機械原理課程設計--網球訓練發(fā)球機

1、<p><b>　　機械原理課程設計</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　設計題目 網球訓練發(fā)球機 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1. 設計題目3<

2、;/b></p><p>　　2. 機械系統(tǒng)的方案擬定3</p><p>　　2.1 工作原理確定3</p><p>　　2.2 執(zhí)行構件及其運動設計4</p><p>　　2.3 原動機的選擇4</p><p>　　2.4 執(zhí)行構件的運動協(xié)調性設計4</p><p>　　2.5

3、 機構選型及組合5</p><p>　　2.6 方案評價及優(yōu)選5</p><p>　　3. 相關機構的尺度綜合7</p><p>　　4. 機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關性能分析或說明10</p><p>　　5. 課程設計體會及建議11</p><p>　　6. 主要參考文獻11</p>

4、<p>　　7. 附錄112</p><p>　　8. 附錄212</p><p><b>　　設計題目</b></p><p>　　為了減輕網球教練員陪練的工作強度，需設計一臺網球訓練較好用的發(fā)球裝置。該裝置必須能將標準的網球一個一個地從標準網球場的一邊拋射過球網，使它們落在由球場白線所確定的三塊場地之一內，如圖所示的A、

5、B場地，且三塊球場的每一塊上落球的順序和頻率必須是隨機的。該裝置除裝球外應無需要人照管而能自動工作，每次裝球可持續(xù)拋射50個球，所發(fā)出球的速度是可變化的，并希望用一個電動機驅動自動完成。此外，為了滿足室內外訓練均可使用，該裝置還應方便于攜帶或移動和安裝使用。</p><p>　　設計技術要求如下： </p><p>　　1）標準網球的直徑在65.41~ 68.58mm的范圍內，其質量在0.

6、0567~0.0585kg的范圍內，網球對硬地面（如水泥地面）的反彈率在0.53~0.58之間。</p><p>　　2）標準網球場地形狀如圖所示，其尺寸: 雙打為23.77m（長）×10.97m（寬），單打為22.77m（長）×8.23m（寬），而在每個端線內應留有空余地不小于6.40 m；球網的長度（即兩網柱中心的距離）為12.80 m，網柱頂端距地平面為1.07 m，而球網中心上沿距地平

7、面為0.914 m。</p><p>　　3）要求網球發(fā)球裝置的放置高度約為1.25m，位置上下可調，且必須保持穩(wěn)定，不允許發(fā)生傾翻。</p><p>　　4）該裝置設計在實現述基本功能和技術要求的前提下，應考慮盡可能地滿足好的發(fā)球要求，即發(fā)出的球具有較大的攻擊力，使球在速度、力量、旋轉和落點方面是可以變化的。 5）若有可能的活，為了滿足網球高水平訓練的需要，還可以考慮對該裝置

8、作進一步的設計，即擴展能發(fā)出不同類型球的功能。如平擊球（即速度快、力量大，平線飛行軌跡的過網球），切削球（即以右側并略帶下旋轉，弧線飛行軌跡的過網球）和上旋球（即以上旋為主，側旋為輔，弧形飛行軌跡的過網球），等等。</p><p><b>　　機械系統(tǒng)的方案擬定</b></p><p>　　2.1 工作原理確定</p><p>　　主要工作原理

9、為通過擠壓輪的摩擦使網球獲得初速度，通過兩輪速度的不同可以實現平直球和旋球。出球機構通過撥球桿防止網球卡在托盤，與偏心輪1連接曲柄滑塊的往復運動來將球周期性送入發(fā)球機構。通過偏心輪2轉動與連接的齒條帶動球架上的齒輪轉動，從而實現機構的左右旋轉。</p><p>　　2.2 執(zhí)行構件及其運動設計</p><p><b>　　1.出球機構</b></p>&

10、lt;p>　　組成零件：撥球機構，偏心輪1及曲柄滑塊。</p><p><b>　　2.發(fā)球機構</b></p><p>　　組成零件：輸球通道，摩擦輪系含凸輪，動力源電機。</p><p><b>　　3.左右旋機構</b></p><p>　　組成零件：小型電機，偏心輪2，齒條。</

11、p><p><b>　　4.支撐機構</b></p><p>　　組成零件：圓形支撐臺，1個可調高度支撐架。</p><p>　　2.3 原動機的選擇</p><p>　　電動機轉速：1459.46 r/min</p><p>　　電動機功率：200W</p><p>　　2.

