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專題17　設(shè)計題專題(連接件類、整體結(jié)構(gòu)類)
【基礎(chǔ)鞏固篇】
1.如圖所示為一院子的大門，門板兩側(cè)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(zhǔn)備了兩塊材料、大小相同的木塊(如圖丙)，請你幫助設(shè)計連接件，設(shè)計要求如下：
①左右虛框內(nèi)的連接件對稱，設(shè)計時只需畫出一側(cè)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(jù)描述與設(shè)計要求完成以下任務(wù)：
(1)畫出連接件的設(shè)計草圖，必要時可用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標(biāo)注主要尺寸；
(3)設(shè)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(shù)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(fù)取放門閂，測試是否方便及產(chǎn)生碰撞中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
2.小明在家里燒菜時發(fā)現(xiàn)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(wèi)生，因此想設(shè)計一個能夠?qū)㈠伾w豎直放置的結(jié)構(gòu)，小明在對鍋蓋的數(shù)據(jù)進行了測量和收集后，發(fā)現(xiàn)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(jù)所學(xué)的知識提出以下設(shè)計要求：
①能使鍋蓋保持豎直方向，放取方便；
②有一定的穩(wěn)定性；
③能適應(yīng)不同大小的鍋蓋，鍋蓋的底部始終靠在結(jié)構(gòu)底部；
④材料用40 mm寬，3 mm厚的鋼板。
根據(jù)題意，請完成以下幾小題。
(1)小明在發(fā)現(xiàn)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(shù)研究和技術(shù)試驗選擇一項，將序號填入空格中)；
(2)請用草圖畫出你的設(shè)計方案，必要時可用文字說明；
(3)在設(shè)計方案中標(biāo)出相關(guān)尺寸；
(4)在設(shè)計方案出來后，小明請同學(xué)們來進行討論，想對方案進行優(yōu)化，以下優(yōu)化措施不合理的是________、________(在①在鍋蓋放置時的底部處設(shè)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(nèi)冷卻；③用厚度更大鋼板增加結(jié)構(gòu)的強度；④用不銹鋼板代替普通鋼板增加環(huán)境適應(yīng)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)。
3.小明發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)動，十分不方便。于是決定設(shè)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(cè)墻上，轉(zhuǎn)軸離地1.2 m，陽臺側(cè)墻寬1.8 m。手柄和搖臂帶動轉(zhuǎn)軸順、逆時針轉(zhuǎn)時分別收鋼絲(晾衣桿上升)和放鋼絲(晾衣桿下降)，不轉(zhuǎn)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(shè)計該裝置，具體設(shè)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(jié)構(gòu)；
④材料自選。
請完成以下任務(wù)：
(1)小明制訂了一份設(shè)計計劃，其中包括①方案構(gòu)思；②設(shè)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(wù)，根據(jù)設(shè)計的一般過程，這六項任務(wù)的合理時序應(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計草圖(重點表達具體設(shè)計要求的實現(xiàn))，必要時可以用文字說明；
(4)在設(shè)計草圖上標(biāo)注主要尺寸；
(5)傳動機構(gòu)制作好之后，小明想制訂幾個評價指標(biāo)，讓王大爺在使用后進行量化評分，以研究產(chǎn)品的進一步優(yōu)化。下列指標(biāo)中不合理的是________(在A.操作性；B.美觀；C.環(huán)保性；D.加工熟練度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
【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(diào)查發(fā)現(xiàn)該酒精爐調(diào)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(zhuǎn)旋鈕方式，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕時，擋板能打開或合攏。小明對原結(jié)構(gòu)已做了如下改進：用一顆自調(diào)螺絲充當(dāng)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(diào)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(jié)構(gòu)如圖2所示。請幫助小明設(shè)計撥片尾端與旋鈕螺栓之間的連接件，設(shè)計要求如下：
①能夠通過轉(zhuǎn)動旋鈕來調(diào)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(wù)：
(1)畫出設(shè)計方案草圖，標(biāo)注主要尺寸；
