第三节 简单结构的设计
考试内容
考试要求
考试属性
结构设计的主要因素
a
必考＋加试
简单结构的设计
c
必考＋加试
1.结构设计的主要因素
结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。
结构设计应考虑的主要因素：稳定性、强度、功能、安全性、美观性、个性化、使用寿命、成本等。
2.简单结构的设计
根据问题确定具体的设计项目；明确设计目标及要求；进行设计分析(重点分析结构的功能、结构的稳定性和强度)；形成初步设计方案；模型或者原型制作检测、优化和改进设计。
一、结构设计的主要因素
基本目标：实现一种或几种功能。
主要因素：功能、稳定性、强度、安全性、美观性等。
【典例1】 如图所示为户外阳台伸缩晾衣架，其支架和底板均采用铝合金材料制作。底板用于支架和墙体的连接，下列选项中，底板结构设计合理的是( )
解析 该结构设计的功能之一是晾衣架能伸缩，A选项的设计能满足晾衣架这一功能要求，且两端设计成圆弧状安全、美观，采用铝合金材料，与阳台接触处平整稳固性好。故答案选A。
答案 A
[方法总结] 关于这类题目，首先要分析题目的基本目标，在满足目标的前提下，再考虑其它因素是否能实现。
变式训练1 如图所示是一款床上使用的桌子，支架支撑在支撑梁不同位置的凹槽中，可调节桌面的倾斜角度。要求支撑可靠，以下符合要求的支撑梁是( )
解析 支撑梁的凹槽形状应该要求利于支架后退和不易于支架向前滑动，这样有利于桌面的稳固，所以应该设计成类似手锯锯齿的形状。故答案选D。
答案 D
变式训练2 小刘家里的长木凳凳脚与凳板间的连接处出现了松动，以下加固方法中，既美观又有效的是( )
解析 本题是从强度和美观因素考虑设计的，A、D选项既不美观又易松动，B选项也容易松动，C选项既牢固又美观。答案选C。
答案 C
变式训练3 如图所示的木质电脑桌，桌面角度不能调整，小明准备对左右两边各一只同侧支撑腿进行改进，实现桌面角度可以连续调节，且调节方便，以下结构方案中最合理的是 ( )
解析 该题考虑的是通过改进增加辅助功能，选项C能实现这一功能。答案选C。
答案 C
二、简单结构的设计
【典例2】 如图是一款扶手固定的手推平板车，车身材料是钢板，扶手材料为Φ30 mm的钢管。为了减小收纳空间，要求扶手可以翻倒，请设计扶手和车身之间的连接结构。设计要求如下：
A.扶手能翻倒与车身折叠；
B.扶手竖起后可靠固定，能承受推力或拉力；
C.结构简单、操作方便.
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出连接结构的设计草图(只需画出一侧的连接结构)，必要时用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接结构的主要尺寸；
(3)说明你的方案是如何实现让扶手既能翻倒，竖起后又能可靠固定。
解析 结构的设计，首先应实现题目所要求的功能。本题中要求扶手能翻倒，能固定，就要求连接件一端用元宝螺母实现快速拆卸，另一端与车底板实现铰连接。
答案 (1)(2)见下图
(3)如上图所示拧紧元宝螺丝，能使扶手竖直，旋松元宝螺丝，将连接件与元宝螺丝分离可实现折叠。
[方法总结] 简单结构设计类的题目，明确要求是关键，设计的方案在功能、强度、稳定性是否符合要求，是否符合人机关系所要实现的目标。
变式训练1 某住宅小区要在墙壁上安装摄像头，墙壁上已安装如图所示的支架，支架一端上方有一直径为6 mm的螺孔。摄像头如图所示，底部有两个相距5 cm，直径为4 mm的螺孔。现在需要我们设计支架与摄像头之间的连接件，设计要求：①摄像头底部离支架15 cm以上；②摄像头水平方向和俯角可以在一定范围内方便调节；③连接件容易制作，安装方便；④主要材料选用4 mm厚合金铝板(可攻丝)，辅助材料自选。
请根据题意完成以下任务：
(1)支架与墙壁间的固定可选用________(在“A.膨胀螺丝；B.紧定螺丝；C.元宝螺钉；D.自攻螺钉”中选择合适的选项，将序号填入“________”中)。
