機卓班慣性小車參賽作品設計報告修改版

1、慣性小車參賽作品設計報告慣性小車參賽作品設計報告參賽隊伍：機卓第一小組隊員：2015.10目錄1.1摘要12概述22.1設計任務22.2設計要求22.3設計結果23設計內容33.1設計思路33.2設計過程5工藝設計:103.3設計特色134參考文獻13131.1 摘要“慣性小車”機械綜合能力訓練項目要求參賽者設計制造一輛無動力慣性直線滑行的小車，使小車在規(guī)定的坡路以自身勢能釋放獲得動力，使小車行駛盡可能長的距離。我們依照此要求，設計了這輛小車，運用物理學方法分析了小車的重力勢能、動能與轉動慣量等，獲得了這個我們認為較佳的方案。關鍵詞：慣性小車、無動力、重力勢能、動能、轉動慣量、距離2 概述2.

2、1 設計任務設計制作一輛三輪無動力小車，讓小車在一定高度的坡道上自由滑下，其重力勢能轉化為動力勢能，使小車在水平跑道上運動距離最長。2.2 設計要求1、小車的最大質量700克，制作材料不限；2、小車的最大尺寸不得超過：長250毫米，寬150毫米,高80毫米；3、小車為三輪車；2.3 設計結果綜上所述，依據設計要求，綜合考量了摩擦、重力勢能、轉動慣量等各方面的因素之后，我們最終設計的慣性小車整體形狀（圖2-3）及各項參數如下:圖2-3整車效果圖整體質量：約670克車身尺寸：總長250mm總高140mm總寬70mm3 設計內容3.1 設計思路本次慣性小車的實驗目的是使小車在具有一定初重力勢能的情況

3、下從斜坡上無初速釋放后獲得在水平方向的最大直線滑行距離。為了達到這一目的，我們采用了以下前二后一設計，如下圖所示。以下是對小車如何實現各個具體環(huán)節(jié)的方法的具體介紹。我們主要分成三個方面來講。1.是減小阻力，2是利用重力勢能，3是保證滑行方向。1. 減小阻力。小車在下降以及行駛過程中受到的主要阻力有兩個部分，一部分是來自與空氣阻力，因為小車質量相對來講還是比較大的，所以此部分阻力我們忽略。另一部分則是來自于滑行過程中與地面的接觸。為了有效降低摩擦，在兩個前輪的設計上，我們采用了比較薄的接觸面設計。而在后輪，由于要盡量使整車重心后移，無法像前輪那樣做的很薄很薄，由此接觸面積不可避免的就增大了，為此

4、，我們采用從后輪中部挖槽的方式來你不，從而有效減小接觸面積。2. 利用重力勢能。由于是在斜坡上由同一條初始起跑線釋放，故初始重心位置越高，所獲得的重力勢能則越大。由此，我們將整車的質量重心后移，通過加粗后輪厚度來實現這一目的。3. 保證長距離穩(wěn)定直線滑行。為了實現它，我們采用了采用這種前二后一的設計。原因是小車下滑到斜面與地面的接觸點這一位置是小車所受沖擊力最大的時刻，此時最容易發(fā)生小車側翻或者方向跑偏，為了防止這種現象，我們采用兩個輪一起在車前通過車軸共同牽制，從而保證方向的正確性。3.2 設計過程我們依據設計要求與上述設計思路，設計思路如下：1) 制造材料本設計要求小車總體質量不超過700

5、g，比較輕巧，我們綜合考慮了材料強度、密度等各方面的性能之后，選擇了密度不算太大，在強度方面又有讓人較為滿意表現的鋁合金，作為制造慣性小車的主要材料。2）在設計這輛小車的時候，我們主要考慮了這幾個因素：4重心小車的重心設計在靠后的位置，在收集了那些跑得比較遠的小車的情況中，統(tǒng)計出大部分小車的重心都在靠后的位置。而且，因為小車是在斜坡上放下的，將重心放在后面比放在前面能獲得一個更大的重力勢能。如圖:4后輪后輪中間的部分削去，是為了減少后輪與地面的接觸面積，從而減少摩擦力。兩邊的突出部分，是用于在將輪子切斷下來的時候，能夾住另外一邊去車平切斷的端面，至于兩邊都設計了突出部分，是為了使輪子平衡。在輪

