第七章管壳式换热器的机械设计
本章重点：固定管板式换热器的基本结构
本章难点：管、壳的分程及隔板
建议学时：4学时
第一节概述
一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
二、衡量标准：
1.先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省；
2.合理性—可制造加工，成本可接受；
3.可靠性—强度满足工艺条件。
三、举例
1．冷却器（cooler）
1)用空气作介质—空冷器aircooler
2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃~-20℃—保冷器deepcooler
2．冷凝器condenser
1)分离器
2)全凝器
3．加热器（一般不发生相变）heater
1)预热器（preheater）—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降；
2)过热器（superheater）—加热至饱和温度以上。
4．蒸发器(etaporater),—发生相变
5．再沸器（reboiler）
6．废热锅炉（waste heat boiler）
看下图说明其结构及名称
四、管壳式换热器的分类
1、固定管板式换热器：
优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50℃，设置膨胀节。
适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。
2、浮头式换热器：
管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。
适用于介质易结垢的场合。
3、填料函式换热器：
造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。适用于低压小直径场合。
4、U型管式换热器：
结构简单，造价低，壳程可清洗，但管程不能清洗，一个管板，管子可自由伸缩，无温差应力，管板上布管少，结构不紧凑，管子坏时不易修补。适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
五、管壳式换热器机械设计内容
管壳式换热器的设计：
1、根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择
管径、管长，决定管数、管程数和壳程数；
2、然后进行机械设计。内容有：
1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；
2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；
3）管板尺寸确定；
4）折流板的选择与计算；
5）管子拉脱力的计算；
6）温差应力计算。
第二节管子的选用及其与管板的连接
一、管子的选用
1、直径：小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体；大直径管子用于粘性大或污浊的流体。
2、规格：（外径×壁厚），长度按规定决定。
3、结构型式：多用光管，因为结构简单，制造容易；为强化传热，也采用异型管、翅片管、
螺纹管等。
4、材料：根据压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、
石墨等。
二、管子与管板的连接：
(一)胀接：
1)过程：最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。
2）适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力≤4Mpa，设计温度≤300℃，且无特殊要求的场合。外径d＜14mm，不适合胀接。
3）要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。
胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽
(二)焊接：
优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。
缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存
在间隙，易出现间隙腐蚀。
结构：主要有4种
（三)胀焊并用
前面我们讲了胀接、焊接后，会发现它们各自有优、缺点，因而目前广泛应用了胀焊并用的方法，这种方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。
胀焊并用连接主要有：
强度焊＋贴胀………………先焊后胀
强度胀＋密封焊………………先胀后焊
先焊后胀：
高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润滑油，进入接头后缝隙中会在焊接时生成
气体，恶化焊缝质量，只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免这一弊病。
先胀后焊：
适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料，胀接时不用润滑油，可防止产生焊接裂纹。
第三节管板结构
一、换热管排列方式：
1、正三角形和转角正三角形排列
三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。
2、正方形和转角正方形排列
正方形和转角正方形排列，管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列或转角正方形排列。
3．组合排列法：多程换热器中。
二、管间距：
管间距指两相邻换热管中心的距离。
要求管间距≥1.25d0，符合国标规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损坏。
三、换热器管板强度计算的理论依据简介
1.实心园平板模型：将管板当作受均布载荷的实心园板，以按弹性理论得到的园平板最
大弯曲应力为主要依据，并加以适当的修正系数来考虑管板开孔削弱和管束的实际支承作用，由此得到管板厚度的计算公式，偏于安全。
2.弹性基础模型：将管束当作弹性支承，而管板则作为放置于这弹性基础上的圆板，然
后根据载荷大小、管束的刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力。由于它较全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因而较精确，但计算公式较多，计算过程繁琐，GB151-1999采用的就是此法
3.菱形面积法：取管板上相邻四根管子之间的菱形面积，按弹性理论求此面积在均布压力作用下的最大弯曲应力。由于此方法与管板实际受载情况相差较大，所以公用于粗略估算。
四、管程的分程及管板与隔板的连接
1、分程原因：当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，
排列较多的管子。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。
2、分程原则：①各程换热管数应大致相等；②相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃；
③各程间的密封长度应最短；④分程隔板的形状应简单。
3、分程隔板：单层和双层两种。如下图。双层隔板具有隔热空间，可防止热流短路。
4、分程方式：
五、管板与壳体的连接结构
1、不可拆的焊接式：固定管板式换热器管板与壳体的连接
（图7-21）兼做法兰；（图7-22）不兼做法兰
2、可拆式：浮头式、U型管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接（图7-23）
第四节折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用和结构
一、折流板及支承板
1、作用：①提高壳程内流体的流速②加强湍流强度③提高传热效率④支撑换热管。
（当工艺上无折流板要求而管子较细长时，应考虑有一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形；支撑板的尺寸、形状可与折流板相同。）
2、结构：弓形、圆盘－圆环形和带扇形切口。
3、 尺寸
①厚度与壳体直径和折流板间距有关；折流板最小厚度按国标选取。 ②弓形折流板间距：
最小间距≥max{
5
1
D i ，50mm} 最大间距：不超过表7-7规定，且≤D i
③间隙：折流板外径与壳体之间的间隙要适当，因为过小给安装带来困难，过大又影响传效率。
4、折流板的固定
1）拉杆定距管结构，适用于换热管外径≥19mm的管束
折流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管来实现的，如图7-27
2）拉杆点焊结构，适用于换热管外径≤14mm的管束
拉杆的数量不少于四根，直径不小于10mm。应尽量布置在管束的外边缘，对于大直径换热器，在布管区或靠近折流板缺口处也应布置适当数量的拉杆。
