1、风动逆风行驶小车的实验 3王立新 ,唐海亮 ,姚薇薇(大连轻工业学院 ,辽宁 大连 116034 )摘 要 :提出以风作动力逆风行驶小车的实验模型及模型小车逆风行驶的条件 。通过计算和反复试验 , 验证了小车逆风行驶功能实现的初步方案 。关键词 :实验 ;小车 ;逆风文章编号 : 1007 - 4414 ( 2005 ) 03 - 0043 - 02中图分类号 : u270. 3文献标识码 : b验证风力所产生的前进力能否克服其他所有阻力从而能使小车前进 。将风力产生的动力设为 f, 其他阻力分别为小 车迎风面所受阻力 f1 , 小车内部摩擦力 f2 , 风扇叶轮所受阻力 f3 以及小车与地面
2、的摩擦力 f4 。则需要验证的公式为 ff1 + f2 + f3 + f4 。( 1) 有实验测量知小车的最大负载量为 74. 18 g。小车 与实验台的摩擦系数为 0. 4。则小车动力为 f ( 74. 18 + 60.1 实验的提出随着世界经济的不断发展 ,石油 、煤炭 、天然气等能源被大量使用 。一方面 ,这些能源对促进世界经济起到了巨大的 作用 ,另一方面 ,由于自身的燃烧不足 ,它们产生了大量的废气 ,如一氧化碳 、二氧化 碳等 。这些废气严重污染 了地球大 气 ,促使了诸如温室效应 、厄尔尼诺现象的产生 ,把人类的生活推向了污染的世界 。为了使这一情况有所缓和 ,我们设想制作了风动
3、逆风行 驶小车这样一个交通工具模型 。众所周知 ,风能自古以来就是人们最常用的廉价能源之一 。在海上 ,帆船就是靠风力推 动行驶的 。然而 ,利用风能运动的交通工具全是靠顺风的风力来推动的 。那么 ,能不能反其道而为之 ,利用风的能量使车 逆风行驶呢 ? 经过反复试验 ,我们终于制造成功了这样一部 风动逆风行驶小车的模型 ,在采取一定措施之后 ,这个模型可 以在一定风力作用下逆风行驶 ,而且可以承载一部分重量 。2 实验的计算 1 当车逆风行驶时 ,风扇在风力推动下转动 ,将风能转化为 机械能 。在传动装置的作用下 ,风扇的转动传到车轮轴上 ,带动车轮 ,使车可以逆风行走 。再加上其他一些辅助
4、机构 ,就可以完成这样一部逆风行驶的车 。小车重 60. 82 g,可载重 74.18 g的重物 。逆风自动行驶车的原理如图 1所示 。- 382) 10 0. 4 9. 8 = 0. 5292n。3( 2) 流量q =a m / s2式中 : a 为整条气流的横截面积 , m ;为横截面积上的平均速度 ,简称流速 , m / s,所以 = q /a。3转速为 840 r /m in时 ,流量为 q1 = 60m /m in;转速为 11203r /m in时 ,流量为 q2 = 60 /840 1120 = 80m /m in;转速为 16003r /m in时 ,流量为 q3 = 60 /
5、840 1600 = 114m /m in。a =r2 = 0. 42 = 0. 5m2114当 q = 114m3 /m in时 , = q /a = 3. 8m / s0. 5 60当小车运动时 p = 0. 5v2相对多次 测 得 小车 = 0. 0198m / s; 相对 = 3. 8 + 0. 0198 = 3.8198m / s;为空气的密度 ,取 1. 293 kg /m3 。p = 1 /2 1. 293 3. 81982 = 9. 43pa小车的迎风面面积 a1a1 =车板截面 +支架截面 +轮子迎风面 +皮带轮面积 +轴面= 78 1. 48 + 2 35 1. 48 +
6、2 1. 5 1. 48 + 2 4. 5 28 + 22 4 + 70 2. 5 = 738. 18mm2 = 0. 73818 10 - 3 m2迎风面受风阻力 f1 = pa1 = 0. 00696n( 3) 小车内部的摩擦力 f2 =轴套所承受的压力 1 , 查 表取 1 = 0. 02。压力 =动力轴重力 +风扇重力 +皮带轮 + 2预紧力 由于皮带很松 ,所产生的预紧力非常小 ,所以 2 预紧力 1项可以忽略 。所以 压力 = 9. 18 10 - 3 9. 8 = 0. 08997n故f2 = 0. 08997 0. 02 = 0. 00018n图 1 逆风自动行驶车的原理图1.
