网球发球机机械原理课程设计

班级 : 05020604 小组成员 : 吴军 （061201） 周少丰（061209） 毛海龙（ 指导老师 ：葛文杰 自动网球发球机 机械原理课程设计 机械原理课程设计报告 目录 一、 设计背景简介： .3 二、初始设想方案简介 .3 类牛头刨床机构。 .3 三、最终选择方案简介： .4 四、功能的实现 .4 五、送球部分相关参数的计算与选定 .6 （一）机构尺寸的计算 .6 （二）参数确定过程及考虑因素 .7 六、出球部分相关计算与参数选定 .8 1、相关计算 .8 2、电动机转速的确定 .8 3、选取相关参数 .9 七、设计项目总结 .9 八、参考文献 .10 附录：组内成员及完成的相关任务 和上交文件清单 .10 一、 设计背景简介： 起源于法国的网球现在成为了全世界最流行的球类运动之一， 深受户外运动人士的喜爱。但事实上，作为一个对抗性的运动，当 你只有一个人的时候，或许也只能徒唤奈何了，而我们的这个网球 发球机的设想，便是为了应对这种情况而产生的。尽管可能无法获 得如同与人对抗时的乐趣，但对于技术的提高与自身的锻炼还是有 很大的帮助的。 二、最初设想方案简介。 类牛头刨床机构： 原理：主要采用的是牛头刨床的急回原理，因为急回现象存在着较 大的瞬时速度，在击球的同时使球获得大的动能，从而实现抛球。 优点：该机构可以实现送球与抛球的协调统一，由于采用的是牛头 刨床的急回原理，故结构可以稍微小一些。 缺点：由于是连杆机构，所以运动速度不可能过大，因此，球的抛 射距离不会很远。 三、 最终选择方案简介： 具体的运动情况请点击参看三维运 动动画。 原理：主要靠得是两个高速反方向旋转的轮把球挤压并抛射出去。 优点：机构体积相对来说比较小，机构平稳性比较好。可以实现抛 球与送球的协调统一。 缺点：球的抛出速度计算比较复杂，只能采用经验公式来粗略计算。 四、功能的实现 1.其中将上面皮带轮做成圆锥形，如图： 这样皮带在转动过程中将沿着圆锥体左右运动，也就可以起到改变上面大 皮带轮转速的作用。 由于上面皮带轮速度可变，因此上下轮的速度有如下关系： 即：上轮速度小于下轮速度，上下轮速度相同，上轮速度大于下轮 速度 因此也就分别实现了上旋球，平击球，下旋球。 2.通过调整基座上可调支架的长度，并用销钉将其夹紧可以起到调 节发球机整体高度的目的。 3.利用上面一个偏心轮的运动，可以将球有规律的发出，并且通过 改变偏心轮的转速可以调整发球的间隔。 4.利用偏心轮的运动以及齿轮与齿条机构实现发球机在一定角度内 的转动，以此实现发球角度的自动改变。如图： 综上，发球机最终的简图为： 五送球部分相关参数的计算与选定 1.机构尺寸的计算 ( 齿轮连杆等效图 ) 1、偏心轮及相关尺寸 两个偏心轮采用相同的尺寸：偏心轮：直径 20cm，偏心到圆心的距 离 5cm，长杆 L=20cm ，短杆 L=5cm。 2、齿轮及齿条尺寸 齿轮分度圆直径为 20cm，齿条长度为 7cm 3、滑块尺寸 756868 4、大轮及皮带轮的尺寸 两个大轮大小为 30cm，两个大轮之间距离为 65mm 下面及右边的两个皮带轮直径为 20cm，圆锥形的上皮带轮大径为 21cm，小径为 19cm 2.参数确定过程及考虑因素 1、由球的直径（正常状态下约为 65.41- 68.58mm） ，确定筒的截面 为 6969，留出适当空间方便下球。 2、确定滑块宽、高为 6868。 3、滑块长度也可由送球的通道长度确定了，为了保证送球平稳，准 确，特取 75，比 68 稍大，利于滑块的滑进，不易卡住！且与连杆 的铰接点并不在中间位置，这是防止齿轮打到滑块！ 