本科毕业设计机械原理课程设计网球训练发球机.docx

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本科毕业设计机械原理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

1.设计题目3

2.机械系统的方案拟定3

2.1工作原理确定3

2.2执行构件及其运动设计4

2.3原动机的选择4

2.4执行构件的运动协调性设计4

2.5机构选型及组合5

2.6方案评价及优选5

3.相关机构的尺度综合7

4.机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明10

5.课程设计体会及建议11

6.主要参考文献11

7.附录112

8.附录212

1.设计题目

为了减轻网球教练员陪练的工作强度，需设计一台网球训练较好用的发球装置。

该装置

必须能将标准的网球一个一个地从标准网球场的一边抛射过球网，使它们落在由球场白线所

确定的三块场地之一内，如图所示的A、B场地，且三块球场的每一块上落球的顺序和频率

必须是随机的。

该装置除装球外应无需要人照管而能自动工作，每次装球可持续抛射50个

球，所发出球的速度是可变化的，并希望用一个电动机驱动自动完成。

此外，为了满足室内

外训练均可使用，该装置还应方便于携带或移动和安装使用。

设计技术要求如下:

1）标准网球的直径在65.41~68.58mm的范围内，其质量在0.0567~0.0585kg的范围内，网球对硬地面（如水泥地面）的反弹率在0.53~0.58之间。

2）标准网球场地形状如图所示，其尺寸：

双打为23.77m（长）X10.97m（宽），单

打为22.77m（长）X8.23m（宽），而在每个端线内应留有空余地不小于6.40m；球网的

长度（即两网柱中心的距离）为12.80m,网柱顶端距地平面为1.07m,而球网中心上沿距地平面为0.914m。

3）要求网球发球装置的放置高度约为1.25m，位置上下可调，且必须保持稳定，不允许发生倾翻。

4）该装置设计在实现述基本功能和技术要求的前提下，应考虑尽可能地满足好的发球要求，即发出的球具有较大的攻击力，使球在速度、力量、旋转和落点方面是可以变化的。

5）若有可能的活，为了满足网球高水平训练的需要，还可以考虑对该装置作进一步

的设计，即扩展能发出不同类型球的功能。

如平击球（即速度快、力量大，平线飞行轨迹的过网球），切削球（即以右侧并略带下旋转，弧线飞行轨迹的过网球）和上旋球（即以上旋为主，侧旋为辅，弧形飞行轨迹的过网球），等等。