(2)把铝板加工成连接件，不需要用到的工具是________、________(在“A.钢丝锯；B.锤子；C.板牙；D.台虎钳；E.锉刀”中选择合适的选项，将序号填入“________”中)。
(3)请画出连接件的设计草图(必要时可用文字作简要说明)。
(4)在设计草图中标注主要尺寸。
解析 (1)安装在墙壁上要求牢固应选A。(2)钢丝锯是锯木料的，板牙是套丝工具应选A、C。
(3)(4)根据设计的要求设计方案如图，用元宝螺丝分别将连接件与支架、连接件上下部分连接，调节元宝螺丝可实现摄像头水平方向和俯角在一定范围内方便调节。
答案 (1)A (2)A C (3)(4)见下图
变式训练2 如图所示是一款音箱，其背面是木板，要将音箱挂在墙上，请设计一个连接件。已知在墙上已装好了一个水泥钉，其尺寸如图所示。
制作连接件的材料为厚度2 mm的钢板，其他配件自选。
设计要求如下：
A.连接件能可靠地连接音箱，连接后具有一定的强度；
B.能方便的挂上和取下音箱，挂上后不容易掉落；
C.结构要简单。
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出连接件的设计草图(画立体图)，必要时用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接件的主要尺寸；
(3)以下几种类型的螺丝，其中适合用于连接件安装的是________(只需选择一种类型即可，将序号填写在“________”处)；
(4)在制作连接件的时候，一般要钻孔，请问：下面的工具在钻孔的时候会用到的有__________(①划规；②角尺；③样冲；④台虎钳；⑤台钻。选择正确的选项，将序号填写在“________”处)。
解析 (1)(2)根据设计要求设计如图方案用自攻螺丝与音箱连接，将水泥钉帽从大圆孔穿过，水泥钉就可挂住音箱且不会脱离。拆卸时动作相反。自攻螺丝适用于与木质材料的连接。(3)答案选③。(4)样冲用于在钢板上冲眼，台钻用于在钢板上钻孔。故答案选③⑤。
答案 (1)(2)如解析图所示 (3)③ (4)③⑤
变式训练3 如图所示为一款铝合金置物架，现要求使用钢板设计一个中间连接件，能把置物架安装到壁上。
连接件设计要求如下：
A.置物架能牢固安装在水泥墙壁上；
B.置物架不用时能向上翻转并稳定靠在墙上，放下时能水平放置；
C.置物架能方便、快捷的上翻和下放。
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出连接件的设计草图，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接件的主要尺寸；
(3)置物架和连接件之间的连接方式可以采用________(在①膨胀螺栓连接；②自攻螺；③螺栓螺母连接中选择一项，将序号填入空格内)；
(4)置物架安装好以后，以下试验中不合理的是________(在①上翻置物架靠在墙壁上，观察置物架是否能靠稳；②多次上翻和放下置物架，观察是否操作方便；③放下置物架，用手挂在置物架上，观察置物架和连接件的变形情况；④放下置物架，观察是否水平中选择一项，将序号填入空格内)。
解析 (3)连接件用膨胀螺栓可牢固地与墙壁连接，用螺栓螺母通过通孔形成松铆连接，置物架不用时能向上翻转并稳定靠在墙上，放下时置物架边框一部分搁置在连接件上能稳定地水平放置。
(4)置物架不需要承受人体的重量，此试验不合理。
答案 (1)(2)如图所示(两侧各一个) (3)③ (4)③
1.如图所示墙壁固定板和支撑座。支撑座上不放物品时可向墙壁折叠，下列支撑座方案最合理的是( )
解析 本题主要考查的是设计方案的折叠功能和水平放物时的稳定性，A、D放物品时易向下翻转，B稳定性好但不能折叠，C能向上折叠且放物品时稳定性好。故答案选C。
答案 C
2.如图所示的实木凳子，其凳脚和横档均采用截面大小相同的方木料制作。横档与凳脚、横档与横档间均采用榫连接，下列选项中，横档结构设计合理的是( )
解析 本题考查的是结构的强度，实木凳子增加十字横档是为了增加结构的强度，但方案不合理反而会降低强度。A、C选项在凳脚所凿的长方形榫槽会造成凳脚承重能力减弱，B选项所凿榫槽会造成横档强度减弱，D选项方案合理避免了上述的缺点。故选D。
