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网球发球机
机械原理课程设计
说明书
课题名称:
乒乓球发球装置
学院:
体育工程与信息技术学院
专业:
机械设计及其制动化专业
小组成员:
屈宇辰
指导老师:
王虹
目录
第一章综述4
第二章:
机械系统方案的设计与运用6
第三章:
正文9
第四章:
尺寸参数的确定11
第五章:
运动循环图14
第六章:
小结15
第七章:
附录16
前言
机械原理课程设计是使学生巩固和加深对机械原理课程基本原理和知识理解的重要环节,是培养学生创新能力、动手能力、合作能力的重要手段。
其目的是:
(1)加深学生对机械原理知识的理解与运用,将理论知识与现实问题相结合从而解决实际问题。
(2)方案设计过程中,锻炼学生分析问题解决问题的能力以及考查学生对于理论知识的综合利用。
培养学生的创新能力。
(3)提高学生对CAD、软件的灵活应用能力。
(4)使学生了解机械运动中速度,加速度以及力的传递与变换过程。
要达到课程设计的目的,必须配以课程设计的任务:
按照选定机械的功能要求,进行机构的选型与组合。
设计该系统的几种方案,对各运动方案进行对比和选择。
对选择的方案的机构进行运动分析与参数设计。
第一章综述
1.1设计题目:
乒乓球发球机按乒乓球技术训练的不同要求,将球不断的发射出来,比人发出的球速度更快,力量大,且旋转更强。
1.2背景意义:
中国是乒乓球大国,在中国有着广泛的乒乓球爱好者,为了提高爱好者的乒乓球水平需要设计一种发球机器,可以根据训练者的要求发出不同转速和球速的球,而且发球稳定,从而达到训练的目的。
1.3题目要求:
(1)主动件的转速为30~40转/分钟,主动件的转速可以通过变速齿轮实现,设计中不考虑设计变速装置。
(2)击球时球拍的水平运动实现球向前运动,竖直方向运动实现球的旋转。
(3)主动件的转速低,必须通过装置使球拍的速度够快
(4)必须实现送一个球、击一次球。
第二章:
机械系统方案的设计与运用
2.1.方案一
自由度计算:
F=3N-2Pl-Ph=3×8-2×11-1=1
该机构的发球装置是一个七杆机构。
该方案通过一个曲柄摇杆机构实现L1的左右摆动,从而实现击球板的往返运动实现击球动作。
通过改变L1与L2的比值从而改变击球速度。
发球装置通过一个摇杆实现乒乓球的下落。
优点:
(1)可以通过控制滑块A的位置,在不改变L1+L2的情况下,改变比值从而改变击球拍的速度
(2)结构较为简洁,易实现。
缺点:
(1)送球装置无法确保一次送一个球。
(2)无法实现球的旋转。
2.2方案二
摩擦块
自由度计算:
F=3N-2Pl-2Ph=3×5-2×7=1
该机构的发球装置通过连杆拉动套筒,套筒带动击球装置回拉压缩弹簧。
黑色三角块压缩白色三角块释放击球装置,实现击球。
连杆推动套筒重新套上击球装置,进行下一个击球动作。
通过改变击球弹簧的强弱实现击球速度的改变,摩擦块的位置改变球的转速。
送球装置是一个曲柄滑块机构,通过滑块往返运动实现送球。
优点:
(1)采用筒装置,可以更好的控制球的轨迹。
(2)采用弹簧,可以实现更大的击球力。
(3)摩擦块可以实现球的旋转,送球装置简洁。
缺点:
击球装置太过复杂,需要考虑多方面摩擦、压力,对弹簧弹力要求精度高,不易实现。
2.3方案三
自由度计算:
F=3N-2Pl-Ph=3×5-2×7=1
该方案的发球装置是一个曲柄摇杆机构,运用急回工作,通过改变击球的力的方向与速度方向不在一直线上实现球的旋转。
送球装置是一个曲柄滑块机构通过滑块的往返运动带动送球装置的往返转动,实现送球。
优点:
(1)采用了急回运动,使击球时运动速度快,非击球状态时运动速度慢,同时急回动可以使球拍的速度更快。
(2)可以实现乒乓球的旋转。
(3)送球装置可以实现一次送一个球。
缺点:
送球装置复杂,设计要求精度高。
第三章:
正文
3.1机械运动方案设计
自由度计算:
F=3N-2Pl-Ph=3×7-2×10=1
该方案为一个八杆机构,发球机构为曲柄摇杆机构,可实现球的旋转。
