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第三節(jié)　簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計
考試內(nèi)容
考試要求
考試屬性
結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素
a
必考＋加試
簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計
c
必考＋加試
1.結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素
結(jié)構(gòu)設(shè)計應以一種或幾種功能的實現(xiàn)為基本目標，應滿足設(shè)計規(guī)范，滿足使用者的基本需要。
結(jié)構(gòu)設(shè)計應考慮的主要因素：穩(wěn)定性、強度、功能、安全性、美觀性、個性化、使用壽命、成本等。
2.簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計
根據(jù)問題確定具體的設(shè)計項目；明確設(shè)計目標及要求；進行設(shè)計分析(重點分析結(jié)構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度)；形成初步設(shè)計方案；模型或者原型制作檢測、優(yōu)化和改進設(shè)計。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素
基本目標：實現(xiàn)一種或幾種功能。
主要因素：功能、穩(wěn)定性、強度、安全性、美觀性等。
【典例1】　如圖所示為戶外陽臺伸縮晾衣架，其支架和底板均采用鋁合金材料制作。底板用于支架和墻體的連接，下列選項中，底板結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的是(　　)
解析　該結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能之一是晾衣架能伸縮，A選項的設(shè)計能滿足晾衣架這一功能要求，且兩端設(shè)計成圓弧狀安全、美觀，采用鋁合金材料，與陽臺接觸處平整穩(wěn)固性好。故答案選A。
答案　A
[方法總結(jié)]　關(guān)于這類題目，首先要分析題目的基本目標，在滿足目標的前提下，再考慮其它因素是否能實現(xiàn)。
變式訓練1　如圖所示是一款床上使用的桌子，支架支撐在支撐梁不同位置的凹槽中，可調(diào)節(jié)桌面的傾斜角度。要求支撐可靠，以下符合要求的支撐梁是(　　)
解析　支撐梁的凹槽形狀應該要求利于支架后退和不易于支架向前滑動，這樣有利于桌面的穩(wěn)固，所以應該設(shè)計成類似手鋸鋸齒的形狀。故答案選D。
答案　D
變式訓練2　小劉家里的長木凳凳腳與凳板間的連接處出現(xiàn)了松動，以下加固方法中，既美觀又有效的是(　　)
解析　本題是從強度和美觀因素考慮設(shè)計的，A、D選項既不美觀又易松動，B選項也容易松動，C選項既牢固又美觀。答案選C。
答案　C
變式訓練3　如圖所示的木質(zhì)電腦桌，桌面角度不能調(diào)整，小明準備對左右兩邊各一只同側(cè)支撐腿進行改進，實現(xiàn)桌面角度可以連續(xù)調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)方便，以下結(jié)構(gòu)方案中最合理的是 (　　)
解析　該題考慮的是通過改進增加輔助功能，選項C能實現(xiàn)這一功能。答案選C。
答案　C
二、簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計
【典例2】　如圖是一款扶手固定的手推平板車，車身材料是鋼板，扶手材料為Φ30 mm的鋼管。為了減小收納空間，要求扶手可以翻倒，請設(shè)計扶手和車身之間的連接結(jié)構(gòu)。設(shè)計要求如下：
A.扶手能翻倒與車身折疊；
B.扶手豎起后可靠固定，能承受推力或拉力；
C.結(jié)構(gòu)簡單、操作方便.
請根據(jù)上述設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：
(1)畫出連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計草圖(只需畫出一側(cè)的連接結(jié)構(gòu))，必要時用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注連接結(jié)構(gòu)的主要尺寸；
(3)說明你的方案是如何實現(xiàn)讓扶手既能翻倒，豎起后又能可靠固定。
解析　結(jié)構(gòu)的設(shè)計，首先應實現(xiàn)題目所要求的功能。本題中要求扶手能翻倒，能固定，就要求連接件一端用元寶螺母實現(xiàn)快速拆卸，另一端與車底板實現(xiàn)鉸連接。
答案　(1)(2)見下圖
(3)如上圖所示擰緊元寶螺絲，能使扶手豎直，旋松元寶螺絲，將連接件與元寶螺絲分離可實現(xiàn)折疊。
