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课时6　简单结构的设计C
第一章　结构及其设计
目 录
CONTENTS
任务清单与知识构建
01
案例导学厘清重难点
02
随堂达标检测
03
课时分层训练
04
任务清单与知识构建
1
任务　分析结构设计应考虑的主要因素
1.结构设计应以一种或几种______的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的____________。
2.在进行结构设计时，需要考虑的主要因素有：_________、______、安全性、适用性、耐久性和成本控制要求等。不同的结构设计应考虑的因素各有侧重，安全都是至关重要的因素。
功能
基本需求
稳定性
强度
案例导学厘清重难点
2
重难点　传动结构设计
电机常考题型有以下8类
类型一：曲柄类(最好连杆上加一个方形的“抱箍”)
类型二：齿轮类
类型三：螺杆类
类型四：蜗杆类
类型五：凸轮类
类型六：棘轮
类型七：槽轮
类型八：部分齿轮
例 (2020年1月选考真题)小明看到下雨天有时因为忘记关窗，雨水打到教室内，他上网查找资料后决定设计一个自动关窗装置。当窗外的湿敏传感器检测到雨水信号时，装置自动将窗户关闭，平时用按钮控制该装置来开窗和关窗。已知教室的窗户为铝合金推拉窗(如图a所示)，窗洞上框和两侧框为宽度相同的木板，窗台为大理石。请你帮助小明设计该装置的机械部分，设计要求如下：
A.能带动内窗扇左右移动，实现窗户的打开和关闭；
B.采用小型减速电机(如图b所示)驱动，通过电机的正反转实现窗户的打开和关闭；
C.安装在窗洞上框或两侧框上部的木板上；
D.材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.收集信息；B.观察日常生活中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)设计时，下列尺寸中可以不考虑的是________(在A.1200；B.50；C.60中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出设计草图(重点表达你的设计，窗户不需要全部画出，涉及到的部分用简单线条表示，电机及支架画一个方块代表即可)，必要时可以用文字说明；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)小明准备在装置的机械部分和电路部分制作完成并安装后进行下列试验，其中不合理的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
A.分别按下开窗和关窗的按钮，观察窗户能否正常打开和关闭
B.打开窗户，将水滴在湿敏传感器上，观察窗户能否自动关闭
C.用电吹风机将湿敏传感器烘干，观察窗户能否自动打开
D.在装置上施加一定的力，观察装置安装是否牢固
答案　(1)B　(2)B　(3)(4)见解析图　(5)C
解析　(1)该问题由生活中来，发现问题的途径：观察日常生活。
(2)设计时的尺寸问题，1200为窗户宽度，涉及窗户移动的距离，需要考虑；60为窗框宽度(窗洞上框和两侧框为宽度相同的木板)，涉及电机安装位置，需要考虑。50为窗户距侧面的距离，不必考虑。
(3)(4)因该题需要将转动转化为平动，基本思路为通过齿轮或连杆实现转换。
(5)设计的主要功能为有雨自动关窗，故C选项错误。
变式训练1 (2021年6月浙江选考)如图所示是小明家的蔬菜大棚，温度高的时候，将薄膜从两侧底部向上翻起来，以便通风，温度低的时候，再将薄膜放下，小明看到爸爸妈妈操作很辛苦，想设计一个翻薄膜的装置，设计要求如下：
(1)能将薄膜从底部向上翻起和放下，向上翻起后形成不小于500 mm的通风空隙；
(2)薄膜向上翻起和放下后，装置均能将薄膜固定住；
(3)采用减速电机驱动；
(4)材料自选。
请你帮助小明完成该装置机械部分的设计，完成以下任务：
(1)小明提出“将薄膜从底部向上翻起后形成不小于500 mm的通风空隙”主要是从________的角度考虑的(A.物；B.人；C.环境)；
(2)构思该装置机械部分的方案时可以不考虑的因素是________(A.大棚的形状；B.大棚的长度；C.薄膜的特性；D.温度的变化)；
(3)小明构思好设计方案后，在计算机中建立装置的仿真模型，模拟实际工作状态，让模型连续反复运动，观察设计能否满足要求。小明采用的方法属于________(A.模拟试验法；B.虚拟试验法；C.强化试验法)；
(4)画出该装置机械部分的设计草图(对称机构只需画出一侧，电机用方框表示)，必要时用文字说明；
(5)在设计草图上标注主要尺寸。
答案　(1)C　(2)D　(3)B　(4)(5)见解析图
解析　(1)“……500 mm的通风空隙”主要是从棚内蔬菜的生长需求来考虑的，属于环境因素。
