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1、致远号 重力势能小车设计报告 组长：陈贤哲 组员：张颖、罗梦翔、都晓惠、武泽2012.5一设计方案确定：设计理念减轻小车质量，在保证小车运动稳定的前提下尽一切力量减小车身质量，在5J前提下理论上可以行驶更远的距离，同时速度方面也有相应的提高。对于不需要的结构尽量不要。对车身结构的调整， 主要是车身长宽量化方面， 以保证小车在前进的时候轨迹更加平滑。这样做的意义在于：如果调整路径后更平缓，小车就能跑得更远。实现方式：对小车运行轨迹、车身的长度、宽度量化，通过人工计算和电脑计算确定出最佳的长宽和运行轨迹。重心调制。通过在设计时候对重心的调制使小车运行平稳，该过程仍然采用量化。在实际操作中，通过调节
2、附加重物，使小车的重心达到调节。方案设计能量转化装置： 通过定滑轮将重物的重力势能转化为小车的动能，为了让小车运行得更稳定， 我们采用小传动比， 让小车的转矩刚好比摩擦力的转矩略大，使小车保持尽量低的前进速度。 在低转速前进中， 小车行进比较稳定， 同时也减少了重物由于高速下落，最后撞击车架带来的能量损失。 在将重力势能转化为小车动能过程中，我们采用了梯形轮使能量转化过程中有更合适的转矩，并在应对有略微变化的场地时候可以做到有备无患。在整体设计计算过程中，我们降低了小车牵引力，让小车保持较低的速度前进，以利于物体的重力势能更多的转化为小车前进的动能。原设计方案示意图如下：终设计方案示意图如下：
3、二图纸总装图 :各种加工零件的工程图 :1.底板：2.轴：3.轮子：4.阶梯状圆盘：三技术难点在小车的设计过程中， 我们最大的问题就是如何设计使小车跑的比较远。重物下落带动小车前进，重物下降的距离相同，根据同轴转动原理，角速度相同，半径越大，线速度越大。因此，我们想出将后轮做的较大、与后轮相连的轴做的较细的措施。为了将下落距离更大的转换为前进距离，我们采取两级放大， 在重物与后轮之间加一根轴， 重物与轴粗部连接， 轴细部与后轮连接。 为了试验出最合适的比例，我们决定将轴做成两级的，若小车跑不动，则车小大直径圆盘，直至最合适的直径。重力势能转换成动能， 总能量是相同的， 小车前进过程中的摩擦损耗
4、越小，前进距离越远。因此我们要想办法尽可能减小损耗。本来想在重物与绳子间用弹簧连接，减小重物下落对车的冲击，但后来得知弹簧是不允许使用的最终放弃了。小车质量越小，重物下落越容易带动小车前进，因此决定将小车裁去部分，轮子镂空，既减轻质量又美观。 另外，小车设计的一个关键点是小车的启动。只要重物下落初始时刻小车能启动，后为了使小车容易启动，将与绳子连接处的轴适当地加粗并磨粗糙。续前进问题就不大同时， 在部件尺寸确定过程中， 由于我们对老师提供的零件尺寸了解不够，考虑不周，导致其他部件尺寸设计不合理。没有留余量，制定的后轮尺寸不够大，甚至连地面都碰不到，与后轮连接的轴不够长，综合多种因素后重新确定了
5、后轮、轴、板宽等尺寸。四加工工艺轴：车床加工轮子：激光加工底板：钳工阶梯状圆盘：车工整体安装：钳工1.轴的加工：选用直径为 8mm 的柱体原材料， 在 254mm处切断，得到合适长度的轴。 将轴的端面车平。然后将轴的两端分别车成长10mm直径 6mm 的圆柱，再将前面车好的圆柱两端车成长6mm 直径 6mm 的螺纹。2.轮子的加工：小车的轮子选用了有机玻璃板作为原材料。我们先使用 CAD 画出轮子的设计图：先画出一个直径200mm的圆，再画出一个直径 6mm 的同心圆，然后画出一些图案作为轮盘上的样式。 画好后，我们到激光加工中心用激光切割把两个轮子切割出来，由于切割下来的轮子边缘不是很光滑，
6、我们先是使用了钳工中的磨的技术进行打磨， 想要把轮子的外沿磨得更光滑圆整一些，但是当把轮子装到小车上实验的时候，发现人工打磨的精度比较差，车子有明显欺负，前进速度明显不均匀，说明轮子实际上没有很圆。于是我们再把轮子带到车床车间，用普通车床将轮子车到直径为195mm 。最后经过车床修正后得出的轮子比原来大有改善，装到小车上后，小车的起伏明显减小，前进速度也比较均匀，说明轮子已经比较圆，符合我们的要求。3.底板加工：选用长 260mm宽 200mm的矩形板，在端部两边各锯掉底为68mm高为125mm的直角三角形， 在剩下部分按零件分布打孔，最后将切割的边缘用锉刀磨平。4.阶梯状圆盘的加工：选用直径