[方法總結(jié)]　簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計類的題目，明確要求是關(guān)鍵，設(shè)計的方案在功能、強度、穩(wěn)定性是否符合要求，是否符合人機關(guān)系所要實現(xiàn)的目標。
變式訓練1　某住宅小區(qū)要在墻壁上安裝攝像頭，墻壁上已安裝如圖所示的支架，支架一端上方有一直徑為6 mm的螺孔。攝像頭如圖所示，底部有兩個相距5 cm，直徑為4 mm的螺孔。現(xiàn)在需要我們設(shè)計支架與攝像頭之間的連接件，設(shè)計要求：①攝像頭底部離支架15 cm以上；②攝像頭水平方向和俯角可以在一定范圍內(nèi)方便調(diào)節(jié)；③連接件容易制作，安裝方便；④主要材料選用4 mm厚合金鋁板(可攻絲)，輔助材料自選。
請根據(jù)題意完成以下任務(wù)：
(1)支架與墻壁間的固定可選用________(在“A.膨脹螺絲；B.緊定螺絲；C.元寶螺釘；D.自攻螺釘”中選擇合適的選項，將序號填入“________”中)。
(2)把鋁板加工成連接件，不需要用到的工具是________、________(在“A.鋼絲鋸；B.錘子；C.板牙；D.臺虎鉗；E.銼刀”中選擇合適的選項，將序號填入“________”中)。
(3)請畫出連接件的設(shè)計草圖(必要時可用文字作簡要說明)。
(4)在設(shè)計草圖中標注主要尺寸。
解析　(1)安裝在墻壁上要求牢固應選A。(2)鋼絲鋸是鋸木料的，板牙是套絲工具應選A、C。
(3)(4)根據(jù)設(shè)計的要求設(shè)計方案如圖，用元寶螺絲分別將連接件與支架、連接件上下部分連接，調(diào)節(jié)元寶螺絲可實現(xiàn)攝像頭水平方向和俯角在一定范圍內(nèi)方便調(diào)節(jié)。
答案　(1)A 　(2)A　C　(3)(4)見下圖
變式訓練2　如圖所示是一款音箱，其背面是木板，要將音箱掛在墻上，請設(shè)計一個連接件。已知在墻上已裝好了一個水泥釘，其尺寸如圖所示。
制作連接件的材料為厚度2 mm的鋼板，其他配件自選。
設(shè)計要求如下：
A.連接件能可靠地連接音箱，連接后具有一定的強度；
B.能方便的掛上和取下音箱，掛上后不容易掉落；
C.結(jié)構(gòu)要簡單。
請根據(jù)上述設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：
(1)畫出連接件的設(shè)計草圖(畫立體圖)，必要時用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(3)以下幾種類型的螺絲，其中適合用于連接件安裝的是________(只需選擇一種類型即可，將序號填寫在“________”處)；
(4)在制作連接件的時候，一般要鉆孔，請問：下面的工具在鉆孔的時候會用到的有__________(①劃規(guī)；②角尺；③樣沖；④臺虎鉗；⑤臺鉆。選擇正確的選項，將序號填寫在“________”處)。
解析　(1)(2)根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計如圖方案用自攻螺絲與音箱連接，將水泥釘帽從大圓孔穿過，水泥釘就可掛住音箱且不會脫離。拆卸時動作相反。自攻螺絲適用于與木質(zhì)材料的連接。(3)答案選③。(4)樣沖用于在鋼板上沖眼，臺鉆用于在鋼板上鉆孔。故答案選③⑤。
答案　(1)(2)如解析圖所示　(3)③　(4)③⑤
變式訓練3　如圖所示為一款鋁合金置物架，現(xiàn)要求使用鋼板設(shè)計一個中間連接件，能把置物架安裝到壁上。
連接件設(shè)計要求如下：
A.置物架能牢固安裝在水泥墻壁上；
B.置物架不用時能向上翻轉(zhuǎn)并穩(wěn)定靠在墻上，放下時能水平放置；
C.置物架能方便、快捷的上翻和下放。
請根據(jù)上述設(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)計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(3)置物架和連接件之間的連接方式可以采用________(在①膨脹螺栓連接；②自攻螺；③螺栓螺母連接中選擇一項，將序號填入空格內(nèi))；
(4)置物架安裝好以后，以下試驗中不合理的是________(在①上翻置物架靠在墻壁上，觀察置物架是否能靠穩(wěn)；②多次上翻和放下置物架，觀察是否操作方便；③放下置物架，用手掛在置物架上，觀察置物架和連接件的變形情況；④放下置物架，觀察是否水平中選擇一項，將序號填入空格內(nèi))。
解析　(3)連接件用膨脹螺栓可牢固地與墻壁連接，用螺栓螺母通過通孔形成松鉚連接，置物架不用時能向上翻轉(zhuǎn)并穩(wěn)定靠在墻上，放下時置物架邊框一部分擱置在連接件上能穩(wěn)定地水平放置。
(4)置物架不需要承受人體的重量，此試驗不合理。
答案　(1)(2)如圖所示(兩側(cè)各一個)　(3)③　(4)③
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.如圖所示墻壁固定板和支撐座。支撐座上不放物品時可向墻壁折疊，下列支撐座方案最合理的是(　　)
