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1、機械原理課程設(shè)計說明書 機械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 網(wǎng)球訓(xùn)練發(fā)球機 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 號 05021103 設(shè) 計 者 1： 景韜 2011301235

2、 2： 王寧 2011301249 3： 徐浩然 2011301250 指導(dǎo)教師 張永紅 完成時間 2014年4月21日 目 錄 1. 設(shè)計題目 3 2. 機械系統(tǒng)的方案擬定 3 2.1 工作原理確定 3 2.2 執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計 4 2.3 原動機的選擇 4 2.4 執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性設(shè)計 4 2.5 機構(gòu)選型及組合 5 2.6 方案評價及優(yōu)選 5 3. 相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合 7 4. 機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制

3、及相關(guān)性能分析或說明 10 5. 課程設(shè)計體會及建議 11 6. 主要參考文獻 11 7. 附錄1 12 8. 附錄2 12 1. 設(shè)計題目 為了減輕網(wǎng)球教練員陪練的工作強度，需設(shè)計一臺網(wǎng)球訓(xùn)練較好用的發(fā)球裝置。該裝置必須能將標準的網(wǎng)球一個一個地從標準網(wǎng)球場的一邊拋射過球網(wǎng)，使它們落在由球場白線所確定的三塊場地之一內(nèi)，如圖所示的A、B場地，且三塊球場的每一塊上落球的順序和頻率必須是隨機的。該裝置除裝球外應(yīng)無需要人照管而能自動工作，每次裝球可持續(xù)拋射50個球，所發(fā)出球的速度是可變化的，并希望用一個電動機驅(qū)動自動完成。此外，為了滿足室內(nèi)外訓(xùn)練均可使用，該

4、裝置還應(yīng)方便于攜帶或移動和安裝使用。 設(shè)計技術(shù)要求如下： 1）標準網(wǎng)球的直徑在65.41~ 68.58mm的范圍內(nèi)，其質(zhì)量在0.0567~0.0585kg的范圍內(nèi)，網(wǎng)球?qū)τ驳孛妫ㄈ缢嗟孛妫┑姆磸椔试?.53~0.58之間。 2）標準網(wǎng)球場地形狀如圖所示，其尺寸: 雙打為23.77m（長）10.97m（寬），單打為22.77m（長）8.23m（寬），而在每個端線內(nèi)應(yīng)留有空余地不小于6.40 m；球網(wǎng)的長度（即兩網(wǎng)柱中心的距離）為12.80 m，網(wǎng)柱頂端距地平面為1.07 m，而球網(wǎng)中心上沿距地平面為0.914 m。 3）要求網(wǎng)球發(fā)球裝置的放置高度約為1.25m，位置上下可調(diào)，且必

5、須保持穩(wěn)定，不允許發(fā)生傾翻。 4）該裝置設(shè)計在實現(xiàn)述基本功能和技術(shù)要求的前提下，應(yīng)考慮盡可能地滿足好的發(fā)球要求，即發(fā)出的球具有較大的攻擊力，使球在速度、力量、旋轉(zhuǎn)和落點方面是可以變化的。 5）若有可能的活，為了滿足網(wǎng)球高水平訓(xùn)練的需要，還可以考慮對該裝置作進一步的設(shè)計，即擴展能發(fā)出不同類型球的功能。如平擊球（即速度快、力量大，平線飛行軌跡的過網(wǎng)球），切削球（即以右側(cè)并略帶下旋轉(zhuǎn)，弧線飛行軌跡的過網(wǎng)球）和上旋球（即以上旋為主，側(cè)旋為輔，弧形飛行軌跡的過網(wǎng)球），等等。 2. 機械系統(tǒng)的方案擬定 2.1 工作原理確定 主要工作原理為通過擠壓輪的摩擦使網(wǎng)球獲得初速度，

6、通過兩輪速度的不同可以實現(xiàn)平直球和旋球。出球機構(gòu)通過撥球桿防止網(wǎng)球卡在托盤，與偏心輪1連接曲柄滑塊的往復(fù)運動來將球周期性送入發(fā)球機構(gòu)。通過偏心輪2轉(zhuǎn)動與連接的齒條帶動球架上的齒輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機構(gòu)的左右旋轉(zhuǎn)。 2.2 執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計 1.出球機構(gòu) 組成零件：撥球機構(gòu)，偏心輪1及曲柄滑塊。 2.發(fā)球機構(gòu) 組成零件：輸球通道，摩擦輪系含凸輪，動力源電機。 3.左右旋機構(gòu) 組成零件：小型電機，偏心輪2，齒條。 4.支撐機構(gòu) 組成零件：圓形支撐臺，1個可調(diào)高度支撐架。 2.3 原動機的選擇 電動機轉(zhuǎn)速：1459.46 r/min 電動機功率：200W 2.4 執(zhí)