7、为 40mm, 长 60mm 的原材料，首先将端面车平， 然后在中心打孔， 直径为 6mm, 。接着把前 30mm车成直径为 8mm 的圆柱，后 30mm车为直径为40mm的圆柱，为了固定线绳位置，在直径为40mm的圆柱上开一个深度为2mm 的沟槽，同时压花纹，最后在细圆柱部分打孔用螺丝使之与轴周向固定。（注：由于我们只有四个关键零件，因此我们只列出这四个零件的加工工艺。）五小车调试装配中遇到的问题小车调试中，我们一直在想方设法解决的问题就是怎样让小车跑起来，以及如何让其跑得更远。下面我按顺序来讨论在使小车跑起来的过程中所要考虑的问题。1.阶梯轴是否可用最初时，我们为了让小车跑得更远，设计了一
8、个阶梯轴。其主要设计思想就是，重物带动绳子缠在阶梯轴直径较小的一段，另一段绳子缠在阶梯轴较大的一端和后轮的轴上。借阶梯轴同轴转动，角速度相同的原理，让第二段绳子能拉的更长，进而拉着后轮更多的圈数。 我们当时只考虑了绳子的长度问题，却忘了考虑力的问题。重物拉着绳子缠在小轴上， 带动的另一段绳子缠在大轴上， 根据力矩平衡，第二段绳子上的力比第一段的要小，极有可能带动不了后轮转动。第一次试验，我们将所有的零件装配上后，挂上重物，小车无法运动。阶梯轴的使用是导致这个现象出现的原因之一。除去这个缺陷， 阶梯轴还有另一个缺陷。 即使使用了阶梯轴后重物能够带动小车行走，必然会因为力矩太小的问题使小车走得很缓
9、慢。这就极有可能导致， 重物落到底部的时候小车也跟着停止， 也就是说，由于速度不够，小车显示不出惯性。这同样会使小车的行驶距离大大缩短。2.直接绕线还是无法使小车动起来鉴于第一点讨论的， 我们觉得去掉阶梯轴， 直接将绳子绕在后轮轴上。但是问题又出现了， 小车还是无法动起来， 稍稍给它一个初速度也会很快停下来。我们觉得这可能是因为：（ 1）后轮轴的直径太小，后轮太大，导致力矩太小使后轮无法转动。（ 2）后轮是用激光加工切割的，加工出来的轮子圆度不够。（ 3）后轮轴的直度不够，用些微的弯曲，使摩擦力增大。针对这些问题我们一一进行了解决：（ 1）我们用车床加工了一个比轴的稍大的回转体。希望能套在轴上
10、，并打孔用钉子固定住。但是直到做出来后才发现，由于轴的太弯，根本无法套进去。不得已，我们最后用了胶带缠在轴上，已达到增大轴的直径的效果。（ 2）我们用车床对轮子进行加工打磨，使其圆度达到要求。（ 3）在将轴承固定在小车底板上时， 我们听取了老师的建议， 没有把螺丝拧死，而是流出了一点空隙，轴在小车行走时能自动调节。做完以上的工作， 小车基本能够行走了。 但是仍是有些卡， 而且所能行进的路程也很短，后来我们又把滑轮的位置往外移了移，发现效果会比较好，至于原因，我们不得而知。3.小车行进的路程问题因为我们去掉了阶梯轴， 又增大了轴的直径， 小车行进的距离大大缩短。我们决定制作一个更大的轮子，已达到
11、使增大路程的目的。我们将轮子从直径140mm, 换成了直径 200mm 。作为配套，前轮也要垫高。我们将一根长的螺丝锯短。每根螺丝上用四个螺母将前轮固定在底板上，解决了这个问题。同时，我们将缠绕的胶布改成锥形。只要最后一圈的绳子缠在最大的地方，增大力矩，接下来的绳子就可以沿着锥形往下缠。只要起步时绳子能过带动车子，接下力矩就不需要那么大了，缠在直径小的地方，能进一步提高车子行进路程。4.轮子的问题同时为了使新作的轮子能较为轻松的套进轴里，我们将轮子圆心上的小孔用锉刀磨大了些，之后又发现其中一边的螺纹不够长，螺母不能紧紧的夹住轮子，于是我们又往上加了两个垫片。轮子最为棘手的问题是， 由于两边螺纹
12、是同向的， 因此无论车子往哪边行进， 总有一边的螺母会随着旋转松脱。即使我们能够转出反向的螺纹，但也没有反向的螺母。我们认为这个解决办法有很多，比如使用胶垫片，弹簧垫片等，但因为都没有材料，我们只是使用了两个垫片， 尽量拧紧， 使轮子不至于在行走的过程中掉下了。5.小车的方向问题小车在跑动过程中会向右歪，主要是前轮和后轮在装配时不再同一条直线上，于是我们在前轮上刻了一轮弧线，可以自由调节前轮的方向， 达到矫正小车方向的目的。重物放在前轮上面，出了前轮的两个螺丝外，又打了两个螺丝固定重物。以上就是我们在装配调试时遇到的问题和相应的解决方法。六小车达到的性能在与后轮连接的轴上粘上胶布，增大轴的直径，重物下落能带动小车跑动。将板上固定螺栓的洞适当打大，使小车前进过程轴等能自动调节，同时在前轮上刻一条线，自由调节小车方向，使小车能按直线前进。 七收获体会金工实习收获体会组长 :陈贤哲转眼一个学期的金工实习课就要结束了，我在金工实习中收获到了许多，内容主要分为两个部分：金工实习和大作业小车。先来说说金工实习。上个学期选课时， 就得知这个学期我们有金工实习课。听别的学院的同学说金工实习比较苦，作为一个女生我表示压