解析　本題主要考查的是設(shè)計方案的折疊功能和水平放物時的穩(wěn)定性，A、D放物品時易向下翻轉(zhuǎn)，B穩(wěn)定性好但不能折疊，C能向上折疊且放物品時穩(wěn)定性好。故答案選C。
答案　C
2.如圖所示的實木凳子，其凳腳和橫檔均采用截面大小相同的方木料制作。橫檔與凳腳、橫檔與橫檔間均采用榫連接，下列選項中，橫檔結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的是(　　)
解析　本題考查的是結(jié)構(gòu)的強度，實木凳子增加十字橫檔是為了增加結(jié)構(gòu)的強度，但方案不合理反而會降低強度。A、C選項在凳腳所鑿的長方形榫槽會造成凳腳承重能力減弱，B選項所鑿榫槽會造成橫檔強度減弱，D選項方案合理避免了上述的缺點。故選D。
答案　D
3.如圖a所示，小明想設(shè)計一個固定在墻上使用的可以折疊的小椅子，設(shè)計方案有以下四種設(shè)計(圖b)，從結(jié)構(gòu)的角度分析以下四種方案，合理的是(　　)
圖a
圖b
解析　A選項不可以折疊，B選項折疊不到位，C選項金屬連接件折疊到連接點被椅面卡住，D選項能實現(xiàn)折疊并能與墻面平行。故答案選D。
答案　D
4.(2016·10浙江學考)小明參
考如圖所示的產(chǎn)品，準備用木條制作一款可折疊的飲水桶支架。提出了下列結(jié)構(gòu)方案，其中合理的是(　　)
解析　本題主要考查的是結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)和承重能力。在支架上放飲水桶時，要防止支架連接處往外張開，且不用時能夠折疊收放，只有A項的結(jié)構(gòu)方案能解決這些問題。故答案選A 。
答案　A
5.如圖甲所示為一款木質(zhì)提籃，圖乙為其局部放大圖。
經(jīng)測試，發(fā)現(xiàn)提籃不夠穩(wěn)固，改進時，用1 mm厚的鐵皮制作了如圖丙所示的加固連接件，下列安裝該加固連接件的方法最合理的是(　　)
解析　本題考查的是結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)固因素，B選項將側(cè)板和底板牢固的連接，增加了提籃的強度。故答案選B。
答案　B
6.如圖所
示為公共場所常用的可折疊式報刊架，不使用時可折疊放入手提箱內(nèi)，使用時手動拉高并對底部鎖緊固定(安裝過程如圖甲)。為了實現(xiàn)使用時能通過底部固定整體報刊架，請你為報刊架設(shè)計一個底部。
已知報刊架整體拉升至最高點時底部兩支撐桿之間的距離為25厘米，不使用壓扁時底部支撐桿之間的距離為35厘米(如圖乙所示)，支撐桿的圓孔直徑為8毫米，報刊架的寬度距離為25厘米，設(shè)計要求如下：
A.報刊架不使用時，能完全壓扁裝入箱內(nèi)；
B.報刊架使用時，高度可進行一定的調(diào)節(jié)且整體放置穩(wěn)定性好；
C.報刊架使用時，支撐桿與底座之間連接牢固可靠。
請根據(jù)上述設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：
(1)畫出底座的設(shè)計草圖(報刊架主體可不畫)，必要時可用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注底座的主要尺寸；
(3)支撐桿與底座之間最適合采用________(選擇合適的一項，填寫序號)；
①膨脹螺栓
②自攻螺絲
③緊定螺釘
④元寶螺栓
(4)底座與報刊架主體安裝完畢后，為了檢驗是否達到設(shè)計要求，進行了以下試驗，其中合理的試驗有________(指出所有合理的項目，將序號填寫在“________”處)。
①逐漸拉伸報刊架，測試上升和下降是否順暢；
②逐漸拉伸報刊架，測試支撐桿轉(zhuǎn)軸之間轉(zhuǎn)動是否順暢；
③將底部支撐桿與底座連接鎖定，測試連接是否牢固可靠；
④拉伸報刊架至最高點并固定，逐步放置雜志，測試整體的穩(wěn)定性。
解析　本題考查的是簡單結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計能力以及連接件的選用和合理試驗方法的確定。(1)側(cè)面圓孔和滑槽可使兩支撐桿在25～35 cm之間滑動，并可用元寶螺栓鎖定。(4)②報刊架能實現(xiàn)上升和下降的功能，支撐桿轉(zhuǎn)軸之間轉(zhuǎn)動是順暢的，所以該試驗不需要做。
答案　(1)(2)如下圖所示
(3)④　(4)①③④
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.如圖所示的兩木板連接結(jié)構(gòu)中，從連接的可靠性來看，最合理的是(　　)
解析　本題主要考查的是結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度問題，A、C、D選項在使用時易脫離，而B選項從一端插入到另一端連接牢固。故答案選B。
答案　B
2.(2015·10浙江學考)如圖所示是一款人字梯，為了防止展開后滑動，需要在安裝孔處安裝拉桿。要求人字梯展開和收攏時操作方便，并且收攏后拉桿不伸出梯子。下列拉桿的結(jié)構(gòu)方案中合理的是(　　)
