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（河南版）《技术与设计2》课文内容

第一章 结构及其设计

2019年版本

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第三节　简单结构的设计

学习目标

1．根据已学的科学技术原理，能够对生活中的问题进行简单的结构设计，并绘制出图样。

2．利用工具、设备完成简单产品模型的制作。

当我们对结构的基本概念、结构的受力分析和影响结构强度、稳定性的因素等科学技术原理知识有了基本的理性认识后，可以将上述知识要点应用到具体的实践活动中，来指导结构模型的设计与制作。结构的设计与制作过程是一个手脑并用的过程，不但可以进一步巩固我们所学的知识，还可以提高我们的实践能力。

一、结构设计项目1——桥梁模型的设计与制作

【任务情景】

某峡谷上需要建造一座公路桥，请同学们设计并制造一座跨度为400mm的峡谷公路桥模型，能够顺利通过至少总质量为900g的电动小车（图1.43）。

图1.43桥梁模型示例

【设计要求】

（1）桥面平整，保证小车在通行过程中不受阻挡。

（2）桥梁模型要设计栏杆，保证小车不会冲出桥面。

（3）在满足要求的前提下，桥的载荷与自重比越大越好。

【设计准备】

（1）材料：A4白纸一张、5mm×5mm×1000mm的桐木条若干、白乳胶（或速干胶）、大头针等。

（2）工具：直角尺、铅笔、美工刀（或手锯）、砂纸、锉刀、尖嘴钳等。

（3）测试设备：测试台、电子秤、钩码、电动小车等。

【设计过程】

任务一：搜集信息

同学们在进行模型设计之前，搜集有关桥梁的信息并进行整理和分析。了解桥梁种类及其受力特点。

任务二：设计分析

请同学们利用前面所学习的结构知识，从强度、稳定性、功能、安全、美观等方面，分析设计桥梁模型要考虑的主要因素。采用你认为最合理的构件连接方式，使你的桥梁模型更加稳固。

任务三：构思方案、绘制设计草图

请同学们在设计分析的基础上，进行方案构思并绘制出设计草图。

任务四：绘制加工图

运用《技术与设计1》中学习的绘图知识，将本小组的桥梁结构设计绘制成加工图。

任务五：模型制作

模型制作步骤如下：杆件计算、截取→截面加工→结构单元连接→单元组合连接→修饰校正。

加工提示如下：

（1）杆件计算、截取：同学们可以挑选提供的材料，根据加工图上所标注的尺寸，进行每个构件的尺寸计算，使用美工刀截取。请注意长、短杆件搭配截取，节约材料。

（2）截面加工：根据所设计的结构特点，选择恰当的截面形状，利用美工刀和砂纸加工（图1.44）。

a．类型1    b．类型2     c．类型3

图1.44不同构件类型截面加工示例

（3）结构单元连接、单元组合连接：根据设计方案的结构特点，把桥体分为几个单元，先制作桥体两侧的栏杆，然后是桥面和桥顶，最后进行组合连接。构件连接可以采用先在截面涂白乳胶之后用大头针加固的方法，或直接用速干胶黏接（图1.45）。

图1.45结构单元连接

（4）修饰校正：进行桥体整形和外观修正美化，做到结构科学合理，外观整洁。

任务六：技术测试与评价

用电子秤测量桥梁模型自重。然后测量桥梁模型的通车效果，填在表1.4中。仔细观察小车是否可以顺利通过，观察、记录桥梁模型的形变程度，可以用手机或相机拍摄测试过程。如果可以顺利通过，可以适当增加小车上钩码的数量，重复测试。

请同学们根据设计要求和测试结果，参照表1.5对自己小组和其他小组的作品进行评价。

表1.4  桥梁模型测试结果记录表

表1.5  桥梁模型评价表（自评与他评）

注：评价按A、B、C、D四个等级划分。

任务七：设计优化

基于测试和评价结果，请同学们对设计方案进行改进，优化和完善你的设计。

阅读材料

桁架结构桥梁模型的制作

真正的桁架结构桥梁都是由钢梁连接形成的，为此同学们可以尝试先在三维软件中设计一种针对桥梁结构的接头，并使用3D打印机制作接头，参照图1.46的桥梁模型设计过程连接杆件形成桁架结构。为了节约时间和成本并具有可比性，建议统一采用截面为5mm×5mm、长度为200～300mm的木条，也可以采用直径为6mm的圆木棒。注意打印时要让接头内部易于连接，并易于探究结构连接方式对桁架桥梁强度的影响。

图1.46桁架结构桥梁模型设计过程