【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽，需要原稿請自助充值下載，請見壓縮包內(nèi)的文件及預(yù)覽，所見才能所得，請細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：414951605或1304139763
摘要
乒乓球是一項(xiàng)集速度、耐力、反應(yīng)力和力量為一體的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也是考驗(yàn)技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)的運(yùn)動(dòng)。乒乓球運(yùn)動(dòng)不僅適合小孩也適合老人的運(yùn)動(dòng)，對身體素質(zhì)要求不高。隨著科技生活的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，人們追求也不斷提高。為了使廣大練習(xí)者能達(dá)到學(xué)習(xí)乒乓球技術(shù)和健身的效果，本文設(shè)計(jì)了一種方便且好控制的乒乓球發(fā)球器。
本文綜述了普遍的乒乓球發(fā)球器的類型和優(yōu)缺點(diǎn)。了解乒乓球發(fā)球的原理，設(shè)計(jì)一種以對轉(zhuǎn)雙摩擦輪的發(fā)球原理，能夠發(fā)射上下旋球和不旋球；采用了絲杠與螺母的配合其工作的原理，設(shè)計(jì)出乒乓球發(fā)球器的升降裝置。利用齒輪帶動(dòng)輸球管上嚙合的齒盤設(shè)計(jì)搖擺裝置；采用六個(gè)收球槽的葉片輪輸球。對乒乓球發(fā)球器的功能結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)分析。本文采用三維造型設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用SolidWorks軟件繪制乒乓球發(fā)球器的零部件和總裝三維圖。用AutoCAD繪制工程圖。
本文設(shè)計(jì)乒乓球發(fā)球器結(jié)構(gòu)比較簡單，體積適中，拆裝比較簡單，容易操控，老少皆宜，能發(fā)射不同角度、速度和旋轉(zhuǎn)的球。
關(guān)鍵詞：三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；SolidWorks；AutoCAD。
Table Tennis Ball Machine Design
Abstract:
Table tennis is a set of speed, endurance, reaction force and strength as one of the sport, but also a test of technical and tactical movement. Table tennis is not only suitable for the elderly is also suitable for the elderly children exercise, physical fitness do not ask. With the development of life science and technology, people's living standards improve, people pursue is also rising. In order to reach the majority of practitioners can learn tennis technique and fitness results, design a convenient and well-controlled device of Table Tennis Service.
This article reviews the common tennis ball on the type and advantages and disadvantages of. Learn of Table Tennis Service principles designed to serve a dual friction wheel rotation principle, capable of firing up and down spin and not spin; Using the principle of the screw and nut with its work to design the lifting device of Table Tennis Service. The use of gear drive engaging losing teeth on the tube plate design rocking device. It uses six received the ball slot blade wheels lose. Design and Analysis of Table Tennis the function structure. In this paper, three-dimensional design and functional design combined with SolidWorks software to draw table tennis ball machine components and assembly three-dimensional map. Engineering Drawing with AutoCAD.
This design I of Table Tennis Service structure is relatively simple, modest volume, disassembly is simple, easy to control, young and old are easily capable of firing different angle, speed and rotation of the ball.
Key words: three-dimensional structure design; functional design; SolidWorks; AutoCAD.
35
目 次
摘要 I
Abstract: II
1 引言 5
1．1 論文選題的根據(jù)和研究意義 5
1.2 常見的乒乓球發(fā)球器的種類 5
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 7
1.4 小結(jié) 7
2 乒乓球發(fā)球器的要求和準(zhǔn)則 8
2.1 乒乓球發(fā)球器過程 8
2.2 乒乓球發(fā)球器的要求 8
2.3 整體方案 8
2.4 乒乓球發(fā)球器整體參數(shù) 9
2.5 小結(jié) 9
3 乒乓球發(fā)球器傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10
3.1 乒乓球發(fā)球器原理 10
3.2 乒乓球發(fā)球器的升降裝置和搖擺裝置的設(shè)計(jì) 11
3.3 乒乓球發(fā)球器的電機(jī)選擇 12
3.4 輸球裝置的設(shè)計(jì) 14
3.5 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 14
3.6 儲(chǔ)球箱和撥球裝置的設(shè)計(jì) 19
3.7小結(jié) 20
4 乒乓球發(fā)球器部分零部件三維設(shè)計(jì) 21
4.1 乒乓球發(fā)球器箱體的設(shè)計(jì) 21
4.2 機(jī)頭管道設(shè)計(jì)和摩擦輪的選擇 21
4.3 電機(jī)造型 22
4.4 底座板設(shè)計(jì) 22
4.5 小結(jié) 23
5 乒乓球發(fā)球器的裝配設(shè)計(jì) 24
5.1 重點(diǎn)部分零部件的裝配設(shè)計(jì) 24
5.2 輸球裝置電機(jī)與葉片輪裝配 24
5.3. 乒乓球發(fā)球器發(fā)射裝置的裝配設(shè)計(jì) 25
5.4 升降裝置的裝配 27
5.5 撥球裝置和儲(chǔ)球箱的裝配 28
5.6 搖擺裝置的裝配 29
5.7 各大部分的裝配 30
5.8 本章小結(jié) 31
6 乒乓球發(fā)球器的使用注意事項(xiàng)和保養(yǎng) 32
7 總結(jié) 33
致謝 34
