机械原理课程设计说明书-网球发球机.pdf
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1、机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书-网 球 发 球 机 专 业 _班 号 _设 计 者 _指 导 教 师 _完 成 时 间目 录 机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书.11.1 设 计 题 目.31.1.1 选 题 背 景 及 意 义.31.1.2 设 计 要 求 及 技 术 参 数.31.2 机 械 系 统 方 案 的 拟 定.41.2.1 设 计 方 案】.41.1方 案 1基 本 原 理 阐 释.41.2方 案 1优 缺 点.51.2.2 设 计 方 案 2.52.1 方 案 2 基 本 原 理 阐 释.52.2 方 案 2 优 缺 点.61.2.3 设 计 方 案 3.7
2、3.1方 案 3 基 本 原 理 阐 释.73.1方 案 3 优 缺 点.81 2 4 最 终 方 案 简 介.84.1 最 终 方 案 基 本 原 理 阐 释.84.2 最 终 方 案 优 缺 点.101.3 网 球 发 球 机 相 关 性 能 参 数 计 算.101.3.1 电 机 的 选 择.101.3.2 发 球 机 相 关 参 数 的 确 定.101.3.3 执 行 机 构 的 参 数 设 计.121.3.4 传 动 系 统 设 计.161.4 课 程 设 计 体 会 及 建 议.171.1设 计 题 目 1.1.1 选 题 背 景 及 意 义 诞 生 于 英 国 的 网 球 现 在
3、 成 为 了 全 球 最 流 行 的 球 类 运 动 之 一,深 受 人 们 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 望 球 场 而 兴 叹,而 我 们 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 真 人 对 抗 时 的 乐 趣,但 这 对 于 技 术 的 提 高 与 自 身 的 锻 炼 还 是 有 很 大 的 帮 助 的。1.1.2 设 计 要 求 及 技 术 参 数 该 装 置 必 须 能 将 标 准 的 网
4、 球 一 个 一 个 地 从 标 准 网 球 场 的 一 边 抛 射 过 球 网,使 它 们 落 在 由 球 场 白 线 所 确 定 的 三 块 场 地 之 一 内,如 图 1所 示 的 A、B 场 地,且 三 块 球 场 的 每 一 块 上 落 球 的 顺 序 和 频 率 必 须 是 随 机 的。该 装 置 除 装 球 外 应 无 需 要 人 照 管 而 能 自 动 工 作,每 次 装 球 可 持 续 抛 射 5 0个 球,所 发 出 球 的 速 度 是 可 变 化 的,并 希 望 用 一 个 电 动 机 驱 动 自 动 完 成。此 外,为 了 满 足 室 内 外 训 练 均 可 使 用,该
5、 装 置 还 应 方 便 于 携 带 或 移 动 和 安 装 使 用。图 1 网 球 场 地 示 范 设 计 技 术 要 求 如 下:(1)标 准 网 球 的 直 径 在 65.4168.58mm的 范 围 内,其 质 量 在 0.05670.0585kg的 范 围 内,网 球 对 硬 地 面(如 水 泥 地 面)的 反 弹 率 在 0.53-0.58之 间。(2)标 准 网 球 场 地 形 状 如 图 所 示,其 尺 寸:双 打 为 23.7m(长)X 10.97m(宽),单 打 为 22.77m(长)X 8.23m(宽),而 在 每 个 端 线 内 应 留 有 空 余 地 不 小 于 6.
