金工实习电子稿.docx
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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
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。
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