答案 D
3.如图a所示，小明想设计一个固定在墙上使用的可以折叠的小椅子，设计方案有以下四种设计(图b)，从结构的角度分析以下四种方案，合理的是( )
图a
图b
解析 A选项不可以折叠，B选项折叠不到位，C选项金属连接件折叠到连接点被椅面卡住，D选项能实现折叠并能与墙面平行。故答案选D。
答案 D
4.(2016·10浙江学考)小明参
考如图所示的产品，准备用木条制作一款可折叠的饮水桶支架。提出了下列结构方案，其中合理的是( )
解析 本题主要考查的是结构功能的实现和承重能力。在支架上放饮水桶时，要防止支架连接处往外张开，且不用时能够折叠收放，只有A项的结构方案能解决这些问题。故答案选A 。
答案 A
5.如图甲所示为一款木质提篮，图乙为其局部放大图。
经测试，发现提篮不够稳固，改进时，用1 mm厚的铁皮制作了如图丙所示的加固连接件，下列安装该加固连接件的方法最合理的是( )
解析 本题考查的是结构设计的稳固因素，B选项将侧板和底板牢固的连接，增加了提篮的强度。故答案选B。
答案 B
6.如图所
示为公共场所常用的可折叠式报刊架，不使用时可折叠放入手提箱内，使用时手动拉高并对底部锁紧固定(安装过程如图甲)。为了实现使用时能通过底部固定整体报刊架，请你为报刊架设计一个底部。
已知报刊架整体拉升至最高点时底部两支撑杆之间的距离为25厘米，不使用压扁时底部支撑杆之间的距离为35厘米(如图乙所示)，支撑杆的圆孔直径为8毫米，报刊架的宽度距离为25厘米，设计要求如下：
A.报刊架不使用时，能完全压扁装入箱内；
B.报刊架使用时，高度可进行一定的调节且整体放置稳定性好；
C.报刊架使用时，支撑杆与底座之间连接牢固可靠。
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出底座的设计草图(报刊架主体可不画)，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图上标注底座的主要尺寸；
(3)支撑杆与底座之间最适合采用________(选择合适的一项，填写序号)；
①膨胀螺栓
②自攻螺丝
③紧定螺钉
④元宝螺栓
(4)底座与报刊架主体安装完毕后，为了检验是否达到设计要求，进行了以下试验，其中合理的试验有________(指出所有合理的项目，将序号填写在“________”处)。
①逐渐拉伸报刊架，测试上升和下降是否顺畅；
②逐渐拉伸报刊架，测试支撑杆转轴之间转动是否顺畅；
③将底部支撑杆与底座连接锁定，测试连接是否牢固可靠；
④拉伸报刊架至最高点并固定，逐步放置杂志，测试整体的稳定性。
解析 本题考查的是简单结构方案的设计能力以及连接件的选用和合理试验方法的确定。(1)侧面圆孔和滑槽可使两支撑杆在25～35 cm之间滑动，并可用元宝螺栓锁定。(4)②报刊架能实现上升和下降的功能，支撑杆转轴之间转动是顺畅的，所以该试验不需要做。
答案 (1)(2)如下图所示
(3)④ (4)①③④
1.如图所示的两木板连接结构中，从连接的可靠性来看，最合理的是( )
解析 本题主要考查的是结构设计的强度问题，A、C、D选项在使用时易脱离，而B选项从一端插入到另一端连接牢固。故答案选B。
答案 B
2.(2015·10浙江学考)如图所示是一款人字梯，为了防止展开后滑动，需要在安装孔处安装拉杆。要求人字梯展开和收拢时操作方便，并且收拢后拉杆不伸出梯子。下列拉杆的结构方案中合理的是( )
解析 本题主要考查的是结构设计中应考虑的因素：稳定性和功能，梯子展开使用时只有当结构的垂线落在支撑面内结构才能稳定，所以应在竖杆上设计拉杆，而要展开至某一角度或收拢，则拉杆长度应能调节，根据题意收拢后拉杆不伸出梯子。故答案选B。
答案 B
3.(2015·9浙江高考)如图所示是一款便携椅，要求椅面能承重75 kg，台面能承重10 kg。下列检验该椅子强度的方案中合理的是( )
解析 本题考查的是结构性能的检测，承重检测使被测物处于稳定状态，大于或等于设计重量的重物放置在被测物表面。故答案选D。