4、连杆长度及偏心轮尺寸的确定。滑块长度为 75，综合考虑，尤 其考虑实际情况，取长杆 L=20cm，短杆 L=5cm，直径 20cm，偏心到 圆心的距离 5cm。 5、为了使网球发出时平稳有力，则大皮带轮的直径应远大于网球直 径，且间距略小于网球直径。因此取大轮的直径为 30cm，间距为 65mm 6.为了提高传动效率，并实现球的旋转，取圆柱皮带轮直径 20cm， 圆锥皮带轮直径在 19cm-21cm 之间。 7. 下面一个偏心轮需要带动齿轮齿条机构运动，因此需要计算齿轮 及齿条的尺寸。经过计算得发球机需要转过的角度为 21 度，取齿轮 分度圆直径为 20cm，则齿条长度最小为 3.66cm，考虑实际情况，取 齿条长度为 7cm 六、出球部分相关计算与参数选定 1、相关计算: 网球发球装置的放置高度约为 1.25m 出球点距离网高点的垂直高度 h=0.336m 将速度分解为竖直方向和水平方向 竖直方向： 212*0.36,0.914t 3HgtmHsts由 于其 中 ，解 得 ： 水平方向： 11*5.t0.243vLms由 于 其 中 ，解 得 ： =263/s 即时速 81.5km/h 因此发球机距离球网的距离为： 22*.63*0.25.9Lvt m 2.电动机转速的确定： 上下轮的速度有如下关系： 不管哪种情况下，网球的速度都可以认为等于上下轮速度 的平均值，但由于上下轮之间的速度差异极小，因此可以 近似认为网球的速度等于下轮的速度。又由于网球速度为 22.63m/s,所以下轮的速度为 22.63m/s.由大皮带轮的直径 为 30cm，解得皮带轮转速为 1450r/min. 3、选取相关参数 轮速：1450r/min 传动比为 1：1 电动机功率：7.5kw 七、设计项目总结 刚刚开始设计的时候,坦白的说真的不知道从何下手。尽管老师 给我们讲过相关的知识,但是毕竟纸上得来终觉浅,绝知此事须躬行 ,一开始我们整个小组真的有一种无处下手的感觉。 经过对于课程设计教材上的一些设计实例的研究，我们渐渐确 定了设计的方向，但是由于考虑到大小等多种因素，我们先期的多 个设计方案都被否决了。在很长的一段时间里，我们都为该采用什 么样的方案而苦苦思考，小组在一起开了很多次会，最终确定了最 后的方案。 之后的工作基本就按部就班了，大家基本都在规定的期限内完 成了自己的任务，然后我将大家完成的任务做了整理和修改。制作 了三维演示动画，当然制作过程也经历了不少的挫折，尽管最后的 结果不是特别理想，但是我们已经尽了我们的最大努力了。 在整个设计的过程中，我们经历了很多挫折，但最终还是完成 了预订的设计任务，在最后总结一下整个过程中的经验，并对整个 设计的不足进行总结。 经验：1、在设计中要早作计划，要进行充分的讨论，论证 2、整个组内既要注意分工，也要注意进行必要的交流。 3、随机应变，对于预料之外的变化要妥善处理。 不足：由于方案本身的限制，使得很多的参数都是通过估算决定的， 这尽管有一定的根据，但是缺乏实践的验证。缺乏具体实验 的验证，这是本次设计最大的不足。 最后，我们要感谢葛文杰老师对我们的指导。同时，还要感 谢小组其它组员的配合与协作及班级其他同学的帮助。 八、参考文献： 1、机械原理（第七版） 孙桓 陈作模 葛文杰主编 西北工业大学 出版社 2.机械原理与设计课程设计 王三民主编 机械工业出版社 附录 1：组内成员及完成的相关任务 吴军 原理的主要设计、制作演示 FLASH 动画、3D 动画，以 及主要的计算过程 周少丰 参与设计，运动简图绘制 毛海龙 参与设计、语言描述及文档组编