6、子兩邊的突出部分，還要用銑刀在圓面上用銑刀銑出一個平面，方便打孔攻絲，在螺孔上螺釘用來壓緊軸與車輪，防止車輪與軸在連接的位置打滑。如圖：4前輪設計思路與后輪基本相同。效果圖如下：4軸承座軸承座與車身板采用螺栓連接，所以在軸承座上面鉆出兩個貫穿的光孔。軸承座用于固定軸承，設計成階梯孔的形狀，防止軸承從另外一邊滑出去，也為了更好地固定軸承，防止軸承在安裝過程中使軸線與孔的軸線偏離較大影響小車的前進。如圖：4車身板 車身板在后輪的位置開出一個矩形的孔，是為了降低車身的高度，減少軸承座的長度，使得重量能集中在后輪上，在這個孔邊緣處保留一條邊，是為了保持車身板兩邊的連接，假如切去這條邊，車身板后面懸空的

7、兩片板就會容易受力變形從而導致兩片板不平行，影響后輪的平行度。在車身板與軸承座的連接處，設計一個比所用的螺釘規(guī)格更大的光孔，是為了再安裝時能調節(jié)軸承座的位置和角度，減少加工誤差的影響。如圖：3.3工藝設計:1 車身板車身板采用150mm X 280mm X 2mm規(guī)格的鋁合金板。工藝流程：a)按照車身板零件圖，在胚料上畫線，畫出車身板的輪廓以及其上前后輪軸、定出長圓孔的位置。重點注意車身板的對稱性，前后輪軸位置的平行關系，長圓孔的位置。b)依照車身板輪廓線，在其外3-5mm的地方切開，而后再在輪廓線上切第二刀，以減小板材因剪切而產生的變形。c)用銼刀銼平車身板邊緣。d)在車身板后側的矩形內部沿

8、矩形輪廓線內測打緊密排孔，在車身板上挖出所需矩形。e)使用銼刀銼平上一步驟打孔留下的鋸齒邊緣。2 前輪前輪使用80 X 40的鋁合金胚料，使用車床、銑床、鉆床加工。工藝流程：a) 在距端面8mm處裝夾在車床上；b) 車端面見平；c) 車外圓至70，距端面27mm；d) 使用6的鉆頭打通孔；e) 車外圓至15，距端面5mm;f) 在距端面13mm處切斷；g) 余下部分車平端面，重復ef；h) 拆下后反夾，車端面至距另一端面8mm；i) 拆下后裝夾前面切斷的部分，車端面至距另一端面8mm；j) 將上面零件凸臺朝上，平放夾在銑床上，將凸臺兩側各銑進1mm；k) 裝夾上面零件到鉆床上，使用2mm鉆頭，

9、在上面銑出的平臺上鉆通孔。3 后輪后輪使用80 X 80的鋁合金胚料，使用車床、銑床、鉆床加工。工藝流程：a) 在距端面8mm處裝夾在車床上；b) 車端面見平；c) 車外圓至70，距端面60mm；d) 車外圓至20，距端面10mm；e) 在距端面13-37mm處，車外圓至68；f) 用6鉆頭打通孔；g) 拆下后反夾，車端面至兩端面相距50mm；h) 車外圓至20，距端面10mm；i) 將上面零件凸臺朝上，平放夾在銑床上，將凸臺兩側各銑進1mm；j) 裝夾上面零件到鉆床上，使用2mm鉆頭，在上面銑出的平臺上鉆通孔。4 軸承座軸承座使用55mm X 15mm X 40mm鋁合金胚料，使用銑床加工，兩兩配作。a) 將胚料兩兩疊放在一起，銑至50mm X 10mm X 35mm；b) 將胚料兩兩疊放在一起，以50mm X 10mm為底面豎直裝夾在銑床上；c) 將50mm兩側銑進12mm，至距底面5mm；d) 拆下零件，畫線以定位軸承孔的位置；e) 將零件兩兩對齊平放裝夾在銑床上，換用8鉆頭，在畫線位置分別在兩個零件上打通孔；f) 不要改變鉆頭的前后位置，換用12鉆頭，分別在兩個零件上打深4mm的孔；g) 拆下后，在兩側平臺處畫線，使用3.3鉆頭打通孔。3.4設計特色小車