(2)A：大棚的形状常见的有全拱形、两侧直立顶部拱形、锯齿形等，大棚形状影响收卷机构的轨迹设计，需要考虑。B：大棚的长度既影响收卷杆的强度设计，还影响电机数量，需要考虑。C：如果薄膜柔性很好，可以考虑收卷，如果薄膜柔性差，有较强的刚性，则不宜收卷，可以考虑竖直向上提拉，故薄膜的特性需要考虑。D：温度的变化不用考虑。
(3)用计算机技术来模拟现实中的技术设计原型并进行试验，为虚拟试验法。
(4)(5)如下：
①龙门架提拉方案
②收卷方案A
③收卷方案B
变式训练2 小马观察到小区车位上安装的手动地锁主要有两种款式(如图所示)。车辆进出车位时人需要下车，把车位锁的撑杆放下或撑起，很不方便。于是准备重新设计一款遥控电动地锁，用遥控器发出开关信号，控制直流电机驱动地锁的传动装置开闭地锁。请你帮助小马设计该遥控电动地锁的机械结构，设计要求如下：
①地锁安装在车位的地面上，能防雨，有一定的强度；
②选用可充电电池供电，通过电机的正反转实现地锁的打开和关闭；
③地锁上升(上锁)后的高度大于400 mm，地锁下降(开锁)后的高度小于
120 mm；
④所需材料和配件自选。
(5)要将地锁固定在车位的混凝土地面上，合适的紧固件是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
答案　(1)C　(2)C　(3)(4)见解析图 (5)A
解析　(1)通过观察日常生活发现车辆进出车位时人需要下车，把车位锁的撑杆放下或撑起，很不方便，从而提出了遥控电动地锁的设想，主要是为了方便，改善人机关系。选择C。(2)采用标准件是为了简化制作过程，实现通用通换，不需要个人加工，故设计分析时，不需考虑标准件加工工艺。选择C。(3)(4)根据设计要求：①地锁安装在车位的地面上→底座需要打孔与地面连接：
②能防雨→可设计遮雨罩；
③通过电机的正反转实现地锁的打开和关闭→从电机转动到地锁升降(可选择转动到转动或转动变平动装置)；
④地锁打开和关闭会自锁→如蜗轮蜗杆、螺旋机构；
⑤地锁上升(上锁)后的高度大于400 mm，地锁下降(开锁)后的高度小于120 mm为重要尺寸标注。
方案可设计为：
或者主要结构设计为类似汽车千斤顶结构。
(5)要将地锁固定在车位的混凝土地面上，需要选择金属膨胀螺栓，选择A。
变式训练3 小明平时在教室擦如图所示的黑板时，发现擦拭时间长且近距离接触粉尘，影响健康。于是想设计一种自动擦拭黑板的装置，小明已经设计好了如图所示的部分装置，在黑板的上方安装了滑轨。黑板的擦拭条A、B已经安装到滑轨上，沿着滑轨左、右移动时可以起到擦黑板的效果。请你帮助小明设计完成该装置，设计要求如下：
①擦拭条A、B从最左侧和最右侧开始反向运动，到最中间后，各自回到起始位置，完成一次擦拭；
②只准使用1个减速电机驱动，利用电机正、反转或者一个方向转动实现；
③装置与擦拭条A、B上的安装孔连接；
④材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.收集和分析信息；B.观察日常生活；C.技术研究与技术试验中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)设计该装置时，下列因素中可以不考虑的是________(在A.安装方式；B.黑板的长度3000 mm；C.黑板的高度1000 mm中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)根据设计的一般过程，明确设计要求后，接下来小明要做的是________(在A.设计分析；B.收集信息；C.方案构思中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)画出设计草图，必要时可用文字说明(电机可用方块表示)；
(5)在设计草图上标注主要尺寸。
答案　(1)B　(2)C　(3)B　(4)(5)见解析图
解析　(1)小明在教室擦黑板时发现，擦拭时间长且近距离接触粉尘的问题，故发现问题的途径是观察日常生活；(2)设计该装置时，可以不考虑的是黑板的高度。实现水平方向传动，黑板的长度及安装方式均需要考虑；(3)根据设计的一般过程，明确设计要求后，需要制订设计方案，首先收集信息→设计分析→方案构思→方案呈现→方案筛选。
(4)(5)如图所示。
随堂达标检测
3
1.小明家的可拆卸相机三脚架已破损，剩下如图a所示的主杆部分(直径为20 mm)与支撑脚。小明想对其改进利用，设计一种可以通过手摇柄调节高度的三脚架。他找到如图b所示的钢环和手摇柄，并设想按照如图c的方式固定主杆，手摇柄插入钢环，其中钢环与支撑脚的连接小明已找到解决办法，现请你帮助小明设计插入钢环里的手摇柄部分与主杆之间的传动装置，要求如下：
①主杆和钢环允许钻孔加工处理；
②主杆可连续调节，可调范围为0～500 mm；
③主杆可以保持在所调节的高度；
④传动部分与手摇柄、主杆连接牢固合理