答案 D
4.室内装潢用的脚手架如图所示，斜杆的小孔套在焊接在脚手架上的小构件A上。利用铁片B的自身重力，可拨动B使其保持图1状态或保持图2状态：如果使B保持图1状态则可方便进行斜杆的安装或拆卸；如果使B保持图2状态则可挡住斜杆使其不会从A上滑脱。
已知小构件A的端部开槽的内部结构如上图3所示，则可推知铁片B的结构应该是( )
解析 由图3可知，当铁片插入槽中，由于自身重量销轴在铁片B滑槽的上端，受斜杆作用铁片B略微倾斜就卡在构件A的槽中，挡住斜杆使其不会从A上滑脱。安装和拆卸时，将铁片B向上移动使销轴在铁片B滑槽的下端，这样铁片B就能转到水平方向，方便安装和拆卸。通过分析可知答案在C、D之中，但D选项即使销轴到达下端，也不能转到水平方向。故答案选C。
答案 C
如图是一款各个部分可快速装拆的简易木桌。请完成5～6题。
5.甲处横档与桌脚间的连接设计，以下方案中较合理的是( )
解析 只有结构D连接后，可以抵抗左右、上下的力，B、C只能承受一个方向的力，A选项则两个方向均不好。故答案选D。
答案 D
6.乙处两桌脚间的连接设计，由方案1改进到方案2主要是为了( )
A.便于安装时定位 B.提高连接的可靠性
C.减少制作材料 D.提高桌脚的强度
解析 这是结构设计的优化，通过改变构件的截面形状，提高连接的可靠性。故答案选B。
答案 B
7.(2015·9浙江高考)如图所示是一款两用椅，将橡木脚安装在办公椅脚上就成为摇摆椅。下列橡木脚的设计方案中合理的是( )
解析 A、D选项使用时易脱落 ，B选项安装位置形状与凳脚形状不相吻合，只有选项C安装位置形状与凳脚形状相吻合，凳脚能牢固地卡在安装位置处。故答案选C。
答案 C
8.如图所示卧室的床经过家庭主妇的更改，由床变成了沙发和搁物架，下列说法不正确的是( )
A.结构的设计的目的是为了实现一种或多种功能
B.结构的改变能导致结构功能的变化
C.设计这种可变功能的结构，安全是至关重要的因素
D.结构的设计将应考虑的因素都应该同等侧重
解析 结构的设计将应考虑的因素有所侧重，任何一种设计必须考虑安全性。故答案选D。
答案 D
9.如图所示为交通路口的广角镜。镜面角度可上下调整，以适应不同的转角路况。已知广角镜背面有4个相距30 mm，直径为5 mm的螺纹孔，立柱为外径60 mm的钢管，请设计连接广角镜与立柱的连接件，设计要求如下：
A.连接立柱与广角镜，实现镜面一定角度的上下连续调节；
B.安装完成后，要求广角镜背面与立柱面至少有50 mm的距离；
C.连接件与立柱及广角镜能够牢固连接，不得在立柱和广角镜背面打孔或开槽；
D.以3 mm钢板为主要材料，其余零件自选。
请根据描述和设计要求完成以下任务。
(1)画出连接件的设计草图，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接件的主要尺寸；
(3)将连接件安装于广角镜背面，最合适的标准件为________；
①抽芯铆钉
②螺栓螺母
③紧定螺钉
④平头螺丝
(4)连接件制作完成后，为了验证其是否达到设计要求，需要进行技术试验，其中不合理的试验有________(指出所有不合理的项目，将序号填写在“________”处)。
①安装后，检测广角镜角度是否能上下连续调节；
②触摸连接件表面，检测其是否有尖角或毛刺；
③安装后，用手推拉广角镜，检测连接件与立柱、广角镜连接是否牢固；
④安装后，用力下拉广角镜，检测立柱是否弯折。
解析 (1)采用弧形滑槽实现镜面一定角度的上下连续调节；采用半圆弧形铁片，螺栓螺母连接既不损伤立柱又方便拆卸。(3)安装用螺栓螺母连接强度大且能旋紧。(4)该设计的试验应围绕连接的相关因素展开。故④不需要做。
答案 (1)(2)如下图所示 (3)② (4)④
10.小王同学发现，只要教室外面有风，教室门无法固定在某一位置。于是小王同学在门框上安装一个如图所示阻尼器(注：活动块受力后可以在阻尼槽上滑动，但受到阻尼槽侧面的较大阻力)，却没有设计其它连接部分。请设计一个门与阻尼器的连接件，其设计要求如下：
A.能实现门板固定在0°至 90°之间的任意角度；
