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1、班級 : 05020604 小組成員 : 吳軍 （061201） 周少豐（061209） 毛海龍（ 指導老師 ：葛文杰 自動網(wǎng)球發(fā)球機 機械原理課程設(shè)計 機械原理課程設(shè)計報告 目錄 一、 設(shè)計背景簡介： .3 二、初始設(shè)想方案簡介 .3 類牛頭刨床機構(gòu)。 .3 三、最終選擇方案簡介： .4 四、功能的實現(xiàn) .4 五、送球部分相關(guān)參數(shù)的計算與選定 .6 （一）機構(gòu)尺寸的計算 .6 （二）參數(shù)確定過程及考慮因素 .7 六、出球部分相關(guān)計算與參數(shù)選定 .8 1、相關(guān)計算 .8 2、電動機轉(zhuǎn)速的確定 .8 3、選取相關(guān)參數(shù) .9 七、設(shè)計項目總結(jié) .9 八、參考文獻 .10 附錄：組內(nèi)成員及完成的相關(guān)
2、任務 和上交文件清單 .10 一、 設(shè)計背景簡介： 起源于法國的網(wǎng)球現(xiàn)在成為了全世界最流行的球類運動之一， 深受戶外運動人士的喜愛。但事實上，作為一個對抗性的運動，當 你只有一個人的時候，或許也只能徒喚奈何了，而我們的這個網(wǎng)球 發(fā)球機的設(shè)想，便是為了應對這種情況而產(chǎn)生的。盡管可能無法獲 得如同與人對抗時的樂趣，但對于技術(shù)的提高與自身的鍛煉還是有 很大的幫助的。 二、最初設(shè)想方案簡介。 類牛頭刨床機構(gòu)： 原理：主要采用的是牛頭刨床的急回原理，因為急回現(xiàn)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(xiàn)拋球。 優(yōu)點：該機構(gòu)可以實現(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：由于是連桿機構(gòu)，所以運動速度不可能過大，因此，球的拋 射距離不會很遠。 三、 最終選擇方案簡介： 具體的運動情況請點擊參看三維運 動動畫。 原理：主要靠得是兩個高速反方向旋轉(zhuǎn)的輪把球擠壓并拋射出去。 優(yōu)點：機構(gòu)體積相對來說比較小，機構(gòu)平穩(wěn)性比較好?？梢詫崿F(xiàn)拋 球與送球的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 缺點：球的拋出速度計算比較復雜，只能采用經(jīng)驗公式來粗略計算。 四、功能的實現(xiàn) 1.其中將上面皮帶輪做成圓錐形，如圖： 這樣皮帶在轉(zhuǎn)動過程中將沿著圓錐體左右運動，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 因此也就分別實現(xiàn)了上旋球，平擊球，下旋球。 2.通過調(diào)整基座上可調(diào)支架的長度，并用銷釘將其夾緊可以起到調(diào) 節(jié)發(fā)球機整體高度的目的。 3.利用上面一個偏心輪的運動，可以將球有規(guī)律的發(fā)出，并且通過 改變偏心輪的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整發(fā)球的間隔。 4.利用偏心輪的運動以及齒輪與齒條機構(gòu)實現(xiàn)發(fā)球機在一定角度內(nèi) 的轉(zhuǎn)動，以此實現(xiàn)發(fā)球角度的自動改變。如圖： 綜上，發(fā)球機最終的簡圖為： 五送球部分相關(guān)參數(shù)的計算與選定 1.機構(gòu)尺寸的計算 ( 齒輪連桿等效圖 ) 1、偏心輪及相關(guān)尺寸 兩個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，齒條長度為 7cm 3、滑塊尺寸 756868 4、大輪及皮帶輪的尺寸 兩個大輪大小為 30cm，兩個大輪之間距離為 65mm 下面及右邊的兩個皮帶輪直徑為 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，留出適當空間方便下球。 2、確定滑塊寬、高為 6868。 3、滑塊長度也可由送球的通道長度確定了，為了保證送球平穩(wěn)，準 確，特取 75，比 68 稍大，利于滑塊的滑進，不易卡?。∏遗c連桿
6、的鉸接點并不在中間位置，這是防止齒輪打到滑塊！ 4、連桿長度及偏心輪尺寸的確定。滑塊長度為 75，綜合考慮，尤 其考慮實際情況，取長桿 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)出時平穩(wěn)有力，則大皮帶輪的直徑應遠大于網(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.為了提高傳動效率，并實現(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. 下面一個偏心輪需要帶動齒輪齒條機構(gòu)運動，因此需要計算齒輪 及齒條的尺寸。經(jīng)過計算得發(fā)球機需要轉(zhuǎn)過的角度為 21 度，取齒輪 分度圓
7、直徑為 20cm，則齒條長度最小為 3.66cm，考慮實際情況，取 齒條長度為 7cm 六、出球部分相關(guān)計算與參數(shù)選定 1、相關(guān)計算: 網(wǎng)球發(fā)球裝置的放置高度約為 1.25m 出球點距離網(wǎng)高點的垂直高度 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 即時速 81.5km/h 因此發(fā)球機距離球網(wǎng)的距離為： 22*.63*0.25.9Lvt m 2.電動機轉(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 傳動比為 1：1 電動機功率：7.5kw 七、設(shè)計項目總結(jié) 剛剛開始設(shè)計的時候,坦白的說真的不知道從何下手。盡管老師 給我們講過相關(guān)的知識,但是畢竟紙上得來終覺淺,絕知此事須躬行 ,一開始我們整個小組真的有一種無處下手的感覺。 經(jīng)過對于課程設(shè)計教材上的一些設(shè)計實例的研究，我們漸漸確 定了設(shè)計的方向，
9、但是由于考慮到大小等多種因素，我們先期的多 個設(shè)計方案都被否決了。在很長的一段時間里，我們都為該采用什 么樣的方案而苦苦思考，小組在一起開了很多次會，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，然后我將大家完成的任務做了整理和修改。制作 了三維演示動畫，當然制作過程也經(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。 在整個設(shè)計的過程中，我們經(jīng)歷了很多挫折，但最終還是完成 了預訂的設(shè)計任務，在最后總結(jié)一下整個過程中的經(jīng)驗，并對整個 設(shè)計的不足進行總結(jié)。 經(jīng)驗：1、在設(shè)計中要早作計劃，要進行充分的討論，論證 2
10、、整個組內(nèi)既要注意分工，也要注意進行必要的交流。 3、隨機應變，對于預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)都是通過估算決定的， 這盡管有一定的根據(jù)，但是缺乏實踐的驗證。缺乏具體實驗 的驗證，這是本次設(shè)計最大的不足。 最后，我們要感謝葛文杰老師對我們的指導。同時，還要感 謝小組其它組員的配合與協(xié)作及班級其他同學的幫助。 八、參考文獻： 1、機械原理（第七版） 孫桓 陳作模 葛文杰主編 西北工業(yè)大學 出版社 2.機械原理與設(shè)計課程設(shè)計 王三民主編 機械工業(yè)出版社 附錄 1：組內(nèi)成員及完成的相關(guān)任務 吳軍 原理的主要設(shè)計、制作演示 FLASH 動畫、3D 動畫，以 及主要的計算過程 周少豐 參與設(shè)計，運動簡圖繪制 毛海龍 參與設(shè)計、語言描述及文檔組編
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