⑤材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.观察日常生活；B.收集和分析信息；
C.技术研究与技术试验中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)小明需要在钢环上钻孔以便手摇柄能插入钢环内使用，以下三种孔形中最合理的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
答案　(1)A　(2)C　(3)A
(4)如图所示。评分标准：
①能够和手柄转轴牢固连接；
②能够和主杆牢固连接；
③能实现主杆上下移动；
④有一定的承载能力(如手拧螺丝拧紧固定、蜗杆蜗轮自锁功能等)；
(5)评分标准：与手柄轴连接处的半圆孔尺寸为R5、齿条可调部分高度500。
2.住房的楼层高度一般为2.8 m，小明发现安装灯具的师傅在装吊灯时，需要几人合力将吊灯通过梯子送至天花板并托举着才能完成安装，如此安装需要多名操作人员，且灯具容易损坏。于是他想利用通用技术知识设计吊灯安装辅助装置，将吊灯放至支架上通过遥控器操控支架上升至天花板，仅需一人即可完成吊灯的安装。小明已经初步完成吊灯放置架(如图a所示)、支撑部分及电机固定部分(如图b所示)的设计。
请你帮助小明设计该装置的机械传动部分，设计要求如下：
①支架能上下伸缩，实现将吊灯送至天花板；
②支架处于最低位置时，支架顶端高度应在人体肘高位置，使放置吊灯操作方便( 成年人肘高约为1100 mm)；
③采用图c所示小型减速电机驱动，电机安装在图b平台上，通过电机的正反转实现支架的上升下降；
④支架上升时在任意位置能可靠停住；
⑤结构稳固可靠；
⑥材料自选。
请完成以下任务：
(1)使用该装置安装吊灯，仅需在遥控器上按键即可将吊灯送至天花板，无需多人将吊灯托举着进行安装，体现了技术具有________(在A.保护人；B.解放人；
C.发展人中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)该吊灯安装辅助装置不仅可以辅助安装吊灯，还可以辅助安装中央空调、投影仪等多种设备，主要考虑了________的因素(在A.人；B.物；C.环境中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出装置机械部分的设计草图，必要时可用文字说明；
(4)在设计草图上标注装置的主要尺寸；
(5)小明准备在机械装置安装后进行以下技术试验，其中不合理的是________(在A.发出上升下降指令，观察装置能否顺利上升和下降；B.在吊灯上升过程中，发出停止指令，观察装置是否够能可靠停住；C.多次拆装支架的机械传动部分，观察机械传动部分拆装是否方便；D.在支架上端放置10 kg重物，发出上升指令，观察装置是否稳固可靠中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
答案　(1)B　(2)C　(3)(4)如图所示
(5)C
3.如图 a所示是小明学校的防疫通道闸机，通过机械传动装置控制闸道门立柱转动，从而实现闸道门打开，已知通道闸机设备内部部分结构如图b所示，立柱与底板间能自由转动，电机转轴截面图和尺寸如图c所示，在使用的过程中，闸门不能正常打开，小明发现电机转轴与闸门立柱之间的连接件损坏，请你帮助小明重新设计该机械传动部分，要求如下：
A.能过电机的转动实现通道闸机门的打开和关闭；
B.要能体现机械装置的结构，结构要牢固可靠；
C.电机转的角度和门打开的角度一致；
D.不能对闸门立柱进行加工，即不能打孔等操作；
E.材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.技术研究与技术试验；B.观察日常生活；C.收集和分析信息中选择合适的选项将序号填入“________”)；
(2)设计该装置时，下列因素中可以 的是________(在A.电机转轴的尺寸；B.闸门立柱尺寸；C.底板材料中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出设计草图，必要时可用文字说明；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)小明准备在机械传动部分制作完成并安装后进行下列试验， 的是
________。
A.启动电机，观察是否可以实现通道闸机门的打开和关闭
B.启动电机，试验电机转动角度与门打开的角度是否符合要求
C.启动电机，观察立柱和传动连接装置是否能可靠转动
D.在通道闸机门上挂上50 kg重物，观察传动结构是否牢固
答案　(1)B　(2)C　(3)(4)如图所示
(5)D
4
课时分层训练
基础巩固篇
素养提升篇
1.如图所示为调节汽车座椅位置的滑轨结构，汽车座椅可以通过该部分结构完成位置的小范围调整。该结构由滑轨、滑槽、底座等部件构成。两侧滑轨上分别有2个安装孔与座椅底部连接，横档用于连接两侧滑轨使两侧滑轨移动同步，电机安装在安装板上。汽车座椅位置的调整由电机提供动力。目前该结构还缺少传动结构，请你设计电机与横档之间的传动结构，设计要求如下：