參考文獻(xiàn) 35
1 引言
1．1 論文選題的根據(jù)和研究意義
乒乓球運(yùn)動(dòng)是無國界的運(yùn)動(dòng)，在乒乓球這個(gè)運(yùn)動(dòng)中，發(fā)球的好壞決定著輸贏的一半。發(fā)球在乒乓球運(yùn)動(dòng)的各個(gè)技術(shù)中是不受對手限制，能夠體現(xiàn)出自己的個(gè)性、進(jìn)攻性和想象力等。在乒乓球比賽中，高質(zhì)量的發(fā)球不僅能夠直接得分，還能為進(jìn)攻創(chuàng)造有利條件，并使對手產(chǎn)生較大的心理壓力。隨著乒乓球運(yùn)動(dòng)的不斷發(fā)展，發(fā)球的種類越來越多，發(fā)球的好壞成了一個(gè)選手能否成功的首要因素之一。到21世紀(jì)乒乓球運(yùn)動(dòng)已經(jīng)越來越為人們喜愛，為了推動(dòng)乒乓球運(yùn)動(dòng)更好的融入社會(huì)，其中在2002年10月1日，將乒乓球發(fā)球改為了“無遮擋發(fā)球”，國際乒聯(lián)提高了乒乓球比賽的觀賞性，使比賽回合增加，促使世界乒乓球運(yùn)動(dòng)更好的向前發(fā)展，以求最大限度地降低發(fā)球者給對方造成的直接威脅，利用無遮擋發(fā)球降低接發(fā)球者的難度。為快速適應(yīng)新規(guī)則的發(fā)球技術(shù)，探索新的發(fā)球技術(shù)，尋求更科學(xué)、有效的發(fā)球訓(xùn)練方法，以保持我國乒乓球運(yùn)動(dòng)在世界上的領(lǐng)先地位。
本課題設(shè)計(jì)的一種多功能的乒乓球發(fā)球器，主要利用機(jī)電相結(jié)合，這種發(fā)球器可以將發(fā)球速度控制在10m/s到20m/s，發(fā)射多角度、多速度的線路球或組合球，為更多的業(yè)余的愛好者或?qū)I(yè)選手提供更多的選擇。大大縮短使用者的掌握規(guī)范全面的技術(shù)的訓(xùn)練時(shí)間。
1.2 常見的乒乓球發(fā)球器的種類
1）無需電源類
大致分為三類主要有：桌上類、攜帶類、落地類的對打器，主要由特制板塊、乒乓球的塑料膠套、支撐架構(gòu)成。
桌上類和攜帶類板面都是8塊方形未剪的膠套大小，紅色為發(fā)膠，海綿厚度約為2.0mm，黑色的為粒膠（介于長膠與半長膠之間），海綿厚度大約為1.0mm。套膠性能同上。落地類的板面是16塊方形未剪的膠套大小，膠套的性能和上述的一樣。
為了打出不同的旋轉(zhuǎn)的球，對打器的擊球板面的角度可隨意調(diào)節(jié)。落地類的對打器的體積最大，適用于對中遠(yuǎn)臺(tái)發(fā)力技術(shù)的練習(xí)，比如連續(xù)發(fā)力拉球；桌上類的對打器體積最小而且只有一個(gè)桌上支架，適用于近臺(tái)技術(shù)的練習(xí)，比如正反手攻球；攜帶類的體積比較小有且兩個(gè)支架，一個(gè)是落地支架同落地類的支架，體積略小，一個(gè)是桌上支架和桌上類的支架一樣。
對打器的結(jié)構(gòu)接近真實(shí)的球拍，通過角度、距離的自由調(diào)節(jié)，可以的到真實(shí)性練習(xí)；對打器分兩面套膠，兩面的性能不同，使用者使用不同套膠訓(xùn)練，可以練習(xí)不同種類的打球技術(shù)。
缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)雖然比價(jià)簡單，但價(jià)格卻不低，性價(jià)比也不高；相對與常規(guī)的發(fā)球機(jī)，對打器的原理比較單一而且單球訓(xùn)練，雖然利用提高連續(xù)性和協(xié)調(diào)性，但無法達(dá)到訓(xùn)練多種類的技術(shù)和動(dòng)作。而常規(guī)的發(fā)球器立足點(diǎn)就是為了多球訓(xùn)練，接近與人對打，可以對動(dòng)作進(jìn)行訓(xùn)練，長期使用比較容易訓(xùn)練動(dòng)作定型。。初學(xué)者使用對打器時(shí)，常常把注意力放在增加乒乓球的回?fù)舸螖?shù)上，而忽略了動(dòng)作的規(guī)范和準(zhǔn)確性。對打器因?yàn)樘嗉?xì)節(jié)都可自由調(diào)節(jié)，而反彈力是有其規(guī)律（大于上限會(huì)出界，小于下限會(huì)下網(wǎng)），就造成了不能隨意發(fā)力或減力就顯的單一了。
2）桌上類便攜式
桌上類便攜式的乒乓球發(fā)球器代表是IPONG，美國品牌，質(zhì)量為2.5英鎊，發(fā)球的頻率有快有慢，最快的發(fā)球頻率為70個(gè)/min，最少發(fā)球頻率為28～34個(gè)/min，最多儲(chǔ)存乒乓球?yàn)?10個(gè)，可發(fā)上下旋、重旋、不旋球四種旋轉(zhuǎn)。IPONG的操作按鈕可以自主調(diào)節(jié)而且很靈活，最新的IPONG四代可以發(fā)出簡單的不定落點(diǎn)球。
優(yōu)點(diǎn)：IPONG相比其他自動(dòng)化發(fā)球器是最便宜的一款，性價(jià)比高；雖然說定點(diǎn)球還是不定點(diǎn)球，IPONG的功能簡單點(diǎn)，但最起碼都比較全面，能夠滿足一般訓(xùn)練或者使用者的需求。IPONG主要由可拆的上下底座、中間工作裝置、電源等幾部分組成，體積較小且重量輕，裝拆簡單老少皆可以完成而且攜帶方便。
缺點(diǎn)：IPONG為桌上類的發(fā)球器，容易被使用者的回球擊打到，而為了減輕配置質(zhì)量，IPONG使用的塑料材質(zhì)較薄，當(dāng)球打到機(jī)身上時(shí)，長久比較容易損傷機(jī)器；
IPONG活動(dòng)范圍太單一，只能在乒乓球臺(tái)內(nèi)，調(diào)節(jié)的空間距離有限，回球的弧度和落點(diǎn)球與標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)球機(jī)相比較為單一（只有機(jī)器本身的三點(diǎn)位不定點(diǎn)練習(xí)），訓(xùn)練單一，不能多樣化的訓(xùn)練。
3）標(biāo)準(zhǔn)類
標(biāo)準(zhǔn)類的乒乓球發(fā)球器傳統(tǒng)印象中的發(fā)球器，此類發(fā)球器比較常見，而且品牌眾多，型號也是眾多，常見的品牌有以“隨時(shí)隨地享受快樂乒乓”為理念的樂吉高手（常見型號為540、1040、2040等）、以物美價(jià)廉著稱的超級教練、以精密齒輪起家后專攻發(fā)球機(jī)的泰德（常見型號為V981～V989G等）、多領(lǐng)域涉獵的奧奇（常見型號為TW-2700-06～TW-2700-S9等）、后起之秀多利先科（常見型號為DL-161～DL-163等）、高端的許紹發(fā)智能教練機(jī)和新星2080發(fā)球機(jī)等等。
優(yōu)點(diǎn)：在一定的價(jià)格里，標(biāo)準(zhǔn)類發(fā)球器的質(zhì)量和功能都相對的增加，機(jī)器配件的使用性、耐用性大大提升，無論是定點(diǎn)球、兩點(diǎn)球等的基本功能夠完善，出球大多都能達(dá)到要求的數(shù)量，售后維修的服務(wù)有保障；由于不同的品牌的生產(chǎn)理念和制作手段不同，細(xì)節(jié)方面也出現(xiàn)不同的發(fā)展方向，消費(fèi)者可以根據(jù)愛好的不同有更多不同的選擇，比如超級教練標(biāo)稱功能強(qiáng)大、做工用料和實(shí)際性能一般，價(jià)位走平民化路線；樂吉高手定點(diǎn)等基本功能扎實(shí)流暢、出球略顯發(fā)“頂”、仿真度一般；泰德和奧奇為老牌廠家，產(chǎn)品總體來說質(zhì)量不錯(cuò)，型號也最為豐富，泰德V989E、奧奇TW-2700-08至今為發(fā)球機(jī)市場上的拳頭產(chǎn)品，同時(shí)均依靠其強(qiáng)大研發(fā)能力開發(fā)出雙頭發(fā)球機(jī)，泰德研發(fā)的機(jī)器人發(fā)球機(jī)為發(fā)球機(jī)市場的一朵奇葩。
缺點(diǎn)：莫說動(dòng)輒上萬的新星2080發(fā)球機(jī)，就是許紹發(fā)智能教練機(jī)和泰德、奧奇新推出的雙頭發(fā)球機(jī)，價(jià)位都不是一般愛好者能消受得起的，質(zhì)量再好，價(jià)格始終是不容回避的一道坎；
制作工藝日漸復(fù)雜、引入電腦編程技術(shù)、細(xì)節(jié)設(shè)置越來越精確化。“本事越大，麻煩事越多”，萬一哪個(gè)零件出現(xiàn)點(diǎn)小故障，別說智能練習(xí)，就是定點(diǎn)練習(xí)估計(jì)也沒辦法了[1]。