二、旁路挡板
作用：阻止流体短路，迫使壳体流体通过管束进行热交换。
结构及安装：加工成规则的长条状，长度等于折流板或支承板的板间距，两端焊在折流板或支承板上。
三、拦液板
作用：立式冷凝器中起到截拦液膜作用。在立式冷凝器中为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数。
第五节温差应力
一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力
（一）温差应力产生的原因：如图所示,固定管板式换热器的壳体与管子,在安装温度下,它们的长度均为L(图a);当操作时(图b),壳体和管子的温度都升高,若管壁温度高于壳壁温度,则管子自由伸长量δ和壳体自由伸长量δ分别为
δ=α(t-t)L
δ=α(t-t)L
α, α—分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数，1/℃；
式中
t—安装时的温度，℃
t，t—分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度，℃
由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，见图c，因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温差应力。这就是温差应力产生的原因。
（二）温差应力的计算：
1．温差轴向力F：由于温差而使壳体被拉长的总拉伸力应等于所有管子被压缩的总压缩力，总拉伸力（或总压缩力）就是温差轴向力。符号规定F为+，表壳体被拉，
管子被压，反之则反之。
2．温差应力
（三）温差应力的补偿
1)减少壳体与管束间的温度差
2)装设挠性构件
3)使壳体和管束自由热膨胀
4)双套管温度补偿
二、管子拉脱力的计算
(一)产生原因：
1．原因是：由于介质压力与温差应力的联合作用，使管子和管板接头处有分离趋势，产生拉脱力。
2．拉脱力：管子每平方米胀接周边上所受到的力（单位Mpa）
3．实验表明：焊接接头，拉脱力不足以引起接头破坏；胀接接头，要进行拉脱力校核，以保证管端与管板连接的牢固性和密封性。
（二）计算
q 1）在操作压力下，每平方米胀接周边所受到的力
p
q 2）在温差应力作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力
t （三）管子拉脱力q
（四）校核：管子拉脱力必须小于许用拉脱力，即q＜[q] 例题
第六节管箱与壳程接管
一、管箱：
深度有一定的要求，满足流通面积的需要。
二、壳程接管：
1、旁路挡板：防止流体对换热管造成很大的冲刷
2、导流筒：内导流筒和外导流筒；作用：消除死区，充分利用换热面积；防止流体对换热
管造成很大的冲刷。
第七章管壳式换热器的机械设计 本章重点：固定管板式换热器的基本结构 本章难点：管、壳的分程及隔板 建议学时：4学时 第一节概述 一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 二、衡量标准： 1.先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省； 2.合理性—可制造加工，成本可接受； 3.可靠性—强度满足工艺条件。 三、举例 1．冷却器（cooler） 1)用空气作介质—空冷器aircooler 2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃~-20℃—保冷器deepcooler 2．冷凝器condenser 1)分离器 2)全凝器 3．加热器（一般不发生相变）heater 1)预热器（preheater）—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降； 2)过热器（superheater）—加热至饱和温度以上。 4．蒸发器(etaporater),—发生相变 5．再沸器（reboiler） 6．废热锅炉（waste heat boiler） 看下图说明其结构及名称
四、管壳式换热器的分类 1、固定管板式换热器： 优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50℃，设置膨胀节。 适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。 2、浮头式换热器： 管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。 适用于介质易结垢的场合。 3、填料函式换热器： 造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。适用于低压小直径场合。 4、U型管式换热器：
7-1何谓蜗杆传动的主平面？在主平面内，蜗杆传动的参数有何意义？ 答：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的中间平面称为主平面。 在主平面内，蜗杆蜗轮的啮合关系相当于齿条与齿轮的传动。在蜗杆传动的设计计算中，均取主平面的参数和几何尺寸为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。主平面内蜗杆的参数为轴面参数，蜗轮的参数为端面参数。 7-2 何谓蜗杆传动的滑动速度？它对效率有何影响？ 答：蜗杆传动时，蜗杆齿面啮合点相对蜗轮齿面的啮合点间的相对速度称为蜗杆传动的滑动速度。滑动速度越大，传动的效率越低。 7-3 蜗杆热平衡计算的前提条件是什么？但热平衡不满足要求时，可采取什么措施？ 答：热平衡计算的前提条件是：使蜗杆传动单位时间内产生的热量与散发热量相等。当热平衡条件不满足时，可采取以下措施：1.在箱体外表面铸出或焊上散热片，以增加散热面积；2.在蜗杆轴端安装风扇，加速空气流动，提高散热能力；3.在箱体油池中安装蛇形冷却水管，利用循环水冷却；4.用压力喷油的方法进行循环润滑，并达到散热目的。 7-4答案略。 7-5图示为一提升机构传动简图，已知电动机轴的转向（图中n1）及重物的运行方向（图中v）。试确定：（1）蜗杆的旋向；（2）各啮合点上的受力方向。 习题7-5图 答：（1）蜗杆为右旋。（2）各传动件的转动方向如图所示。锥齿轮啮合处，圆周力的方向垂直向外；蜗轮处，根据所需蜗轮到转动方向，圆周力的方向与转向相同，如图；蜗轮所受圆周力的方向为蜗杆轴向力的反向，利用“左右手定则”，判断出蜗杆旋向为右旋。
7-6 图示为蜗杆－斜齿轮传动，为使轴Ⅱ上的轴向力抵消一部分，斜齿轮3的旋向应如何？画出蜗轮及斜齿轮3上轴向力的方向。 答：斜齿轮3的旋向应为左旋。 蜗轮轴向力水平向左，齿轮3的轴向力水平向右 习题7-6答案
第十四章 机械系统动力学 14-11、在图14-19中，行星轮系各轮齿数为123z z z 、、，其质心与轮心重合，又齿轮1、2对质心12O O 、的转动惯量为12J J 、，系杆H 对的转动惯量为H J ，齿轮2的质量为2m ，现以齿轮1为等效构件，求该轮系的等效转动惯量J ν。 2222 2121221 12323121 13212 1 13222 12311212213121313 ( )()()()1()()()( )()()()o H H H o H J J J J m z z z z z z z z z O O z z z z z z z O O J J J J m z z z z z z z z νννωωω ωωωω ωω ωωωωνω=+++=-= += +=+-=++++++解： 14-12、机器主轴的角速度值1()rad ?从降到时2()rad ?，飞轮放出的功 (m)W N ，求飞轮的转动惯量。 max min 122 2 121 ()2 2F F Wy M d J W J ?ν??ωωωω==-=-? 解： 14-15、机器的一个稳定运动循环与主轴两转相对应，以曲柄和连杆所组成的转动副A 的中心为等效力的作用点，等效阻力变化曲线c A F S ν-如图14-22所示。等效驱动力a F ν为常数，等效构件（曲柄）的平均角速度值25/m rad s ?=， 3 H 1 2 3 2 1 H O 1 O 2
不均匀系数0.02δ=，曲柄长度0.5OA l m =，求装在主轴（曲柄轴）上的飞轮的转动惯量。 (a) W v 与时间关系图 （b ）、能量指示图 a 2 24()2 3015m Wy=25N m 25 6.28250.02 c va OA vc OA OA va F W W F l F l l F N Mva N J kg m νν=∏?∏=∏+==∏= =?解：稳定运动循环过程 14-17、图14-24中各轮齿数为12213z z z z =、，，轮1为主动轮，在轮1上加力矩1M =常数。作用在轮 2 上的阻力距地变化为： 2r 22r 020M M M ??≤≤∏==∏≤≤∏=当时，常数；当时，，两轮对各自中心的转动惯量为12J J 、。轮的平均角速度值为m ω。若不均匀系数为δ，则：（1）画出以轮1为等效构件的等效力矩曲线M ν?-；（2）求出最大盈亏功；（3）求飞轮的转动惯量F J 。 图14-24 习题14-17图 40Nm 15∏ 12.5∏ 22.5∏ 15Nm ∏ 2∏ 2.5∏ 4∏ 25∏ 1 1 z 2 z 2 r M 2 M ∏ 2∏ 2?