①通过电机的正反转，能实现滑轨水平方向上的前后移动；
②座椅位置的调整范围至少为50 cm；
③传动结构与电机和横档的连接牢固可靠；
④调整好后，座椅位置固定；
⑤材料自选。
请完成以下任务：
(1)将汽车座椅安装到滑轨的安装孔上，下列连接件不合适的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出设计草图，必要时用文字说明(电机可以用方块表示)；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)传动结构在安装完成后进行以下技术试验，其中合理的是________(多选，在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
A.启动电机正转和反转，观察横档是否能够带动滑轨前后移动
B.电机启动过程中，观察滑轨在滑槽上滑动是否流畅
C.人坐到座椅上，启动电机，看是否能完成正常的调整
D.位置调整完毕后，用手推动座椅，看座椅是否还会有滑移
答案　(1)D　(2)C　(3)(4)见解析图　(5)ACD
解析　(1)D是紧定螺钉，书本中讲是用于固定轮子或轴、室内装潢的零件连接等。
(2)题目要求设计电机和横档之间的传动结构，调整范围至少是50 cm，A选项，因为传动结构要和横档连接，故需要考虑横档的尺寸，B选项，因为设计后要选择材料完成传动结构的制作，所以设计时应该考虑好传动结构的加工工艺。C选项，按题意只需满足至少50 cm的调节，说明滑轨的长度肯定是超过50 cm的，滑轨的真实长度尺寸是多少对本题的设计并没有意义，不需去考虑。答案选C。
(3)(4)传动结构将电机与横杆连接牢固；电机正反转动能够带动横杆前后移动；横杆的前后移动范围达到50 cm；尺寸标注规范。
(5)做此题要特别注意题干中的设计要求。题干中有“①通过电机的正反转，能实现滑轨水平方向上的前后移动；②座椅位置的调整范围至少为50 cm；④调整好后，座椅位置固定”。再按照常识，人坐在座椅上，如果觉得不舒适，就能直接去调整座椅，而不需要离开座椅调整，因此A，C，D合理。滑轨滑槽不需要我们设计，因此我们也没有必要去测试滑动是否流畅。
2.小明发现家中阳台的晾衣架(如图1所示)无法升降，使用不是很方便，于是想将其改造成电动的可升降晾衣架。小明已经完成了部分结构的设计(如图2所示)，其中安装孔的直径为5 mm，请你帮助小明完成剩余机械部分的设计，该机械部分安装在图示虚线框位置，设计要求如下：
①采用小型减速电机驱动，通过电机的正反转实现装置的升降；
②晾衣架能实现如图所示的升降范围；
③装置有一定的强度和稳定性；
④材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.收集与分析信息；B.观察日常生活；C.技术试验中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)晾衣架下降后距离地面的高度主要考虑了________的因素(在A.物；B.人；C.环境中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出机械部分的设计草图(电机可用方块代替)，必要时用文字说明；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)安装孔(如图3所示)与设计的机械部分之间的连接，下列连接件中最合适的是________(在下列选项中选择最合适的选项，将序号填入“________”处)。
答案　(1)B　(2)B　(3)(4)见解析图　(5)C
解析　(1)通过观察日常生活中的不便之处，进而提出问题，属于观察日常生活。
(2)晾衣架下降后的距离要方便人晾晒衣物，考虑的是实现合理人机关系目标中的静态的人和动态的人，属于设计分析中考虑人的因素。
(3)(4)设计对象为机械装置，要实现的功能是通过电机转动使架子伸缩，架子顶端水平移动，因此属于圆周运动转为直线运动，故可以采用齿轮和条齿方案，注意机械装置与电机和架子的连接，尺寸标注应考虑连接点的尺寸和伸缩范围的标注。
草图：
1.能实现升降功能；2.能与原结构安装；3.能与电动机连接；
尺寸：
1.安装直径；2.伸缩范围大于200 mm。
(5)选项A是塑料膨胀螺丝，用于室内的墙面固定；B是平头螺钉，用于螺纹孔的连接；C是螺栓螺母，一般用于可拆卸的片状构件的连接，这里C相对较为合适。
1.小明想设计能自动换水的水库闸门控制模型，闸门控制实验电路已搭建完成。在此基础上，用木材制作了如图所示的水库及闸门，闸门尺寸为124 mm×
8 mm×195 mm，小明决定设计一个闸门自动升降装置，由闸门控制实验电路控制电机正反转来实现闸门的升降。请你帮助小明设计该装置的机械部分，设计要求如下：
