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1、金工实习电子稿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

2、过调节附加重物，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：二图纸总

3、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越小，前进距离越远。因此我

4、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，后续前进问题就不大同时，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。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后轮、轴、板宽等尺寸。四加工工艺

5、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，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

6、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：选用直径为40mm,长60mm的原材料，首先将端面车平，然后在中心打孔，直径

7、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

8、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

9、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，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

10、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

11、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

12、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

13、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力很大。但是由于之前都没有接触过零件加工一类的工作，因此对金工实习还是充满了期待。开学第一节课，我们了解到金工实习每次的实习内容都不一样，一天一个实习内容，一共有16周。我觉得这样挺好的，一天的时间不长也不短，能让我们在一定程度上了解实习的内容。但是第一节课我们班的四个女生居然就跑错了教室，实习的内容是铸，我们居然跑到了CAM。但幸好半

14、个小时以后我们就发现了，并且及时地回来了。第一节课就给了我个下马威，虽然铸的实习内容并不难，然而却很累很脏。一天下来累的我腰酸背痛。我体验到了金工实习的苦和累，但是由于平时都不会干这么重的活，现在趁这个机会锻炼一下，我觉得十分有意义。在整个金工实习的过程中，我学会了怎样用车床加工零件；我学会了怎样在用锉刀打磨零件；我学会了怎样焊接；我学会了怎样编写简单的程序；我学会了在实习中学到的东西实在是太多太多。一天的时间刚刚好，给我们足够的时间去学会这些内容，又不至于太肤浅。每个实习的老师也很和蔼可亲，都耐心给我们讲解知识并且细心指导。虽然每次一天下来都会很累，但是学了那么多平时在课堂里学不到的知识，还

15、是很开心有这么多收获。接下来讲讲金工实习的大作业小车。由于比较晚组队的关系，最后我们组一共有五个人，由四个女生和一个男生组成。由于做小车的大部分零件都是要我们自己做的，因此对于我们总人数少而女生众多的情况，我们也付出了更多。当组长并没有想象中那么轻松，在设计小车阶段，安排好大家统一有空的时间来开会也是煞费周折。而到了后期，更是有统筹安排，任务分配等一系列工作。对于组员可能会出现的认为分配不公的等等情况都要未雨绸缪，妥善安排。记得有一次因为组员的不配合，我都难过地哭了，但是哭完之后，我深刻地做了反思：哭并没有什么用，而是要找到解决问题的根源。最后我又重新做了任务的分配，大家都心服口服了。做小车的

16、过程更是几经波折。一开始我们组追求创新，设计了一个同心盘。在做小车的过程中，老师对我们说这个同心盘要达到我们预想的效果可能会有些难度。然而我们认为还是要勇于尝试，于是我们还是把同心盘做了出来。令我们失望的是，加上同心盘后我们的车根本走不起来。这时我们组的进度已经落后别的组很多了。但我们不放弃，从头来过，利用课外的时间赶工，最终还是把小车顺利完成了。如果要问我后不后悔，我会回答不后悔。马克思说过，实践是检验真理的唯一标准。只有勇于去尝试，才有创造奇迹的可能。虽然这次我们失败了，但我们会吸取教训，积累了经验。这次做组长的经历让我成长的不少，我懂得了作为一个领导者应该怎样去统筹协调，怎样去劝说不配合

17、者，怎样做到大家心服口服。而参与小车的过程让我学会了如何参与到讨论中去，怎样和大家互相配合着达到最终的目标。这学期的金工实习实在是给我带来了太多，其中有苦痛与甜美，更有知识和经验的收获。这次金工实习的经验将会成为我人生宝贵的财富，让我在今后的人生中受用不尽。张颖：参与小车制作的一个学期下来，最深刻的体会是合作和细节。合作自然不用说，且不说各个任务的分工，光是要给小车拧上一个螺钉，就需要两个人齐心协力，一个扶车、一个拧螺钉。而队员之间的默契配合，不仅在制作时可以提高效率，也可以减少在讨论时为无关琐事争执得面红耳赤的时间，大家心平气和、心无杂念地为着同一个目标而努力。细节，则是要在制作的过程中谨慎

18、处理好每一个步骤，比如磨去支架底部的小凸起，将每一个孔的位置打得不偏不倚。这些小问题，看起来似乎无伤大雅，但如果处理不好，就会造成大的损伤。毕竟做出的决定往往无从修改，造成的错误也往往难以回头。小车的制作从无到有，从一开始不明所以，到后来能够跑动，再到最后调试出最佳效果，是一个从自己手中创造的愉悦过程。感受这其中不断碰壁、不断尝试，再碰壁、再尝试的快乐，也就感受到了自己的成长。罗梦翔： 通过这次小车的制作，我收获了很多。首先从小车的设计上说，在设计制作小车时，要全面的考虑问题，不能只考虑问题的一面，更不能想着把所有的问题都拖到调试时再解决。小车的各种零件的制作，让我又重新回顾了我们金工实习的各

