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结构及其设计
第8课时　简单结构的设计2
（设计大题）
第一单元
考点1　简单结构设计
1.[2026浙江北斗星盟月考]小明看到爸爸用手电钻在钢板上钻孔时很不稳定，他想设计一个类似台钻的机构，现整体的支架已经做好，需要设计一个具有夹持手电钻，并能够实现下压钻孔，松手后自动回弹的装置。现有两小段内截面尺寸为45 mm×45 mm的方管（可加工），其中一个有M8螺纹孔。请你帮小明设计该装置，设计要求如下：
①装置安装在竖杆上，下压装置具有竖直钻孔的功能；
②装置安装高度可调，实现钻不同厚度的物体；
③用拉簧实现松手后，手电钻自动回弹；
④装置运行平稳可靠，具有一定的强度；
⑤采用厚度2 mm、宽20 mm的条钢制作。
请根据设计要求，完成以下任务：
（1）请在头脑中构思符合设计要求的
多个方案，并画出其中最优方案的设计草图，简要说明方案的工作过程。
（2）在设计草图上标注主要尺寸。
工作过程：下压手柄，利用杠杆原理带动手电钻向下运动，松开手柄后，拉簧带动装置实现复位。
（1）（2）参考图：
2.[2026浙江学考]小明想买一个可夹持在书桌边缘的阅读支架，上网查阅后发现价格较高，决定自己制作一个。现已有书托板（400 mm×300 mm×8 mm）一块、夹持底座一个，如图a所示。还需完成其余部分的结构设计与制作。他计划用实木条制作支撑杆，U型铝合金制作书托板与支撑杆的连接部件，现有实木条和U型铝合金若干，尺寸如图b所示。请完成以下任务：
（1）小明发现问题的途径是　　　　（单选）。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
B
√
2.[2026浙江学考]小明想买一个可夹持在书桌边缘的阅读支架，上网查阅后发现价格较高，决定自己制作一个。现已有书托板（400 mm×300 mm×8 mm）一块、夹持底座一个，如图a所示。还需完成其余部分的结构设计与制作。他计划用实木条制作支撑杆，U型铝合金制作书托板与支撑杆的连接部件，现有实木条和U型铝合金若干，尺寸如图b所示。请完成以下任务：
（2）为了方便调节，支撑杆之间的连接件应选择________（单选）。
C
√
（3）设计要求：
①书托板和支撑杆拆装
方便，不能对书托板和
夹持底座进行加工；
②阅读支架高度独立可调，书托板倾斜角度独立可调；
③结构简单，具有一定的强度和稳定性；
④其他辅助材料自选。
请你根据以上设计要求和现有材料完成其余部分的结构设计，画出设计草图，必要时可用文字补充说明。
（4）在设计草图上标注主要尺寸。
2.[2026浙江学考]小明想买一个可夹持在书桌边缘的阅读支架，上网查阅后发现价格较高，决定自己制作一个。现已有书托板（400 mm×300 mm×8 mm）一块、夹持底座一个，如图a所示。还需完成其余部分的结构设计与制作。他计划用实木条制作支撑杆，U型铝合金制作书托板与支撑杆的连接部件，现有实木条和U型铝合金若干，尺寸如图b所示。请完成以下任务：
（3）（4）参考图：
考点2　机械传动结构设计
3.小明看到图书馆的大门（如图所示）需要手动打开，开门比较费力，开成90°后又不会自动关门，他想换掉原有的弹簧合页，再设计一个电动装置，可以实现自动开门与关门。请你帮助小明设计该装置的机械部分，设计要求如下：
①电机安装在门框顶部横梁侧面的虚线框A内，与门连接的构件安装在门上边沿侧面的虚线框B内；
②采用小型电机驱动，通过电机的正反转实现门的打开与关闭；
③开门角度达到90°，运行稳固可靠；
④停电时可手动开关门。
请完成以下任务：
（1）在头脑中构思符合设计要求的多个方案，画
出其中最优方案的设计草图（装置安装涉及的门框
和门可用线条表示，电机可用方框表示），简要说
明方案的工作过程。
（2）在草图上标注主要尺寸。
工作过程：利用连杆结构实现转动，电机正反转带动连杆转动，实现门的打开与关闭，开门角度可达到90°。
4.[2026丽水发展共同体期中]小明设计了一款自动升降拉篮，用于解决厨房高处取物不便的问题。请帮助小明设计吊柜底部升降拉篮装置的机械部分，可将吊柜里的拉篮平稳下降，方便拿取。已知吊柜内部宽度为500 mm，长度为600 mm，高度为700 mm。设计要求如下：
①采用电机驱动，通过正反转实现拉篮升降；
②拉篮最大升降行程为50 cm；
③拉篮升降时水平保持平稳，无倾斜、卡顿；
④装置可安装在吊柜的侧板或顶板上，
拉篮收回后与吊柜底部齐平。
请完成以下任务：
（1）请在头脑中构思符合设计要求的