①水位的高低和水的浑浊度改变时，电路正常工作，能实现闸门的升降；
②采用小型减速电机(如图所示)驱动，能带动闸门上下移动120 mm，闸门关闭后闸门底部与水库底部紧贴；
③安装在合适的位置，有足够的强度和稳定性；
④材料自选。
请完成以下任务：
(1)从设计的一般过程来看，完成设计草图，确定设计方案后，接下来要做的工作是________(在A.设计分析；B.模型加工；C.性能的测试及优化；D.技术图样的绘制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
A.在装置上施加一定的力，观察装置安装是否牢固
B.改变水位的高低和水的浑浊度，使电机正反转，观察闸门能否正常打开和关闭
C.当电机正转时闸门上升，观察电机反转时能否下降
D.当闸门从底部上升120 mm时，闸门底部应与水库上平面平齐，使出水量最大
答案　(1)D　(2)C　(3)(4)支架与水库正确连接，支架与电机正确连接，电机与传动机构连接，传动机构能实现上下升降；电机轴连接尺寸，上下升降120，其他尺寸合理。见解析图　(5)D
解析　(1)制订设计方案之后，需要进行模型或原型的制作。(分为两步：技术图样的绘制和模型加工)
(2)连接件要和闸门连接，要考虑厚度8 mm，也要考虑宽度124 mm，300 mm是底座宽度，和连接件无关。
(3)(4)把转动转为直线运动，可以用齿轮齿条(类似显微镜粗准焦调节)，这题还可以用螺杆结构，参考真实的水渠闸门启闭结构。
(5)上升120 mm后如果闸门底部和水库上平面平齐，水库里的漂浮杂物就会流下去，水闸就失去了拦截的作用。
2.小明在家看到自己阳台上的晾衣杆通过绳子系在晾晒架上，收衣服很不方便(如图甲)。于是想设计一种通过电机控制晾衣杆移动的装置，阳台侧面示意图如图乙所示。请你帮助小明设计该装置，要求如下：
①通过电机正反转实现晾衣杆水平移动，移动范围AB为60 cm；
②可将装置安装于晾晒架或墙体上，电机所在位置与晾衣杆高度差为50 cm；
③装置与电机的连接、装置与晾晒杆的连接牢固可靠，晾衣杆直径为2 cm；
④材料自选。
(5)小明在装置安装完成后进行以下试验，启动电机使装置工作，观察晾衣杆能否水平移动以及连接部位的可靠性。该试验的方法属于________(在A.强化试验法；B.移植试验法；C.模拟试验法中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
答案　(1)B　(2)C　(3)(4)见解析图　(5)C
解析　(1)晾衣服属于日常生活活动。
(2)原本连接晾衣杆与晾衣架的绳子是要被替换掉的，所以其尺寸无需考虑。
(3)(4)需要设计一个结构装置使电机的正反转实现晾衣杆的水平移动。
(5)等比例缩小模型大小，且试验的情况跟实际使用一致，为模拟试验法。
3.(2021年6月选考)小明发现小区附近河面上固定了一根拦截索(如图所示)，拦截来自上游的漂浮物，却阻碍了船的通行。为了解决船的通行问题，小明准备重新设计拦截漂浮物的装置。请你帮助小明设计该装置的机械部分，要求如下：
①装置合拢时，能拦截河面上的漂浮物；
②有船经过时，装置能打开，在河面(宽8 m)中间形成至少3 m宽的通道；
③装置打开过程中，不能让已拦截的漂浮物漂走；
④装置采用电机驱动；
⑤材料自选。
答案　(1)B　(2)C　(3)(4)见解析(仅供参考)　(5)B
解析　(1)技术对人的解放作用表现为人依靠技术解放或延长了自己的手、脚等身体器官，拓展了劳动空间，提高了劳动效率。拦截装置可以减轻人的劳动强度，体现了技术具有解放人的作用。所以答案选项为B。
(2)拦截装置设计时需要考虑该安装方式；装置打开过程中，不能让已拦截的漂浮物漂走，需要考虑水流方向；而河的长度一般不考虑。所以答案选项为C。
(3)(4)如图所示。
方案1：
方案2：
方案3：
(5)本题考查技术试验的设计与实施。根据设计要求试验，装置要求顺利合拢和打开；装置打开过程中，不能让已拦截的漂浮物漂走；装置合拢时，能拦截河面上的漂浮物。而选项B在上游倾倒垃圾，观察装置能否有效拦截，没有确定装置是否合拢，是不合理的。所以答案选项为B。课时6　简单结构的设计C
任务　分析结构设计应考虑的主要因素
1.结构设计应以一种或几种____________的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的____________。
2.在进行结构设计时，需要考虑的主要因素有：________、________、安全性、适用性、耐久性和成本控制要求等。不同的结构设计应考虑的因素各有侧重，安全都是至关重要的因素。
重难点　传动结构设计
电机常考题型有以下8类
类型一：曲柄类(最好连杆上加一个方形的“抱箍”)
类型二：齿轮类
类型三：螺杆类
类型四：蜗杆类
类型五：凸轮类
类型六：棘轮
类型七：槽轮
类型八：部分齿轮
