作改動(木手柄去除)；
④材料自選。
請完成以下任務：
(1)設計該裝置機械部分的方案時的限制因素是________(A.燒烤架的木制手柄；B.燒烤網的形狀；C.支架間的距離；D.燒烤時的高溫)；
(2)小明構思好設計方案后，在Solidworks中建立裝置的機械仿真模型，模擬實際工作狀態，讓模型連續反復運動，觀察設計能否滿足要求。小明采用的方法屬于________(A.模擬試驗法；B.虛擬試驗法；C.強化試驗法)；
(3)畫出該裝置機械部分的設計草圖(對稱機構只需畫出一側，電機用方框表示)，必要時用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
(5)根據設計的一般過程，在設計完畢自動燒烤裝置機械部分后，接下來的工作是________(A.設計分析；B.制作模型或原型；C.優化設計方案)。
答案 (1)D (2)B (3)(4)如圖所示 (5)B
8.小明通過問卷調查方式獲知校話劇社有改進話筒架的需求：通過電機轉動實現話筒隨著表演者的移動而自動跟隨。如圖a所示為報告廳上所用的話筒架，由支撐架、支撐桿(直徑為30 mm)和底座組成，支撐架的放大圖如圖b所示，支撐架與支撐桿鉸連接，小明已經完成電路部分的設計，通過紅外傳感器獲得演唱者的移動信號，傳遞給控制器控制電機轉動，從而實現話筒左右轉動，但與電機連接的機械傳動結構還未完成。請你幫助小明設計連接支撐架與支撐桿的機械結構，具體設計要求如下：
A.電機安裝在支撐桿上，機械結構與支撐架連接牢固，不能破壞支撐桿和支撐架的結構；
B.采用減速電機驅動，通過電機正反轉帶動話筒左右轉動角度范圍－45°～＋45°；
C.整個裝置結構簡單，具有一定的強度和穩定性；
D.其余材料自選。
請你完成以下任務：
(1)小明發現問題的途徑是________(在A.觀察日常生活；B.收集與分析信息；C.技術研究與技術試驗中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)關于電路設計部分，控制器根據紅外傳感器獲得演唱者的移動信號控制電機轉動，從而實現話筒左右轉動，該控制手段的方式是________(在A.人工控制；B.自動控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
答案 (1)B (2)B (3)C (4)(5)如圖所示
(3)小明設計制作完后進行調試，發現話筒架在使用過程不夠穩定，下列提高結構穩定性合理的措施是________(在A.降低支撐桿的高度；B.在支撐桿和底座間安裝一個三角板；C.增大底座的重量中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)畫出該裝置機械部分的設計草圖(電機可用方框表示，必要時可用文字說明);
(5)在設計草圖上標注主要尺寸。
9.小明發現學校大門經常由于各種活動掛上橫幅，妨礙大門的開閉(如圖a所示)。開 門時，需要先取下橫幅，再手動開門，關門后重新把橫幅掛上。于是他想設計一個能自動升降橫幅并同時能將大門打開或關閉的裝置。已知大門為雙開門，門軸頭部為20 mm × 20 mm方頭(如圖b所示)，下方門軸為圓柱形，可轉動；橫幅套筒為金屬材料，截面 直徑如圖d所示。(門的開合和橫幅上升相互獨立，互不干擾)。
請幫助小明設計該裝置的機械部分。設計要求如下：
①能帶動大門的轉動，實現大門的開閉；
②能帶動橫幅上升或下降180 mm；
③采用小型減速電機(如圖c所示)，通過電機正反轉同時實現門的開閉和橫幅的升降；
④具有一定強度和穩定性；
⑤其他材料自選。
請根據描述和設計要求完成以下任務：
(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，必要時可用文字說明；
(4)在設計草圖上標注主要尺寸；
A.啟動電機，觀察開門關門是否順暢
B.啟動電機，觀察橫幅升降是否正常
C.用力拉拽橫幅，觀察是否會從套筒上脫落
答案 (1)B (2)B (3)(4)如圖所示 (5)C
10.小明家安裝了一個簡易家庭影院，投影儀放在桌面上角度調整不方便。為此，小明想設計一個放在桌上的裝置，可以調整投影儀角度。投影儀底面有一個M10的螺紋孔。請你幫助小明設計該裝置。要求如下：
A.投影儀的左右角度范圍－30°～＋30°；
B.投影儀的俯仰角度范圍－30°～＋30°；
C.投影儀能保持在所調節的位置；
D.采用減速電機驅動(數量不限)；
E.裝置結構簡單，穩定可靠；
F.材料自選。
請你完成以下任務：
(5)C
答案 (1)A (2)B (3)(4)如圖所示
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