4）機(jī)器人發(fā)球機(jī)
市場上較常見的機(jī)器人發(fā)球機(jī)，是泰德推出的泰德1號、泰德2號、泰德3號、泰德5號，根據(jù)消費(fèi)人群的不同進(jìn)行劃分。機(jī)器人發(fā)球機(jī)可以模仿真人的擊球動(dòng)作，左手拋球，右手擊球，球拍采用特殊材料制成，節(jié)奏頻率與真人對打類似。
優(yōu)點(diǎn)：機(jī)器人發(fā)球機(jī)號稱“最人性化的發(fā)球機(jī)”，相比其它發(fā)球機(jī)，其機(jī)器面板親切得多。
缺點(diǎn)：鑒于機(jī)器人發(fā)球機(jī)制作成本較高，價(jià)位普遍偏高，一般球友往往承受不起；性能與同價(jià)位標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)球機(jī)相比，功能上沒有質(zhì)的突破。
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是乒乓球發(fā)球器的結(jié)構(gòu)和三維造型的設(shè)計(jì)。應(yīng)用SolidWorks和Auto CAD進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]，對乒乓球發(fā)球器的發(fā)射裝置、輸球裝置、搖擺裝置和升降裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)能夠更加直觀的表示出來。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分對電機(jī)的選擇等選擇的依據(jù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。乒乓球發(fā)球器整體材料主要選用增強(qiáng)塑料[3]ABS制成（ABS樹脂是五大合成樹膠之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點(diǎn)，容易涂裝、著色，還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工），部分結(jié)構(gòu)選用優(yōu)質(zhì)鋼制成。
1.4 小結(jié)
乒乓球發(fā)球器是集電子、機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)產(chǎn)物。能夠更好的適應(yīng)各種訓(xùn)練的需求。乒乓球作為我國國球，也是大眾比較喜歡的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)一種能夠合適大眾的乒乓球發(fā)球器，這將對乒乓球發(fā)球器的制造和工作的開展大有好處。
2 乒乓球發(fā)球器的要求和準(zhǔn)則
2.1 乒乓球發(fā)球器過程
乒乓球發(fā)球器的原理是利用對轉(zhuǎn)摩擦輪摩擦球原理，乒乓球受摩擦輪的作用力下獲得一定初速度。乒乓球發(fā)球器工作過程：先是乒乓球儲(chǔ)存在儲(chǔ)球器內(nèi)，當(dāng)電源接通后，系統(tǒng)控制下開始工作模式，開始工作后通過撥球裝置的電機(jī)的帶動(dòng)下，儲(chǔ)球器里的攪拌機(jī)構(gòu)攪拌，乒乓球利用自重經(jīng)漏斗進(jìn)人輸球裝置，輸球裝置中有由直流電機(jī)帶動(dòng)的減速齒輪帶動(dòng)帶有收球槽葉片輪，由輸球裝置輸送乒乓球到輸球管道內(nèi)排成一排，經(jīng)輸球管道輸球到發(fā)射機(jī)構(gòu)，發(fā)射機(jī)構(gòu)發(fā)射乒乓球[4]。其功能組成如圖2.1所示：
圖2.1乒乓球發(fā)球器功能組成圖框
其中升降裝置可以發(fā)射不同高度的球。角度擺動(dòng)裝置，在一定的角度或者固定的角度內(nèi)發(fā)射出乒乓球。
2.2 乒乓球發(fā)球器的要求
1）可調(diào)發(fā)球角度；
2）使用者可以方便的掌握多角度，多落點(diǎn)的發(fā)球；
3）發(fā)球頻率：17~90次/分鐘；
4）發(fā)球速度，可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的速率改變；
5）自動(dòng)回收和供球系統(tǒng)，持續(xù)擊打，無須撿球；
6）快速安裝與拆卸只需幾分鐘，無須任何工具；
2.3 整體方案
1）發(fā)射裝置固定在出球口由上下兩個(gè)摩擦輪組成，可以發(fā)射上下旋球和不旋球；
2）輸球機(jī)構(gòu)，漏球口有攪拌機(jī)構(gòu)，采用葉片輪輸送球；
3）采用齒輪帶動(dòng)輸球管上的嚙合的齒盤，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭搖擺；
4）用了絲杠與螺母的配合其工作的原理實(shí)現(xiàn)機(jī)頭的升降；
5）底座設(shè)計(jì)方案四個(gè)滾輪；
2.4 乒乓球發(fā)球器整體參數(shù)
高：1200mm
寬：400mm
長：540mm
質(zhì)量：25Kg~30Kg
發(fā)球頻率：17~90個(gè)每分鐘
發(fā)球球速：10~20m/s
根據(jù)乒乓球的大小尺寸設(shè)計(jì)輸球管道內(nèi)徑為：40mm。
2.5 小結(jié)
本章主要介紹了乒乓球發(fā)球器的相關(guān)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和要求，包括了乒乓球發(fā)球器的設(shè)計(jì)參數(shù)、材料選擇、設(shè)計(jì)方案等。在相關(guān)的設(shè)計(jì)要求和準(zhǔn)則指導(dǎo)下可以對乒乓球發(fā)球器的相關(guān)功能和零部件的設(shè)計(jì)合理化，保證整個(gè)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和使用性。
3 乒乓球發(fā)球器傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 乒乓球發(fā)球器原理
設(shè)計(jì)的乒乓球發(fā)球器的發(fā)射裝置由兩個(gè)摩擦輪組成，分別由兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)。兩個(gè)摩擦輪的速度決定發(fā)射出來的乒乓球不同，當(dāng)上摩擦輪速度大于下摩擦輪即發(fā)射上旋球；當(dāng)下摩擦輪速度大于上摩擦輪時(shí)即發(fā)射下旋球；當(dāng)上下摩擦輪速度一樣時(shí)即發(fā)射不旋球。摩擦輪可以通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)球的初始速度。如3.1圖所示：
圖3.1對轉(zhuǎn)雙摩擦輪原理
乒乓球發(fā)球器的發(fā)球原理是利用一對摩擦輪對轉(zhuǎn)的原理[5]，乒乓球由于受到兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的摩擦輪的作用獲初速度。由圖的原理可知，兩個(gè)摩擦輪分別由兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)，從而摩擦輪與乒乓球摩擦使乒乓球獲得動(dòng)能，乒乓球發(fā)射出去，這樣設(shè)計(jì)可以使得乒乓球受到很好的控制，又使得乒乓球發(fā)射的穩(wěn)定。
乒乓球飛行過程的力學(xué)分析計(jì)算：
為了控制乒乓球發(fā)射的角度、速度和轉(zhuǎn)向，下面考慮整個(gè)發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)。
設(shè)輪子的角速度分別為W1 、W2，半徑都為R，摩擦輪的線速度為：
V1=W1*R (3-1)
V2=W2*R (3-2)
當(dāng)W1＞W(wǎng)2時(shí)，乒乓球發(fā)射上旋球，初速度V=(V1+V2)/2：當(dāng)W1＜W2時(shí)，乒乓球發(fā)射下旋球，初速度為V=(V1+V2)/2。所以只要測量兩個(gè)摩擦輪的角速度就知道乒乓球的初速度。