例 (2020年1月选考真题)小明看到下雨天有时因为忘记关窗，雨水打到教室内，他上网查找资料后决定设计一个自动关窗装置。当窗外的湿敏传感器检测到雨水信号时，装置自动将窗户关闭，平时用按钮控制该装置来开窗和关窗。已知教室的窗户为铝合金推拉窗(如图a所示)，窗洞上框和两侧框为宽度相同的木板，窗台为大理石。请你帮助小明设计该装置的机械部分，设计要求如下：
A.能带动内窗扇左右移动，实现窗户的打开和关闭；
B.采用小型减速电机(如图b所示)驱动，通过电机的正反转实现窗户的打开和关闭；
C.安装在窗洞上框或两侧框上部的木板上；
D.材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.收集信息；B.观察日常生活中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)设计时，下列尺寸中可以不考虑的是________(在A.1200；B.50；C.60中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出设计草图(重点表达你的设计，窗户不需要全部画出，涉及到的部分用简单线条表示，电机及支架画一个方块代表即可)，必要时可以用文字说明；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)小明准备在装置的机械部分和电路部分制作完成并安装后进行下列试验，其中不合理的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
A.分别按下开窗和关窗的按钮，观察窗户能否正常打开和关闭
B.打开窗户，将水滴在湿敏传感器上，观察窗户能否自动关闭
C.用电吹风机将湿敏传感器烘干，观察窗户能否自动打开
D.在装置上施加一定的力，观察装置安装是否牢固
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
变式训练1 (2021年6月浙江选考)如图所示是小明家的蔬菜大棚，温度高的时候，将薄膜从两侧底部向上翻起来，以便通风，温度低的时候，再将薄膜放下，小明看到爸爸妈妈操作很辛苦，想设计一个翻薄膜的装置，设计要求如下：
(1)能将薄膜从底部向上翻起和放下，向上翻起后形成不小于500 mm的通风空隙；
(2)薄膜向上翻起和放下后，装置均能将薄膜固定住；
(3)采用减速电机驱动；
(4)材料自选。
请你帮助小明完成该装置机械部分的设计，完成以下任务：
(1)小明提出“将薄膜从底部向上翻起后形成不小于500 mm的通风空隙”主要是从________的角度考虑的(A.物；B.人；C.环境)；
(2)构思该装置机械部分的方案时可以不考虑的因素是________(A.大棚的形状；B.大棚的长度；C.薄膜的特性；D.温度的变化)；
(3)小明构思好设计方案后，在计算机中建立装置的仿真模型，模拟实际工作状态，让模型连续反复运动，观察设计能否满足要求。小明采用的方法属于________(A.模拟试验法；B.虚拟试验法；C.强化试验法)；
(4)画出该装置机械部分的设计草图(对称机构只需画出一侧，电机用方框表示)，必要时用文字说明；
(5)在设计草图上标注主要尺寸。
变式训练2 小马观察到小区车位上安装的手动地锁主要有两种款式(如图所示)。车辆进出车位时人需要下车，把车位锁的撑杆放下或撑起，很不方便。于是准备重新设计一款遥控电动地锁，用遥控器发出开关信号，控制直流电机驱动地锁的传动装置开闭地锁。请你帮助小马设计该遥控电动地锁的机械结构，设计要求如下：
①地锁安装在车位的地面上，能防雨，有一定的强度；
②选用可充电电池供电，通过电机的正反转实现地锁的打开和关闭；
③地锁上升(上锁)后的高度大于400 mm，地锁下降(开锁)后的高度小于120 mm；
④所需材料和配件自选。
请完成以下任务：
(1)小马通过观察日常生活发现了原手动地锁的问题，提出了设计遥控电动地锁的设想，主要是为了________(在A.提高地锁的强度；B.提高车辆的安全性；C.改善人机关系中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)在设计分析时，小马不需要考虑的是________(在A.电池的选用；B.传动装置的自锁性能；C.所需标准件加工工艺中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出设计草图，必要时可用文字说明；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)要将地锁固定在车位的混凝土地面上，合适的紧固件是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
变式训练3 小明平时在教室擦如图所示的黑板时，发现擦拭时间长且近距离接触粉尘，影响健康。于是想设计一种自动擦拭黑板的装置，小明已经设计好了如图所示的部分装置，在黑板的上方安装了滑轨。黑板的擦拭条A、B已经安装到滑轨上，沿着滑轨左、右移动时可以起到擦黑板的效果。请你帮助小明设计完成该装置，设计要求如下：