解析　本題主要考查的是結(jié)構(gòu)設(shè)計中應考慮的因素：穩(wěn)定性和功能，梯子展開使用時只有當結(jié)構(gòu)的垂線落在支撐面內(nèi)結(jié)構(gòu)才能穩(wěn)定，所以應在豎桿上設(shè)計拉桿，而要展開至某一角度或收攏，則拉桿長度應能調(diào)節(jié)，根據(jù)題意收攏后拉桿不伸出梯子。故答案選B。
答案　B
3.(2015·9浙江高考)如圖所示是一款便攜椅，要求椅面能承重75 kg，臺面能承重10 kg。下列檢驗該椅子強度的方案中合理的是(　　)
解析　本題考查的是結(jié)構(gòu)性能的檢測，承重檢測使被測物處于穩(wěn)定狀態(tài)，大于或等于設(shè)計重量的重物放置在被測物表面。故答案選D。
答案　D
4.室內(nèi)裝潢用的腳手架如圖所示，斜桿的小孔套在焊接在腳手架上的小構(gòu)件A上。利用鐵片B的自身重力，可撥動B使其保持圖1狀態(tài)或保持圖2狀態(tài)：如果使B保持圖1狀態(tài)則可方便進行斜桿的安裝或拆卸；如果使B保持圖2狀態(tài)則可擋住斜桿使其不會從A上滑脫。
已知小構(gòu)件A的端部開槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖3所示，則可推知鐵片B的結(jié)構(gòu)應該是(　　)
解析　由圖3可知，當鐵片插入槽中，由于自身重量銷軸在鐵片B滑槽的上端，受斜桿作用鐵片B略微傾斜就卡在構(gòu)件A的槽中，擋住斜桿使其不會從A上滑脫。安裝和拆卸時，將鐵片B向上移動使銷軸在鐵片B滑槽的下端，這樣鐵片B就能轉(zhuǎn)到水平方向，方便安裝和拆卸。通過分析可知答案在C、D之中，但D選項即使銷軸到達下端，也不能轉(zhuǎn)到水平方向。故答案選C。
答案　C
如圖是一款各個部分可快速裝拆的簡易木桌。請完成5～6題。
5.甲處橫檔與桌腳間的連接設(shè)計，以下方案中較合理的是(　　)
解析　只有結(jié)構(gòu)D連接后，可以抵抗左右、上下的力，B、C只能承受一個方向的力，A選項則兩個方向均不好。故答案選D。
答案　D
6.乙處兩桌腳間的連接設(shè)計，由方案1改進到方案2主要是為了(　　)
A.便于安裝時定位 B.提高連接的可靠性
C.減少制作材料 D.提高桌腳的強度
解析　這是結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，通過改變構(gòu)件的截面形狀，提高連接的可靠性。故答案選B。
答案　B
7.(2015·9浙江高考)如圖所示是一款兩用椅，將橡木腳安裝在辦公椅腳上就成為搖擺椅。下列橡木腳的設(shè)計方案中合理的是(　　)
解析　A、D選項使用時易脫落 ，B選項安裝位置形狀與凳腳形狀不相吻合，只有選項C安裝位置形狀與凳腳形狀相吻合，凳腳能牢固地卡在安裝位置處。故答案選C。
答案　C
8.如圖所示臥室的床經(jīng)過家庭主婦的更改，由床變成了沙發(fā)和擱物架，下列說法不正確的是(　　)
A.結(jié)構(gòu)的設(shè)計的目的是為了實現(xiàn)一種或多種功能
B.結(jié)構(gòu)的改變能導致結(jié)構(gòu)功能的變化
C.設(shè)計這種可變功能的結(jié)構(gòu)，安全是至關(guān)重要的因素
D.結(jié)構(gòu)的設(shè)計將應考慮的因素都應該同等側(cè)重
解析　結(jié)構(gòu)的設(shè)計將應考慮的因素有所側(cè)重，任何一種設(shè)計必須考慮安全性。故答案選D。
答案　D
9.如圖所示為交通路口的廣角鏡。鏡面角度可上下調(diào)整，以適應不同的轉(zhuǎn)角路況。已知廣角鏡背面有4個相距30 mm，直徑為5 mm的螺紋孔，立柱為外徑60 mm的鋼管，請設(shè)計連接廣角鏡與立柱的連接件，設(shè)計要求如下：
A.連接立柱與廣角鏡，實現(xiàn)鏡面一定角度的上下連續(xù)調(diào)節(jié)；
B.安裝完成后，要求廣角鏡背面與立柱面至少有50 mm的距離；
C.連接件與立柱及廣角鏡能夠牢固連接，不得在立柱和廣角鏡背面打孔或開槽；
D.以3 mm鋼板為主要材料，其余零件自選。
請根據(jù)描述和設(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)計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(3)將連接件安裝于廣角鏡背面，最合適的標準件為________；
①抽芯鉚釘
②螺栓螺母
③緊定螺釘
④平頭螺絲
(4)連接件制作完成后，為了驗證其是否達到設(shè)計要求，需要進行技術(shù)試驗，其中不合理的試驗有________(指出所有不合理的項目，將序號填寫在“________”處)。
①安裝后，檢測廣角鏡角度是否能上下連續(xù)調(diào)節(jié)；
②觸摸連接件表面，檢測其是否有尖角或毛刺；
③安裝后，用手推拉廣角鏡，檢測連接件與立柱、廣角鏡連接是否牢固；
④安裝后，用力下拉廣角鏡，檢測立柱是否彎折。
解析　(1)采用弧形滑槽實現(xiàn)鏡面一定角度的上下連續(xù)調(diào)節(jié)；采用半圓弧形鐵片，螺栓螺母連接既不損傷立柱又方便拆卸。(3)安裝用螺栓螺母連接強度大且能旋緊。(4)該設(shè)計的試驗應圍繞連接的相關(guān)因素展開。故④不需要做。
答案　(1)(2)如下圖所示　(3)②　(4)④
