西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别： 网教 专业：机械电子工程 课程名称【编号】：机械工程概论【0934】 A 卷大作业 满分：100 分 一、 论述题(要求论述清楚、完整)1、什么是机械？根据用途不同，机械可分为哪些类型？请论述它们的用途，并举例说明。（本题 16 分）答：机械根据用途不同可分 a.动力机械、b.加工机械、c.运输机械、d.信息机械。a.动力机械，主要用来实现机械能与其他形式能量间的转换，如电动机、内燃机及液压机等； b.加工机械，主要用来改变物料的结构形状、性质及状态，如轧钢机、包装机及各类机床等； c.运输机械，主要用来改变人或物料的空间位置，如汽车、飞机、轮船、输送机等； d.信息机械，主要用来获取或处理各种信息，如复印机、传真机、摄像机等。2、杆件变形的四种基本形式是什么？并简述它们的受力特点。（本题 12 分）答：杆件变形的基本形式有四种：拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲。 a.拉伸或压缩：这类变形是由大小相等方向相反,力的作用线与杆件轴线重合的一对力引起的.在变形上表现为杆件长度的伸长或缩短.截面上的内力称为轴力.横截面上的应力分布为沿着轴线反向的正应力.整个 截面应力近似相等。 b.剪切：这类变形是由大小相等、方向相反、力的作用线相互平行的力引起的.在变形上表现为受剪杆件 的两部分沿外力作用方向发生相对错动 .截面上的内力称为剪力 .横截面上的应力分布为沿着杆件截面平 面内的的切应力.整个截面应力近似相等。 c.扭转：这类变形是由大小相等、方向相反、作用面都垂直于杆轴的两个力偶引起的 .表现为杆件上的任 意两个截面发生绕轴线的相对转动 .截面上的内力称为扭矩.横截面上的应力分布为沿着杆件截面平面内 的的切应力.越靠近截面边缘,应力越大。 d.弯曲：这类变形由垂直于杆件轴线的横向力,或由包含杆件轴线在内的纵向平面内的一对大小相等、方 向相反的力偶引起,表现为杆件轴线由直线变成曲线.截面上的内力称为弯矩和剪力.在垂直于轴线的横截 面上,弯矩产生垂直于截面的正应力 ,剪力产生平行于截面的切应力.另外,受弯构件的内力有可能只有弯 矩,没有剪力,这时称之为纯剪构件.越靠近构件截面边缘,弯矩产生的正应力越大.3、请论述机械设计的主要类型。（本题 14 分）- 1 - 答：1、新型设计应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。2、继承设计根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。3、变型设计为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。4、结构设计结构合理，外表美观，通用性强，保证强度，合理控制成本。4、什么是锻压？简述其特点及应用并指出常用的锻压方法。（本题 15 分）答：锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。　　锻压的特点是：　　锻压可以改变金属组织，提高金属性能。铸锭经过热锻压后，原来的铸态疏松、孔隙、微裂等被压实或焊合；原来的枝状结晶被打碎，使晶粒变细；同时改变原来的碳化物偏析和不均匀分布，使组织均匀，从而获得内部密实、均匀、细微、综合性能好、使用可靠的锻件。锻件经热锻变形后，金属是纤维组织；经冷锻变形后，金属晶体呈有序性。　　锻压是使金属进行塑性流动而制成所需形状的工件。金属受外力产生塑性流动后体积不变，而且金属总是向阻力最小的部分流动。生产中，常根据这些规律控制工件形状，实现镦粗拔长、扩孔、弯曲、拉深等变形。　　锻压出的工件尺寸精确、有利于组织批量生产。模锻、挤压、冲压等应用模具成形的尺寸精确、稳定。可采用高效锻压机械和自动锻压生产线，组织专业化大批量或大量生产。自由锻：钢锭是靠手工或机械手操作，尺寸形状主要靠人或简单辅助工具如砧子等来控制，适宜特大型、大型、单件小批，如核电火等大型发电机转子、船舶发动机转子等，达几百吨。模锻：用模具控制尺寸等，模具昂贵，故适宜大批大量生产，如汽车壳、汽车后桥- 2 - 量等。还有压力机锻造、镦锻、辊锻、型锻、挤压、拉延、旋压、钢管锻焊、穿孔等分类。5、请论述绿色制造的内容。（本题 15 分）答：绿色制造是以保护环境和合理高效利用资源为目的的制造模式，涉及到产品的整个生命周期， 它对产品的设计、材料的选择、生产工艺、生产设 备、能源利用、废物产生、售后回收和处理等都有环 境意识，有可持续发展意识。这样的产品!即绿色产 品"在重视环保的今天才能得到社会的认可，才能 得到消费者的认同，才能在市场竞争中取得优势。 绿色制造的内容很多，主要有以下几点：绿色设计绿色设计是绿色制造的一个主要内容。一个好的绿色设计方案是绿色产品成功的 关键性的第一步。传统设计只考虑产品的功能、质 量、寿命和成本等因素，很少考虑环境方面的因素， 不利于可持续发展。绿色设计为环境而设计，它满 足可持续发展的要求，主要有以下几方面： "绿色材料及材料的选择绿色材料在生产、 加工、使用和废弃后对环境的不利影响很少或几乎 没有，且能够重复使用。设计时，应优先选择绿色材 料，但实际上可供选择的绿色材料很少，因此，不得 不使用非绿色材料，此时，应选择无毒、无污染、易 被自然界分解和吸收的材料，以及选择易回收、易 处理、可重复使用的材料。6、请论述机电一体化系统的结构要素。（本题 14 分）答：1.机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。2.检测传感部分 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。3.电子控制单元 电子控制单元又称 ECU（Electrical Control Unit ），是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目- 3 - 的地进行。4.执行器 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。5.动力源 动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。7、什么是永磁材料？什么是软磁材料？请分别简述它们的分类情况。（本题 14分）答：永磁材料：具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能保持恒定磁性的材料。又称硬磁材料。实用中，永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料。 软磁材料是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料，如硅钢片、纯铁等。特点是易磁化、易去磁且磁滞回线较窄。软磁材料常用来制作电机、变压器、电磁铁等电器的铁心。特点是不易磁化，也不易失磁，磁滞回线较宽。硬磁材料常用来制作各种永久磁铁、扬声器的磁钢和电子电路中的记忆元件等。　　永磁材料的分类：　① 纯铁和低碳钢　　含碳量低于 0.04%，包括电磁纯铁 、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。　　②铁硅系合金　　含硅量 0.5% ～ 4.8%，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。　　③铁铝系合金　　含铝 6%～16%，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、磁放大器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。　　④铁硅铝系合金- 4 - 　　在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。　　⑤镍铁系合金　　镍含量 30%～90%，又称坡莫合金，通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。　　⑥铁钴系合金　　钴含量 27%～50%。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。　　⑦软磁铁氧体　　非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高（10-2～1010Ω·m ），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件（见铁氧体）。　　⑧非晶态软磁合金　　一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。　　⑨超微晶软磁合金　　20 世纪 80 年代发现的一种软磁材料。由小于 50 纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。现主要研究的是铁基超微晶合金。软磁材料分类：一、粉芯类 磁粉芯 ：磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。 软磁铁氧体 (Ferrites) ： 软磁铁氧体是以 Fe2O3 为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。二、带绕铁芯 硅钢片铁芯： 硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在 4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。 坡莫合金： 坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在 30~90%范围内。是应用非常广泛的软磁合金。- 5 - 非晶及纳米晶软磁合金： 硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性的点阵结构。- 6 -