由資料查詢可以知道：乒乓球直徑40.00mm，重量2.53-2.70g，乒乓球臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)尺寸為: 乒乓球臺(tái)臺(tái)面尺寸：2740×1525mm, 乒乓球臺(tái)臺(tái)高：760mm ,乒乓球臺(tái)網(wǎng)寬1.83m,乒乓球臺(tái)網(wǎng)高0.1525m。
設(shè)乒乓球的質(zhì)量m=0.0027Kg，直徑d=40.00mm。由發(fā)球機(jī)發(fā)射后，產(chǎn)生初速度，測試知道：乒乓球運(yùn)動(dòng)的最大速度可達(dá)20m/s，旋轉(zhuǎn)球的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3000r/min。
建立數(shù)學(xué)模型[6]如圖3.2所示：
圖3.2乒乓球的力學(xué)分析
已知球桌面的長度為L1=2740mm、寬度L2=1525mm、高度H=760mm，設(shè)發(fā)球的高度為h、飛行距離為L、擺動(dòng)的角度為θ、發(fā)射的速度為v，（不記阻力和其他外力作用），乒乓球的落球的位置坐標(biāo)（x，y）表達(dá)式為：
,, x=,1-2.L2+Lsinθ (3-3)
- y=Lcosθ (3-4)
則L=vt=v (3-5)
式中θ、h、v取值不同，則可得到的不同的落點(diǎn)坐標(biāo)，設(shè)θ的取值范圍為-15°~+15°，v的取值范圍為10m/s ~20m/s。所以當(dāng)θ=0°時(shí)，L的取值范圍為1.37m ~2.74則h ~H為18cm ~61cm；當(dāng)θ=±15°時(shí)，L的取值范圍為1.42cm ~2.84cm，則h ~H的取值范圍為19cm ~65cm。
考慮到空氣阻力等其他的因素h ~H取值在20cm ~60cm比較合適。所以可以確定乒乓球發(fā)球器發(fā)球的高度范圍在40mm之內(nèi)。發(fā)球角度在±15°。
3.2 乒乓球發(fā)球器的升降裝置和搖擺裝置的設(shè)計(jì)
由上述的內(nèi)容知道乒乓球發(fā)球器的發(fā)球高度在40mm之內(nèi)，發(fā)球的角度在±15°，所以設(shè)計(jì)的升降裝置和搖擺裝置如下。
升降裝置：為了能更加方便實(shí)現(xiàn)不同線路的發(fā)球，乒乓球發(fā)球器設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)發(fā)球高度的裝置，能夠上下的調(diào)整發(fā)球器不同高度的發(fā)球，采用了絲杠與螺母的配合其工作的原理：由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶絲杠，螺母固定在托板上帶動(dòng)發(fā)射裝置和輸球管，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)則螺母在絲杠上下運(yùn)動(dòng)。
圖3.3升降裝置
如圖3.3所示：電機(jī)直接和絲杠相連，用鍵連接固定，升降的范圍在20 ~60mm。同時(shí)絲杠與固定盤的螺母相連，固定盤與輸球管道相連，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母在絲杠的帶動(dòng)下帶動(dòng)輸球管的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射口在不同高度下發(fā)射乒乓球。
搖擺裝置：在托板上有個(gè)角度擺動(dòng)裝置，齒輪由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，齒輪帶動(dòng)輸球管上的嚙合的齒盤，使得輸球管在齒盤的作用下實(shí)現(xiàn)左右的擺動(dòng)，所以在一定的角度或者固定的角度發(fā)射出乒乓球。搖擺裝置的設(shè)計(jì)能夠使乒乓球多角度的發(fā)射，通過改變乒乓球角度能夠使使用者感受到與人對打的感覺，改變單一的角度發(fā)射乒乓球而帶來的枯燥。搖擺裝置安裝在靠近機(jī)頭附近，如圖3.4所示：
圖3.4搖擺裝置
電機(jī)與傳動(dòng)齒輪相連，傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)套固定在輸球管上的齒輪盤，由于乒乓球臺(tái)的大小決定了搖擺的角度不能過大在30°范圍內(nèi)，所以使用的齒輪盤的齒數(shù)只有一段，輸球管下端裝有軸承，因?yàn)閷S承的強(qiáng)度沒有要求，軸承只是方便機(jī)頭的轉(zhuǎn)動(dòng)和固定作用。所以根據(jù)管道的大小選擇軸承型號NU109，內(nèi)徑為45mm。
3.3 乒乓球發(fā)球器的電機(jī)選擇
從上述內(nèi)容可以知道，乒乓球發(fā)球器的運(yùn)動(dòng)要靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，所以選擇準(zhǔn)確的電動(dòng)機(jī)非常重要[7]，選擇電動(dòng)機(jī)的要求有：
1) 功率的大小選擇要合適帶動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)。
2) 容易控制控制精度高
3) 性能穩(wěn)定，防震和防干擾性能好
4) 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、牽入轉(zhuǎn)矩等性能指標(biāo)均能滿足工作機(jī)械的要求。
對于升降裝置的步電機(jī)選擇，已知電動(dòng)機(jī)和絲杠直接連接的，所以兩者減速比G/L=1/1，絲杠的螺距BP=40mm，根據(jù)相同類型的乒乓球發(fā)球器了解到一般機(jī)頭部分質(zhì)量為2.5Kg左右。設(shè)定做功質(zhì)量為W=3.0Kg（即搖擺裝置的到發(fā)射裝置的部分）、鐵密度ρ=7.85×103Kg/m3，所以設(shè)步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
=5.92 (3-6)
(其中的直徑為40mm，L為長度30mm)
轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
=1.22 (3-7)
(3-8)
對于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?fù)Q選：
(3-9)
(其中F為推力為0，摩擦系數(shù)μ=0.1，絲杠的機(jī)械效率?=0.9)
負(fù)載轉(zhuǎn)矩
所以選擇的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)有，保持轉(zhuǎn)矩，
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,功率P=68W,額定電流I=0.75A,電壓U=100V。所以選用YY56型號的三相電機(jī)。
因?yàn)閿[動(dòng)裝置的擺動(dòng)部分與升降裝置的作用部分都是一樣的，所以都是擺動(dòng)W=3Kg的，所以選擇的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)：電源電壓輸入U(xiǎn)=100V,額定電流I=0.75A功率P=60W，保持轉(zhuǎn)矩T=0.13N/m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。所以選用YY56型號電機(jī)。
由于發(fā)射裝置是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)摩擦輪，摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射乒乓球，由普遍的發(fā)球器選擇了解到，所以選擇的兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：額定功率P=25W,電流I=0.27A，電壓U=220V，額定轉(zhuǎn)速n=3000r/min。選用型號4RK25GW-C的直流電機(jī)。