2.机械系统的方案拟定

2.1工作原理确定

啊机构

"鸵I

偏心轮2

可诃支架

主要工作原理为通过挤压轮的摩擦使网球获得初速度，通过两轮速度的不同可以实现平

直球和旋球。

出球机构通过拨球杆防止网球卡在托盘，与偏心轮1连接曲柄滑块的往复运动

来将球周期性送入发球机构。

通过偏心轮2转动与连接的齿条带动球架上的齿轮转动，从而

实现机构的左右旋转。

2.2执行构件及其运动设计

1.出球机构

组成零件：

拨球机构，偏心轮1及曲柄滑块。

2.发球机构

组成零件：

输球通道，摩擦轮系含凸轮，动力源电机。

3.左右旋机构

组成零件：

小型电机，偏心轮2,齿条。

4.支撑机构

组成零件：

圆形支撑台，1个可调高度支撑架。

2.3原动机的选择

电动机转速：

1459.46r/min

电动机功率：

200W

2.4执行构件的运动协调性设计

全套机构通过一个电机驱动，通过复合轮1，2实现两轮的反向，再通过与挤压轮固连

的凸轮皮带轮实现挤压轮速度的调节。

电动机与其他运动构件为齿轮系连接，保证各执行构

件的协调运动。

2.5机构选型及组合

主要机构为出球机构、发球机构、左右旋机构、支撑机构

2.6方案评价及优选

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。

无法实现旋球。

万案一

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。

无法实现旋球。

万案二

礙球机枸

挤压枪1

挤EE1&2

込令轮I

偏心期

訂调支架

原理：

通过两个挤压轮的摩擦使球飞出。

优点：

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•可实现球的旋转。

比较：

方案3在速度调节、工作范围、工作稳定性方面都相对较好，因此成为最终方案。

3.相关机构的尺度综合

1相关数据

标准网球场地尺寸：

22.77m（长）X8.23m（宽），球网中心上沿距地面为0.914m。

网

柱顶端距地平面为1.07m,而球网中心上沿距地平面为0.914m。

网球发球装置的放置高度约1.25m。

2.发球位置的确定

水平方向：

L=V*t

竖直方向：

H=1.25-0.5*g*L2

球落地时间：

H=0贝Ut=0.505s

球落到网高的时间：

H=0.914贝Ut=0.262s

1）当网球发射机在底线处

则最小初速度V=L/（2*t）=22.77/（2*0.262）=43.321m/s

则落球点位置P=v*t=43.321*0.505=21.877m

由于网球场长为22.77m而落球点为21.877m

落球点距离底线太近，且不满足题目要求，所以网球发射机不能放在底线处。

因此发射机应该放在场地内。

2）当网球发射机在场地内

一般的网球球速为20~25m/s,现在取发球速度为20m/s

则发射机距离网的距离S=20*0.262=5.24m

因此确定发球机到网的距离为5.24m

3.计算最大球速

网球最大初速度V=（S+22.77/2）/0.505=32.851m/s

4.发射机摇摆角度和最小球速的确定

由图形可得

sina=（8.23/2）/（22.7/2+5.24）=0.248

a=arcsin（0.248）=14.3°

所以摇摆角度为14.3°*2=28.6°

由此确定最小球速V（5.24/cos（14.3°））/0.262=20.641m/s

5.皮带轮转动速度的确定及凸轮大小半径的确定

网球水平方向速度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，故

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。

1）下皮带轮转速的确定

由Vx=20.641m/s和轮直径35cm可得出轮的转速大致为1126.326r/min

由Vx=32.851m/s和轮直径35cm可得出轮的转速大致为1792.594r/min

选取轮速（取中间值）：

1459.46r/min

则下皮带轮朱转动速度为1459.46r/min

2）上皮带轮最大半径和最小半径的确定

由于上轮是一凸轮，则设凸轮最大半径为c,最小半径为d.

先给定下皮带轮半径和复合轮1的直径都为20cm

则其线速度为0.1*（1459.46*2*n/60）=15.283m/s

由于复合轮1和复合轮2半径一样，故复合轮2的线速度为15.283m/s

下挤压轮线速度为26.746m/s要使网球有最小速度20.641m/s则上挤压轮线速度为

14.536m/s同理要使网球有最大速度32.851m/s则上挤压轮线速度为38.956m/s

则凸轮最大半径c=15.283/（14.536*2/0.35）=0.184m

凸轮最小半径d=15.283/（38.956*2/0.35）=0.069m

4.机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明

运动简图

礙球机枸

挤压枪1

挤EE1&2

込令轮I

偏心期

訂调支架

说明：

复合轮1,2为齿轮与皮带轮固连，挤压轮1,2分别与皮带轮1,2固连。

其中皮带

轮1,2为凸轮。

5.课程设计体会及建议

通过这段时间的设计，我受益匪浅，我认为，这次的机械原理课程设计，在收获知识的

同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、团结意识、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

在学习知识方面有很大拓展，而且以往的一些课程内容得到了巩固。

当我们遇到一个

问题时，能够很快的联想到曾经学习的专业知识，这使我们懂得平日里的知识掌握是十分重

要的，我不再是只会做题而且更会运用，相信通过自己所掌握的专业能力一定能解决的平日

里的一些问题。

组员在一起讨论问题让我们明白团结合作的重要性，就像人们常说的众人拾柴火焰高，每个人的不同思路能使问题简化，有助于问题的解决同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

设计改进中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道。

团结协作是我们优化设计完成的一项非常重要的保证。

做事要有毅力要有恒心，通过慎重的考虑认真的分析，脚踏实地去完成它，克服重重困

难，当你成功实现目标时，那种成就感一定会成为你成长的动力。

这次设计的题目是网球训练发球机。

主要是确定机械传动的方案，通过出球机构、发球

机构、左右旋机构及支撑机构使机构达到预计的运动。

这次设计课程让我加深了对机械原理

理论课程的理解和认识，培养了我用理论知识去解决实际问题的能力。

也许我的这种方案不

是最好的方案，但它还有很大的改进空间。

我希望在以后的时间里可以更好地去完善自己的方案，让我的方案成为一个切实可行的服务于大众的好方案。

最后，感谢老师的悉心指导，感谢组员们的精诚合作。

6.主要参考文献

2、梁崇高，

陈海宗《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。

4、

王三民

《机械原理与设计课程设计》

北京：

机械工业出版社，

2005。

7.附录1组内成员及完成的相关任务

景韬参与方案的设计，报告说明书及ppt文件的制作

王宁方案原理的主要设计，语言描述。

徐浩然参与方案的设计，绘图及相关计算。

8.附录2:

上交文件清单

1.机械原理课程设计说明书（Word文档）

2.机械原理课程设计（ppt文档）