机械产品技术创新说明书

1、机械产品技术创新课程论文课题名称永动机学生姓名彭芳桂学号1041101044系、年级专业机械与能源工程系10级机电一班指导老师陈志刚2013年1月5日1、“永动机”课题来源2、“永动机”3、“永动机”研究意义4、“永动机”设计概述5、“永动机”设计方案6、“永动机”零件的工艺分析97、“永动机”设计结果108、总结和体会339、图纸参考文献341、“永动机”课题来源此课题是我为了参加第二届湖南省大学生工程训练综合能力竞赛而 设计的作品，下面是比赛通知摘耍：以重力势能驱动的具有单摆与球滚道的“永动器”设计与制造及竞技比 赛。要求经过一定的前期准备后，完成一套符合本命题要求的可运行装 置，并进行现

2、场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工 艺、成本分析和工程管理4项报告。以单摆重力势能转换为动能驱动小球沿轨道运动，小球沿轨道最高点回 落再将单摆打到最高点,摆与球不断转换能量，理论上应该永动（如图4）, 但由于各种阻力，摆与球的运动次数是有限的。要求经过一定的前期准 备后，在集中比赛现场完成一套符合本命题要求的摆球“永动器”装置, 并进行现场竞争性比赛。每个作品要提交相关的设计、工艺、成本分析 和工程管理4项报告。婕饰牌1球本装饰牌2瀏布牌3图4竞赛项h iii所用装置示意图要求总尺寸（包括运动部分）长不大于200nmi （平行地平面），宽不大于 80mm （平行地平面），高不大

3、于180nnn （垂直地平面）。材料主要以铝合 金，塑料和钢为主。除标准件外，所有零件应该口己设计制造。外壳上 至少有反映学生姓名，专业班级的文字，以及学校校徽的图案。图示只 是一个概念图，学生可以在上述要求下自行设计装配图和零件。以来回 摆动的时间长短评定竞技比赛成绩。整个作品全是按照比赛要求制作2、“永动机”国内外发展史永动机归类第一类永动机史上有不少人有过这样美好的愿望：制造一种不需要动力的机器，它可 以源源不断的对外界做功，这样可以无中生有的创造出巨大的财富来， 在科学历史上从没有过永动机成功过，能量守恒定律的发现，使人们认 识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而

4、不 能无中生有的制造能量。因此根本不能制造永动机。它违背热力学第一 定律：物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与物体对外界所做功 的总和。第二类永动机曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热 量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以 达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们 把这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。 这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械 能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化。 从研究永动机得到的意外收获前已提及，英国科学家焦耳也曾被永动机

5、这一“奇妙”的发明所吸引， 并为此做了一二十年的实验，但最后他留给后世的并不是永动机，而是 证明永动机不可能的“热功当量定律”，这应该算是研究永动机得到的 意外收获。斯台文是这方面的另一个例子。在他那个时代（16世纪末一17世纪初），有一种永动机是广泛被谈论着的，如图所示，有14个能滚动的很 重的铁球用链子连起来放在一个三棱体上。三棱体的一边比较斜，一边 比较陡，且斜的一边比陡的一边长些。永动机的制造者们相信，斜的一 边上有4个重铁球，陡的一边只有两个重铁球，4个铁球的下滑力自然比 两个铁球大，整个装置就会如箭头所指示的方向滑下来。一旦左边滑下 去一个重球，右边一定同时补充上一个重球，左边的斜

6、面上依然是4个 重球，右边的斜面上仍只有两个重球，永远是左边的下滑力大于右边的 下滑力，球链就会永远不断地运动下去。荷兰科学家斯台文在研究这种 永动机时，从经验出发判断它不可能永动，因为左边球虽多，但斜面缓, 每个球产生的向下拉力小，右边球虽少，但斜面陡，每个球产生的向下 拉力大，结果两边斜面向下的拉力一样大。至此，斯台文并没有停止思 维，他又把该问题进一步引向深入：甫于球的个数跟斜面的长度成正比, 每个球都是一样重，所以各边球的总重也一定跟斜面长成正比，即下面 公式成立：这就是有名的两个斜面上力量平衡的定律。焦耳和斯台文的发现告诉我们，对一些完全错误的理论和发明，也不应 该用绝对的观点看待它