參考相似的發(fā)球器和資料，選擇輸送機(jī)構(gòu)和撥球機(jī)構(gòu)的直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：額定功率P=15W,電流I=0.20A,額定電壓U=220V，額定轉(zhuǎn)矩T=0.125N/m，額定轉(zhuǎn)速n=1300r/min。
選擇電機(jī)型號3RK15GW-C的直流電機(jī)。
3.4 輸球裝置的設(shè)計(jì)
輸球機(jī)構(gòu)是能否發(fā)出球的關(guān)鍵部分。所以輸球管道就是能夠把乒乓球順利送到發(fā)球口，而且不能卡球。考慮到乒乓球的大小和每次都能送一個(gè)球，輸球管采用強(qiáng)塑料比較好。輸球裝置采用葉片輪旋轉(zhuǎn)輸球，葉片輪由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的一對減速齒帶動(dòng)?？紤]輸球的速度和效率，葉片輪設(shè)計(jì)為六個(gè)收球槽轉(zhuǎn)動(dòng)一圈可以輸送6個(gè)球。對電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)可以控制輸球頻率。為了防止卡球，葉片輪后是一段彎曲的輸球管，保證乒乓球能夠順利的進(jìn)人輸球管內(nèi)。
圖3.5葉片輪
根據(jù)乒乓球的大小為40mm，選擇如圖3.5所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，葉片輪采用6個(gè)收球槽，厚度40mm，六個(gè)收球槽的直徑為40mm。
3.5 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
在乒乓球發(fā)球器的設(shè)計(jì)中總共有兩對齒輪傳動(dòng)，一對直齒輪和一對齒輪和齒盤。分別可以實(shí)現(xiàn)控制葉片輪的轉(zhuǎn)動(dòng)輸球和搖擺裝置的左右搖擺。由于本次乒乓球發(fā)球器設(shè)計(jì)的齒輪傳遞力矩比較小，對齒輪的強(qiáng)度要求不大，所以選用強(qiáng)塑料齒輪，制造選用材料為ABS。
使用塑料齒輪的優(yōu)點(diǎn)有耐磨、耐腐蝕、震動(dòng)小、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、成本低、制造方便等。所以選擇塑料齒輪成了很多傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的首選考慮。目前經(jīng)常使用的的塑料齒輪大多數(shù)為漸開線小模數(shù)齒輪，所以選擇齒輪模數(shù)選為2（齒輪設(shè)計(jì)參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材進(jìn)行設(shè)計(jì)）[8]。
以輸球裝置的一對直齒輪為例。已知條件：圓柱直齒輪傳動(dòng)，輸入功率為P=15W，齒輪轉(zhuǎn)速為n=1300r/min，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輕微沖擊，轉(zhuǎn)向不變，傳動(dòng)比設(shè)為3 。
1）輸球機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度。
2）材料：參照機(jī)械手冊表10-1，選用的是塑料齒輪，高速級小齒輪，齒面硬度為30HBS。高速級大齒輪齒面硬度為30HBS。
對一般工作情況下的齒輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：保證足夠的齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷；保證足夠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。對于高速重載的齒輪傳動(dòng)，除以上兩種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。由實(shí)踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主；閉式硬齒面或開式齒輪傳動(dòng)，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。?
該齒輪傳動(dòng)為閉式硬齒面，具有一定的齒面抗點(diǎn)蝕能力，主要失效形式是齒根折斷，故按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。
設(shè)計(jì)公式為：
(3-10)
式中：φd=b/d1為稱為齒寬系數(shù)（b為大齒輪寬度）,由機(jī)械手冊查??；稱為齒形系數(shù)， 為彎曲許用應(yīng)力。齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算說明：彎曲強(qiáng)度計(jì)算中，因大、小齒輪的、 、、值不同，故按此強(qiáng)度準(zhǔn)則設(shè)
計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，校核公式為：
? (3-11)
表3-1 使用系數(shù)K
載荷狀態(tài)
工作機(jī)器
原動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)
均勻輕微沖擊
運(yùn)輸機(jī)、輕、中型的卷場機(jī)、起重機(jī)、發(fā)電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)
1
中、小沖擊
重型運(yùn)輸機(jī)、卷相機(jī)、起重機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、機(jī)床主傳動(dòng)
1.25
較大沖擊
碎礦機(jī)、特重型起重機(jī)、軋鋼機(jī)、鍛壓機(jī)
1.75
對于軟齒面的閉式傳動(dòng)，在滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取z1=20～40.因?yàn)楫?dāng)中心距確定后，齒數(shù)多，則重合度大，可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。對于硬齒面的齒輪傳動(dòng)，首先應(yīng)具有足夠大的模數(shù)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，為減小傳動(dòng)尺寸，宜取較小齒數(shù)，但要避免發(fā)生根切，一般取z1=17~20。根據(jù)設(shè)計(jì)要求取z1=20，z2=iz1=3×20=60。載荷系數(shù)K，按表3-1取K=1?
轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106×P1/n1=9.55××0.015/1300=110.2N·mm?
彎曲疲勞許用應(yīng)力：
(3-12)
按齒面硬度中間值查機(jī)械手冊得：
(3-13)
(3-14)
設(shè)乒乓球發(fā)球器每天工作8小數(shù)，工作5年（一年按照30天算）則：
N1=60njLh=60×1300×1×0.015×100×5=5.85× (3-15)
N2=N1/i=1.95× (3-16)
由機(jī)械手冊得彎曲疲勞壽命系數(shù)?YN1=1.05，YN2=1.05
按一般可靠性要求，取,則
(3-17)
(3-18)
表3-2 齒輪系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
Z（）
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
2.97
2.91
2.85
2.80
2.76
2.72
2.69
2.65
2.62
2.60
2.57
2.55
2.53
1.52
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
1.575
1.58
1.59
1.595
1.60
1.61
1.62
Z（）
30
35
40
45
50
60
70
80
90
100
150
200
∞
2.52
2.45
2.40
2.35
2.32
2.28
2.24
2.22
2.20
2.18
2.14
2.12
2.06
1.625
1.65
1.67
1.68