习题讲解 题7-6如图7-68所示，有一渐开线直齿圆柱齿轮，用卡尺测量其三个齿和两个齿的公法线长度为W3＝61.83mm和W2＝37.55mm，齿顶圆直径da＝208mm，齿根 圆直径df＝172mm，数得齿数z＝24。要求确定该齿轮的模数m、压力角α、齿*顶高系数ha和径向间隙系数c*。 解法1： 由齿轮公法线测量原理，有： Pb=W3-W2=24.28mm Sb=W2-Pb=13.27mm 由渐开线圆柱齿轮任意圆上的齿厚公式： Si=S?ri-2ri(invαi-invα) r =
=Sbinvm=dadf Pbdb=Pb?z=24.28?24=185.49mm d zππ已知：db 错误解法1： PbP24.28m====8.22 ππ?cosαπ?cos20 Pb24.28m====8.0012 ππ?cosαπ?cos15 α不是已知的。 P 题7-14 已知二级平行轴斜齿轮传递，主动轮1的转向及螺旋方向如图所示。 1) 低速级齿轮3、4的螺旋方向应如何选择，才能使中间轴Ⅱ上两齿轮的轴向力方向相反？ 圆周力Ft的方向：在主动轮上与转动方向相反，在从动轮上与转向相同（驱动力）。 径向力Fr的方向：方向均指向各自的轮心（内齿轮为远离轮心方向）。 轴向力Fa的方问：取决于齿轮的回转方向和轮齿的螺旋方向，可按"主动轮左、右手螺旋定则"来判断。即：主动轮为右旋时，右手按转动方向握轴，以四指弯曲方向表示主动轴的回转方向，伸直大拇指，其指向即为主动轮上轴向力的方向；主动轮为左旋时，则应以左手用同样的方法来判断。主动轮上轴向力的方向确定后，从动轮上的轴向力则与主动轮上的轴向力大小相等、方向相反。 Fa3 FFa1 F所以，齿轮2和齿轮3为左旋，齿轮4为右旋。 机械设计学复习题 第一章绪论1-1“设计学”从古代到现代的三个发展阶段阶段1 直觉设计阶段阶段2：半经验半理论设计阶段阶段3：半理论半经验设计阶段1-2 机械是机器和机构的统称。1-3 “设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。它是从合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。1-4由想法到产品的过程机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。设计的第一步是认识需求，由此决定要设计一种装置满足它。认识需求有时是一种很高创造性的活动。第二部是目标界定。基本目的是把需求限定在某种确定方面，并限定满足需求的一些特殊的技术和特性，以便在下一步寻求解决这一问题的解法。第三步是问题解决。就是我们所说的功能原理设计，应该把各种可能的解法尽可能多地收集起来，供下一步分析比较，这是至关重要的一步。第四部是分析和优选。第五步是评价决策，这是最困难的一步。第六步是表达，设计的表达有写说画。其中画是最重要的表达方式。第七部是实现，实现的手段是实用样机，实现的最后标准是市场，市场是检验设计成功与否的惟一标准。第一章 1.机械的概念 机械是机器和机构的统称：完成做功的各种具体机器和以传递力与运动的各类机构总称为机械。 2.机械设计主要特点 1)多解性2)系统性3)创新性4)设计与科学研究 3.“机械设计学”的学科组成 1)功能原理设计2)实用化设计3)商品化设计 4.现代设计,以功能为核心，构思实现该功能所需的方法和手段,具体方法和手段有： CAD/CAM/CAE技术，CIMS工程、并行工程、优化设计、有限元方法、可靠性设计、创新设计、快速响应设计、反求工程、逆向工程、虚拟设计方法等。 5. 近代“机械设计学”的核心内容 1）功能思想的提出2）人机工程学科的兴起3）工业设计学科的成熟 6.机械设计按其创新程度可分为以下三种类型： 1)适应性设计2）变型设计3)创新设计 第三章 1. 任何一种机器的更新换代都存在三个途径: 1）改革工作原理；2）通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；3）加强辅助功能使其更适应使用者的心理。 2. 功能原理设计的工作特点 1).用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。 2).引入某种新技术(新材料、新工艺、……)，但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、新构思。 3).使机器品质发生质的变化。 3. 功能原理设计的任务和主要工作内容 1).功能原理设计的任务：针对某一确定的“功能目标”．寻求一些（一种）“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。 例如：为实现直线移动的功能要求，可寻求液压、电磁或机构等物理效应，通过油缸、直线电机或刚体传动等作用原理，求得最终实现机械直线移动这个功能目标的解法原理。 2).功能原理设计的主要工作内容： (1)明确功能目标；(2)构思能实现功能目标的新的解法原理；(3)改进、完善解法。 4.根据系统工程学用黑箱来描述功能，请描述采用的哪三种流的转换。 任何技术系统都可以视为3种流的处理系统： 能量流:机械能、热能、电能、化学能、光能、核能。 物料流：气体、液体或各种形式的固体。信息流：各种测量值、输入指令、数 5.功能的分解。 1前言 (1) 概述 (1) 换热器的类型 (1) 换热器 (1) 设计的目的与意义 (2) 管壳式换热器的发展史 (2) 管壳式换热器的国内外概况 (3) 壳层强化传热 (3) 管层强化传热 (3) 提高管壳式换热器传热能力的措施 (4) 设计思路、方法 (5) 换热器管形的设计 (5) 1.8.2换热器管径的设计 (5) 1.8.3换热管排列方式的设计 (5) 1.8.4 管、壳程分程设计 (5) 1.8.5折流板的结构设计 (5) 1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6) 选材方法 (6) 1.9.1 管壳式换热器的选型 (6) 流径的选择 (8) 1.9.3流速的选择 (9) 1.9.4材质的选择 (9) 1.9.5 管程结构 (9) 2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11) 管径 (11) 管子数n (11) 管子排列方式，管间距的确定 (11) 换热器壳体直径的确定 (11) 换热器壳体壁厚计算及校核 (11) 3换热器封头的选择及校核 (14) 4容器法兰的选择 (15) 5管板 (16) 管板结构尺寸 (16) 管板与壳体的连接 (16) 管板厚度 (16) 6管子拉脱力的计算 (18) 7计算是否安装膨胀节 (20) 8折流板设计 (22) 9开孔补强 (25) 10支座 (27) 群座的设计 (27) 基础环设计 (29) 地角圈的设计 (30) 符号说明 (32) 参考文献 (34) 小结 (35) 2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 管径 换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×。