19、种工艺，激光加工，车床，钳工，我对各个工艺的印象又加深了，并且这次亲自将这些工艺用到自己的东西上，感觉更为明显。小车的调试给我的启发最大，从其他小组那儿，从老师那儿我都学到了很多东西。比如各种零部件的连接问题，摩擦较少需要考虑哪些问题等等，大家集思广益，各种奇思妙想都在这个时候出现，给我带来了很多惊喜。不管最后结果如何，这次的小车加工让我受益匪浅。都晓惠：一学期的金工实习基本结束了。这一学期中，我们进行了铸造、电焊、车工、铣磨等基本实习，收获很大，但收获更大的还是小组项目无碳小车。实习刚开始，我们就同时着手进行小车的设计。我们事先从网上看了一些有关无碳小车的视频文档，从中寻找了些灵感，采取一系

20、列措施使重物下降的距离尽可能多的转换成小车前进的距离，同时减少前进过程中的摩擦损耗。关于各零件的尺寸确定、位置安装等遇到了一些问题，但随着后期组装的进行问题逐渐解决。在单项实习的同时，我们开始着手做一些简单的零件，如各种轴、后轮，并对其进行钻孔、螺纹等工序。但由于前期对尺寸了解较少，计算不清，前期做的零件在最后的安装过程中基本被抛弃重做。最后两节课我们专门用来进行小车的组装调试。由于我们本来设计两级放大，比其他小组复杂，组装较慢，直到第二节课才组装好。但实验发现这种方法小车根本跑不了。后来，我们将两级放大变成简单的一根轴，稍微移动重物下落的位置，将板上的孔稍微钻大，使小车能够自动调节轴不直等问

21、题。第2节课结束的时候我们的小车依然没能如我们所愿前进，我们又找额外的时间来做。在老师的指导下，采取各种措施解决小车存在的问题，最终小车能前进三四米的距离。虽然不尽人意，但这是我们能达到的最好情况。 小车设计组装调试的过程问题重重，大家都很辛苦，但不得不说，在这个过程中我们培养了发现问题解决问题的能力，学到了很多知识，收获了很多。武泽：经历这次工程训练竞赛使我收获很多。首先我感受到的是努力不一定成功，但不努力一定不会成功。当我们脚踏实地的付出与努力了，那么回报就会顺其自然的来到我们面前。在遇到挫折时一定不能轻言放弃，虽然这个道理大家都明白，但这次我有了更深刻的体会。低谷是高峰的起点，只要你坚持

22、不解的努力，那么成功就在不远处向你招手。其次我感受到理论与实际实在是差的太远了。我们在大学学的是理论知识还停留在理论阶段。通过这次活动让我们真正了解到做工程的不容易，要把理论运用到实际中很难。理论联系实际才能发挥更大的作用。还有工程的严谨性容不得半点马虎，从设计到成品每一步都要经过严格把关，这样才不会出现大的差错。团队精神也非常重要。就说我们团队吧从设计制作到成品我们每个人都分工明确，各行其是，这也是我们起步晚而能赶上进度的原因。每次遇到难题我们都一起讨论每个人提出自己的观点，择优选择，到最后调试阶段车子还是不行，我们一遍遍改变，不厌其烦地做着实验，没有结果，我们几个每天都在一起为了共同的目标

23、奋斗，没有一个人想过要放弃，每个人都相互鼓励打气。但是在制作过程中我们学会了很多钳工的活，比如挫、锯、钻的用法增强了我们的动手能力。八建议对总体活动的建议：1.希望能尽早发放小车零件，以便实际地确定各零件位置和尺寸。2. 除了通过距离来考察小车的性能外，还可以通过是否能走直线考察小车的性能。（如果不能，从比较便宜或者重量的角度来考察。）3.建议采用动态评分标注，即允许选择不同质量的重块作为势能来源，但是总成绩由（距离/重块质量） 所评判。对今后同学们的建议：1.制作无动力小车其实不必需要太过复杂的传动装置的设计。因为小车初始的能量很小，传动装置越多，损失的能量越多，有可能反而会跑得更短。2.制作装配小车时要努力把每一个零件装配好，因为每一处的缺陷都有可能影响最终的效果。3.考虑问题时要全面，不要顾此失彼，同时要打开思路，说不定会有另一番天地。附：徽标设计：设计理念：左边这个图案就好比我们五个人紧紧相拥在一起，表达了我们的团结和努力。而右边则是我们小车的名字致远，表达了我们希望能使小车“致远”的理想和梦想。