10.小王同學發(fā)現(xiàn)，只要教室外面有風，教室門無法固定在某一位置。于是小王同學在門框上安裝一個如圖所示阻尼器(注：活動塊受力后可以在阻尼槽上滑動，但受到阻尼槽側(cè)面的較大阻力)，卻沒有設(shè)計其它連接部分。請設(shè)計一個門與阻尼器的連接件，其設(shè)計要求如下：
A.能實現(xiàn)門板固定在0°至 90°之間的任意角度；
B.不影響門的開、關(guān)；
C.開啟與固定操作方便；
D.連接件主要材料采用3 mm厚的扁鋼，輔助材料自選。
請完成以下任務(wù)。
(1)在給定的位置上畫出連接件的設(shè)計草圖，必要時用文字說明(門與門框、阻尼器已經(jīng)確定位置)；
(2)在設(shè)計草圖上標出其主要尺寸；
(3)連接件與門的連接最好選用__________(在①自攻螺釘；②螺栓螺母；③鉚釘中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)為了檢驗連接件是否達到設(shè)計要求，小王進行了以下試驗，其中不合理的試驗有__________(在下列選項中選出不合理的項目，將序號填寫在“______”處)。
①連接件能否連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)是否方便；
②連接件能否在有風時，使門固定在某一位置；
③在連接件中間懸掛一重物，觀察連接件的承重能力；
④調(diào)節(jié)連接件，觀察與門的連接是否牢固。
解析　(1)采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計既不影響門的開關(guān)，又能使門在有風時固定在任一位置；(3)連接件與木門相連接應選自攻螺釘；(4)連接件主要的功能不是承重所以③試驗不合理。
答案　(1)(2)如圖所示　(3)①　(4)③
11.某小區(qū)為加強安保，購買了一批攝像頭。如圖所示，攝像頭已與固定桿連好，固定桿直徑為50 mm，固定桿上有兩個安裝孔，直徑為8 mm，孔距為50 mm。現(xiàn)在需要設(shè)計連接件，將固定桿安裝到墻上，具體要求如下：
A.連接件與墻壁可靠固定；
B.固定桿能夠從水平位置向下旋轉(zhuǎn)45度，并且能連續(xù)調(diào)節(jié)，可靠固定；
C.連接件材料為3 mm厚的鋼板。
根據(jù)題意，完成下列任務(wù)。
(1)畫出連接件的設(shè)計草圖，必要時用文字說明；
(2)在草圖上標注連接件主要尺寸；
(3)最適合用于連接件與墻壁固定的是________(將序號填寫在“________”處)；
(4)為檢驗連接件是否達到設(shè)計要求，以下試驗中，合理的試驗有________(選出所有合理的選項，將序號填寫在“________”處)。
①從水平位置向下轉(zhuǎn)動固定桿，測試調(diào)節(jié)角度是否符合要求；
②適當用力拉固定桿，觀察其能否與連接件可靠固定；
③適當用力拉連接件，觀察連接件與墻壁是否牢固；
④適當用力拉攝像頭，觀察攝像頭是否會松動。
解析　(1)固定桿上的二孔與連接件上側(cè)面上的孔和圓弧滑槽連接，固定桿能夠從水平位置向下旋轉(zhuǎn)45度，并且能連續(xù)調(diào)節(jié)，可靠固定。(3)與墻壁連接采用膨脹螺栓能牢固連接。(4)適當用力拉攝像頭，觀察攝像頭是否會松動與設(shè)計要求無關(guān)故不合理。
答案　(1)(2)如圖所示　(3)④　(4)①②③
12.小明家中的墻壁上需安裝一掛鉤，小明手持手電鉆直接在墻上打孔，粉塵飛揚現(xiàn)請你幫助小明設(shè)計一種手電鉆打孔時的灰塵收集器，設(shè)計要求如下：
　
A.給定材料：具有彈性的塑膠管、鋼管、橡皮筋、塑料袋，材料必須全部用到；
B.構(gòu)件間連接牢固；
C.能收集全部灰塵。
請根據(jù)描述和設(shè)計要求完成以下任務(wù)：
(1)在給定材料范圍中，設(shè)計分析時，下列哪些信息是不需要收集的________(①制作材料的加工藝②常用鉆頭的規(guī)格大小③市面上常見收集灰塵的裝置④手電鉆的外觀尺寸，從上述選項中選擇一項填入“________”)；
(2)制作裝置過程中，不可能用到的工具是(　　)
(3)畫出設(shè)計草圖，必要時用文字說明；
(4)在草圖上標上必要的尺寸。
答案　(1)④　(2)A
(3)(4)如圖所示
13.如圖是一款釣魚專用椅子，雙手握持魚竿長時間釣魚會感到明顯疲憊。現(xiàn)需設(shè)計一連接件，能夠把魚竿固定在如圖所示的凳腿上。已知凳腿為鋁合金空心管，直徑為40 mm，魚竿握持連接處為碳纖維空心管，直徑為30 mm。設(shè)計要求如下：
A.魚竿可連續(xù)調(diào)整水平和豎直方向一定角度；
B.連接件和凳腿的高度可調(diào)；
C.連接可靠，能承受一定壓力；
D.不允許在凳腿和魚竿上鉆孔、開槽；
E.主材為鋁管和鋁板，輔材自選。
根據(jù)要求，完成以下的內(nèi)容：
(1)畫出連接件的設(shè)計草圖，必要時可文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標出連接件的主要尺寸；
(3)為了使魚竿的角度和高度調(diào)節(jié)方便，連接件的螺栓宜采用元寶螺栓，這實現(xiàn)了人機關(guān)系的________目標；