7、们，错误中隐含有某些成功，有时候会起到意想 不到的作用。究竟谁能从错误中抓到这些成功，就看各人的思维方法了。 第三类永动机脱离力学知识，脱离地球引力，在真空中运行。科学在不断进步，永动机的研究却从来没有停止。中国乃至世界不知有 多少民间科学家甚至专家，学者，教授，花费了大量宝贵的时间、金钱、 心血来坚持不懈地寻找这样一种不存在的事物，不能不令人扼腕。他们 之中当然也不乏别有用心的骗子，常见的手法是出售或转让他的“永动 机图纸”、“永动机技术”等等。其实，只要一些最最基本的物理学常 识，就可以识破这种骗术。第四类永动机2012年中国首次出现第四类永动机论调，提出爛的概念拓展与微观离散 不可能达到

8、嫡最大等问题，有人认为这是个很好的想法，但其正确性还 有更待深入研究。支持者提议：“科学家们不要对永动机充耳不闻，而应该尽快把它们的 错误归类，以便误入歧途者能够自行查阅纠正，这样才是化解民间在研 究永动机上空耗精力的根本之法2；另外科学界不要太责备永动机，科 学与谬误的关系是辩证的，攻破谬误的过程能够帮助人们最好最快掌握 知识；甚至我们可以把永动机谬误看作一门艺术，其谬误越深，越发现 错因，其艺术价值就越高。”3、“永动机”研究意义虽然“永动机”不可能成功，但是我们可以在制作“永动机”的过程中学习到很多，并且运用到生活中，培养了我们的探索精神！4、“永动机”设计概述根据大赛题目的要求，为实现

9、永动的目的，永动机应实现两个功能: 重力势能的转换和周期性的能量转换。据此可以将永动机分为摆动机构 和滚槽两部分，摆球要求能量损耗小、结构简单、质量分布均匀，所以 选用细尼龙绳和轴承钢珠组合。滚槽选用数铳铳，然后用细砂纸打磨， 保证接触面的光滑。5、“永动机”设计方案根据动能守恒定理和动量定理光滑的水平面上，一个质量为ml的小球 甲以速度vl与另一个质量为m2的静止小球乙发生对心碰撞，碰撞中无 能量损失，则碰撞后两球的运动情况：由动量守恒和初、末动能相等，得"-®片=片mx + m2加"二®片+冲2”2解得：jy 121 p | 12i 2/77.mv

10、= y/w1 v1 + m2v 2v9 =!一片222m, + m2可见碰撞后甲球的运动情况和和两球的质量有着密切的关系，讨论:若ml>m2,两球均沿初vl的方向运动若ml=m2,两球交换速度若ml<m2,则屮球反弹，乙球沿vl的方向运动所以我们选用两个大小和质量相同的刚性小球，在其中一个刚性小球上 面打一个洞，用尼龙绳拴紧，将铝合金槽经过精细打磨后代替光滑运动 面。来模拟上述动量守恒过程，从而实现“永动”效果。选用质量一样、直径为20mm的轴承钢珠作为摆和摆球，以细尼龙绳为 摆线。摆架和运动槽均采用铝材。选取离铝材的最中心为175的位置为 圆心。以154为半径做圆弧6、“永动机”

11、零件的工艺分析“永动机”的制作是否能成功主要取决于阻力的大小。主要的阻力是摩 擦阻力，因此必须保证其制造精度。如图所示，永动机位置精度较高。 其中两端10外圆有较高的同轴度要求；12外圆用于安装定位齿轮， 加工时要求保证其圆跳动公差；上下面2. 5的内孔与10外圆轴线有 垂直度要求。8内孔做为后续工序的定位基准，尺寸精度耍求较高。永 动机10外圆需要安装滚动轴承、2. 5内孔与差速器行星齿轮轴配合 及8内孔做为后续工序的定位基准的表面粗糙度要达到ral.6um,其余 加工内容表面质量为ra3. 2umo制定工艺路线时必须保证零件尺寸精度和 位置精度等，永动机的工艺路线根据生产批量、结构特点、结

12、构工艺性、 关键表面的技术要求等因素，按照工序集中原则来拟定。在生产纲领已 确定为成批生产的条件下，应首先考虑使用普通机床和通用夹具来降低 生产成本。永动机毛坯采用铝锻件，这样毛坯形状与成品相似，省工省 料，后续加工工序简单，可降低成本，提高生产效率。7、“永动机”设计结果(1) 永动机的设计图纸一套，结构设计报告一份，实物样机一台。(2) 永动机达到的性能指标：永动机能维持运动一段时间。8、总结和体会对于大赛给定的命题，重力势能转换为机械能的能量转换原理是设计 的重点之一。摆球与球的相撞以及球在轨道的运动是最重要的部分。方 案确定后在永动机的实际设计与实验中遇到的主要问题有：(1)耍保证 轴的垂直度及同心度。(2)轴上中心孔的定位要准确。(3)轨道槽的 光滑程度，需尽量减少摆