小直径的管子可以承受更大 的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm ×2mm 直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。 标准管子的长度常用的有1500mm ，2000mm ，2500mm ， 3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。换热器的换热管长度与公称直径之比一般为4 —25,常用的为6—10 选用Φ25×的无缝钢管，材质为20号钢，管长。 管子数n L F n d 均π= (2-1) ()根均5035 .40225.014.3160 F L =??= = ∴ n d n π 其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根 管子排列方式，管间距的确定 采用正三角形排列，由《化工设备机械基础》表7-4查得层数为12层，对角线上 的管数为25，查表7-5取管间距a=32mm. 换热器壳体直径的确定 l b a D i 2)1(+-= (2-2) 其中壁边缘的距离为最外层管子中心到壳 l 取d l 2=，()m m 8682522)125(32=??+-?=i D ， 第7章习题解答参考 7—5由式J F=△W max／(ωm2 [δ])，你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分析)? 答：①当△W max与ωm一定时，若[δ]下降，则飞轮的转动惯量J F增加。所以，过分追求机械运转速度的均匀性，将会使飞轮过于笨重。 ②由于J F不可能为无穷大，若△W max≠0，则[δ]不可能为零，即安装飞轮后机械的速度仍有波动，只是波动幅度有所减小而已。 ③当△W max与[δ]一定时，J F与ωm的平方值成反比，故为减小J F，在刚性和结构允许的情况下，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。 7-8图示为DC 伺服电机驱动的立铣数控工作台，已知工作台及工件的质量为m 4=355 kg ，滚珠丝杠的导程l =6 mm ，转动惯量J 3=1.2×10-3kg.m 。，齿轮1、2的转动惯量分别为J 1=732 ×10-6kg.m 2，J 2=768×10-6kg.m 2。在选择伺服电机时，伺服电机允许的负载转动惯量必须大于折算到电动机轴上的负载等效转动惯量，试求图示系统折算到电动机轴上的等效转动惯量。 解：根据等效转动惯量的等效原则．有 2222 111232441111()2222 e J J J J m v ωωω=+++ （注意到 ） 则： （ ） 2 1 4421 2321)())((ωωωv m J J J J e +++=32ωω=2 1 24221321)())((ωωl m z z J J J +++=l l v 234ωω==232 366) 45 10625(355)45 25)(102.110768(10732----???+?+?+?=2223 6 6 )3 10(355)95)(102.110768(10732----?+?+?+?=) .(10284.523m kg -?= 第一章：引言 纸箱在我们现代社会生活中应用非常广泛，随处可见、触手可得：一双耐克鞋子的外包装盒，一台液晶电视的外包装，一台电冰箱的外包装等等！所以纸箱机的发明和应用应运而生，下面简要介绍一下纸箱机械的历史、发展及未来趋势！ 纸箱企业早期(上世纪八十年代)引进的国内外瓦楞纸板生产线已使用了20多年必须被更新淘汰,需要购置较为高档的瓦线。国内大中型纸箱企业有一定的经济实力和市场竞争能力,他们的产品是名、特、优的大批量、高质量中高档纸箱。当然需要高质、高档、高速、高效、宽幅瓦楞纸板生产线,国内机械企业如能生产制造"四高一宽"肯定被纸箱企业接受,因国内线与进口线相比价格差距极大,进口线没有较强的经济实力是买不起的,而国内线价格较低易被纸箱企业接受。当然,国内瓦线与国际瓦线还存在一定的差距,这些差距主要在结构、速度、材质、加工精庭主事方面,需要不断努力、组织事业人才加强研究不断改进,花上8至10年时间赶上国际先进水平是可能的。 单面瓦榜机组在上世纪八十年代至九十年代初期一哄而上，适应中小纸箱企业，替代单机手工操是可行的，但是不能与瓦楞纸板线相比,单面瓦楞机组生产纸板有软、质量差、原纸浪费大等弱点。目前各地推行"集中制板,分散制箱"行业内部合作生产的格局、单面瓦楞机组必然会被淘汰。不采用前面产纸板,而采用购买生产线纸板加工纸箱方式。 我国纸箱机械的技术、产品水平与发达国家相比差距明显，具体体现在以下几个方面：一是我国单一机械技术与国外液压、气动和机电一体化技术综合应用的差距；二是我国手动、半自动机械技术与国外全自动、遥控、信息化技术的差距；三是我国中小型、单一功能与国外大型、联合与复式作业机械的差距；面对这种状况，亟待政府部门从体制和机制上入手，提高农业机械创新能力，加大投入力度。同时也需要行业、企业通过加强自身建设、加大资金投入与开发力度。四是我国初步替代人工作业机械与国外作业高质量和操作舒适化的差距；五是我国普通机械制造工艺装备与国外激光切割、柔性加工等先进装备的差距；六是我国几乎单一钢铁材料与国外金属、塑料、橡胶以及特殊钢材的差距。 据分析，导致纸箱行业差距拉大的主要原因是：经费不足、研发能力薄弱。与此同时，国家级农机研究单位由于受到经费不足、人才流失等因素的制约也难以有所作为；农机企业特别是耕作机械企业因规模小、利润低，大多数也不具备自主开发能力。因此导致基础性、关键性技术研究日益被弱化；前瞻性技术、共性技术研究失去了基础；新产品与新技术研发滞后。而新的种植技术与耕作方式所需耕作机械技术与产品研发的滞后，又直接影响了农业新技术的推广。功能单一，纸箱机械品种仍不齐全。尽管耕整地联合作业、种植与施肥施药联合作业、耕种复式作业等均能提高工效，减少作业成本，但目前国内农机企业生产的这类耕作机械或者种类缺或者数量很少，很难满足农业种植结构调整的需要。