6、40m:球 网 的 长 度(即 两 网 柱 中 心 的 距 离)为 12.80m,网 柱 顶 端 距 地 平 面 为 1.07m,而 球 网 中 心 上 沿 距 地 平 面 为 0.914m。(3)要 求 网 球 发 球 装 置 的 放 置 高 度 约 为 1.25m,位 置 上 下 可 调,且 必 须 保 持 稳 定,不 允 许 发 生 倾 翻。(4)该 装 置 设 计 在 实 现 上 述 基 本 功 能 和 技 术 要 求 的 前 提 下,应 考 虑 尽 可 能 地 满 足 好 的 发 球 要 求,即 发 出 的 球 具 有 较 大 的 攻 击 力,使 球 在 速 度、力 量、旋 转 和
7、落 点 方 面 是 可 以 变 化.(5)若 有 可 能 的 活,为 了 满 足 网 球 高 水 平 训 练 的 需 要,还 可 以 考 虑 对 该 装 置 作 进 一 步 的 设 计,即 扩 展 能 发 出 不 同 类 型 球 的 功 能。如 平 击 球(即 速 度 快、力 量 大,平 线 飞 行 轨 迹 的 过 网 球),切 削 球(即 以 右 侧 并 略 带 下 旋 转,弧 线 飞 行 轨 迹 的 过 网 球)和 上 旋 球(即 以 上 旋 为 主,侧 旋 为 辅,弧 形 飞 行 轨 迹 的 过 网 球),等 等。1.2机 械 系 统 方 案 的 拟 定 1.2.1 设 计 方 案 11
8、.1方 案 1基 本 原 理 阐 释 设 计 方 案 1 的 主 要 工 作 原 理:通 过 挤 压 轮 的 挤 压 和 摩 擦 使 网 球 获 得 初 速 度,通 过 两 挤 压 轮 速 度 的 不 同 可 以 实 现 平 击 球 或 上 下 旋 球。如 图 2所 示,送 球 部 分(包 括 上 下 两 个 选 盘 和 导 轨)通 过 上 下 两 层 选 盘 的 筛 取,沿 着 导 轨(固 连 在 主 板 上)送 入 射 球 机 构 两 挤 压 轮 中。上 选 盘 特 殊 的 形 状 设 计 和 上 下 选 盘 的 配 合,可 以 起 到 自 动 防 卡 球 的 作 用。射 球 部 分(包
9、括 两 个 挤 压 轮)通 过 不 同 转 速 可 以 实 现 上 下 旋 球 和 平 击 球。转 向 部 分(包 括 偏 心 轮、连 杆 和 主 板、轴 承),利 用 曲 柄 摇 杆 原 理,将 转 动 转 变 为 摆 动,实 现 左 右 旋 转。支 撑 部 分(包 括 可 调 支 架,承 台),利 用 螺 纹 自 锁 原 理 实 现 发 球 高 度 可 调。图 2 设 计 方 案 1机 构 简 图1.2方 案 1优 缺 点 优 点:1.通 过 上 下 选 盘 送 球,上 选 盘 特 殊 的 形 状 设 计 和 上 下 选 盘 的 配 合,可 以 起 到 自 动 防 止 卡 球 的 作 用。
10、2.利 用 曲 柄 摇 杆 机 构,将 转 动 转 变 为 摆 动,实 现 炮 口 角 度 的 变 化。通 过 设 计 合 适 的 杆 长 关 系,就 能 控 制 主 板 摆 动 角 度 的 大 小 和 急 回 特 性。3.所 用 的 都 是 较 为 常 用 的 机 构,实 用 性 强。缺 点:采 用 曲 柄 摇 杆 机 构,主 板 摆 动 角 度 具 有 急 回 特 性,这 就 会 在 一 定 程 度 上 使 得 主 板 的 运 动 不 是 很 稳 定。1.2.2设 计 方 案 22.1方 案 2 基 本 原 理 阐 释 网 球 发 球 机 的 主 要 工 作 原 理 是 通 过 挤 压 轮
11、 的 挤 压 和 摩 擦 使 网 球 获 得 初 速 度,如 图 3 所 示,通 过 两 挤 压 轮 速 度 的 不 同 可 以 实 现 平 击 球、上 旋 球 以 及 下 旋 球。工 作 原 理 图 的 转 向 机 构,采 用 带 有 凹 槽 的 圆 柱 凸 轮,该 圆 柱 凸 轮 带 动 连 杆,将 旋 转 运 动 转 变 为 摆 动。送 球 部 分:由 装 球 处 及 带 有 四 个 凹 槽 的 槽 轮 构 成,球 放 置 于 装 球 处,槽 轮 凹 槽 的 空 间 可 以 容 纳 一 个 网 球,槽 轮 进 行 低 速 转 动,并 连 接 一 个 导 轨,这 样 可 以 实 现 出 球