B.不影响门的开、关；
C.开启与固定操作方便；
D.连接件主要材料采用3 mm厚的扁钢，辅助材料自选。
请完成以下任务。
(1)在给定的位置上画出连接件的设计草图，必要时用文字说明(门与门框、阻尼器已经确定位置)；
(2)在设计草图上标出其主要尺寸；
(3)连接件与门的连接最好选用__________(在①自攻螺钉；②螺栓螺母；③铆钉中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)为了检验连接件是否达到设计要求，小王进行了以下试验，其中不合理的试验有__________(在下列选项中选出不合理的项目，将序号填写在“______”处)。
①连接件能否连续调节，调节是否方便；
②连接件能否在有风时，使门固定在某一位置；
③在连接件中间悬挂一重物，观察连接件的承重能力；
④调节连接件，观察与门的连接是否牢固。
解析 (1)采用这种结构设计既不影响门的开关，又能使门在有风时固定在任一位置；(3)连接件与木门相连接应选自攻螺钉；(4)连接件主要的功能不是承重所以③试验不合理。
答案 (1)(2)如图所示 (3)① (4)③
11.某小区为加强安保，购买了一批摄像头。如图所示，摄像头已与固定杆连好，固定杆直径为50 mm，固定杆上有两个安装孔，直径为8 mm，孔距为50 mm。现在需要设计连接件，将固定杆安装到墙上，具体要求如下：
A.连接件与墙壁可靠固定；
B.固定杆能够从水平位置向下旋转45度，并且能连续调节，可靠固定；
C.连接件材料为3 mm厚的钢板。
根据题意，完成下列任务。
(1)画出连接件的设计草图，必要时用文字说明；
(2)在草图上标注连接件主要尺寸；
(3)最适合用于连接件与墙壁固定的是________(将序号填写在“________”处)；
(4)为检验连接件是否达到设计要求，以下试验中，合理的试验有________(选出所有合理的选项，将序号填写在“________”处)。
①从水平位置向下转动固定杆，测试调节角度是否符合要求；
②适当用力拉固定杆，观察其能否与连接件可靠固定；
③适当用力拉连接件，观察连接件与墙壁是否牢固；
④适当用力拉摄像头，观察摄像头是否会松动。
解析 (1)固定杆上的二孔与连接件上侧面上的孔和圆弧滑槽连接，固定杆能够从水平位置向下旋转45度，并且能连续调节，可靠固定。(3)与墙壁连接采用膨胀螺栓能牢固连接。(4)适当用力拉摄像头，观察摄像头是否会松动与设计要求无关故不合理。
答案 (1)(2)如图所示 (3)④ (4)①②③
12.小明家中的墙壁上需安装一挂钩，小明手持手电钻直接在墙上打孔，粉尘飞扬现请你帮助小明设计一种手电钻打孔时的灰尘收集器，设计要求如下：
A.给定材料：具有弹性的塑胶管、钢管、橡皮筋、塑料袋，材料必须全部用到；
B.构件间连接牢固；
C.能收集全部灰尘。
请根据描述和设计要求完成以下任务：
(1)在给定材料范围中，设计分析时，下列哪些信息是不需要收集的________(①制作材料的加工艺②常用钻头的规格大小③市面上常见收集灰尘的装置④手电钻的外观尺寸，从上述选项中选择一项填入“________”)；
(2)制作装置过程中，不可能用到的工具是( )
(3)画出设计草图，必要时用文字说明；
(4)在草图上标上必要的尺寸。
答案 (1)④ (2)A
(3)(4)如图所示
13.如图是一款钓鱼专用椅子，双手握持鱼竿长时间钓鱼会感到明显疲惫。现需设计一连接件，能够把鱼竿固定在如图所示的凳腿上。已知凳腿为铝合金空心管，直径为40 mm，鱼竿握持连接处为碳纤维空心管，直径为30 mm。设计要求如下：
A.鱼竿可连续调整水平和竖直方向一定角度；
B.连接件和凳腿的高度可调；
C.连接可靠，能承受一定压力；
D.不允许在凳腿和鱼竿上钻孔、开槽；
E.主材为铝管和铝板，辅材自选。
根据要求，完成以下的内容：
(1)画出连接件的设计草图，必要时可文字说明；
(2)在设计草图上标出连接件的主要尺寸；
(3)为了使鱼竿的角度和高度调节方便，连接件的螺栓宜采用元宝螺栓，这实现了人机关系的________目标；