与此同时，目前棉花生产所需的育苗移栽机械、中耕除草机械、块茎类果实的挖掘式收获机械、软秸秆田间处理机械等也严重缺乏。 由于不同中的原因和方法致使纸箱机械的发展受到重大的影响和作用，处于不稳定的状态中，很难保证正常的发展和进步，与发达国家相比差距明显，技术落后，很难在一段时间中处于稳定和发展的额状态中。 3 机械设计学复习题 一、名词解释： 1、功能原理设计 2、简单动作功能 3、复杂动作功能 4、机械创新设计 5、机械协调性设计 6、核心技术 7、关键技术 8、弹性强化 9、塑性强化 二、简答题： 机械设计学课后习题 1-1机械产品设计的三个基本环节是什么？ 答：机械产品设计的三个基本环节是：“功能原理设计，实用化设计和商品化设计” 1-2、机械设计具有哪些主要特点： 答：机械设计具有如下主要特点 :(1)多解性 (2)系统性 (3)创新性1-3、近代“机械设计学”的核心内容 1）“功能”思想的提出：l947年、美国工程师麦尔斯创立了“价值工程“。他真正重要的贡献在于他提出的关于‘功能”的思想。2）“人机工程’’学科的兴起：“宜人”的宗旨已经成为现代机械设计 的基本观念。 3）“工业设计”学科的成熟。工业产品设计的原则是：“技术第一，艺术第二”。工业设计师应该首先是一个工业技术专家，而不首先是一个艺术家。 1-4、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步： 创意、构思和实现。 创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。 构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。 实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。 1-5、机械设计按其创新程度可分为以下三种类型： 1)适应性设计仅改变某些尺寸、外形或局部更改某些结构，使产品适应特定的使用条件或者用户特殊要求。 2）变型设计功能原理保持不变，变动产品部分结构尺寸参数，扩大规格，以满足更大范围功能参数需要的设计。 变型性设计是产品系列化的手段。 3)创新设计在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计。 3-1、什么是功能原理设计？ 答：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计，可以简称为“功 第七章 1．轮系的分类依据是什么？ 轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置关系是否变动 2．怎样计算定轴轮系的传动比？如何确定从动轮的转向？ 定轴轮系的传动比等于组成轮系的各对齿轮传动比的连乘积，也等于从动轮齿数的连乘积与主动轮齿数的连乘积之比。对于首末两轮的轴线相平行的轮系，其转向关系用正、负号表示。还可用画箭头的方法来确定齿轮的转向 3．定轴轮系和周转轮系的区别有哪些? 定轴轮系是指在轮系运转过程中，各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的。周转轮系是指在轮系运转过程中，其中至少有1个齿轮轴线的位置不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴线回转 4．怎样求混合轮系的传动比？分解混合轮系的关键是什么？如何划分？ 在计算复合轮系时，首要的问题是必须正确地将轮系中的各组成部分加以划分。而正确划分的关键是要把其中的周转轮系部分找出来。周转轮系的特点是具有行星轮和行星架，所以要找到轮系中的行星轮，然后找出行星架（行星架往往是由轮系中具有其他功用的构件所兼任）。每一行星架，连同行星架上的行星轮和行星轮相啮合的太阳轮就组成一个基本的周转轮系，当周转轮系一一找出之后，剩下的便是定轴轮系部分了 5．轮系的设计应从哪些方面考虑? 考虑机构的外廓尺寸、效率、重量、成本等。根据工作要求和使用场合合理地设计对应的轮系。 6．如图7-32所示为一蜗杆传动的定轴轮系，已知蜗杆转速n1 = 750 r/min，z1 = 3，z2 = 60，z3 = 18，z 4 = 27，z5 = 20，z6 = 50。试用画箭头的方法确定z6的转向，并计算其转速。 答：齿轮方向向左，n6=75r/min 7．如图7-33示为一大传动比的减速器，z1 = 100，z2 = 101，z2 = 100，z3 = 99。求：输入件H对输出件1的传动比i H1。 第一章绪论 1、机械设计学学科的三个组成部分:功能原理设计、实用化设计、商品化设计。 2、机械设计具有哪些主要特点？(多解性、系统性、创新性) 3、近代“设计学”的重大发展(功能思想的提出与发展;人机学思想的形成与发展;工业设计学科体系的发展与成熟) 4、从设计构思的角度将机械设计步骤归纳为哪三大步？(创意、构思、实现) 求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。 6、机械设计学的研究对象 :机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其她机械设计的共性技术。 7、功能就是产品的核心与本质。 第二章机器的组成及典型机器的功能分析 1、机器的定义:有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体,通过其中某些构件的限定的相对运动,能将某种原动力与运动转变,以执行人们预期的工作,在人或其她智能体的操作或控制下,实现为之设计的某种或几种功能。 2、从不同角度瞧机器的组成: 从机构学的角度瞧:各种基本机构,自由度=原动机数;从结构学的角度瞧:各种基本零件; 从专业的角度瞧:各种主要部件 3、从功能的观点瞧机器的组成:机器由多个主要分功能系统构成,它们的协调工作实现了实现了机器的总功能。又可进一步分为:工作机(工作头、执行机构)传动机原动机控制器。 4、从功能的观点瞧机器的分类可分为:工艺类机器:对物料进行工艺性加工的机器,主要特征就是具有专用的工作头并进行独特的工艺加工动作; 非工艺类-不对任何物料进行工艺性加工,只实现某些特殊的动作性的机器。 5、家用缝纫机就是一种典型的工艺类机器。工艺方式:一就是采用针尖引线的方法代替针尾引线;二就是采用双线互锁交织的方法代替反复穿刺。功能分析:(1)总功能:将线按一定规律缝于缝料上,它可使一根线或多根线通过自连、互连、交织,在缝料上形成一定形式的线迹。(2)主要功能:引面线造环功能,勾面线扩环供给与收回面线的功能,输送缝料的功能。