12、4 執(zhí)行構件的運動協(xié)調性設計</p><p>　　全套機構通過一個電機驅動，通過復合輪1，2實現兩輪的反向，再通過與擠壓輪固連的凸輪皮帶輪實現擠壓輪速度的調節(jié)。電動機與其他運動構件為齒輪系連接，保證各執(zhí)行構件的協(xié)調運動。</p><p>　　2.5 機構選型及組合</p><p>　　主要機構為出球機構、發(fā)球機構、左右旋機構、支撐機構</p><

13、p>　　2.6 方案評價及優(yōu)選</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　原理：采用拋石機原理，考杠桿把球拋擲出去。</p><p>　　優(yōu)點：結構簡單，便于設計。</p><p>　　缺點：因為是連桿機構，所以速度不能過高，如果速度過高，機構將產生強烈震動。無法實現旋球。</p>

14、<p><b>　　方案二</b></p><p><b>　　類牛頭刨床機構：</b></p><p>　　原理：主要采用的是牛頭刨床的急回原理，，因為急回現象存在著較大的瞬時速度，在擊球的同時使球獲得大的動能，從而實現拋球。</p><p>　　優(yōu)點：該機構可以實現送球與拋球的協(xié)調統(tǒng)一，由于采用的是牛頭刨

15、床的急回原理，故結構可以稍微小一些。</p><p>　　缺點：由于是連桿機構，所以運動速度不可能過大，因此，球的拋射距離不會很遠。無法實現旋球。</p><p><b>　　方案三</b></p><p>　　原理：通過兩個擠壓輪的摩擦使球飛出。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b><

16、/p><p><b>　　1.自動連續(xù)發(fā)球。</b></p><p>　　2.發(fā)球速度可調，且具有一定的速度。</p><p>　　3..落點的隨機性。</p><p>　　4.可實現球的旋轉。</p><p>　　比較：方案3在速度調節(jié)、工作范圍、工作穩(wěn)定性方面都相對較好，因此成為最終方案。<

17、/p><p><b>　　相關機構的尺度綜合</b></p><p><b>　　1．相關數據</b></p><p>　　標準網球場地尺寸：22.77m（長）×8.23m（寬），球網中心上沿距地面為0.914m。網柱頂端距地平面為1.07 m，而球網中心上沿距地平面為0.914 m。</p><

18、p>　　網球發(fā)球裝置的放置高度約1.25m。</p><p>　　2. 發(fā)球位置的確定</p><p>　　水平方向：L=V*t</p><p>　　豎直方向：H=1.25-0.5*g*t^2</p><p>　　球落地時間：H=0 則 t=0.505s</p><p>　　球落到網高的時間：H=0.914 則

19、t=0.262s</p><p>　　1)當網球發(fā)射機在底線處</p><p>　　則最小初速度V=L/(2*t)=22.77/(2*0.262)=43.321 m/s</p><p>　　則落球點位置P=v*t=43.321*0.505=21.877 m</p><p>　　由于網球場長為22.77 m 而落球點為21.877 m &

20、lt;/p><p>　　落球點距離底線太近，且不滿足題目要求，所以網球發(fā)射機不能放在底線處。因此發(fā)射機應該放在場地內。</p><p>　　2）當網球發(fā)射機在場地內</p><p>　　一般的網球球速為20~25m/s，現在取發(fā)球速度為20m/s</p><p>　　則發(fā)射機距離網的距離S=20*0.262=5.24 m</p>

21、<p>　　因此確定發(fā)球機到網的距離為 5.24 m</p><p><b>　　3.計算最大球速</b></p><p>　　網球最大初速度V=(S+22.77/2)/0.505=32.851 m/s</p><p>　　4.發(fā)射機搖擺角度和最小球速的確定</p><p><b>　　由圖形可

22、得</b></p><p>　　sinα=（8.23/2）/(22.7/2+5.24)=0.248</p><p>　　α=arcsin（0.248）=14.3°</p><p>　　所以搖擺角度為14.3°*2=28.6°</p><p>　　由此確定最小球速V=（5.24/cos(14.3

