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1、班級 : 05020604 小組成員 : 吳軍 (061201) 周少豐(061209) 毛海龍( 指導(dǎo)老師 :葛文杰 自動網(wǎng)球發(fā)球機(jī) 機(jī)械原理課程設(shè)計 機(jī)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(jī)構(gòu)。 .3 三、最終選擇方案簡介: .4 四、功能的實(shí)現(xiàn) .4 五、送球部分相關(guān)參數(shù)的計算與選定 .6 (一)機(jī)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(jī)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(xiàn) .10 附錄:組內(nèi)成員及完成的相關(guān)
2、任務(wù) 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(yùn)動之一, 深受戶外運(yùn)動人士的喜愛。但事實(shí)上,作為一個對抗性的運(yùn)動,當(dāng) 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(jī)的設(shè)想,便是為了應(yīng)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(jī)構(gòu): 原理:主要采用的是牛頭刨床的急回原理,因?yàn)榧被噩F(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(shí)現(xiàn)拋球。 優(yōu)點(diǎn):該機(jī)構(gòu)可以實(shí)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(diǎn):由于是連桿機(jī)構(gòu),所以運(yùn)動速度不可能過大,因此,球的拋 射距離不會很遠(yuǎn)。 三、 最終選擇方案簡介: 具體的運(yùn)動情況請點(diǎn)擊參看三維運(yùn) 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(diǎn):機(jī)構(gòu)體積相對來說比較小,機(jī)構(gòu)平穩(wěn)性比較好??梢詫?shí)現(xiàn)拋 球與送球的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 缺點(diǎn):球的拋出速度計算比較復(fù)雜,只能采用經(jīng)驗(yàn)公式來粗略計算。 四、功能的實(shí)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(yùn)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(shí)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(jī)整體高度的目的。 3.利用上面一個偏心輪的運(yùn)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(yùn)動以及齒輪與齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)球機(jī)在一定角度內(nèi) 的轉(zhuǎn)動,以此實(shí)現(xiàn)發(fā)球角度的自動改變。如圖: 綜上,發(fā)球機(jī)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(jī)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(dāng)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(zhǔn) 確,特取 75,比 68 稍大,利于滑塊的滑進(jìn),不易卡住!且與連桿
6、的鉸接點(diǎn)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?;瑝K長度為 75,綜合考慮,尤 其考慮實(shí)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(yīng)遠(yuǎn)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(shí)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(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)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(shí)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(diǎn)距離網(wǎng)高點(diǎn)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(jī)距離球網(wǎng)的距離為: 22*.63*0.25.9Lvt m 2.電動機(jī)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(rèn)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(rèn)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(jī)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(shí)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(wù),然后我將大家完成的任務(wù)做了整理和修改。制作 了三維演示動畫,當(dāng)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(yù)訂的設(shè)計任務(wù),在最后總結(jié)一下整個過程中的經(jīng)驗(yàn),并對整個 設(shè)計的不足進(jìn)行總結(jié)。 經(jīng)驗(yàn):1、在設(shè)計中要早作計劃,要進(jìn)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(jìn)行必要的交流。 3、隨機(jī)應(yīng)變,對于預(yù)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(shí)踐的驗(yàn)證。缺乏具體實(shí)驗(yàn) 的驗(yàn)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(dǎo)。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(xué)的幫助。 八、參考文獻(xiàn): 1、機(jī)械原理(第七版) 孫桓 陳作模 葛文杰主編 西北工業(yè)大學(xué) 出版社 2.機(jī)械原理與設(shè)計課程設(shè)計 王三民主編 機(jī)械工業(yè)出版社 附錄 1:組內(nèi)成員及完成的相關(guān)任務(wù) 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(yùn)動簡圖繪制 毛海龍 參與設(shè)計、語言描述及文檔組編