(4)为了检验连接件是否符合设计要求，以下技术试验不合理的有________、________(指出所有不合理的项目，将序号填写在“________”内)。
①架上鱼竿，把鱼竿伸到最长，观察连接件是否松动；
②调整鱼竿，观察水平和竖直方向角度调整是否方便；
③拆下连接件，观察拆装是否方便；
④调整连接件和地面的高度，观察能否调节；
⑤取下鱼竿，观察鱼竿握柄是否被连接件刮伤。
答案 (1)(2)如图所示 (3)高效 (4)③ ⑤
14.图甲所示是一款可折叠式拉杆车，当载物杆上放置重物时可立于地面上，且支撑杆往外撑开，当载物杆往上折叠时，支撑杆往里收缩，将拉杆车收缩折叠起来，节省空间。载物杆、支撑杆展开后尺寸如图乙所示，杆上连接用的孔均为通孔。现请你设计载物杆与支撑杆之间的连接件，设计要求如下：
A.连接件与载物杆、支撑杆连接可靠，展开、收缩操作方便；
B.展开支撑时，支撑杆与载物杆之间的角度为120°；
C.不可在拉杆车上有任何加工；
D.连接件结构简单，材料采用2 mm厚的钢板。
请根据上述信息和设计要求，完成以下任务：
(1)在设计时以下各因素中：①拉杆与载物杆的连接方式；②载物杆和支撑杆的截面形状；③载物的重量；④拉杆的强度；⑤连接件的加工方式，其中不需要考虑的因素是( )
A.①② B.③⑤
C.①④ D.④⑤
(2)画出连接件的设计草图，必要时可用文字说明；
(3)在设计草图上标注连接件的主要尺寸；
(4)连接件安装完毕后，需进行技术试验，以验证是否满足设计要求。以下试验中不合理的是__________(在下列选项中选出所有符合的选项，将序号填写在“________”处)。
①展开、收缩拉杆车，观察连接件与载物杆、支撑杆之间转动是否灵活；
②放置重物到载物杆位置上，测试载物杆的强度；
③施力拉伸并展开支撑杆，检验连接件与支撑杆的连接是否可靠；
④在拉杆上施加水平拉力，测试连接件的强度；
⑤在支撑杆上施加往外拉力，测试连接件是否从载物杆上脱落。
答案 (1)C (2)(3)见下图 (4)②④
15.如图所示是一款笔记本电脑桌，它可以可折叠收纳，但桌腿不能调节高度。已知桌腿所用的材料为截面为长方形的木条，木条的截面长20 mm宽为10 mm。请对该笔记本电脑桌的桌脚进行重新设计，使其高度可调节，所用材料为截面相同的方木条，其他配件自选。设计要求如下：
A.桌腿可调节的高度为250 mm～350 mm；
B.桌脚能连续调节；
C.桌脚构件之间只能调节长短，彼此不能相对转动；
D.结构简单，操作方便。
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出桌脚的设计草图，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图上标注桌腿的主要尺寸；
(3)在设计桌腿时不需要考虑的因素是__________(在①桌脚的连接方式；②桌脚的调节方式；③桌面的材料中选择一项，将序号填入“________”处)；
(4)当桌脚安装好后，对桌脚的稳固性进行试验，以下技术试验不合理的是________(在①调节桌脚高度看是否方便；②左右晃动桌子看桌脚连接是否容易松动；③在笔记本电脑桌面坐上人看桌脚是否会损坏；④调节桌脚看桌脚是否能方便折叠收纳中选择一项，将序号填入“________”处)。
答案 (1)(2)见下图
(3)③ (4)③
16.如图所示为户外墙旗的支架底座与旗杆。由于支架损坏，只剩底座，现要在支架底座与旗杆之间设计一个连接件，使旗杆能方便固定在底座上。其中支架底座中间凸起部分厚10 mm，中心连接孔直径6 mm，四个安装孔直径均为5 mm，旗杆下端直径为18 mm。现有直径为30 mm的圆钢(长度不限)，螺孔相配合的螺钉及紧固件若干。其设计要求如下：
①连接件可使旗杆实现竖直方向一定角度的调节；
②连接件与底座有可靠的连接；
③连接件能够固定旗杆，不易被风吹落，但不能破坏旗杆，需要时可方便取下旗杆；
④底座的形状不变，连接件的主要材料采用圆钢，辅助材料自选。
