工程训练大赛面试材料

“摆—球”永动器

1、设计概述

该“摆—球”永动器的设计成败的关键在于如何减少摩擦和碰撞的能量损耗，并且在规定尺寸内将相关的尺寸设计达到最佳的工作要求。对此将设计的过程分为如下三个步骤进行：滑槽底座,支架,转轴,摆系统的分析与尺寸设计及校核等环节。另外加工要求也需达到规定的要求。

2、设计思路和方案

1：滑槽底座的设计过程需要区分不同的情况进行分析讨论，正确处理好势能的增量与速度的衰减量之间的关系，主要从小球运动过程中摩擦力做功来衡量，滑槽的截面形状对于小球的运动形式有影响，进行比较得出较好的方案。

2：支架的设计过程涉及支架的数量，及其外形的设计，在尺寸约束的范围内，为了尽可能地减少摩擦的能耗，选取单支架的形式，为了便于定位，节省材料，加工方便和外形的美观，拟将支架设计为等腰梯形的形式。

3：转轴的设计考虑到单支架的承载能力，将转轴设计为阶梯轴，一端与轴承配合，一端通过螺母连接定位。在尺寸约束的条件下得出尺寸，并进行校核。

4：摆系统的设计是核心，要求达到: 1.碰撞过程损失能量最小；2.两球发生对心正碰，且交换速度；3.碰撞时对轴承处的冲量为零.求解得出较好的方案。

4、设计结果

经过理论分析与计算，得出的的设计结果为（仅列举重要的参数）滑槽轨道半径89m, 总长度为112mm, 宽度18.5mm；摆杆为圆柱形摆杆长度为55mm，截面半径为 2.5mm；转轴长度为30mm，阶梯轴直径范围3～9mm。（详见零件图与装配图）

5、总结

“摆-球”永动器的设计过程涉及有理论的推理与分析，特别是摆系统的设计中的方案选取和各部件的质量及尺寸参数的取值对于“永动”时间的影响较大，当然，在规定的尺寸约束条件下，工程计算的结果只能作为一个可行的有效解，理论计算与现实情况的差别需要进一步缩小，仍需要后续的深入研究探讨。

三维图

装配图

主要零件图滑槽

挡板

轴

工艺方案（工艺流程、检验、工艺处理等）

1.产品结构的工艺性，零件的结构与几何形状是否合理，是否便于加工和保证质量。在这件作品中，除了可以外购的标准件（两个小球、两个轴承、两个螺栓螺母）外，还有弧形滑道，轴，支架及圆柱形摆杆，而这些均需通过普通工件经过机床加工得到，成型后再装配即可得到产品。

2.由于一些关键位置的最后一道工序是磨加工，而另外一些精度要求一般的表面的最后一道加工是车床加工，故精度光洁度及技术要求适当。

3.在工艺基准面的选择上主要是要满足加工要求及关键位置的同轴度，故工艺基准面的选择方便可靠。

4.除了一些标准件外，其他的材料均是45号钢，既能满足技术要求，经济上也比较实惠，故材料选择适当、经济、符合材料标准规格。

5.在该产品的加工时主要使用车床、磨床、铣床、刨床、数控电火花切割机，适合生产设备条件。

6.工艺流程：首先加工摆球、摆杆，并组装至摆杆机构，再加工圆柱轴，加工完成后与轴承组装再加工支杆，完成后与圆柱轴承机构组装再加工圆形滑道，完成后与支杆机构组装最后将摆杆机构与圆柱机构连接.