7、行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性設(shè)計 全套機構(gòu)通過一個電機驅(qū)動，通過復(fù)合輪1，2實現(xiàn)兩輪的反向，再通過與擠壓輪固連的凸輪皮帶輪實現(xiàn)擠壓輪速度的調(diào)節(jié)。電動機與其他運動構(gòu)件為齒輪系連接，保證各執(zhí)行構(gòu)件的協(xié)調(diào)運動。 2.5 機構(gòu)選型及組合 主要機構(gòu)為出球機構(gòu)、發(fā)球機構(gòu)、左右旋機構(gòu)、支撐機構(gòu) 2.6 方案評價及優(yōu)選 方案一 原理：采用拋石機原理，考杠桿把球拋擲出去。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計。 缺點：因為是連桿機構(gòu)，所以速度不能過高，如果速度過高，機構(gòu)將產(chǎn)生強烈震動。無法實現(xiàn)旋球。 方案二 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)

8、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，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。無法實現(xiàn)旋球。 方案三 原理：通過兩個擠壓輪的摩擦使球飛出。 優(yōu)點： 1.自動連續(xù)發(fā)球。 2.發(fā)球速度可調(diào)，且具有一定的速度。 3..落點的隨機性。 4.可實現(xiàn)球的旋轉(zhuǎn)。 比較：方案3在速度調(diào)節(jié)、工作范圍、工作穩(wěn)定性方面都相對較好，因此成為最終方案。 3. 相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合 1．相關(guān)數(shù)據(jù) 標準網(wǎng)球場地尺寸：2

9、2.77m（長）8.23m（寬），球網(wǎng)中心上沿距地面為0.914m。網(wǎng)柱頂端距地平面為1.07 m，而球網(wǎng)中心上沿距地平面為0.914 m。 網(wǎng)球發(fā)球裝置的放置高度約1.25m。 2. 發(fā)球位置的確定 水平方向：L=V*t 豎直方向：H=1.25-0.5*g*t^2 球落地時間：H=0 則 t=0.505s 球落到網(wǎng)高的時間：H=0.914 則 t=0.262s 1)當網(wǎng)球發(fā)射機在底線處 則最小初速度V=L/(2*t)=22.77/(2*0.262)=43.321 m/s 則落球點位置P=v*t=43.321*0.505=

10、21.877 m 由于網(wǎng)球場長為22.77 m 而落球點為21.877 m 落球點距離底線太近，且不滿足題目要求，所以網(wǎng)球發(fā)射機不能放在底線處。因此發(fā)射機應(yīng)該放在場地內(nèi)。 2）當網(wǎng)球發(fā)射機在場地內(nèi) 一般的網(wǎng)球球速為20~25m/s，現(xiàn)在取發(fā)球速度為20m/s 則發(fā)射機距離網(wǎng)的距離S=20*0.262=5.24 m 因此確定發(fā)球機到網(wǎng)的距離為 5.24 m 3.計算最大球速 網(wǎng)球最大初速度V=(S+22.77/2)/0.505=32.851 m/s 4.發(fā)射機搖擺角度和最小球速的確定 由圖形可得 s

11、inα=（8.23/2）/(22.7/2+5.24)=0.248 α=arcsin（0.248）=14.3 所以搖擺角度為14.3*2=28.6 由此確定最小球速V=（5.24/cos(14.3)）/0.262=20.641 m/s 5. 皮帶輪轉(zhuǎn)動速度的確定及凸輪大小半徑的確定 網(wǎng)球水平方向速度 Vx取決于摩擦輪的速度，設(shè)上摩擦輪的速度為a,下摩擦輪的速度為b，出球速度示意圖如下 Vx=（a+b）/2 網(wǎng)球直徑為65.41~68.58mm，兩輪中間的間隙也約為此數(shù)值，為了保證輪的穩(wěn)定性，故選取輪的直徑應(yīng)大于球直徑，也考慮到機構(gòu)的體積不宜大，所以選取輪直徑