1.70
1.73
1.75
1.77
1.78
1.79
1.83
1.865
1.97
查表3-2
(3-20)
(3-21)
由公式：
=43 (3-22)
=45 (3-23)
取較小者
計(jì)算齒輪的模數(shù)
查機(jī)械手冊按齒輪相對軸承對稱布置取φd=0.6
將以上數(shù)據(jù)代入下式，得
(3-24)
由上述選取m=3
確定主要參數(shù)
1）小齒輪齒數(shù)選Z1=20，大齒輪齒數(shù)Z2=24×3=60。
2）分度圓直徑為：，，則中心距為160mm。
3）壓力角α=20°。
4）齒頂高系數(shù)=2，則兩個(gè)齒輪的齒頂圓直徑為：，。
5）頂隙系數(shù)=0.5，則兩個(gè)齒輪的齒跟圓直徑為：，。
圖3.6傳動(dòng)齒輪
傳動(dòng)齒輪如圖3.6。另外一對齒輪的參數(shù)選擇方法同這一對齒輪類似，因?yàn)辇X盤與輸球管配合，輸球管的直徑已知為外徑=46mm則這對齒輪的參數(shù)如圖3.7所示：
圖3.7搖擺裝置齒輪
無論是輸球裝置還是搖擺裝置，所需要的齒輪強(qiáng)度要求都不是很高，而且傳遞的力矩都比較小，所以設(shè)計(jì)的齒輪都符合強(qiáng)度要求。根據(jù)設(shè)計(jì)的齒輪的參數(shù)和葉片輪的尺寸和參數(shù)，設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸。
軸常選用材料有碳素鋼、合金鋼和鑄鐵。根據(jù)摩擦輪軸、回轉(zhuǎn)中心軸和卸載滾輪軸。選擇的材料為ABS，根據(jù)公式 查機(jī)械設(shè)計(jì)表13-1確定C的值取120
(3-25)
而設(shè)計(jì)的軸遠(yuǎn)大于2.37，所以軸的強(qiáng)度都符合要求，根據(jù)機(jī)械課程設(shè)計(jì)[9]設(shè)計(jì)軸如圖3.8所示：
3.8傳動(dòng)軸
因?yàn)槿~片輪主要是運(yùn)輸乒乓球，而乒乓球的質(zhì)量只有0.27g，乒乓球產(chǎn)生的力基本可以忽略不記，所以對于產(chǎn)生的阻力是非常的小。
3.6 儲(chǔ)球箱和撥球裝置的設(shè)計(jì)
儲(chǔ)球箱是用來存放乒乓球的裝置，負(fù)責(zé)把乒乓球送入輸球裝置中。在設(shè)計(jì)中整個(gè)箱體使用ABS材料，在儲(chǔ)球器設(shè)計(jì)上，儲(chǔ)球器設(shè)計(jì)成漏斗狀，上端設(shè)計(jì)斜圓錐形方便乒乓球集中在漏口。根據(jù)乒乓球的大小，儲(chǔ)球箱內(nèi)至少要能容納200個(gè)乒乓球以上，設(shè)計(jì)的儲(chǔ)球箱如圖3.9所示：
圖3.9儲(chǔ)球箱
200個(gè)乒乓球的體積為6.7×mm2，設(shè)計(jì)的儲(chǔ)球箱至少要滿足要求，所以設(shè)計(jì)儲(chǔ)球箱的總體尺寸為長350mm、寬為200mm、高180mm。
同時(shí)防止乒乓球相互擠壓，造成卡球在漏口處。在儲(chǔ)球器的漏口旁設(shè)計(jì)一個(gè)攪拌器，攪拌器由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，不需要速度太快，通過攪拌器的不停轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌消除乒乓球之間的擠壓而產(chǎn)生卡球的現(xiàn)象。
圖3.10撥球桿
選擇撥球桿如3.10圖所示，撥球桿可以選擇2葉片的、3葉片或者是多葉片的，根據(jù)乒乓球大小，對撥球桿的要求，撥球桿葉片不宜過密，所以設(shè)計(jì)4葉片的撥球桿。
3.7小結(jié)
本章主要介紹了乒乓球發(fā)球器整個(gè)機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)。其他介紹了選擇的傳動(dòng)齒輪和乒乓球飛行過程的力學(xué)分析及計(jì)算?？紤]了乒乓球發(fā)球器功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)發(fā)球影響因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的乒乓球發(fā)球器的能順利發(fā)球功能。
4 乒乓球發(fā)球器部分零部件三維設(shè)計(jì)
對于乒乓球的一些重要部分的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)這些零部件時(shí)候應(yīng)該遵守模具設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)也要考慮到與其他零部件的搭配使用和功能問題[10]。也對另一部分的尺寸要求和搭配進(jìn)行設(shè)計(jì)[11]。這樣便于設(shè)計(jì)乒乓球發(fā)球器的結(jié)構(gòu)和減少成本。
4.1 乒乓球發(fā)球器箱體的設(shè)計(jì)
乒乓球發(fā)球器的箱體上連著有存球箱，和輸球管，整體連著發(fā)球器的外殼，內(nèi)部有輸球裝置、撥球裝置和輸球管，設(shè)計(jì)箱體如圖4.1所示：
圖4.1箱體
設(shè)計(jì)箱體的外形尺寸是根據(jù)選擇的葉片輪大小和輸球管道的大小設(shè)計(jì)而來。
4.2 機(jī)頭管道設(shè)計(jì)和摩擦輪的選擇
根據(jù)乒乓球的大小尺寸40mm和市場選用的摩擦輪大小尺寸，設(shè)計(jì)的摩擦輪如圖4.2所示：
圖4.2摩擦輪
設(shè)計(jì)選用的摩擦輪尺寸：外徑為44mm、厚度14mm、內(nèi)徑為9mm。選用的摩擦輪帶有凹槽的，凹槽最小外徑為40mm。
圖4.3機(jī)頭管道
如圖4.3所示機(jī)頭部分的管道設(shè)計(jì)，其中一部分采用90°的管道設(shè)計(jì)?？紤]到乒乓球的大小和摩擦輪的大小，出球口采用長度直徑為46mm、壁厚3mm的增強(qiáng)塑料?？紤]摩擦輪的大小，發(fā)射管口開了2個(gè)直徑55mm的孔同時(shí)和開有4個(gè)螺釘孔，方便安裝帶動(dòng)摩擦輪的電機(jī)的位置。
4.3 電機(jī)造型
圖4.4步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)
由于本設(shè)計(jì)應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks對果乒乓球發(fā)球器進(jìn)行三維造型，乒乓球發(fā)球器的各部分相互關(guān)聯(lián)，為了能夠更好的搭配零件的設(shè)計(jì)和裝配，故根據(jù)電機(jī)的型號和尺寸參數(shù)，將其三維模型繪制如圖4.4所示：左圖為帶動(dòng)摩擦輪的直流電機(jī)，共計(jì)2個(gè)。右圖為其他電機(jī)造型。
4.4 底座板設(shè)計(jì)
為了方便移動(dòng)整個(gè)乒乓球發(fā)球器同時(shí)方便安裝和拆卸，底座板設(shè)計(jì)如圖4.5所示：
圖4.5底座板
在底部采用四個(gè)滾輪滑動(dòng)，可以很好的移動(dòng)整個(gè)發(fā)球器，同時(shí)配合乒乓球發(fā)球器的底座，使乒乓球發(fā)球器整體外形更加美觀。同時(shí)也為安全考慮，四個(gè)圓角比四個(gè)直角沒那么容易割傷。底座板采用薄金屬材料，能夠很好的支撐整個(gè)機(jī)體重量。
4.5 小結(jié)
本章結(jié)合乒乓球發(fā)球器相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和裝配要求，對乒乓球發(fā)球器的部分零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)[12]。對零部件設(shè)計(jì)的是否合理，對乒乓球發(fā)球器的裝配合理性有著至關(guān)重要的影響，同時(shí)也是乒乓球發(fā)球器設(shè)計(jì)是否合理、可用的關(guān)鍵。所以對本章零部件三維建模和數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)時(shí)，反復(fù)進(jìn)行修改完善，以達(dá)到最好效果。
5 乒乓球發(fā)球器的裝配設(shè)計(jì)
