网球发球机机械原理课程设计.docx
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网球发球机机械原理课程设计
自动网球发球机
——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
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
75×68×68
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69×69，留出适当空间方便下球。
2、确定滑块宽、高为68×68。
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：
水平方向：
即时速81.5km/h
因此发球机距离球网的距离为：
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
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