(3)调节面线与底线阻尼的功能,调节压脚与压紧力的功能,调节送布针距的功能,绕底线功能。(4)控制功能:机械控制功能,人机控制功能,电子控制功能。 6、现代银行点钞机就是一种典型的机电一体化系统,属于工艺类机器。功能要求:要有堆放准备清点纸币的空间,并能将纸币连续输入,直到最后一张;要有能把纸币逐张分开,避免两张当做一张计数的机构;要有准确计数的装置,清理完毕的纸币要整理成一叠。功能分析:(1)总功能:将一沓同样的纸币输入机器之后,经过机器处理,最后输出一沓整齐的纸币,同时计数器准确显示纸币的张数。(2)主要功能:进钞输入功能,分钞功能,计数 基于SH79F165单片机的工业仪表应用 中颖电子股份有限公司微控制产品事业部高级工程师曹中信 摘要：本文介绍了基于中颖SH79F165单片机的工业仪表应用与方案构成，特别针对温控器、变送器等工业仪器仪表领域，详细介绍了硬件电路构成，并作出详细分析，以及设计应用中的注意事项和要点。系统采用集成高精度Σ-ΔADC 的SH79F165单片机作主控芯片，外围电路精简，方案成本低廉，且系统抗干扰能力强，工作稳定。 关键字：SH79F165 溫控器变送器高精度模数转换器可编程增益放大器PGA 1.引言： 仪器仪表是一个非常广泛的概念，其应用领域主要覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教文生、人民生活等方方面面。就工业领域方面，仪器仪表的应用领域主要在石油、化工、电力、冶金、造纸、制药、建材等方面。从信号来源和处理上分类，仪器仪表可分为发信端和收信端。发信端为一次仪表，属现场仪表，是一种将现场采集到的物理信号并通过变送器转换进行上传的设备。主要包括：温度、压力、流量、液位等变送仪表；收信端为二次仪表，属显示控制仪表，是一种对发信端的信号进行分析计算后作出相应的调节、控制和显示的设备，主要包括温控器、记录仪、显示仪表等。 2.硬件设计 在硬件电路设计方面，本文采用SH79F165单片机作主控芯片，SH79F165内建20位Σ-Δ模数转换器(ADC)、低噪声可编程增益放大器(PGA)，适合小信号采集应用。其内建高精度模数转换器，厂家规格所示有效精度达16-bit以上，即60000以上的出码率。完全满足一般工业温控器、变送器、流量计等应用。由于SH79F165内建资源丰富，既能节省外围电路，又方便系统调试，而且也能有效提高系统EMI性能。 2.1主控芯片 SH79F165是上海中颖电子生产的单芯片MCU，是一款集成20位Σ-Δ模数转换器的Soc，其主要应用领域为工业温控器、变送器，以及商业电子秤行业等。内建可编程放大器(PGA)增益范围为12.5～200倍，适用于各种工业热电偶、热电阻信号测量。 SH79F165是一种高速高效率8051兼容单片机。在同样振荡频率下，较之传统的8051芯片它具有运行更快速，性能更优越的特性。SH79F165保留了标准8051芯片的大部分特性。内建资源包括适合于程序和数据的16K字节Flash，512字节RAM和4个16位定时器/计数器，1个UART和外置中断INT0、INT1、INT2。 为了达到高可靠性和低功耗，SH79F165集成了看门狗定时器，具有低电压复位功能，另外还提供了2种低功耗省电模式：空闲模式和掉电模式。 SH79F165内建128KHz RC振荡器和16.6MHz RC振荡器，系统时钟选择128KHz RC振荡器时，系统功耗约30uA；当系统进入掉电模式时，最低系统功耗仅3uA。在掉电模式下，可通过设定定时器3(timer3)来作时钟唤醒，以固定的间隔频率 一、填空题（每空1分，共10分） 1.机械设计可分为创新设计与更新设计。 2.从产品设计的过程看，机械设计可分为创意、构思 和实现三大阶段。 3.简单动作功能求解思路是几何形体组合法,复杂动作功能求解思路是 基本机构组合法,关键技术功能求解思路是技术矛盾分析法。 4.人机界面的设计主要是指显示装置的设计和控制装置的设计。 二、简答题（每题4分，共20分） 1.简述科学与技术的区别. 科学是指那些基础性的研究；技术则主要指制造工艺以及各种制作的技巧、经验等。 2.美国工程师Miles关于功能思想的富有哲理性的描述是什么？ 描述是“顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能”。 3.疲劳破坏的特点是什么？ σ， 1.疲劳破坏是在循环应力或循环应变作用下的破坏，疲劳条件下的破断应力低于材料的抗拉强度b σ； 而且可能低于屈服强度 s 2.疲劳破坏必须经历一定的载荷循环次数； 3.零件在整个疲劳过程中不发生宏观塑性变形，起断裂方式类似于脆性断裂； 4.疲劳端口上明显地分为两个区域。 4.举4个简单动作功能的实例。 1.拉链 2.带轴的轮子 3.魔方 4.弹子锁 5.简述机械产品造型设计的基本原则。 实用、经济、美观 三、论述题（每题10分，共30分） 1.用功能观点划分车床的组成。P20 2.以六杆增力机构为例，通过机构创新设计开发六杆机构的新功能。P75 3.绿色设计有哪些关键技术?试述绿色设计的基本准则。P281 四、自选设计题（开卷，堂外完成，共40分） 一、填空题（每空1分，共10分） 1.从功能的观点看机器的组成，机器是由多个主要分功能系统构成，它们 的协调工作实现了机器的总功能。 2.近代“设计”学的三个重大发展：“功能”思想的提出和发展、 “人机学”思想的形成和发展和“工业设计”学科体系的发展和成熟。 3.功能原理的基本类型分为动作功能和工艺功能两大类。 4.综合技术功能的求解思路是物理效应引入法。 5.绿色设计是在产品整个生命周期内,着重考虑考虑产品环境属性,并将其作为 设计目标,在满足环境目标要求的同时,保证产品的功能、使用寿命及质量等。 二、简答题（每题4分，共20分） 1.试分别表述电动机的功能、功用和用途。 功能:将电能转变为旋转运动的动能。 功用：作原动机 用途：驱动电风扇、机床…….. 12-7 解：由 得： 12-8 解：由 得： 12-9 解：对不变转矩α=0.3，45钢调质的[σ-1b ]=60MPa ，则： 该轴能满足强度要求。 12-10 解： 对不变转矩α=0.3，则： 由 得： ][1.0)(13 22b e d T M -≤+=σασmm x mm M Fa Ma x 4268.42510 584.1300900030010584.16 6==?-???=-=取x a Fax M +=max Nmm T d M b 622362 23110584.1)23003.0()6010801.0()()][1.0(?=?-???=-≤-ασ][2.01055.936ττ≤?