5.1 重點(diǎn)部分零部件的裝配設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)除了對乒乓球發(fā)球器的零部件設(shè)計(jì)形狀和尺寸外，另外一個(gè)重點(diǎn)是將相互聯(lián)系各個(gè)零部件裝配起來。零部件根據(jù)設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)則和三維外觀設(shè)計(jì)和裝配的設(shè)計(jì)要求，完成零部件的設(shè)計(jì)功能形狀。
零部件在裝配過程中，有些零部件需要特殊裝配（比如鍵槽的裝配要求等）[13]。為了能夠清晰的表達(dá)此次設(shè)計(jì)的零部件裝配過程和合理性，對特殊部分進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配過程的說明。相對與其他的裝配形式和過程，由于其他裝配比較簡單和與之相似，故不做其他部分的特殊說明。
5.2 輸球裝置電機(jī)與葉片輪裝配
輸球裝置電機(jī)與葉片輪裝配部分包括：電機(jī)與傳動(dòng)齒輪的裝配；傳動(dòng)齒輪之間的裝配；葉片輪與齒輪的裝配；軸承與葉片輪的裝配。下圖5.1為裝配所使用的零部件：
a）葉片輪 b）軸
c）軸承 d）大齒輪
f）小齒輪 g）電機(jī)
圖5.1葉片輪、傳動(dòng)軸、軸承、大齒輪、小齒輪、電機(jī)
根據(jù)設(shè)計(jì)的各個(gè)部分的要求和尺寸，傳動(dòng)軸一端連著底座箱，中間連接著大齒輪、軸承、葉片輪。為了能夠變現(xiàn)出整個(gè)裝配過程和要求，如圖5.2為繪制的裝配過程圖：
↓ ↓ ↓
圖5.2輸球機(jī)構(gòu)裝配過程圖
鍵在鍵槽中軸向的固定良好，齒輪和電機(jī)的裝配采用鍵連接[14]，軸與齒輪及葉片輪的連接同樣用鍵連接。電機(jī)帶動(dòng)小傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪和軸連接，軸同時(shí)和葉片輪相連，從而實(shí)現(xiàn)乒乓球的輸送。在軸的兩端同時(shí)裝有兩個(gè)圓柱軸承，軸承的作用只是為了方便軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和軸的定位，對軸承的強(qiáng)度沒有具體的要求，所以根據(jù)設(shè)計(jì)選用軸承為16006普通深溝球軸承。
5.3. 乒乓球發(fā)球器發(fā)射裝置的裝配設(shè)計(jì)
發(fā)射器的部分裝配，乒乓球發(fā)球器的最主要功能就是能夠發(fā)射不同類型的球，通過調(diào)節(jié)電機(jī)速率能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射上下旋球和不旋球的功能。乒乓球發(fā)球器發(fā)射裝置部分裝配主要零部件有：直流電機(jī)（2個(gè)）、摩擦輪（2個(gè)）、發(fā)射管道，如圖5.3所示：
a）摩擦輪 b）發(fā)射管
c）電機(jī) d）彎管
圖5.3摩擦輪、發(fā)射管、電機(jī)、彎管
圖5.4所示為直流電機(jī)和摩擦輪的裝配，摩擦輪通過六角螺釘墊片與電機(jī)連接，保證摩擦輪在電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的穩(wěn)定，保證發(fā)球速度要求下的穩(wěn)定性。
圖5.4電機(jī)與摩擦輪裝配
圖5.5發(fā)射機(jī)構(gòu)裝配
如圖5.5所示為發(fā)射裝置的裝配圖電機(jī)上有固定的支架，通過用2個(gè)銷釘與管道連接從而使電機(jī)固定在發(fā)射管道上。
5.4 升降裝置的裝配
升降裝置設(shè)計(jì)是整個(gè)乒乓球發(fā)球器的主要部分，升降裝置的設(shè)計(jì)雖然比較簡單，但能夠?qū)崿F(xiàn)不定點(diǎn)的發(fā)射乒乓球，實(shí)現(xiàn)多落點(diǎn)的裝置，能夠滿足不同使用者的需求，是整個(gè)乒乓球發(fā)球器的靈魂。升降裝置需要的零部件如5.6圖所示：
a）螺桿 b）電機(jī)
c）螺母套
圖5.6絲桿、電機(jī)、螺母套
如下圖5.7，電機(jī)直接和絲杠相連，用鍵連接固定，升降的范圍在25 ~60mm。同時(shí)絲杠與固定盤的螺母相連，固定盤與輸球管道相連，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母在絲杠的帶動(dòng)下帶動(dòng)輸球管的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射口在不同高度下發(fā)射乒乓球。
5.7升降機(jī)構(gòu)裝配
5.5 撥球裝置和儲(chǔ)球箱的裝配
乒乓球發(fā)球器的撥球裝置是保證整個(gè)機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)不斷的發(fā)射乒乓球的裝置。撥球裝置所有的零部件如圖5.8所示：
a）撥球桿 b）電機(jī)
c）套筒
圖5.8撥球桿、電機(jī)、套筒
下圖5.9為撥球裝置的裝配圖，電機(jī)與套筒相連，套筒前端帶有平頭鍵用于與撥球桿相連電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撥球桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使撥球桿在儲(chǔ)球箱內(nèi)不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而是乒乓球之間壓力消除而順利掉進(jìn)輸球管內(nèi)。
圖5.9撥球裝置裝配
5.6 搖擺裝置的裝配
搖擺裝置的設(shè)計(jì)能夠使乒乓球多角度的發(fā)射，通過改變乒乓球角度能夠使使用者感受到與人對打的感覺，改變單一的角度發(fā)射乒乓球而帶來的枯燥。搖擺裝置安裝在靠近機(jī)頭附近，搖擺裝置的主要零部件如圖5.10所示：
a)傳動(dòng)齒輪 b）傳動(dòng)齒輪套
c）軸承 d）電機(jī)
圖5.10傳動(dòng)齒輪（2個(gè)）、軸承、電機(jī)
圖5.11搖擺機(jī)構(gòu)裝配
如圖5.11所示，電機(jī)與傳動(dòng)齒輪相連，傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)套固定在輸球管上的齒輪盤，由于乒乓球臺(tái)的大小決定了搖擺的角度不能過大在30°范圍內(nèi)，所以使用的齒輪盤的齒數(shù)只有一段。
5.7 各大部分的裝配
雖然將乒乓球發(fā)球器的裝配分成了五部分：、輸球裝置、發(fā)射裝置、升降裝置、撥球裝置、搖擺裝置。但各大部分的裝配也非常重要，各大部分和重要部分裝配起來才能夠組成乒乓球發(fā)球器整個(gè)整體，完成乒乓球發(fā)球器的設(shè)計(jì)。各大部分的裝配如圖5.12所示：
圖5.12各大部分裝配
圖5.13為整個(gè)的爆炸視圖。各大部分與主要部分的裝配按照設(shè)計(jì)的要求和尺寸進(jìn)行裝配如圖5.14所示：
圖5.13爆炸圖
圖5.14總體裝配
完成乒乓球發(fā)球器的整體裝配，標(biāo)志著整體乒乓球發(fā)球器的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。
5.8 本章小結(jié)
本章對乒乓球發(fā)球器的裝配進(jìn)行了設(shè)計(jì)[15]，主要分主要部分和各大部分的裝置設(shè)計(jì)介紹。整個(gè)裝配設(shè)計(jì)的好壞直接影響設(shè)計(jì)的乒乓球發(fā)球器的可行性和性能要求的實(shí)現(xiàn)。本章的裝配設(shè)計(jì)通過類似的產(chǎn)品裝配方法和設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)則兩方面，實(shí)現(xiàn)乒乓球發(fā)球器的裝配設(shè)計(jì)。但是由于個(gè)人專業(yè)水平有限及乒乓球發(fā)球器行業(yè)專業(yè)了解不多，在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，不可避免會(huì)忽略一些重要的設(shè)計(jì)要素，故也是本設(shè)計(jì)的缺陷所在。
6 乒乓球發(fā)球器的使用注意事項(xiàng)和保養(yǎng)
1）請以水平方式放在堅(jiān)固的地面上。地面若傾斜或不平則影響發(fā)球，請?zhí)貏e注意。