①擦拭条A、B从最左侧和最右侧开始反向运动，到最中间后，各自回到起始位置，完成一次擦拭；
②只准使用1个减速电机驱动，利用电机正、反转或者一个方向转动实现；
③装置与擦拭条A、B上的安装孔连接；
④材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.收集和分析信息；B.观察日常生活；C.技术研究与技术试验中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)设计该装置时，下列因素中可以不考虑的是________(在A.安装方式；B.黑板的长度3000 mm；C.黑板的高度1000 mm中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)根据设计的一般过程，明确设计要求后，接下来小明要做的是________(在A.设计分析；B.收集信息；C.方案构思中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)画出设计草图，必要时可用文字说明(电机可用方块表示)；
(5)在设计草图上标注主要尺寸。
1.小明家的可拆卸相机三脚架已破损，剩下如图a所示的主杆部分(直径为20 mm)与支撑脚。小明想对其改进利用，设计一种可以通过手摇柄调节高度的三脚架。他找到如图b所示的钢环和手摇柄，并设想按照如图c的方式固定主杆，手摇柄插入钢环，其中钢环与支撑脚的连接小明已找到解决办法，现请你帮助小明设计插入钢环里的手摇柄部分与主杆之间的传动装置，要求如下：
①主杆和钢环允许钻孔加工处理；
②主杆可连续调节，可调范围为0～500 mm；
③主杆可以保持在所调节的高度；
④传动部分与手摇柄、主杆连接牢固合理
⑤材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.观察日常生活；B.收集和分析信息；C.技术研究与技术试验中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)小明需要在钢环上钻孔以便手摇柄能插入钢环内使用，以下三种孔形中最合理的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(3)设计该装置时，以下因素中可以不考虑的是________(在A.支撑脚的折叠方式；B.主杆的直径；C.钢环内的空间大小中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(4)综合以上信息，请你画出设计草图，必要时可用文字说明(如果画主杆，只需画圆柱部分；如果画手柄，只需画钢环内部分)；
(5)在设计草图上标注主要尺寸。
2.住房的楼层高度一般为2.8 m，小明发现安装灯具的师傅在装吊灯时，需要几人合力将吊灯通过梯子送至天花板并托举着才能完成安装，如此安装需要多名操作人员，且灯具容易损坏。于是他想利用通用技术知识设计吊灯安装辅助装置，将吊灯放至支架上通过遥控器操控支架上升至天花板，仅需一人即可完成吊灯的安装。小明已经初步完成吊灯放置架(如图a所示)、支撑部分及电机固定部分(如图b所示)的设计。
请你帮助小明设计该装置的机械传动部分，设计要求如下：
①支架能上下伸缩，实现将吊灯送至天花板；
②支架处于最低位置时，支架顶端高度应在人体肘高位置，使放置吊灯操作方便( 成年人肘高约为1100 mm)；
③采用图c所示小型减速电机驱动，电机安装在图b平台上，通过电机的正反转实现支架的上升下降；
④支架上升时在任意位置能可靠停住；
⑤结构稳固可靠；
⑥材料自选。
请完成以下任务：
(1)使用该装置安装吊灯，仅需在遥控器上按键即可将吊灯送至天花板，无需多人将吊灯托举着进行安装，体现了技术具有________(在A.保护人；B.解放人；C.发展人中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)该吊灯安装辅助装置不仅可以辅助安装吊灯，还可以辅助安装中央空调、投影仪等多种设备，主要考虑了________的因素(在A.人；B.物；C.环境中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出装置机械部分的设计草图，必要时可用文字说明；
(4)在设计草图上标注装置的主要尺寸；
(5)小明准备在机械装置安装后进行以下技术试验，其中不合理的是________(在A.发出上升下降指令，观察装置能否顺利上升和下降；B.在吊灯上升过程中，发出停止指令，观察装置是否够能可靠停住；C.多次拆装支架的机械传动部分，观察机械传动部分拆装是否方便；D.在支架上端放置10 kg重物，发出上升指令，观察装置是否稳固可靠中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