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出连接件的设计草图，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图中标注连接件的主要尺寸；
(3)为了保证支架底座与水泥墙体之间有足够的连接强度，适合选用的连接件是________(只需选择一种类型即可，将序号填写在“________”处)；
(4)如果以批量生产、经济使用为目标，连接件材料还可以选用________(在①木材；②塑料；③不锈钢中选择一项，将序号填写在“________”处)。
答案 (1)(2)如图
(3)③ (4)②
17.如图所示为小明家的阳台的护栏，小明想在护栏上养花卉，护栏的横截面为正方形，边长为10 cm。现请你帮助小明设计一款护栏花架，设计要求如下：
A.花架的长度和宽度满足能同时放下5个直径为24 cm的圆形花盆。
B.花架与护栏连接牢靠，方便拆卸；
C.主要材料采用2 mm厚的钢板，辅助材料自选；
请根据描述和设计要求完成以下任务：
(1)画出护栏花架的设计草图，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图上标注有关的主要尺寸；
(3)花架安装到护栏上所需的合适配件为________(在①铆钉；②自攻螺钉；③螺母螺栓；④膨胀螺栓中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)为了提高花架的抗氧化能力，适合中学生对其进行的表面处理方法是________(在①表面刷光；②喷涂油漆；③镀层中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
答案 (1)(2)如图所示 (3)③ (4)②
课件29张PPT。第三节 简单结构的设计1.结构设计的主要因素 结构设计应以一种或几种功能的实现为 ，应满足 ，满足使用者的 。
结构设计应考虑的主要因素： 、使用寿命、成本等。基本目标设计规范基本需要稳定性、强度、功能、安全性、美观性、个性化2.简单结构的设计根据问题确定具体的设计项目；明确设计目标及要求；进行设计分析(重点分析结构的功能、结构的稳定性和强度)；形成初步设计方案；模型或者原型制作；检测、优化和改进设计。一、结构设计的主要因素基本目标：实现一种或几种功能。
主要因素：功能、稳定性、强度、安全性、美观性等。【典例1】 如图所示为户外阳台伸缩晾衣架，其支架和底板均采用铝合金材料制作。底板用于支架和墙体的连接，下列选项中，底板结构设计合理的是( )解析 该结构设计的功能之一是晾衣架能伸缩，A选项的设计能满足晾衣架这一功能要求，且两端设计成圆弧状安全、美观，采用铝合金材料，与阳台接触处平整稳固性好。故答案选A。
答案 A [方法总结] 关于这类题目，首先要分析题目的基本目标，在满足目标的前提下，再考虑其它因素是否能实现。变式训练1 如图所示是一款床上使用的桌子，支架支撑在支撑梁不同位置的凹槽中，可调节桌面的倾斜角度。要求支撑可靠，以下符合要求的支撑梁是( )解析 支撑梁的凹槽形状应该要求利于支架后退和不易于支架向前滑动，这样有利于桌面的稳固，所以应该设计成类似手锯锯齿的形状。故答案选D。
答案 D变式训练2 小刘家里的长木凳凳脚与凳板间的连接处出现了松动，以下加固方法中，既美观又有效的是( )解析 本题是从强度和美观因素考虑设计的，A、D选项既不美观又易松动，B选项也容易松动，C选项既牢固又美观。答案选C。
答案 C变式训练3 如图所示的木质电脑桌，桌面角度不能调整，小明准备对左右两边各一只同侧支撑腿进行改进，实现桌面角度可以连续调节，且调节方便，以下结构方案中最合理的是 ( )解析 该题考虑的是通过改进增加辅助功能，选项C能实现这一功能。答案选C。
答案 C二、简单结构的设计【典例2】 如图是一款扶手固定的手推平板车，车身材料是钢板，扶手材料为Φ30 mm的钢管。为了减小收纳空间，要求扶手可以翻倒，请设计扶手和车身之间的连接结构。设计要求如下：A.扶手能翻倒与车身折叠；
B.扶手竖起后可靠固定，能承受推力或拉力；
C.结构简单、操作方便.