(4)為了檢驗連接件是否符合設(shè)計要求，以下技術(shù)試驗不合理的有________、________(指出所有不合理的項目，將序號填寫在“________”內(nèi))。
①架上魚竿，把魚竿伸到最長，觀察連接件是否松動；
②調(diào)整魚竿，觀察水平和豎直方向角度調(diào)整是否方便；
③拆下連接件，觀察拆裝是否方便；
④調(diào)整連接件和地面的高度，觀察能否調(diào)節(jié)；
⑤取下魚竿，觀察魚竿握柄是否被連接件刮傷。
答案　(1)(2)如圖所示　(3)高效　(4)③　⑤
14.圖甲所示是一款可折疊式拉桿車，當載物桿上放置重物時可立于地面上，且支撐桿往外撐開，當載物桿往上折疊時，支撐桿往里收縮，將拉桿車收縮折疊起來，節(jié)省空間。載物桿、支撐桿展開后尺寸如圖乙所示，桿上連接用的孔均為通孔。現(xiàn)請你設(shè)計載物桿與支撐桿之間的連接件，設(shè)計要求如下：
A.連接件與載物桿、支撐桿連接可靠，展開、收縮操作方便；
B.展開支撐時，支撐桿與載物桿之間的角度為120°；
C.不可在拉桿車上有任何加工；
D.連接件結(jié)構(gòu)簡單，材料采用2 mm厚的鋼板。
請根據(jù)上述信息和設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：
(1)在設(shè)計時以下各因素中：①拉桿與載物桿的連接方式；②載物桿和支撐桿的截面形狀；③載物的重量；④拉桿的強度；⑤連接件的加工方式，其中不需要考慮的因素是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.①② B.③⑤
C.①④ D.④⑤
(2)畫出連接件的設(shè)計草圖，必要時可用文字說明；
(3)在設(shè)計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(4)連接件安裝完畢后，需進行技術(shù)試驗，以驗證是否滿足設(shè)計要求。以下試驗中不合理的是__________(在下列選項中選出所有符合的選項，將序號填寫在“________”處)。
①展開、收縮拉桿車，觀察連接件與載物桿、支撐桿之間轉(zhuǎn)動是否靈活；
②放置重物到載物桿位置上，測試載物桿的強度；
③施力拉伸并展開支撐桿，檢驗連接件與支撐桿的連接是否可靠；
④在拉桿上施加水平拉力，測試連接件的強度；
⑤在支撐桿上施加往外拉力，測試連接件是否從載物桿上脫落。
答案　(1)C　(2)(3)見下圖　(4)②④
15.如圖所示是一款筆記本電腦桌，它可以可折疊收納，但桌腿不能調(diào)節(jié)高度。已知桌腿所用的材料為截面為長方形的木條，木條的截面長20 mm寬為10 mm。請對該筆記本電腦桌的桌腳進行重新設(shè)計，使其高度可調(diào)節(jié)，所用材料為截面相同的方木條，其他配件自選。設(shè)計要求如下：
A.桌腿可調(diào)節(jié)的高度為250 mm～350 mm；
B.桌腳能連續(xù)調(diào)節(jié)；
C.桌腳構(gòu)件之間只能調(diào)節(jié)長短，彼此不能相對轉(zhuǎn)動；
D.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
請根據(jù)上述設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：
(1)畫出桌腳的設(shè)計草圖，必要時可用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注桌腿的主要尺寸；
(3)在設(shè)計桌腿時不需要考慮的因素是__________(在①桌腳的連接方式；②桌腳的調(diào)節(jié)方式；③桌面的材料中選擇一項，將序號填入“________”處)；
(4)當桌腳安裝好后，對桌腳的穩(wěn)固性進行試驗，以下技術(shù)試驗不合理的是________(在①調(diào)節(jié)桌腳高度看是否方便；②左右晃動桌子看桌腳連接是否容易松動；③在筆記本電腦桌面坐上人看桌腳是否會損壞；④調(diào)節(jié)桌腳看桌腳是否能方便折疊收納中選擇一項，將序號填入“________”處)。
答案　(1)(2)見下圖
(3)③　(4)③
16.如圖所示為戶外墻旗的支架底座與旗桿。由于支架損壞，只剩底座，現(xiàn)要在支架底座與旗桿之間設(shè)計一個連接件，使旗桿能方便固定在底座上。其中支架底座中間凸起部分厚10 mm，中心連接孔直徑6 mm，四個安裝孔直徑均為5 mm，旗桿下端直徑為18 mm。現(xiàn)有直徑為30 mm的圓鋼(長度不限)，螺孔相配合的螺釘及緊固件若干。其設(shè)計要求如下：
①連接件可使旗桿實現(xiàn)豎直方向一定角度的調(diào)節(jié)；
②連接件與底座有可靠的連接；
③連接件能夠固定旗桿，不易被風吹落，但不能破壞旗桿，需要時可方便取下旗桿；
④底座的形狀不變，連接件的主要材料采用圓鋼，輔助材料自選。
請根據(jù)上述設(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)計草圖中標注連接件的主要尺寸；
(3)為了保證支架底座與水泥墻體之間有足夠的連接強度，適合選用的連接件是________(只需選擇一種類型即可，將序號填寫在“________”處)；
