机卓班惯性小车参赛作品设计报告修改版

惯性小车参赛作品设计报告1惯性小车参赛作品设计报告参赛队伍：机卓第一小组队员：2015.10惯性小车参赛作品设计报告2目录1.1摘要.............................................................................................12概述................................................................................................22.1设计任务...............................................................................22.2设计要求...............................................................................22.3设计结果...............................................................................23设计内容........................................................................................33.1设计思路...............................................................................33.2设计过程...............................................................................5工艺设计:......................................................................................103.3设计特色.............................................................................134参考文献......................................................................................13惯性小车参赛作品设计报告11.1摘要“惯性小车”机械综合能力训练项目要求参赛者设计制造一辆无动力惯性直线滑行的小车，使小车在规定的坡路以自身势能释放获得动力，使小车行驶尽可能长的距离。我们依照此要求，设计了这辆小车，运用物理学方法分析了小车的重力势能、动能与转动惯量等，获得了这个我们认为较佳的方案。关键词：惯性小车、无动力、重力势能、动能、转动惯量、距离惯性小车参赛作品设计报告22概述2.1设计任务设计制作一辆三轮无动力小车，让小车在一定高度的坡道上自由滑下，其重力势能转化为动力势能，使小车在水平跑道上运动距离最长。2.2设计要求1、小车的最大质量700克，制作材料不限；2、小车的最大尺寸不得超过：长250毫米，宽150毫米,高80毫米；3、小车为三轮车；2.3设计结果综上所述，依据设计要求，综合考量了摩擦、重力势能、转动惯量等各方面的因素之后，我们最终设计的惯性小车整体形状（图2-3）及各项参数如下:图2-3整车效果图惯性小车参赛作品设计报告3整体质量：约670克车身尺寸：总长250mm总高140mm总宽70mm3设计内容3.1设计思路本次惯性小车的实验目的是使小车在具有一定初重力势能的情况下从斜坡上无初速释放后获得在水平方向的最大直线滑行距离。为了达到这一目的，我们采用了以下前二后一设计，如下图所示。惯性小车参赛作品设计报告4以下是对小车如何实现各个具体环节的方法的具体介绍。我们主要分成三个方面来讲。1.是减小阻力，2是利用重力势能，3是保证滑行方向。1.减小阻力。小车在下降以及行驶过程中受到的主要阻力有两个部分，一部分是来自与空气阻力，因为小车质量相对来讲还是比较大的，所以此部分阻力我们忽略。另一部分则是来自于滑行过程中与地面的接触。为了有效降低摩擦，在两个前轮的设计上，我们采用了比较薄的接触面设计。而在后轮，由于要尽量使整车重心后移，无法像前轮那样做的很薄很薄，由此接触面积不可避免的就增大了，为此，我们采用从后轮中部挖槽的方式来你不，从而有效减小接触面积。惯性小车参赛作品设计报告52.利用重力势能。由于是在斜坡上由同一条初始起跑线释放，故初始重心位置越高，所获得的重力势能则越大。由此，我们将整车的质量重心后移，通过加粗后轮厚度来实现这一目的。3.保证长距离稳定直线滑行。为了实现它，我们采用了采用这种前二后一的设计。