12、為網(wǎng)球直徑的5倍，選35cm。 1)下皮帶輪轉(zhuǎn)速的確定 由Vx=20.641m/s和輪直徑35cm可得出輪的轉(zhuǎn)速大致為1126.326r/min 由Vx=32.851m/s和輪直徑35cm可得出輪的轉(zhuǎn)速大致為1792.594r/min 選取輪速（取中間值）：1459.46r/min 則下皮帶輪朱轉(zhuǎn)動速度為1459.46 r/min 2)上皮帶輪最大半徑和最小半徑的確定 由于上輪是一凸輪，則設(shè)凸輪最大半徑為c ,最小半徑為d. 先給定下皮帶輪半徑和復(fù)合輪1的直徑都為20cm 則其線速度為0.1*（1459.46*2*π/60）=15.283m/s 由于復(fù)合輪1和復(fù)

13、合輪2半徑一樣，故復(fù)合輪2的線速度為15.283m/s 下擠壓輪線速度為26.746m/s 要使網(wǎng)球有最小速度20.641m/s則上擠壓輪線速度為14.536m/s 同理要使網(wǎng)球有最大速度32.851m/s則上擠壓輪線速度為38.956m/s 則凸輪最大半徑c=15.283/(14.536*2/0.35)=0.184 m 凸輪最小半徑d=15.283/(38.956*2/0.35)=0.069 m 4. 機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關(guān)性能分析或說明 運動簡圖 說明：復(fù)合輪1,2為齒輪與皮帶輪固連，擠壓輪1,2分別與皮帶輪1,

14、2固連。其中皮帶輪1,2為凸輪。 5. 課程設(shè)計體會及建議 通過這段時間的設(shè)計，我受益匪淺，我認為，這次的機械原理課程設(shè)計，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、團結(jié)意識、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。 在學(xué)習(xí)知識方面有很大拓展，而且以往的一些課程內(nèi)容得到了鞏固。 當我們遇到一個問題時，能夠很快的聯(lián)想到曾經(jīng)學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，這使我們懂得平日里的知識掌握是十分重要的，我不再是只會做題而且更會運用，相信通過自己所掌握的專業(yè)能力一定能解決的平日里的一些問題。 組員在一起討論問題讓我們明白團結(jié)合作的

15、重要性，就像人們常說的眾人拾柴火焰高，每個人的不同思路能使問題簡化，有助于問題的解決同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。設(shè)計改進中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道。團結(jié)協(xié)作是我們優(yōu)化設(shè)計完成的一項非常重要的保證。 做事要有毅力要有恒心，通過慎重的考慮認真的分析，腳踏實地去完成它，克服重重困難，當你成功實現(xiàn)目標時，那種成就感一定會成為你成長的動力。 這次設(shè)計的題目是網(wǎng)球訓(xùn)練發(fā)球機。主要是確定機械傳動的方案，通過出球機構(gòu)、發(fā)球機構(gòu)、左右旋機構(gòu)及支撐機構(gòu)使機構(gòu)達到預(yù)計的運動。這次設(shè)計課程讓我加深了對機械原理理論課程的理解

16、和認識，培養(yǎng)了我用理論知識去解決實際問題的能力。也許我的這種方案不是最好的方案，但它還有很大的改進空間。我希望在以后的時間里可以更好地去完善自己的方案，讓我的方案成為一個切實可行的服務(wù)于大眾的好方案。 最后，感謝老師的悉心指導(dǎo)，感謝組員們的精誠合作。 6. 主要參考文獻 1、孫恒、葛作模、葛文杰《機械原理》 七版 北京：高等教育出版社，2008。 2、梁崇高，陳海宗《平面連桿機構(gòu)的計算設(shè)計》北京：高等教育出版社，1993。 3、尚久浩、張淳、李思益《自動機械設(shè)計》 北京：中國輕工業(yè)出半社，2003。 4、王三民 《機械原理與設(shè)計課程設(shè)計》 北京：機械工業(yè)出版社，2005。 7. 附錄1：組內(nèi)成員及完成的相關(guān)任務(wù) 景韜 參與方案的設(shè)計，報告說明書及ppt文件的制作。 王寧 方案原理的主要設(shè)計，語言描述。 徐浩然 參與方案的設(shè)計，繪圖及相關(guān)計算。 8. 附錄2：上交文件清單 1. 機械原理課程設(shè)計說明書（Word文檔） 2. 機械原理課程設(shè)計（ppt文檔） 12