(2)小明發(fā)現(xiàn)問題的途徑是________(在A.觀察日常生活；B.收集信息；C.技術(shù)研究與試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)將調(diào)節(jié)方式由撥動改為轉(zhuǎn)動，主要考慮了________的因素(在A.物；B.人；C.環(huán)境中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)將設(shè)計好的連接件加工并安裝好后，為了檢驗是否達到設(shè)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(zhuǎn)動旋鈕，觀察連接件是否會松動
B.來回轉(zhuǎn)動旋鈕，觀察擋板能否打開或關(guān)閉
C.旋鈕停止轉(zhuǎn)動后，觀察擋板能否可靠固定位置
2.小明發(fā)現(xiàn)報告廳里的木質(zhì)講臺桌板無法調(diào)節(jié)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(xiàn)講臺桌板角度可調(diào)，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(nèi)側(cè)，如圖所示。請你幫他設(shè)計手搖柄與講臺桌板間的傳動機構(gòu)，設(shè)計要求如下：
①搖動手搖柄可實現(xiàn)講臺桌板0°～45°角度調(diào)節(jié)；
②傳動機構(gòu)操作方便，運轉(zhuǎn)流暢；
③桌板調(diào)節(jié)后可固定，且能承受一定的壓力；
④傳動機構(gòu)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(wù)：
(1)小明發(fā)現(xiàn)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(shù)研究與技術(shù)試驗中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)設(shè)計分析時，不需要考慮的是________(在A.講臺桌板下方內(nèi)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(chǎn)品中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)畫出傳動機構(gòu)的設(shè)計草圖，必要時用文字說明；
(4)在設(shè)計草圖上標(biāo)注主要尺寸；
(5)小明在設(shè)計和制作完成后需對傳動機構(gòu)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(diào)節(jié)角度是否達到45°
B.調(diào)節(jié)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(fā)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(gòu)的運轉(zhuǎn)是否可靠、流暢
3.小明同學(xué)在設(shè)計賽車模型時，被轉(zhuǎn)彎控制難住了。如圖1是設(shè)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(zhuǎn)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(xì)結(jié)構(gòu)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(tài)下2孔圓心距為20 mm，現(xiàn)在請你幫助小明設(shè)計舵盤和連桿的連接裝置。設(shè)計要求如下：
①穩(wěn)定連接舵盤和連桿；
②舵盤正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時能帶動兩個前輪均繞著銷軸2同步正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能；
③轉(zhuǎn)彎時兩前輪轉(zhuǎn)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(wù)：
(1)小明發(fā)現(xiàn)問題的途徑是________(在A.收集信息；B.觀察日常生活；C.技術(shù)試驗與技術(shù)研究中選擇合適的選項，將序號填入________處)；
(2)設(shè)計完成后小明使用遙控控制模型左轉(zhuǎn)彎右轉(zhuǎn)彎的過程屬于________(在A.開環(huán)控制；B.閉環(huán)控制中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)根據(jù)題目要求畫出設(shè)計草圖，必要時可用文字說明；
(4)在設(shè)計草圖上標(biāo)注連接件的主要尺寸；
(5)在連接件設(shè)計完并制作安裝結(jié)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(zhuǎn)彎
B.觀察轉(zhuǎn)彎時左右輪轉(zhuǎn)動幅度是否基本一致
C.觀察轉(zhuǎn)彎時左右輪轉(zhuǎn)速是否有微小差別，從而滿足轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)速要求
D.在裝置上適當(dāng)施加一定的力，觀察裝置是否牢固
4.小明發(fā)現(xiàn)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(nèi)部尺寸為：寬77 mm×深350 mm×高550 mm，并準(zhǔn)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(nèi)。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(xiàn)需要設(shè)計一個拉籃移動裝置，設(shè)計要求為：
①能將拉籃安裝在櫥柜內(nèi)，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(tài)；
③結(jié)構(gòu)可靠，移動靈活；
④所需材料和配件自選。
請完成以下任務(wù)：
