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1、班級(jí) : 05020604 小組成員 : 吳軍 （061201） 周少豐（061209） 毛海龍（ 指導(dǎo)老師 ：葛文杰 自動(dòng)網(wǎng)球發(fā)球機(jī) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄 一、 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介： .3 二、初始設(shè)想方案簡(jiǎn)介 .3 類牛頭刨床機(jī)構(gòu)。 .3 三、最終選擇方案簡(jiǎn)介： .4 四、功能的實(shí)現(xiàn) .4 五、送球部分相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與選定 .6 （一）機(jī)構(gòu)尺寸的計(jì)算 .6 （二）參數(shù)確定過(guò)程及考慮因素 .7 六、出球部分相關(guān)計(jì)算與參數(shù)選定 .8 1、相關(guān)計(jì)算 .8 2、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 .8 3、選取相關(guān)參數(shù) .9 七、設(shè)計(jì)項(xiàng)目總結(jié) .9 八、參考文獻(xiàn) .10 附錄：組內(nèi)成員及完成的相關(guān)
2、任務(wù) 和上交文件清單 .10 一、 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介： 起源于法國(guó)的網(wǎng)球現(xiàn)在成為了全世界最流行的球類運(yùn)動(dòng)之一， 深受戶外運(yùn)動(dòng)人士的喜愛(ài)。但事實(shí)上，作為一個(gè)對(duì)抗性的運(yùn)動(dòng)，當(dāng) 你只有一個(gè)人的時(shí)候，或許也只能徒喚奈何了，而我們的這個(gè)網(wǎng)球 發(fā)球機(jī)的設(shè)想，便是為了應(yīng)對(duì)這種情況而產(chǎn)生的。盡管可能無(wú)法獲 得如同與人對(duì)抗時(shí)的樂(lè)趣，但對(duì)于技術(shù)的提高與自身的鍛煉還是有 很大的幫助的。 二、最初設(shè)想方案簡(jiǎn)介。 類牛頭刨床機(jī)構(gòu)： 原理：主要采用的是牛頭刨床的急回原理，因?yàn)榧被噩F(xiàn)象存在著較 大的瞬時(shí)速度，在擊球的同時(shí)使球獲得大的動(dòng)能，從而實(shí)現(xiàn)拋球。 優(yōu)點(diǎn)：該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)送球與拋球的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，由于采用的是牛頭 刨床的急回原理
3、，故結(jié)構(gòu)可以稍微小一些。 缺點(diǎn)：由于是連桿機(jī)構(gòu)，所以運(yùn)動(dòng)速度不可能過(guò)大，因此，球的拋 射距離不會(huì)很遠(yuǎn)。 三、 最終選擇方案簡(jiǎn)介： 具體的運(yùn)動(dòng)情況請(qǐng)點(diǎn)擊參看三維運(yùn) 動(dòng)動(dòng)畫(huà)。 原理：主要靠得是兩個(gè)高速反方向旋轉(zhuǎn)的輪把球擠壓并拋射出去。 優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)體積相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，機(jī)構(gòu)平穩(wěn)性比較好?？梢詫?shí)現(xiàn)拋 球與送球的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 缺點(diǎn)：球的拋出速度計(jì)算比較復(fù)雜，只能采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)粗略計(jì)算。 四、功能的實(shí)現(xiàn) 1.其中將上面皮帶輪做成圓錐形，如圖： 這樣皮帶在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中將沿著圓錐體左右運(yùn)動(dòng)，也就可以起到改變上面大 皮帶輪轉(zhuǎn)速的作用。 由于上面皮帶輪速度可變，因此上下輪的速度有如下關(guān)系： 即：上輪速度小于下輪速度，上
4、下輪速度相同，上輪速度大于下輪 速度 因此也就分別實(shí)現(xiàn)了上旋球，平擊球，下旋球。 2.通過(guò)調(diào)整基座上可調(diào)支架的長(zhǎng)度，并用銷釘將其夾緊可以起到調(diào) 節(jié)發(fā)球機(jī)整體高度的目的。 3.利用上面一個(gè)偏心輪的運(yùn)動(dòng)，可以將球有規(guī)律的發(fā)出，并且通過(guò) 改變偏心輪的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整發(fā)球的間隔。 4.利用偏心輪的運(yùn)動(dòng)以及齒輪與齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)球機(jī)在一定角度內(nèi) 的轉(zhuǎn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)發(fā)球角度的自動(dòng)改變。如圖： 綜上，發(fā)球機(jī)最終的簡(jiǎn)圖為： 五送球部分相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與選定 1.機(jī)構(gòu)尺寸的計(jì)算 ( 齒輪連桿等效圖 ) 1、偏心輪及相關(guān)尺寸 兩個(gè)偏心輪采用相同的尺寸：偏心輪：直徑 20cm，偏心到圓心的距 離 5cm，長(zhǎng)桿 L=20cm
5、，短桿 L=5cm。 2、齒輪及齒條尺寸 齒輪分度圓直徑為 20cm，齒條長(zhǎng)度為 7cm 3、滑塊尺寸 756868 4、大輪及皮帶輪的尺寸 兩個(gè)大輪大小為 30cm，兩個(gè)大輪之間距離為 65mm 下面及右邊的兩個(gè)皮帶輪直徑為 20cm，圓錐形的上皮帶輪大徑為 21cm，小徑為 19cm 2.參數(shù)確定過(guò)程及考慮因素 1、由球的直徑（正常狀態(tài)下約為 65.41- 68.58mm） ，確定筒的截面 為 6969，留出適當(dāng)空間方便下球。 2、確定滑塊寬、高為 6868。 3、滑塊長(zhǎng)度也可由送球的通道長(zhǎng)度確定了，為了保證送球平穩(wěn)，準(zhǔn) 確，特取 75，比 68 稍大，利于滑塊的滑進(jìn)，不易卡?。∏遗c連桿