=n d P mm d mm n P d 3828.364010002.040 1055.9][2.01055.93636==????=?≥取τ][2.01055.936ττ≤?= n d P kw nd P 61.711055.9553514502.01055.9][2.06363=????=?≤τ][5.0551.0)10153.0()107(1.0)(132 323322b e MPa d T M -≤=???+?=+=σασ 解： 错误说明：(略) 改正图(略) 12-12 解： 取d =28mm 12-13 解： 1. 计算中间轴上的齿轮受力 中间轴所受转矩为： 1 2 3 4 5 6 1 2 2. 轴的空间受力情况如图a)所示。 3. 垂直面受力简图如图b)所示。 垂直面的弯矩图如图c)所示。 4. 水平面受力简图如图d)所示。 水平面的弯矩图如图e)所示。 B 点左边的弯矩为： B 点右边的弯矩为： C 点右边的弯矩为： C 点左边的弯矩为： 第七章练习题 1. 单项选择 1-1 重要的轴类零件的毛坯通常应选择（ ①铸件②锻件 ③棒料④管材 ）。 1-2 普通机床床身的毛坯多采用（①铸件②锻件③焊接件 ）。④冲压件 1-3 基准重合原则是指使用被加工表面的（）基准作为精基准。 ②设计②工序③测量④装配 1-4 箱体类零件常采用（）作为统一精基准。 ①一面一孔②一面两孔③两面一孔④两面两孔 1-5 经济加工精度是在（）条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。 ①最不利②最佳状态③最小成本④正常加工 1-6 铜合金 7 级精度外圆表面加工通常采用（）的加工路线。 ①粗车②粗车-半精车③粗车-半精车-精车④粗车-半精车-精磨1-7淬火钢 7 级精度外圆表面常采用的加工路线是（）。 ①粗车—半精车—精车③粗车—半精车—粗磨②粗车—半精车—精车—金刚石车④粗车—半精车—粗磨—精磨 1-8铸铁箱体上φ120H7 孔常采用的加工路线是（）。 ①粗镗—半精镗—精镗③粗镗—半精镗—粗磨②粗镗—半精镗—铰 ④粗镗—半精镗—粗磨—精磨 1-9为改善材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），通常安排在（）进行。 ①切削加工之前②磨削加工之前③切削加工之后④粗加工后、精加工前 1-10 工序余量公差等于 ( )。 ①上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之和 ②上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之差 ③上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之和的二分之一 ④上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之差的二分之一 1-11 ）。 直线尺寸链采用极值算法时，其封闭环的下偏差等于（ ①增环的上偏差之和减去减环的上偏差之和 ②增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和 ③增环的下偏差之和减去减环的上偏差之和 ④增环的下偏差之和减去减环的下偏差之和 1-12 直线尺寸链采用概率算法时，若各组成环均接近正态分布，则封闭环的公差等于 （ ）。 ①各组成环中公差最大值 ②各组成环中公差的最小值 ③各组成环公差之和 ④各组成环公差平方和的平方根 1-13 ）。 用近似概率算法计算封闭环公差时，k值常取为（ ①～②～1 ③ 1～④～ 1-14派生式 CAPP 系统以（）为基础。 ①成组技术②数控技术③运筹学④网络技术 1-15 工艺路线优化问题实质上是（）问题。 ①寻找最短路径 ②寻找最长路径③寻找关键路径④工序排序 2. 多项选择 2-1 选择粗基准最主要的原则是（ ）。 ①保证相互位置关系原则 ②保证加工余量均匀分配原则③基准重合原则 ④自为基准原则 2-2 采用统一精基准原则的好处有（ ）。 ①有利于保证被加工面的形状精度②有利于保证被加工面之间的位置精度 ④可以减小加工余量 ③可以简化夹具设计与制造 2-3 平面加工方法有（ ）等。 ①车削②铣削③磨削④拉削 2-4 研磨加工可以（ ）。 ①提高加工表面尺寸精度④提高加工表面的硬度 , 机械设计学复习题 第一章 1.机械的概念 机械是机器和机构的统称：完成做功的各种具体机器和以传递力与运动的各类机构总称为机械。 2.机械设计主要特点 1)多解性 2)系统性3)创新性 4)设计与科学研究 3.“机械设计学”的学科组成 1)功能原理设计 2)实用化设计3)商品化设计 . 4.现代设计,以功能为核心，构思实现该功能所需的方法和手段,具体方法和手段有： CAD/CAM/CAE技术，CIMS工程、并行工程、优化设计、有限元方法、可靠性设计、创新设计、快速响应设计、反求工程、逆向工程、虚拟设计方法等。 5. 近代“机械设计学”的核心内容 1）功能思想的提出2）人机工程学科的兴起3）工业设计学科的成熟 6.机械设计按其创新程度可分为以下三种类型： 1)适应性设计 2）变型设计 3)创新设计 第三章 1. 任何一种机器的更新换代都存在三个途径: 、 1）改革工作原理；2）通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；3）加强辅助功能使其更适应使用者的心理。 2. 功能原理设计的工作特点 1).用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。 2).引入某种新技术(新材料、新工艺、……)，但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、新构思。 3).使机器品质发生质的变化。 3. 功能原理设计的任务和主要工作内容 1).功能原理设计的任务：针对某一确定的“功能目标”．寻求一些（一种）“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。 例如：为实现直线移动的功能要求，可寻求液压、电磁或机构等物理效应，通过油缸、直线电机或刚体传动等作用原理，求得最终实现机械直线移动这个功能目标的解法原理。 @ 2).功能原理设计的主要工作内容： (1)明确功能目标；(2)构思能实现功能目标的新的解法原理；(3)改进、完善解法。 4.根据系统工程学用黑箱来描述功能，请描述采用的哪三种流的转换。 任何技术系统都可以视为3种流的处理系统： 能量流:机械能、热能、电能、化学能、光能、核能。 