23、6;)）/0.262=20.641 m/s</p><p>　　5. 皮帶輪轉動速度的確定及凸輪大小半徑的確定</p><p>　　網球水平方向速度 Vx取決于摩擦輪的速度，設上摩擦輪的速度為a,下摩擦輪的速度為b，出球速度示意圖如下</p><p>　　Vx=（a+b）/2</p><p>　　網球直徑為65.41~68.58mm，兩輪中

24、間的間隙也約為此數值，為了保證輪的穩(wěn)定性，故選取輪的直徑應大于球直徑，也考慮到機構的體積不宜大，所以選取輪直徑為網球直徑的5倍，選35cm。</p><p>　　1)下皮帶輪轉速的確定</p><p>　　由Vx=20.641m/s和輪直徑35cm可得出輪的轉速大致為1126.326r/min</p><p>　　由Vx=32.851m/s和輪直徑35cm可得出輪的

25、轉速大致為1792.594r/min</p><p>　　選取輪速（取中間值）：1459.46r/min</p><p>　　則下皮帶輪朱轉動速度為1459.46 r/min</p><p>　　2)上皮帶輪最大半徑和最小半徑的確定</p><p>　　由于上輪是一凸輪，則設凸輪最大半徑為c ,最小半徑為d.</p><p

26、>　　先給定下皮帶輪半徑和復合輪1的直徑都為20cm</p><p>　　則其線速度為0.1*（1459.46*2*π/60）=15.283m/s</p><p>　　由于復合輪1和復合輪2半徑一樣，故復合輪2的線速度為15.283m/s</p><p>　　下擠壓輪線速度為26.746m/s 要使網球有最小速度20.641m/s則上擠壓輪線速度為14.536

27、m/s 同理要使網球有最大速度32.851m/s則上擠壓輪線速度為38.956m/s</p><p>　　則凸輪最大半徑c=15.283/(14.536*2/0.35)=0.184 m</p><p>　　凸輪最小半徑d=15.283/(38.956*2/0.35)=0.069 m</p><p>　　4. 機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關性能分析或說明</p

28、><p><b>　　運動簡圖</b></p><p>　　說明：復合輪1,2為齒輪與皮帶輪固連，擠壓輪1,2分別與皮帶輪1,2固連。其中皮帶輪1,2為凸輪。</p><p>　　5. 課程設計體會及建議</p><p>　　通過這段時間的設計，我受益匪淺，我認為，這次的機械原理課程設計，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲

29、了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、團結意識、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。</p><p>　　在學習知識方面有很大拓展，而且以往的一些課程內容得到了鞏固。 當我們遇到一個問題時，能夠很快的聯(lián)想到曾經學習的專業(yè)知識，這使我們懂得平日里的知識掌握是十分重要的，我不再是只會做題而且更會運用，相信通過自己所掌握的專業(yè)能力一定能解決的平日里的一些問題。</p

30、><p>　　組員在一起討論問題讓我們明白團結合作的重要性，就像人們常說的眾人拾柴火焰高，每個人的不同思路能使問題簡化，有助于問題的解決同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。設計改進中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道。團結協(xié)作是我們優(yōu)化設計完成的一項非常重要的保證。</p><p>　　做事要有毅力要有恒心，通過慎重的考

31、慮認真的分析，腳踏實地去完成它，克服重重困難，當你成功實現目標時，那種成就感一定會成為你成長的動力。</p><p>　　這次設計的題目是網球訓練發(fā)球機。主要是確定機械傳動的方案，通過出球機構、發(fā)球機構、左右旋機構及支撐機構使機構達到預計的運動。這次設計課程讓我加深了對機械原理理論課程的理解和認識，培養(yǎng)了我用理論知識去解決實際問題的能力。也許我的這種方案不是最好的方案，但它還有很大的改進空間。我希望在以后的時間里

32、可以更好地去完善自己的方案，讓我的方案成為一個切實可行的服務于大眾的好方案。</p><p>　　最后，感謝老師的悉心指導，感謝組員們的精誠合作。</p><p><b>　　6. 主要參考文獻</b></p><p>　　1、孫恒、葛作模、葛文杰《機械原理》 七版 北京：高等教育出版社，2008。</p><p>