6、的鉸接點(diǎn)并不在中間位置，這是防止齒輪打到滑塊！ 4、連桿長(zhǎng)度及偏心輪尺寸的確定?；瑝K長(zhǎng)度為 75，綜合考慮，尤 其考慮實(shí)際情況，取長(zhǎng)桿 L=20cm，短桿 L=5cm，直徑 20cm，偏心到 圓心的距離 5cm。 5、為了使網(wǎng)球發(fā)出時(shí)平穩(wěn)有力，則大皮帶輪的直徑應(yīng)遠(yuǎn)大于網(wǎng)球直 徑，且間距略小于網(wǎng)球直徑。因此取大輪的直徑為 30cm，間距為 65mm 6.為了提高傳動(dòng)效率，并實(shí)現(xiàn)球的旋轉(zhuǎn)，取圓柱皮帶輪直徑 20cm， 圓錐皮帶輪直徑在 19cm-21cm 之間。 7. 下面一個(gè)偏心輪需要帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，因此需要計(jì)算齒輪 及齒條的尺寸。經(jīng)過(guò)計(jì)算得發(fā)球機(jī)需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度為 21 度，取齒輪 分度圓
7、直徑為 20cm，則齒條長(zhǎng)度最小為 3.66cm，考慮實(shí)際情況，取 齒條長(zhǎng)度為 7cm 六、出球部分相關(guān)計(jì)算與參數(shù)選定 1、相關(guān)計(jì)算: 網(wǎng)球發(fā)球裝置的放置高度約為 1.25m 出球點(diǎn)距離網(wǎng)高點(diǎn)的垂直高度 h=0.336m 將速度分解為豎直方向和水平方向 豎直方向： 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 即時(shí)速 81.5km/h 因此發(fā)球機(jī)距離球網(wǎng)的距離為： 22*.63*0.25.9Lvt m 2.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定： 上下輪的速度有如下關(guān)系： 不管哪種情況下，網(wǎng)球的速度
8、都可以認(rèn)為等于上下輪速度 的平均值，但由于上下輪之間的速度差異極小，因此可以 近似認(rèn)為網(wǎng)球的速度等于下輪的速度。又由于網(wǎng)球速度為 22.63m/s,所以下輪的速度為 22.63m/s.由大皮帶輪的直徑 為 30cm，解得皮帶輪轉(zhuǎn)速為 1450r/min. 3、選取相關(guān)參數(shù) 輪速：1450r/min 傳動(dòng)比為 1：1 電動(dòng)機(jī)功率：7.5kw 七、設(shè)計(jì)項(xiàng)目總結(jié) 剛剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候,坦白的說(shuō)真的不知道從何下手。盡管老師 給我們講過(guò)相關(guān)的知識(shí),但是畢竟紙上得來(lái)終覺(jué)淺,絕知此事須躬行 ,一開(kāi)始我們整個(gè)小組真的有一種無(wú)處下手的感覺(jué)。 經(jīng)過(guò)對(duì)于課程設(shè)計(jì)教材上的一些設(shè)計(jì)實(shí)例的研究，我們漸漸確 定了設(shè)計(jì)的方向，
9、但是由于考慮到大小等多種因素，我們先期的多 個(gè)設(shè)計(jì)方案都被否決了。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，我們都為該采用什 么樣的方案而苦苦思考，小組在一起開(kāi)了很多次會(huì)，最終確定了最 后的方案。 之后的工作基本就按部就班了，大家基本都在規(guī)定的期限內(nèi)完 成了自己的任務(wù)，然后我將大家完成的任務(wù)做了整理和修改。制作 了三維演示動(dòng)畫(huà)，當(dāng)然制作過(guò)程也經(jīng)歷了不少的挫折，盡管最后的 結(jié)果不是特別理想，但是我們已經(jīng)盡了我們的最大努力了。 在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們經(jīng)歷了很多挫折，但最終還是完成 了預(yù)訂的設(shè)計(jì)任務(wù)，在最后總結(jié)一下整個(gè)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)整個(gè) 設(shè)計(jì)的不足進(jìn)行總結(jié)。 經(jīng)驗(yàn)：1、在設(shè)計(jì)中要早作計(jì)劃，要進(jìn)行充分的討論，論證 2
10、、整個(gè)組內(nèi)既要注意分工，也要注意進(jìn)行必要的交流。 3、隨機(jī)應(yīng)變，對(duì)于預(yù)料之外的變化要妥善處理。 不足：由于方案本身的限制，使得很多的參數(shù)都是通過(guò)估算決定的， 這盡管有一定的根據(jù)，但是缺乏實(shí)踐的驗(yàn)證。缺乏具體實(shí)驗(yàn) 的驗(yàn)證，這是本次設(shè)計(jì)最大的不足。 最后，我們要感謝葛文杰老師對(duì)我們的指導(dǎo)。同時(shí)，還要感 謝小組其它組員的配合與協(xié)作及班級(jí)其他同學(xué)的幫助。 八、參考文獻(xiàn)： 1、機(jī)械原理（第七版） 孫桓 陳作模 葛文杰主編 西北工業(yè)大學(xué) 出版社 2.機(jī)械原理與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 王三民主編 機(jī)械工業(yè)出版社 附錄 1：組內(nèi)成員及完成的相關(guān)任務(wù) 吳軍 原理的主要設(shè)計(jì)、制作演示 FLASH 動(dòng)畫(huà)、3D 動(dòng)畫(huà)，以 及主要的計(jì)算過(guò)程 周少豐 參與設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制 毛海龍 參與設(shè)計(jì)、語(yǔ)言描述及文檔組編
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