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出连接结构的设计草图(只需画出一侧的连接结构)，必要时用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接结构的主要尺寸；
(3)说明你的方案是如何实现让扶手既能翻倒，竖起后又能可靠固定。 解析 结构的设计，首先应实现题目所要求的功能。本题中要求扶手能翻倒，能固定，就要求连接件一端用元宝螺母实现快速拆卸，另一端与车底板实现铰连接。答案 (1)(2)见下图(3)如上图所示拧紧元宝螺丝，能使扶手竖直，旋松元宝螺丝，将连接件与元宝螺丝分离可实现折叠。[方法总结] 简单结构设计类的题目，明确要求是关键，设计的方案在功能、强度、稳定性是否符合要求，是否符合人机关系所要实现的目标。 变式训练1 某住宅小区要在墙壁上安装摄像头，墙壁上已安装如图所示的支架，支架一端上方有一直径为6 mm的螺孔。摄像头如图所示，底部有两个相距5 cm，直径为4 mm的螺孔。现在需要我们设计支架与摄像头之间的连接件，设计要求：
①摄像头底部离支架15 cm以上；②摄像头水平方向和俯角可以在一定范围内方便调节；③连接件容易制作，安装方便；④主要材料选用4 mm厚合金铝板(可攻丝)，辅助材料自选。请根据题意完成以下任务：
(1)支架与墙壁间的固定可选用________(在“A.膨胀螺丝；B.紧定螺丝；C.元宝螺钉；D.自攻螺钉”中选择合适的选项，将序号填入“________”中)。
(2)把铝板加工成连接件，不需要用到的工具是________、________(在“A.钢丝锯；
B.锤子；C.板牙；D.台虎钳；E.锉刀”中选择合适的选项，将序号填入“________”中)。
(3)请画出连接件的设计草图(必要时可用文字作简要说明)。
(4)在设计草图中标注主要尺寸。解析 (1)安装在墙壁上要求牢固应选A。(2)钢丝锯是锯木料的，板牙是套丝工具应选A、C。
(3)(4)根据设计的要求设计方案如图，用元宝螺丝分别将连接件与支架、连接件上下部分连接，调节元宝螺丝可实现摄像头水平方向和俯角在一定范围内方便调节。答案 (1)A (2)A C (3)(4)见下图变式训练2 如图所示是一款音箱，其背面是木板，要将音箱挂在墙上，请设计一个连接件。已知在墙上已装好了一个水泥钉，其尺寸如图所示。制作连接件的材料为厚度2 mm的钢板，其他配件自选。
设计要求如下：
A.连接件能可靠地连接音箱，连接后具有一定的强度；
B.能方便的挂上和取下音箱，挂上后不容易掉落；
C.结构要简单。
请根据上述设计要求，完成以下任务：(1)画出连接件的设计草图(画立体图)，必要时用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接件的主要尺寸；
(3)以下几种类型的螺丝，其中适合用于连接件安装的是________(只需选择一种类型即可，将序号填写在“________”处)；(4)在制作连接件的时候，一般要钻孔，请问：下面的工具在钻孔的时候会用到的有__________(①划规；②角尺；③样冲；④台虎钳；⑤台钻。选择正确的选项，将序号填写在“________”处)。解析 (1)(2)根据设计要求设计如图方案用自攻螺丝与音箱连接，将水泥钉帽从大圆孔穿过，水泥钉就可挂住音箱且不会脱离。拆卸时动作相反。自攻螺丝适用于与木质材料的连接。(3)答案选③。(4)样冲用于在钢板上冲眼，台钻用于在钢板上钻孔。故答案选③⑤。答案 (1)(2)如解析图所示 (3)③ (4)③⑤变式训练3 如图所示为一款铝合金置物架，现要求使用钢板设计一个中间连接件，能把置物架安装到壁上。连接件设计要求如下：
A.置物架能牢固安装在水泥墙壁上；
B.置物架不用时能向上翻转并稳定靠在墙上，放下时能水平放置；
C.置物架能方便、快捷的上翻和下放。
请根据上述设计要求，完成以下任务：
(1)画出连接件的设计草图，必要时可用文字说明；
(2)在设计草图上标注连接件的主要尺寸；
(3)置物架和连接件之间的连接方式可以采用________(在①膨胀螺栓连接；②自攻螺；③螺栓螺母连接中选择一项，将序号填入空格内)；(4)置物架安装好以后，以下试验中不合理的是________(在①上翻置物架靠在墙壁上，观察置物架是否能靠稳；②多次上翻和放下置物架，观察是否操作方便；③放下置物架，用手挂在置物架上，观察置物架和连接件的变形情况；④放下置物架，观察是否水平中选择一项，将序号填入空格内)。解析 (3)连接件用膨胀螺栓可牢固地与墙壁连接，用螺栓螺母通过通孔形成松铆连接，置物架不用时能向上翻转并稳定靠在墙上，放下时置物架边框一部分搁置在连接件上能稳定地水平放置。
(4)置物架不需要承受人体的重量，此试验不合理。答案 (1)(2)如图所示(两侧各一个) (3)③ (4)③