7、 叶片 2. 轴 3. 轴套 4. 带轮 5. 支架6. 皮带 7. 轴 8. 带轮 9. 轴 10. 车体( 4) 风扇所受阻力 f = pa3 22p 由 中已计算得 9. 43 pa, a2 由测量得 a2 = 0. 0018m ,故f3 = pa2 = 0. 01697n。( 5 ) 与地面的摩擦力 f =小车自重 2 , 查表取 2 = 0.4 ,测量可得小车自重为 60. 82g。右这样就做到了减少迎风面 ,增大动力迎风面 ,最后得到很大的动力 。不但实现了迎风前进 ,而且还能载重 ,并且载重是小 车质量的 1倍多 。4 结束语自然 ,这样 1部车仅仅是靠风力推动而行驶的 ,对于没
8、有 风的天气或地区 ,则很难实现它的运动 。另外 ,小车只能在直 线方向行驶 ,无法拐弯 。在风向非迎面吹的时候 ,小车不容易实现前进 。为此 ,我们准备在这一基础上加以改进 ,使它的功能趋向完善 。- 3f4 = 9. 8 60. 82 0. 4 10 = 0. 2384n( 6 ) 由上式可得 f = 0. 292n f1 + f2 + f3 + f4 = 0. 262n假设成立 ,即逆风行走且以风为动力在理论上是存在的 。3 实验结果我们研制的小车关键是叶片 ,因为小车所得到的动能来 自叶片 。我们设计叶片的理论依据是尽量减少阻 力增大动 力 ,在试制过程中我们使用了大量不同种类的叶片
9、,如玩具飞机上的叶片 、计算机降温用的风扇 、玩具风扇等 ,效果都不好 。有的不但不能前进反而只能后退 , 有 的既不前进也不后退 。 最后选用现在的大页面的叶片 ,叶片与旋转轴的交角为 40左参考文献 : 1 西北工业大学机械原理及机械零件教研室. 机械设计 m . 北 京 :高等教育出版社 , 1960.the exper im en t for dr iv in g ca r by w in d force w ith con tra ry w in dw ang l i - xin, yao w e i - we i, tang h a i - liang(d a lian insti
10、tu te of l igh t industry, l iaon ing d a lian 116034, ch ina )a b stra c t: th is p ap e r give s u s the exp e rim en ta l mode l and cond ition of ca r by w ind w ith con tra ry. w ith ca lcu la ting and te sting tim e andtim e , it p roved the p rim a ry p ro jec t of rea liza tion.key word s: e
11、xp e rim en t ; ca r; aga in st w ind vane(上接第 7页 )等 。各种刀具材料都与相应的工件材料相匹配 ,并有着不同 的切削速度范围 。涂层刀具将会在高速切削领域 占主导地 位 ;陶瓷刀具由于自身的资源优势将会得到更大的发展 ; cbn和 pcd 将会在高速切削中占有重要地位 ,而且应用会越来越广泛 ;超细晶粒的硬质合金和粉末冶金高速钢也会在高速切 削领域有一席之地 ;纳米复合涂层材料将会在未来几年内变成现实 。因此 ,进一步加强刀具材料的研究和开发 ,并合理地选择刀具材料 ,是推动高速切削技术应用和发展的重要前提 。参考文献 : 1 艾 兴. 高速切
12、削加工技术 m . 北京 :国防工业出版社 , 2003. 2 张伯霖. 高速切削技术及应用 m . 北京 : 机械工业出版社 ,2002.刘战强 , 艾 兴. 高 速切削 刀具 的发展 现状 j . 工 具 技 术 ,2001 , 35 ( 3 ) : 3 - 8.刘战强 ,艾 兴. 高速切削刀具磨损寿命的研究 j . 工具技 术 , 2001 , 35 ( 12 ) : 3 - 7.梁玉平. 高速切削刀具材料 j . 机械工程材料 , 1994 , 18 ( 5 ) : 4- 6.周 慎. 高速切削中的刀具选用 j . 机械制造与自动化 , 2004 ,33 ( 1 ) : 18 - 23
13、. 3 4 5 6 c u tt in g too l m a ter ia ls an d its rea sona b le se lec t ion for h igh - speed m a ch in in gzou h ao - bo, zhang yu, d a i l i - ling( facu lty of m echan ica l and e lectrica l eng ineering, c im s r esea rch c en ter, kunm ing u n iversity of s cience and technology, kunm ing yun
14、nan 650093, ch ina)a b stra c t: to strengthen the re sea rch and deve lopm en t of the cu tting too l m a te ria ls fu rthe r and to se lec t the cu tting too l m a te ria ls ra tiona l2 ly, it is the impo rtan t p re requ isite of p romo ting h igh - sp eed cu tting techno logy to u se and deve lop exten sive ly. th is p ap e r in troduced som e k ind s of cu tting too l m a te ria ls app lied in h igh - sp eed m ach in ing, inc lud ing coa ting, ce ram ic, ce rm e ts, cbn and pcd. a nd it ana lyzed tha t how to choo se the cu tting too l m a te ria ls ra tio