送球装置通过一个四杆机构将主动件的转动传递到与送球轨道同一水平高度。
再通过一个曲柄滑块机构实现送球装置的往返运动,送球通道的直径保证只有一个乒乓球通过,与击球装置配合从而实现每次击打出一个球。
优点:
(1)采用了急回运动,使击球时运动速度快,非击球状态时运动速度慢,同时急回运动可以使球拍的速度更快。
(2)可以实现乒乓球的旋转。
(3)送球装置比较简洁,易于实现每次只送出一个球。
3.2机械传动系统设计:
(1)原动机的选择:
交流电动机:
功率25w,额定电流为I=0.27A,单项电压为U=220V,额定转速为n=3000r/min.【1】
(2)传动系统类型选择及布置:
实现单侧停歇摆动的共轭凸轮机构
该机构的特点是利用共轭凸轮实现从动件的往复摆动,利用主、副凸轮廓线的两段同心圆弧实现从动件的单侧停歇。
[2]机械原理课程设计p136。
(3)传动链的方案设计:
传动路线的选择:
混合式传动。
执行机构1
传动机构2
传动机构3
传动机构1
原动机1
执行机构2
[3]
3.3传动系统的参数计算
已知发球频率为两秒发射一个球,我们设定球下落时间大致为0.25s。
则凸轮向前摆动0.25S,向后摆动0.25S,停歇1.5S,则根据机械原理第六章凸轮机构及其设计算出凸轮机构的尺寸。
第四章:
尺寸参数的确定
4.1实际运动的分析
简单分析各杆件运动形式
(1)L1为主动件绕点D转动。
(2)L2相对于BC两点转动的同时在平面上移动。
(3)L3绕A点转动。
(4)L4在平面上平动。
(5)L5绕着点G转动。
(6)L6相对于HI两点转动的同时在平面上移动。
(7)L7水平方向往返运动。
4.2方案尺寸的设定
根据实际要求:
乒乓球有较大的转速与球速。
以及主动件的转速π/s,各杆长度设计如下:
为实现较大的球速,需要击球杆获得较大的转速,即杆L3的角速度需要比较大。
根据速度顺心法可以求出L3与L1的速度瞬心为C点,则ω3:
ω1=LAC:
LCD。
因此可以通过改变LAC与LCD的比值控制L1与L3角速度。
已知主动件的转速为π/s,我们设定L3的转速为4π/s,则LAC:
LCD=1:
4。
考虑到占地面积我们设定杆L3的长度为500mm。
已知击球机构为一个曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构的条件是:
(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆的长度之和。
(2)连架杆为最短杆。
根据此条件结合实际,LCD为连架杆即最短杆,LAB为最长杆。
根据条件
(1)则LAB+LCD≤LAD+LBC。
已知L3的长度为500mm,LAC:
LCD=1:
4我们设定LCD=200mm,LCB=400mm,LAB=425mm,LCA=50mm。
送球装置尺寸的设计可以根据已知发球装置尺寸求出LGH+LHI+L7≈430mm。
发球频率为两秒发射一个球,我们设定球下落时间大致为0.25s。
通过下落时间得出LEF长度300mm,设定LDE=LFG=60mm,LGH=50mm,LHI=80mm,L7=300mm
第五章:
运动循环图
090180270360
凸轮机构
击球球机构
击球
发球机构
击球
第六章:
小结
通过这次课程设计,我对机械原理这门课程有了更加深刻的体会,将课上所学习到的知识运用到实际当中,在设计乒乓球发球机这个装置的过程中,我们遇到了许多困难,也学习到了许多知识。
相信通过这次课程设计之后,我都得到了很大的进步。
第七章:
附录
【1】东方马达,直流小型标准电动机使用手册2007.1-6。
【2】机械原理课程设计p136。
【3】机械原理课程设计p43。
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- 关 键 词:
- 网球 发球
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