物料流：气体、液体或各种形式的固体。信息流：各种测量值、输入指令、数 5.功能的分解。 一、名词解释： 1、功能原理设计 2、简单动作功能 3、复杂动作功能 4、机械创新设计 5、机械协调性设计 6、核心技术 7、关键技术 8、弹性强化 9、塑性强化 二、简答题： 机械设计学课后习题 1-1机械产品设计的三个基本环节是什么？ 答：机械产品设计的三个基本环节是：“功能原理设计，实用化设计和商品化设计” 1-2、机械设计具有哪些主要特点： 答：机械设计具有如下主要特点:(1)多解性(2)系统性(3)创新性 1-3、近代“机械设计学”的核心内容 1）“功能”思想的提出：l947年、美国工程师麦尔斯创立了“价值工程“。他真正重要的贡献在于他提出的关于‘功能”的思想。 2）“人机工程’’学科的兴起：“宜人”的宗旨已经成为现代机械设计的基本观念。 3）“工业设计”学科的成熟。工业产品设计的原则是：“技术第一，艺术第二”。工业设计师应该首先是一个工业技术专家，而不首先是一个艺术家。 1-4、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步： 创意、构思和实现。 创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。 构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。 实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。 1-5、机械设计按其创新程度可分为以下三种类型： 1)适应性设计仅改变某些尺寸、外形或局部更改某些结构，使产品适应特定的使用条件或者用户特殊要求。 2）变型设计功能原理保持不变，变动产品部分结构尺寸参数，扩大规格，以满足更大范围功能参数需要的设计。 变型性设计是产品系列化的手段。 3)创新设计在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计。 3-1、什么是功能原理设计？ 答：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计，可以简称为“功能原理设计”。 专升本《数字电路与逻辑设计》模拟题试卷 一. （共75题,共150 分） 1. 十进制数1 2.75 用二进制表示应为:（）（2 分） A. 1010.10 B. 1100.11 C. 1010.011 D. 1100.01 ★检查答案标准答案：B 2. 无符号位的十六进制数减法（A9）l6-（8A）16= （）（2 分） A. （19）16 B. （1F）l6 C. （25）16 D. （29）16 ★检查答案标准答案：B 3. 十进制数15用2421 BCD 码可以表示为（）。（2 分） A. 00001111 B. 01001000 C. 00011011 D. 00010101 ★检查答案标准答案：C 4. 8421 BCD 码01010001.0101 对应的二进制数为( ) ( 2 分) A. 100100.01 B. 110011.10 C. 101110.01 D. 110110.10 ★检查答案标准答案：B 5. 二进制数-0110 的反码是（最高位是符号位）（）（2 分） A. 10110 B. 11001 C. 11010 D. 00110 ★检查答案标准答案：B 6. 如果状态A 与B ，C 与D 分别构成等效对，那么能构成状态等效类的是（ ）（ 2 分） A. AB B. ABC C. BCD D. ABCD ★检查答案标准答案：A 7. 四个变量可以构成多少个最小项？（）（2分） A. 4 个 B. 8 个 C. 15 个 D. 16 个★检查答案标准答案：D 8. 逻辑函数Y可化简为:（）（2分） A. B. C. C+AB D. B+AC ★检查答案标准答案：D 9. 逻辑函数F(A,B,C) = AB ＋BC+AC 的标准表达式是( ) (2分) A. 刀m(3,5,6,7) B. 刀m(0,1,2,4) C. n m(1,3,5,7) D. 刀M(0,2,4,6) ★检查答案标准答案：A 10. 函数，则其反函数（）（2 分） A. B. C. D. ★检查答案标准答案：B 11. 逻辑函数等于( ) ( 2 分) A. B. B C. 1 D. 0 第一章绪论 1.机械设计学学科的三个组成部分（或机械产品设计的基本环节）：功能原理设计、实用化设计、商品化设计。 2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性） 3.近代“设计学”的重大发展（功能思想的提出和发展；人机学思想的形成和发展；工业设计学科体系的发展和成熟） 4.从设计构思的角度将机械设计步骤归纳为哪三大步？（创意、构思、实现） 5.“设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。 6.机械设计学的研究对象 机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其他机械设计的共性技术。7.功能是产品的核心和本质。 第二章机器的组成及典型机器的功能分析 1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动力和运动转变，以执行人们预期的工作，在人或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或几种功能。 2.从不同角度看机器的组成：从机构学的角度看：各种基本机构，自由度=原动机数；从结构学的角度看：各种基本零件；从专业的角度看：各种主要部件 3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调工作实现了实现了机器的总功能。又可进一步分为：工作机（工作头、执行机构）传动机原动机控制器。 4.从功能的观点看机器的分类可分为：工艺类机器：对物料进行工艺性加工的机器，主要特征是具有专用的工作头并进行独特的工艺加工动作；非工艺类-不对任何物料进行工艺性加工，只实现某些特殊的动作性的机器。 5.家用缝纫机是一种典型的工艺类机器。工艺方式：一是采用针尖引线的方法代替针尾引线；二是采用双线互锁交织的方法代替反复穿刺。 功能分析：（1）总功能：将线按一定规律缝于缝料上，它可使一根线或多根线通过自连、互连、中南大学机械设计学复习题
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