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1、機械原理課程設計說明書
機械原理課程設計
說明書
設計題目 網(wǎng)球訓練發(fā)球機
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 號 05021103
設 計 者 1: 景韜 2011301235
2、 2: 王寧 2011301249
3: 徐浩然 2011301250
指導教師 張永紅
完成時間 2014年4月21日
目 錄
1. 設計題目 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)行構件及其運動設計 4
2.3 原動機的選擇 4
2.4 執(zhí)行構件的運動協(xié)調(diào)性設計 4
2.5 機構選型及組合 5
2.6 方案評價及優(yōu)選 5
3. 相關機構的尺度綜合 7
4. 機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制
3、及相關性能分析或說明 10
5. 課程設計體會及建議 11
6. 主要參考文獻 11
7. 附錄1 12
8. 附錄2 12
1. 設計題目
為了減輕網(wǎng)球教練員陪練的工作強度,需設計一臺網(wǎng)球訓練較好用的發(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)外訓練均可使用,該
4、裝置還應方便于攜帶或移動和安裝使用。
設計技術要求如下:
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)該裝置設計在實現(xiàn)述基本功能和技術要求的前提下,應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)球高水平訓練的需要,還可以考慮對該裝置作進一步的設計,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(即以右側并略帶下旋轉,弧線飛行軌跡的過網(wǎng)球)和上旋球(即以上旋為主,側旋為輔,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運動來將球周期性送入發(fā)球機構。通過偏心輪2轉動與連接的齒條帶動球架上的齒輪轉動,從而實現(xiàn)機構的左右旋轉。
2.2 執(zhí)行構件及其運動設計
1.出球機構
組成零件:撥球機構,偏心輪1及曲柄滑塊。
2.發(fā)球機構
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
組成零件:小型電機,偏心輪2,齒條。
4.支撐機構
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
電動機轉速:1459.46 r/min
電動機功率:200W
2.4 執(zhí)
7、行構件的運動協(xié)調(diào)性設計
全套機構通過一個電機驅(qū)動,通過復合輪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件為齒輪系連接,保證各執(zhí)行構件的協(xié)調(diào)運動。
2.5 機構選型及組合
主要機構為出球機構、發(fā)球機構、左右旋機構、支撐機構
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:結構簡單,便于設計。
缺點:因為是連桿機構,所以速度不能過高,如果速度過高,機構將產(chǎn)生強烈震動。無法實現(xiàn)旋球。
方案二
類牛頭刨床機構:
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,故結構可以稍微小一些。
缺點:由于是連桿機構,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。
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. 相關機構的尺度綜合
1.相關數(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,故選取輪的直徑應大于球直徑,也考慮到機構的體積不宜大,所以選取輪直徑
12、為網(wǎng)球直徑的5倍,選35cm。
1)下皮帶輪轉速的確定
由Vx=20.641m/s和輪直徑35cm可得出輪的轉速大致為1126.326r/min
由Vx=32.851m/s和輪直徑35cm可得出輪的轉速大致為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
由于復合輪1和復
13、合輪2半徑一樣,故復合輪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性能分析或說明
運動簡圖
說明:復合輪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. 課程設計體會及建議
通過這段時間的設計,我受益匪淺,我認為,這次的機械原理課程設計,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。
在學習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)學習的專業(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)揚團結協(xié)作的精神。設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。團結協(xié)作是我們優(yōu)化設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。
這次設計的題目是網(wǎng)球訓練發(fā)球機。主要是確定機械傳動的方案,通過出球機構、發(fā)球機構、左右旋機構及支撐機構使機構達到預計的運動。這次設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于大眾的好方案。
最后,感謝老師的悉心指導,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《平面連桿機構的計算設計》北京:高等教育出版社,1993。
3、尚久浩、張淳、李思益《自動機械設計》 北京:中國輕工業(yè)出半社,2003。
4、王三民 《機械原理與設計課程設計》 北京:機械工業(yè)出版社,2005。
7. 附錄1:組內(nèi)成員及完成的相關任務
景韜 參與方案的設計,報告說明書及ppt文件的制作。
王寧 方案原理的主要設計,語言描述。
徐浩然 參與方案的設計,繪圖及相關計算。
8. 附錄2:上交文件清單
1. 機械原理課程設計說明書(Word文檔)
2. 機械原理課程設計(ppt文檔)
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