(4)如果以批量生產(chǎn)、經(jīng)濟使用為目標，連接件材料還可以選用________(在①木材；②塑料；③不銹鋼中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)(2)如圖
(3)③　(4)②
17.如圖所示為小明家的陽臺的護欄，小明想在護欄上養(yǎng)花卉，護欄的橫截面為正方形，邊長為10 cm。現(xiàn)請你幫助小明設(shè)計一款護欄花架，設(shè)計要求如下：
A.花架的長度和寬度滿足能同時放下5個直徑為24 cm的圓形花盆。
B.花架與護欄連接牢靠，方便拆卸；
C.主要材料采用2 mm厚的鋼板，輔助材料自選；
請根據(jù)描述和設(shè)計要求完成以下任務(wù)：
(1)畫出護欄花架的設(shè)計草圖，必要時可用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注有關(guān)的主要尺寸；
(3)花架安裝到護欄上所需的合適配件為________(在①鉚釘；②自攻螺釘；③螺母螺栓；④膨脹螺栓中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)為了提高花架的抗氧化能力，適合中學生對其進行的表面處理方法是________(在①表面刷光；②噴涂油漆；③鍍層中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)(2)如圖所示　(3)③　(4)②
課件29張PPT。第三節(jié)　簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計1.結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素 結(jié)構(gòu)設(shè)計應以一種或幾種功能的實現(xiàn)為 ，應滿足 ，滿足使用者的 。
結(jié)構(gòu)設(shè)計應考慮的主要因素： 、使用壽命、成本等。基本目標設(shè)計規(guī)范基本需要穩(wěn)定性、強度、功能、安全性、美觀性、個性化2.簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)問題確定具體的設(shè)計項目；明確設(shè)計目標及要求；進行設(shè)計分析(重點分析結(jié)構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度)；形成初步設(shè)計方案；模型或者原型制作；檢測、優(yōu)化和改進設(shè)計。一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素基本目標：實現(xiàn)一種或幾種功能。
主要因素：功能、穩(wěn)定性、強度、安全性、美觀性等。【典例1】　如圖所示為戶外陽臺伸縮晾衣架，其支架和底板均采用鋁合金材料制作。底板用于支架和墻體的連接，下列選項中，底板結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的是(　　)解析　該結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能之一是晾衣架能伸縮，A選項的設(shè)計能滿足晾衣架這一功能要求，且兩端設(shè)計成圓弧狀安全、美觀，采用鋁合金材料，與陽臺接觸處平整穩(wěn)固性好。故答案選A。
答案　A [方法總結(jié)]　關(guān)于這類題目，首先要分析題目的基本目標，在滿足目標的前提下，再考慮其它因素是否能實現(xiàn)。變式訓練1　如圖所示是一款床上使用的桌子，支架支撐在支撐梁不同位置的凹槽中，可調(diào)節(jié)桌面的傾斜角度。要求支撐可靠，以下符合要求的支撐梁是(　　)解析　支撐梁的凹槽形狀應該要求利于支架后退和不易于支架向前滑動，這樣有利于桌面的穩(wěn)固，所以應該設(shè)計成類似手鋸鋸齒的形狀。故答案選D。
答案　D變式訓練2　小劉家里的長木凳凳腳與凳板間的連接處出現(xiàn)了松動，以下加固方法中，既美觀又有效的是(　　)解析　本題是從強度和美觀因素考慮設(shè)計的，A、D選項既不美觀又易松動，B選項也容易松動，C選項既牢固又美觀。答案選C。
答案　C變式訓練3　如圖所示的木質(zhì)電腦桌，桌面角度不能調(diào)整，小明準備對左右兩邊各一只同側(cè)支撐腿進行改進，實現(xiàn)桌面角度可以連續(xù)調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)方便，以下結(jié)構(gòu)方案中最合理的是 (　　)解析　該題考慮的是通過改進增加輔助功能，選項C能實現(xiàn)這一功能。答案選C。
答案　C二、簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計【典例2】　如圖是一款扶手固定的手推平板車，車身材料是鋼板，扶手材料為Φ30 mm的鋼管。為了減小收納空間，要求扶手可以翻倒，請設(shè)計扶手和車身之間的連接結(jié)構(gòu)。設(shè)計要求如下：A.扶手能翻倒與車身折疊；
B.扶手豎起后可靠固定，能承受推力或拉力；
C.結(jié)構(gòu)簡單、操作方便.