3.如图 a所示是小明学校的防疫通道闸机，通过机械传动装置控制闸道门立柱转动，从而实现闸道门打开，已知通道闸机设备内部部分结构如图b所示，立柱与底板间能自由转动，电机转轴截面图和尺寸如图c所示，在使用的过程中，闸门不能正常打开，小明发现电机转轴与闸门立柱之间的连接件损坏，请你帮助小明重新设计该机械传动部分，要求如下：
A.能过电机的转动实现通道闸机门的打开和关闭；
B.要能体现机械装置的结构，结构要牢固可靠；
C.电机转的角度和门打开的角度一致；
D.不能对闸门立柱进行加工，即不能打孔等操作；
E.材料自选。
请完成以下任务：
(1)小明发现问题的途径是________(在A.技术研究与技术试验；B.观察日常生活；C.收集和分析信息中选择合适的选项将序号填入“________”)；
(2)设计该装置时，下列因素中可以不考虑的是________(在A.电机转轴的尺寸；B.闸门立柱尺寸；C.底板材料中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)画出设计草图，必要时可用文字说明；
(4)在设计草图上标注主要尺寸；
(5)小明准备在机械传动部分制作完成并安装后进行下列试验，不合理的是________。
A.启动电机，观察是否可以实现通道闸机门的打开和关闭
B.启动电机，试验电机转动角度与门打开的角度是否符合要求
C.启动电机，观察立柱和传动连接装置是否能可靠转动
D.在通道闸机门上挂上50 kg重物，观察传动结构是否牢固
课时6　简单结构的设计C
任务清单与知识构建
任务
1.功能　基本需求
2.稳定性　强度
案例导学厘清重难点
例　(1)B　(2)B　(3)(4)见解析图　(5)C
解析　(1)该问题由生活中来，发现问题的途径：观察日常生活。
(2)设计时的尺寸问题，1200为窗户宽度，涉及窗户移动的距离，需要考虑；60为窗框宽度(窗洞上框和两侧框为宽度相同的木板)，涉及电机安装位置，需要考虑。50为窗户距侧面的距离，不必考虑。
(3)(4)因该题需要将转动转化为平动，基本思路为通过齿轮或连杆实现转换。
(5)设计的主要功能为有雨自动关窗，故C选项错误。
变式训练1　(1)C　(2)D　(3)B　(4)(5)见解析图
解析　(1)“……500 mm的通风空隙”主要是从棚内蔬菜的生长需求来考虑的，属于环境因素。
(2)A：大棚的形状常见的有全拱形、两侧直立顶部拱形、锯齿形等，大棚形状影响收卷机构的轨迹设计，需要考虑。B：大棚的长度既影响收卷杆的强度设计，还影响电机数量，需要考虑。C：如果薄膜柔性很好，可以考虑收卷，如果薄膜柔性差，有较强的刚性，则不宜收卷，可以考虑竖直向上提拉，故薄膜的特性需要考虑。D：温度的变化不用考虑。
(3)用计算机技术来模拟现实中的技术设计原型并进行试验，为虚拟试验法。
(4)(5)如下：
①龙门架提拉方案
②收卷方案A
③收卷方案B
变式训练2　(1)C　(2)C　(3)(4)见解析图
(5)A
解析　(1)通过观察日常生活发现车辆进出车位时人需要下车，把车位锁的撑杆放下或撑起，很不方便，从而提出了遥控电动地锁的设想，主要是为了方便，改善人机关系。选择C。(2)采用标准件是为了简化制作过程，实现通用通换，不需要个人加工，故设计分析时，不需考虑标准件加工工艺。选择C。(3)(4)根据设计要求：①地锁安装在车位的地面上→底座需要打孔与地面连接：
②能防雨→可设计遮雨罩；
③通过电机的正反转实现地锁的打开和关闭→从电机转动到地锁升降(可选择转动到转动或转动变平动装置)；
④地锁打开和关闭会自锁→如蜗轮蜗杆、螺旋机构；
⑤地锁上升(上锁)后的高度大于400 mm，地锁下降(开锁)后的高度小于120 mm为重要尺寸标注。
方案可设计为：
或者主要结构设计为类似汽车千斤顶结构。
(5)要将地锁固定在车位的混凝土地面上，需要选择金属膨胀螺栓，选择A。
变式训练3　(1)B　(2)C　(3)B　(4)(5)见解析图
解析　(1)小明在教室擦黑板时发现，擦拭时间长且近距离接触粉尘的问题，故发现问题的途径是观察日常生活；(2)设计该装置时，可以不考虑的是黑板的高度。实现水平方向传动，黑板的长度及安装方式均需要考虑；(3)根据设计的一般过程，明确设计要求后，需要制订设计方案，首先收集信息→设计分析→方案构思→方案呈现→方案筛选。
(4)(5)如图所示。
随堂达标检测
1.(1)A　(2)C　(3)A
(4)如图所示。评分标准：
①能够和手柄转轴牢固连接；
②能够和主杆牢固连接；
③能实现主杆上下移动；
④有一定的承载能力(如手拧螺丝拧紧固定、蜗杆蜗轮自锁功能等)；
(5)评分标准：与手柄轴连接处的半圆孔尺寸为R5、齿条可调部分高度500。
2.(1)B　(2)C　(3)(4)如图所示
(5)C
3.(1)B　(2)C　(3)(4)如图所示
(5)D

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