12、。发 射 部 分:包 含 两 个 挤 压 轮,通 过 不 同 转 速 可 以 实 现 上 下 旋 球 和 平 击 球。转 向 部 分:包 括 主 板、带 凹 槽 的 圆 柱 凸 轮、连 杆,通 过 圆 柱 凸 轮 的 旋 转 把 旋 转 运 动 转 化 为 摆 动 运 动,并 通 过 连 杆 带 动 主 板,实 现 发 射 的 转 向。支 撑 部 分:包 括 可 调 支 架、支 撑 平 台,用 来 实 现 发 球 机 高 度 的 调 节。图 3 设 计 方 案 2 机 构 简 图 2.2方 案 2 优 缺 点 优 点:1.采 用 槽 轮 机 构,通 过 槽 轮 的 旋 转 来 实 现 送 球,
13、由 于 槽 轮 本 身 的 特 性,这 样 就 可 以 实 现 间 歇 送 球 运 动。2.转 向 部 分 使 用 带 凹 槽 的 圆 柱 凸 轮,把 凸 轮 旋 转 运 动 转 变 为 主 板 的 摆 动,通 过 设 计 合 理 的 圆 柱 凸 轮 的 转 速,可 以 实 现 主 板 摆 动 角 度 的 变 化。3.所 用 的 都 是 较 为 常 用 的 机 构,实 用 性 强。缺 点:1.送 球 部 分 的 槽 轮 机 构 转 速 不 能 设 计 太 快,否 则 网 球 就 会 做 离 心 运 动,从 而 直 接 被 甩 出,不 能 被 传 送 到 导 轨 上。2.槽 轮 处 出 口 不
14、能 太 大,否 则 就 会 限 制 出 球,但 是 出 口 也 不 能 太 小,否 则 就 会 出 现 卡 球,这 对 出 口 大 小 提 出 了 较 高 的 要 求。1.2.3设 计 方 案 33.1方 案 3基 本 原 理 阐 释 如 图 4 所 示,利 用 曲 柄 滑 块 机 构 实 现 滑 块 A 滑 动,推 程 时 滑 块 A 压 缩 弹 簧 储 存 能 量,当 A 运 动 到 特 定 位 置 时 闭 合 速 度 控 制 开 关(左 下 图),继 电 器 生 效,B 与 球 之 间 的 挡 板 打 开,网 球 飞 出。由 于 网 球 飞 行 时 受 到 可 更 换 阻 块 阻 挡,可
15、 形 成 任 意 方 向 旋 球。B 滑 块 与 弹 簧 之 间 有 一 口 径 大 于 弹 簧 直 径 小 于 滑 块 直 径 的 挡 圈,可 以 在 B 回 位 的 同 时 阻 挡 B 沿 管 道 下 滑。在 回 程 时,滑 块 A 将 开 关 打 开,挡 板 复 位,重 复 发 球。在 管 轴 向 不 同 位 置 设 置 速 度 控 制 开 关,由 于 弹 簧 压 缩 程 度 不 同,控 制 球 打 出 的 力 量 和 速 度。转 向 机 构:利 用 曲 柄 摇 杆 机 构 实 现 落 点 随 机。图 4 设 计 方 案 3 机 构 简 图3.1方 案 3 优 缺 点 优 点:送 球 机
16、 构 利 用 曲 柄 滑 块 机 构,实 现 了 送 球 的 间 歇 性,滑 块 A、B 之 间 连 有 弹 簧,可 以 进 行 储 能。同 时,采 用 行 程 开 关 和 电 路 控 制 网 球 的 发 送,使 得 控 制 更 加 精 准 和 可 靠。缺 点:功 能 太 单 一,不 能 实 现 旋 转 球 和 平 击 球;对 机 械 原 理 知 识 的 应 用 太 少,工 作 的 重 心 在 电 控 上。1.2.4最 终 方 案 简 介 4.1 最 终 方 案 基 本 原 理 阐 释 最 终 所 采 用 的 网 球 发 球 机 方 案,结 合 了 几 个 方 案 的 优 点,进 行 综 合
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- 机械 原理 课程设计 说明书 网球 发球
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