(1)畫出移動裝置的設(shè)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(shè)計草圖上標(biāo)注主要尺寸；
(3)圖b中設(shè)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(huán)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(zhǔn)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)。
專題17　設(shè)計題專題(連接件類、整體結(jié)構(gòu)類)
基礎(chǔ)鞏固篇
1.(1)(2)見解析圖　(3)②　④　(4)②
解析　(1)(2)滿足設(shè)計要求是關(guān)鍵，與木柱的連接結(jié)構(gòu)、與門閂的連接結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)，方便安裝和不易掉落是關(guān)鍵。
(3)設(shè)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.(1)①　(2)(3)如圖所示　(4)②　⑤
3.(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(biāo)注，設(shè)計的一般過程、設(shè)計分析、方案的優(yōu)化。(1)設(shè)計的一般過程：發(fā)現(xiàn)與明確問題，制訂設(shè)計方案(收集信息、設(shè)計分析、方案構(gòu)思、方案呈現(xiàn)、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(yōu)化，編寫產(chǎn)品使用說明書。(2)晾衣桿與設(shè)計沒有直接關(guān)系。(3)(4)首先考慮裝置與原有結(jié)構(gòu)的連接及操作，再實現(xiàn)功能。(5)加工產(chǎn)品屬于制作方面，不屬于使用角度。對產(chǎn)品的評價不包括加工產(chǎn)品時的加工熟練度。
能力提升篇
1.(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(zhuǎn)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(xiàn)剛連接就可以了。
尺寸標(biāo)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(diào)查的方式發(fā)現(xiàn)問題的。通過文獻法，問卷調(diào)查法和詢問法發(fā)現(xiàn)問題都是屬于收集和分析信息。
(3)將調(diào)節(jié)方式由撥動改為轉(zhuǎn)動，是因為人撥動操作不便，所以是人。
(4)我們只設(shè)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.(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(fā)現(xiàn)問題。
(2)從題干位置可知，該結(jié)構(gòu)位于講臺抽屜內(nèi)側(cè)，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(chǎn)品屬于明確問題的范疇，不屬于設(shè)計分析環(huán)節(jié)；另外小制作類一般不需要考慮是否有同類產(chǎn)品。
(3)根據(jù)設(shè)計要求搖動手柄可升降；能限定講臺板的調(diào)節(jié)角度；調(diào)節(jié)到一定角度可承受力；與桌板、側(cè)板連接合理。設(shè)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(biāo)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(diào)節(jié)最大角度約為45°兩個關(guān)鍵點。
(5)調(diào)節(jié)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(fā)生明顯形變不屬于設(shè)計要求，無需進行技術(shù)試驗。
3.(1)C　(2)A　(3)(4)見解析圖　(5)C
解析　(1)“小明同學(xué)在設(shè)計賽車模型時，被轉(zhuǎn)彎控制難住了。”這句話說明小明在進行技術(shù)研究和技術(shù)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(zhuǎn)彎動作，輸出量沒有返回到輸入端影響控制過程，屬于開環(huán)控制。
(3)(4)草圖標(biāo)準(zhǔn)：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(zhuǎn)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(yīng)該是連接件，目的是檢驗連接件是否達到設(shè)計要求，連接件的功能是實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。而C中的左右輪轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向連接件無關(guān)。
4.(1)(2)如圖所示　(3)A　(4)A　(5)C
解析　(1)(2)草圖標(biāo)準(zhǔn)：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(shè)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(biāo)注則是拉籃所能拉出的最大限度，兩處的尺寸標(biāo)注考慮了人機關(guān)系，體現(xiàn)了物品方便人操作的這一角度，主要體現(xiàn)了人的因素。(4)移動裝置向下拉與櫥柜構(gòu)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(zhì)較軟，因此此處采用自攻螺釘。(5)齒輪齒條所呈現(xiàn)出的效果是一個順滑連貫的運動過程，無法實現(xiàn)緩降的效果，因此不合適。

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