多个方案，并画出最优方案的设计草图（电机可用方框表示），简要说明方案的工作过程。
（2）在草图上标注主要尺寸。
工作过程：利用丝杆滑块结构，丝杆转动滑块上下移动，实现升降，两侧导杆限位。
（1）（2）参考图：
5.小明看到家中厨房里的微波炉放在台面上（图a），占用过多空间，于是，他想设计一个电动装置，将微波炉放置在台面下的柜子内，使用时将微波炉移出柜子，不用时缩回。柜子及微波炉的尺寸如图b所示，请你帮助小明设计一个驱动装置，设计要求如下：
①能实现微波炉的移出和缩回；
②移出后，不影响微波炉的正常使用；
③装置结构简单，运行平稳可靠；
④装置采用电机驱动。
请完成以下任务：
（1）请在头脑中构思符合设计要求
的多个方案，并画出其中最优方案的设计草图（电机可用方框表示），简要说明方案的工作过程。
（2）在草图上标注主要尺寸。
工作过程：电机正反转，利用螺杆和螺母实现伸出与推进，螺杆螺母能自锁。
（1）（2）参考图：
6.小明用如图a所示的沙盒模型探究某区域的水陆交通情况。在测试中发现桥梁过低，大型船只无法通行。于是，小明决定对桥梁设计方案进行优化，设计了立转式方案，能实现车辆和船只的切换通行功能，现需在制作好的桥梁模型上增加一个驱动装置。桥梁模型如图b所示。请你帮助小明设计该装置的机械部分，设计要求如下：
①装置能驱动活动桥梁的开启和闭合；
②活动桥梁能保持开启状态；
③装置不能影响车辆和船只的通行；
④采用电机驱动。
请完成以下任务：
（1）请在头脑中构思符合设计要求的多个方案，并画出其中最优方案的设计草图（活动桥梁和固定桥梁可用线条表达，电机可用方框表示，对称装置只需绘制一侧），简要说明方案的工作过程。
（2）在草图上标注主要尺寸。
方案二：
（1）（2）参考图：
方案一：
工作过程：利用丝杆滑块结构配合连杆，实现角度调节，带动桥梁收起。
工作过程：利用蜗轮蜗杆结构，蜗杆转动带动蜗轮转动，从而实现角度变化，带动桥梁收起。
7.[2026浙南名校返校考]小明在宣传过程中发现楼梯间的窗扇（如图a所示）太高，不方便打开。于是收集了相关资料，计划设计一款用手摇柄（如图b所示）摇动实现窗户打开、关闭的装置。请完成以下任务：
①装置能驱动窗扇顺畅打开；
②窗扇能打开一个较大的角度θ（最大角度不小于60°）；
③手摇柄停止摇动时，窗扇能固定不动；
④装置主体安装在墙面上，运行平稳可靠；
⑤所需材料和配件自选。
请完成以下任务：
（1）画出最优方案的设计草图。
（2）在草图上标注主要尺寸。
（1）（2）参考图：
8.[2025浙江选考]为了保护如图a所示的塑料大棚的安全，小明想设计一个电动除雪装置。如图b所示，在大棚两端的外侧增设整体外形为圆弧形的导轨，除雪部件能沿着大棚上方来回移动，清除大棚表面的积雪。请你帮助小明设计该装置的机械部分，设计要求如下：
①装置能驱动除雪部件可靠地在导轨上来回移动；
②除雪部件不能相对于导轨发生转动；
③导轨表面形状、截面形状不限，如表面带齿或带槽、截面方形或圆形等均可；
④采用电机驱动，通过电机的正反
转或往复运动机构实现除雪部
件的来回移动。
请完成以下任务：
（1）请在头脑中构思符合设计要求的多个方案，并画出其中最优方案的设计草图（导轨和除雪部件可用线条表达，电机可用方框表示，对称装置只需绘制一侧），简要说明方案的工作过程；
（2）在草图上标注主要尺寸。
工作过程：电机挂在外轨道上，导轨表面带齿条，利用电机转动带动齿轮转动，使除雪部件沿轨道运动。
9.[2023浙江选考]小明从新闻中看到台风刮倒广告牌，造成了巨大损失，于是设计了一种如图所示的分页式广告牌。两片广告牌分别固定在转轴上，转轴通过支座安装在框架内。请帮助小明设计一种驱动两片广告牌同步转动的装置，能在台风来临前将两片广告牌转至水平位置来减小风阻，防止被刮倒，装置设计要求如下：
①两片广告牌能同步转动到θ=0°或θ=90°并保持；
②在转动过程中，装置平稳可靠；
③装置主体安装在框架上，框架外侧转轴伸出部分可安装零件；
④采用一个电机驱动。
请完成以下任务：
（1）在头脑中构思符合设计要求的多个方
案，画出其中最优方案的设计草图（装置
安装涉及的框架和转轴可用线条表示，电
机可用方框表示），简要说明方案的工作
过程；
（2）在草图上标注主要尺寸。
工作过程：以电机为主动力，利用蜗轮蜗杆实现转动，蜗轮与主动链轮固定在同一轴上，蜗轮转动带动链轮和广告牌B转动，利用链条传递动力给从动链轮带动广告牌A同步转动。

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