原因是小车下滑到斜面与地面的接触点这一位置是小车所受冲击力最大的时刻，此时最容易发生小车侧翻或者方向跑偏，为了防止这种现象，我们采用两个轮一起在车前通过车轴共同牵制，从而保证方向的正确性。3.2设计过程我们依据设计要求与上述设计思路，设计思路如下：1)制造材料本设计要求小车总体质量不超过700g，比较轻巧，我们综合考惯性小车参赛作品设计报告6虑了材料强度、密度等各方面的性能之后，选择了密度不算太大，在强度方面又有让人较为满意表现的铝合金，作为制造惯性小车的主要材料。2）在设计这辆小车的时候，我们主要考虑了这几个因素：重心小车的重心设计在靠后的位置，在收集了那些跑得比较远的小车的情况中，统计出大部分小车的重心都在靠后的位置。而且，因为小车是在斜坡上放下的，将重心放在后面比放在前面能获得一个更大的重力势能。如图:惯性小车参赛作品设计报告7后轮后轮中间的部分削去，是为了减少后轮与地面的接触面积，从而减少摩擦力。两边的突出部分，是用于在将轮子切断下来的时候，能夹住另外一边去车平切断的端面，至于两边都设计了突出部分，是为了使轮子平衡。在轮子两边的突出部分，还要用铣刀在圆面上用铣刀铣出一个平面，方便打孔攻丝，在螺孔上螺钉用来压紧轴与车轮，防止车轮与轴在连接的位置打滑。如图：前轮设计思路与后轮基本相同。效果图如下：惯性小车参赛作品设计报告8轴承座轴承座与车身板采用螺栓连接，所以在轴承座上面钻出两个贯穿的光孔。轴承座用于固定轴承，设计成阶梯孔的形状，防止轴承从另外一边滑出去，也为了更好地固定轴承，防止轴承在安装过程中使轴线与孔的轴线偏离较大影响小车的前进。如图：惯性小车参赛作品设计报告9车身板车身板在后轮的位置开出一个矩形的孔，是为了降低车身的高度，减少轴承座的长度，使得重量能集中在后轮上，在这个孔边缘处保留一条边，是为了保持车身板两边的连接，假如切去这条边，车身板后面悬空的两片板就会容易受力变形从而导致两片板不平行，影响后轮的平行度。在车身板与轴承座的连接处，设计一个比所用的螺钉规格更大的光孔，是为了再安装时能调节轴承座的位置和角度，减少加工误差的影响。如图：惯性小车参赛作品设计报告103.3工艺设计:1车身板车身板采用150mmX280mmX2mm规格的铝合金板。工艺流程：a)按照车身板零件图，在胚料上画线，画出车身板的轮廓以及其上前后轮轴、定出长圆孔的位置。重点注意车身板的对称性，前后轮轴位置的平行关系，长圆孔的位置。b)依照车身板轮廓线，在其外3-5mm的地方切开，而后再在轮廓线上切第二刀，以减小板材因剪切而产生的变形。c)用锉刀锉平车身板边缘。d)在车身板后侧的矩形内部沿矩形轮廓线内测打紧密排孔，在车身板上挖出所需矩形。e)使用锉刀锉平上一步骤打孔留下的锯齿边缘。2前轮前轮使用φ80X40的铝合金胚料，使用车床、铣床、钻床加工。惯性小车参赛作品设计报告11工艺流程：a)在距端面8mm处装夹在车床上；b)车端面见平；c)车外圆至φ70，距端面27mm；d)使用φ6的钻头打通孔；e)车外圆至φ15，距端面5mm;f)在距端面13mm处切断；g)余下部分车平端面，重复ef；h)拆下后反夹，车端面至距另一端面8mm；i)拆下后装夹前面切断的部分，车端面至距另一端面8mm；j)将上面零件凸台朝上，平放夹在铣床上，将凸台两侧各铣进1mm；k)装夹上面零件到钻床上，使用2mm钻头，在上面铣出的平台上钻通孔。3后轮后轮使用φ80X80的铝合金胚料，使用车床、铣床、钻床加工。工艺流程：a)在距端面8mm处装夹在车床上；b)车端面见平；c)车外圆至φ70，距端面60mm；d)车外圆至φ20，距端面10mm；e)在距端面13-37mm处，车外圆至φ68；惯性小车参赛作品设计报告12f)用φ6钻头打通孔；g)拆下后反夹，车端面至两端面相距50mm；h)车外圆至φ20，距端面10mm；i)将上面零件凸台朝上，平放夹在铣床上，将凸台两侧各铣进1mm；j)装夹上面零件到钻床上，使用2mm钻头，在上面铣出的平台上钻通孔。4轴承座轴承座使用55mmX15mmX40mm铝合金胚料，使用铣床加工，两两配作。a)将胚料两两叠放在一起，铣至50mmX10mmX35mm；b)将胚料两两叠放在一起，以50mmX10mm为底面竖直装夹在铣床上；c)将50mm两侧铣进12mm，至距底面5mm；d)拆下零件，画线以定位轴承孔的位置；e)将零件两两对齐平放装夹在铣床上，换用φ8钻头，在画线位置分别在两个零件上打通孔；f)不要改变钻头的前后位置，换用φ12钻头，分别在两个零件上打深4mm的孔；g)拆下后，在两侧平台处画线，使用φ3.3钻头打通孔。惯性小车参赛作品设计报告133.4设计特色小车后轮集中了较大的重力势能，担当着将重力势能转化为动力势能的角色，应该尽量减少其与地面的摩擦阻力，我们将后车轮的中间部分削去一小层，使其不与地面接触，实现了减少摩擦阻力的目的。如图：此外，在轴承座与车身的固定上，我们在车身上设计了长圆槽，可使车座纵向微调，从而可调节前后两根车轴的平行度。如图：4参考文献无。