2）請務(wù)必裝上接地線及漏電保護(hù)開關(guān)。電源插頭應(yīng)該完全插入插座中，對待接地的產(chǎn)品，應(yīng)該與帶接地插口的插座連接。
3）請不要用手或細(xì)根的棒子插入輸球管道或者是儲(chǔ)球箱漏球管內(nèi)。因?yàn)槿绻?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)或者是損壞電機(jī)。
4）當(dāng)交流電插頭未拔出時(shí)，不得打開儲(chǔ)存箱底部和觸碰底部的任何部件。否則有可能造成設(shè)備損壞或人員觸電造成傷害。
5）在機(jī)器帶電的任何情況內(nèi)，避免身體易受傷的部分或者是眼睛處于發(fā)球機(jī)頭出球口內(nèi)或前方，以免被發(fā)射出的球擊傷。
6）清理摩擦輪，摩擦輪外沿與球接觸的，比較易沾染球帶來的污垢，污垢多了后對發(fā)球有影響。可用沾濕酒精的棉球棒或布擦除上面的積垢。切莫用汽油或任何其它溶劑。
7）因?yàn)檎麄€(gè)乒乓球發(fā)球器的大部分零部件都是用ABS塑料，不宜在陽光下暴曬。工作溫度為攝氏5度到30度之間，那樣比較理想。
8）使用同種規(guī)格的乒乓球，以免不同類型的球制造的規(guī)格和大小不一，以免對乒乓球發(fā)球器發(fā)球帶來影響。
9）切勿在大風(fēng)或者是灰塵比較多的地方使用乒乓球發(fā)球器，乒乓球本身質(zhì)量輕比較容易受風(fēng)影響改變軌跡，粉塵多也會(huì)影響機(jī)器的使用。
10）應(yīng)該按照購買時(shí)所提供的使用說明書的要求進(jìn)行合理的操作和清潔。按照使用的時(shí)間范圍內(nèi)使用乒乓球發(fā)球器，不能讓乒乓球發(fā)球器長時(shí)間（超過說明書中所規(guī)定的時(shí)間）工作，減短乒乓球發(fā)球器的使用壽命。
11）不能自行維修乒乓球發(fā)球器。使用者或者是其他非專業(yè)人士在使器具損壞不能正常工作，千萬不能自行拆開機(jī)器進(jìn)行維修。應(yīng)該在按照說明書的要求進(jìn)行操作，如果乒乓球發(fā)球器仍不能正常工作，則停止使用并送維修店或生產(chǎn)廠進(jìn)行維修。
7 總結(jié)
本設(shè)計(jì)為乒乓球球發(fā)球器的設(shè)計(jì)，與相同類型的乒乓球發(fā)球器相比，增加了升降裝置和發(fā)射不同的旋轉(zhuǎn)球兩個(gè)功能，更好的滿足人們的不同需求。本文主要完成了以下的主要工作：
1) 根據(jù)乒乓球發(fā)球器的要求和實(shí)現(xiàn)的功能，對乒乓球發(fā)球器的總體進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)盡可能的簡單且方便控制，說明了要實(shí)現(xiàn)的乒乓球發(fā)球器的主要參數(shù)和指標(biāo)，也達(dá)到這些指標(biāo)的一些所需的保障。
2) 根據(jù)乒乓球發(fā)球器的工作原理和工作過程，利用了對轉(zhuǎn)雙輪摩擦輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)乒乓球的原理設(shè)計(jì)了乒乓球發(fā)球器的發(fā)射裝置，并且說明了這種設(shè)計(jì)的可靠信和優(yōu)越性。
3) 對乒乓球飛行過程的受力分析，然后建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算和分析出合理的落球點(diǎn)的取值范圍，并且考慮其過程中的其他一些影響因素。最終選定合理的取值。
4) 介紹了乒乓球的重要部分組成的設(shè)計(jì)：升降裝置、輸球裝置、搖擺裝置等其中升降裝置采用絲杠螺母的配合。搖擺裝置使用齒輪和齒盤的配合，輸球裝置采用葉片輪輸球。
5) 根據(jù)設(shè)計(jì)的乒乓球發(fā)球器的各部分尺寸和結(jié)構(gòu)，使用三維造型采用SolidWorks軟件進(jìn)行繪制，可以得出比較直觀的設(shè)計(jì)效果圖，可以直觀的知道設(shè)計(jì)中的一些不合理，可以找出不合理的地方重新改進(jìn)計(jì)算。
通過以上的設(shè)計(jì)知道了，本文的設(shè)計(jì)思想是可行的，不過對于日新月異的今天，提高乒乓球發(fā)球器的各種指標(biāo)性能日益增強(qiáng)，對于乒乓球發(fā)球器還待以后不斷的深入和研究。相信不久的將來能夠設(shè)計(jì)更加完善和功能全面的乒乓球發(fā)球器。
本設(shè)計(jì)知識(shí)面較廣，設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，因?qū)π袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)并不十分熟悉，故在設(shè)計(jì)過程中，不管是資料的查找，設(shè)計(jì)的構(gòu)想，功能的實(shí)現(xiàn)，三維和二維圖的繪制，以及設(shè)計(jì)說明書的編寫，都在不斷的否定與改中才得以完成。
致謝
為時(shí)四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，同時(shí)也意味我的四年大學(xué)生涯準(zhǔn)備結(jié)束了。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這四個(gè)月里，在我的指導(dǎo)老師張聲嵐指導(dǎo)下完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，謹(jǐn)在此向張老師表以最衷心的感謝，衷心感謝張老師在這四個(gè)月來的幫助和關(guān)心。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程雖然艱辛但很具有挑戰(zhàn)。在老師和同學(xué)的幫助下，和桂林理工大學(xué)提供的圖書和資料下，幫助我解決的我遇到的一些困難，也是同學(xué)們和老師的鼓勵(lì)讓我充滿信心，讓我寫論文更加得心應(yīng)手。在此感謝同學(xué)們和老師。
最后謝謝在這四年的生涯中所有的老師，謝謝他們無私的奉獻(xiàn)和教育。同時(shí)和感謝桂林理工大學(xué)，給我這樣的一個(gè)像大家庭一樣的家，在這學(xué)習(xí)生活和成長。讓我更加成熟和進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
[1] 百度百科.乒乓球發(fā)球機(jī)知識(shí)[EB/OL].http://www.baidu.com/s?word，2015.7
[2] 51自學(xué)網(wǎng)SolidWorks教學(xué)[EB/OL].http://www.51zxw.net/， 2011.1.
[3] 王廣文，田雁晨，呂通建.塑料材料的選用[M]:北京:化學(xué)工業(yè)出版，2007.3.
[4] 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.1.
[5] 羅益民，余燕.大學(xué)物理[M]:北京郵電大學(xué)出版社，2010.8.
[6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編.理論力學(xué)[M]:高等教育出版社，2012.5.
[7] 關(guān)慧珍，馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)及相互課程設(shè)計(jì)（第三版）[M]:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.6.
[8] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M]:高等教育出版社，2006.5.
[9] 柯建宏，賓鴻贊.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京:華中科技大學(xué)出，2008.1.
[10] 陳守強(qiáng).機(jī)械裝備導(dǎo)論[M]:西安電子科技大學(xué)出版社，2008.9.
[11] 朱冬梅.畫法幾何及機(jī)械制圖[M].北京: 高等教育出版社，2008.6.
[12] 馬希青.機(jī)械繪圖的方法與步驟[M]