机械设计课程设计—网球训练发球机

机械原理课程设计说明书设计题目网球训练发球机专业班号设计者指导教师完成时间1目录一．设计背景及设计任务····················································2二．最初方案设想···························································2三．基本功能分析及最终方案················································2四．解决方案的简单说明·····················································3五．相关机构设计····························································3六．相关数据计算····························································4七．设计总结································································7八．参考文献································································72一．设计背景及设计任务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。经过我们小组分析讨论，我们一直认为网球发球机是一个很有前景的机械设备，所以我们决定设计一个网球训练发球机。二．最初方案设想原理：采用抛石机原理，考杠杆把球抛掷出去优点：结构简单，便于设计缺点：因为是连杆机构，所以速度不能过高，如果速度过高，机构将产生强烈震动。三．基本功能分析及最终方案功能基本要求：1.自动连续发球2.发球速度可调，且具有一定的速度3.落点的随机性4.必要时可以加上下旋最终方案：顶盘承载球，转盘每转一圈可实现一次发球，球落入通道后进入摩擦轮中间，接着有摩擦产生的速度带出。3四．解决方案的简单说明顶盘承载球，转盘每旋转一圈片刻实现一次罚球，球落入通道后进入摩擦轮中间，接着有摩擦产生的速度带出。机构的两岸滑块机构是锯齿结构，其与主体部分底部的半齿轮啮合可以带动主体的左右旋转。自动发球的连续性可以有出转盘的旋转周期大小确定，发球速度由摩擦轮的速度控制，上下旋可由上下摩擦轮的速度相对性决定，出球角度的左右旋问题取决于连杆锯齿机构的运动。因此，可以近似地认为出球具有随机性。五．相关机构设计1.出球机构组成零件：顶盘，底盘，转盘，电主轴2.发球机构组成零件：输球通道，摩擦轮系，动动力源电机3.左右旋机构组成零件：小型电机，凸轮，连杆，锯齿，主体转盘凸轮连杆锯齿44.支撑机构组成零件：矩形支撑台，四个可调高度支撑架六、相关数据计算1首先网球通过球网所需数据相关数据：标准网球场地尺寸：22.77m（长）×8.23m（宽），网球中心上沿距地面为0.914m。网球发球装置的放置高度约1.25m。2、发球位置及球速确定水平方向：L=Vx*t竖直方向：H=1.25-0.5*g*t^2H=0则t=0.505s球落到网高的时间H=0.914则t=0.262s5本机构设置了左右摇摆机构，所以机构发球时应位于球场中线处，图示如下。A、确定发球地点此时x:y=0.93假设球从底线发出，即接球点距网距离为半场长度的0.93倍，则导致接球范围大大减小，不适合。解决方案：移动发球机位置，减小发球机到网的距离。B、下面确定发球机到网的距离一般的网球球速为20~25m/s，现在取发球速度为20m/s网球顺利通过球网且不超出网球场范围的条件：当网球左右摇摆到最大角度可以通过网时，其他的地方也可以成功所以计算当网球左右摇摆到最大角度刚好擦网而过且不超出网球场范围的数据L=1/1.93*0.505*20=5.23所以确定发球机到网的距离为5.23mC、计算最大球速V=(L+22.77/2)/0.505=32.2m/s结论：1发球机到网的距离为5.23m2球速20~32.2m/s63、轮数及齿数的选择Vx取决于摩擦轮的速度，设上摩擦轮的速度为a,下摩擦轮的速度为b，出球速度示意图如下Vx=（a+b）/2网球直径为65.41~68.58mm，两轮中间的间隙也约为此数值，为了保证轮的稳定性，股选取轮的直径应大于球直径，也考虑到机构的体积不宜大，所以选取轮直径为网球直径的5倍，选35cm。无旋转情况下由Vx=20和轮直径35cm可得出轮的转速大致为1140r/min由Vx=32.2和轮直径35cm可得出轮的转速大致为1835r/min选取轮速（取中间值，便于变速）：1490r/min电动机功率：200w轮系图如下：实现上述的左右旋以及无旋发球，所以设计了三组齿轮，分别控制三种发球状态。齿轮组一上齿数28，下齿数20，因为皮带轮传动比为1:1，所以下齿轮转速为1490r/min，上齿轮转速为2806r/min，所以可得出发球速度为32m/s，符合要求，球为下旋球。齿轮组二上齿数24，下齿数24，因为皮带轮传动比为1:1，所以下齿轮转速为1490r/min，上齿轮转速为1490r/min，所以可得出发球速度为27.3m/s，符合要求，球为平行球，无旋转。齿轮组三上齿数20，下齿数28，因为皮带轮传动比为1:1，所以下齿轮转速为1490r/min，上齿7轮转速为1064r/min，所以可得出发球速度为23.4m/s，符合要求，球为上旋球。如果要得到不同的转速和发球速度，则可以适当增加齿轮组数量4、摇摆机构数据选择求解球速与转角的关系，由图形可得8.23//2/0.505V=sinαα=arcsin（8.23//2/0.505V）求出的数据得出α的范围为14.7°~24°选取底部转盘的直径为60cm3.14*d*14.7/360=7.7cm3.14*d*24/360=12.6cm所以得到锯齿的长度为15.2cm~25.2cm由此可得连杆与凸轮的连接点到凸轮中心的距离为7.7cm~12.6cm，连接时锯齿中心位置与主体转盘啮合。七、设计总结通过这次机械原理课程设计，我们小组学习到了很多东西，也有很多感触。尽管在设计过程中经历了很多挫折，但经过努力最终还是完成了预订的设计任务。在这次设计过程中，通过对网球训练发球机运动结构运动分析，我们小组成员学会了课本知识与电脑分析的结合，使我们对课本知识有了进一步的理解。此外，通过这次课程设计，我们获得了以下经验：1、要充分发挥团队精神，充分利用好每一个人的优势，要分工明确，这样就会事半功倍，同时也要注意适时交流；2、课程设计也是实践创新的过程，其中有许多不曾处理的问题，我们应该善于学习，积极地解决问题；3、随机应变，当一个方法行不通时，要敢于放弃，善于改变。然而，由于自身所学有限，此次设计也存在不足，方案本身的限制，使得发球不具有速度自动变性。八、参考文献1、孙恒、葛作模、葛文杰≤机械原理≥七版北京：高等教育出版社，2008。2、梁崇高，等≤平面连杆机构的计算设计≥北京：高等教育出版社，1993。3、尚久浩、张淳、李思益≤自动机械设计≥北京：中国轻工业出半社，2003。