請根據(jù)上述設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：
(1)畫出連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計草圖(只需畫出一側(cè)的連接結(jié)構(gòu))，必要時用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注連接結(jié)構(gòu)的主要尺寸；
(3)說明你的方案是如何實現(xiàn)讓扶手既能翻倒，豎起后又能可靠固定。 解析　結(jié)構(gòu)的設(shè)計，首先應實現(xiàn)題目所要求的功能。本題中要求扶手能翻倒，能固定，就要求連接件一端用元寶螺母實現(xiàn)快速拆卸，另一端與車底板實現(xiàn)鉸連接。答案　(1)(2)見下圖(3)如上圖所示擰緊元寶螺絲，能使扶手豎直，旋松元寶螺絲，將連接件與元寶螺絲分離可實現(xiàn)折疊。[方法總結(jié)]　簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計類的題目，明確要求是關(guān)鍵，設(shè)計的方案在功能、強度、穩(wěn)定性是否符合要求，是否符合人機關(guān)系所要實現(xiàn)的目標。 變式訓練1　某住宅小區(qū)要在墻壁上安裝攝像頭，墻壁上已安裝如圖所示的支架，支架一端上方有一直徑為6 mm的螺孔。攝像頭如圖所示，底部有兩個相距5 cm，直徑為4 mm的螺孔。現(xiàn)在需要我們設(shè)計支架與攝像頭之間的連接件，設(shè)計要求：
①攝像頭底部離支架15 cm以上；②攝像頭水平方向和俯角可以在一定范圍內(nèi)方便調(diào)節(jié)；③連接件容易制作，安裝方便；④主要材料選用4 mm厚合金鋁板(可攻絲)，輔助材料自選。請根據(jù)題意完成以下任務(wù)：
(1)支架與墻壁間的固定可選用________(在“A.膨脹螺絲；B.緊定螺絲；C.元寶螺釘；D.自攻螺釘”中選擇合適的選項，將序號填入“________”中)。
(2)把鋁板加工成連接件，不需要用到的工具是________、________(在“A.鋼絲鋸；
B.錘子；C.板牙；D.臺虎鉗；E.銼刀”中選擇合適的選項，將序號填入“________”中)。
(3)請畫出連接件的設(shè)計草圖(必要時可用文字作簡要說明)。
(4)在設(shè)計草圖中標注主要尺寸。解析　(1)安裝在墻壁上要求牢固應選A。(2)鋼絲鋸是鋸木料的，板牙是套絲工具應選A、C。
(3)(4)根據(jù)設(shè)計的要求設(shè)計方案如圖，用元寶螺絲分別將連接件與支架、連接件上下部分連接，調(diào)節(jié)元寶螺絲可實現(xiàn)攝像頭水平方向和俯角在一定范圍內(nèi)方便調(diào)節(jié)。答案　(1)A 　(2)A　C　(3)(4)見下圖變式訓練2　如圖所示是一款音箱，其背面是木板，要將音箱掛在墻上，請設(shè)計一個連接件。已知在墻上已裝好了一個水泥釘，其尺寸如圖所示。制作連接件的材料為厚度2 mm的鋼板，其他配件自選。
設(shè)計要求如下：
A.連接件能可靠地連接音箱，連接后具有一定的強度；
B.能方便的掛上和取下音箱，掛上后不容易掉落；
C.結(jié)構(gòu)要簡單。
請根據(jù)上述設(shè)計要求，完成以下任務(wù)：(1)畫出連接件的設(shè)計草圖(畫立體圖)，必要時用文字說明；
(2)在設(shè)計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(3)以下幾種類型的螺絲，其中適合用于連接件安裝的是________(只需選擇一種類型即可，將序號填寫在“________”處)；(4)在制作連接件的時候，一般要鉆孔，請問：下面的工具在鉆孔的時候會用到的有__________(①劃規(guī)；②角尺；③樣沖；④臺虎鉗；⑤臺鉆。選擇正確的選項，將序號填寫在“________”處)。解析　(1)(2)根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計如圖方案用自攻螺絲與音箱連接，將水泥釘帽從大圓孔穿過，水泥釘就可掛住音箱且不會脫離。拆卸時動作相反。自攻螺絲適用于與木質(zhì)材料的連接。(3)答案選③。(4)樣沖用于在鋼板上沖眼，臺鉆用于在鋼板上鉆孔。故答案選③⑤。答案　(1)(2)如解析圖所示　(3)③　(4)③⑤變式訓練3　如圖所示為一款鋁合金置物架，現(xiàn)要求使用鋼板設(shè)計一個中間連接件，能把置物架安裝到壁上。連接件設(shè)計要求如下：
A.置物架能牢固安裝在水泥墻壁上；
B.置物架不用時能向上翻轉(zhuǎn)并穩(wěn)定靠在墻上，放下時能水平放置；
C.置物架能方便、快捷的上翻和下放。
請根據(jù)上述設(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)計草圖上標注連接件的主要尺寸；
(3)置物架和連接件之間的連接方式可以采用________(在①膨脹螺栓連接；②自攻螺；③螺栓螺母連接中選擇一項，將序號填入空格內(nèi))；(4)置物架安裝好以后，以下試驗中不合理的是________(在①上翻置物架靠在墻壁上，觀察置物架是否能靠穩(wěn)；②多次上翻和放下置物架，觀察是否操作方便；③放下置物架，用手掛在置物架上，觀察置物架和連接件的變形情況；④放下置物架，觀察是否水平中選擇一項，將序號填入空格內(nèi))。解析　(3)連接件用膨脹螺栓可牢固地與墻壁連接，用螺栓螺母通過通孔形成松鉚連接，置物架不用時能向上翻轉(zhuǎn)并穩(wěn)定靠在墻上，放下時置物架邊框一部分擱置在連接件上能穩(wěn)定地水平放置。
(4)置物架不需要承受人體的重量，此試驗不合理。答案　(1)(2)如圖所示(兩側(cè)各一個)　(3)③　(4)③

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