乒乓球拣拾器设计及仿真【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 2 乒乓球拣拾器工作原理 2 3 主要技术规范及参数 2 4 外型框架结构 3 5 行走机构设 计和车轮驱动电机选择 3 走机构设计 3 轮驱动电机选择 5 6 收球机构设计 7 球滚筒 8 筒轴的设计计算和校核 8 、转速 n 和转矩 T 9 步确定轴的最小直径 9 的结构设计 10 上 零件的周向定位 10 定轴上圆角和倒角尺寸 10 轴上的载荷 10 送轴的轴承选择 13 动轴承的计算 13 的选择和校核 13 的校核 13 7 传送机构设计 14 送支 架 15 送轴的设计计算 15 算轴的功率 P、转速 n 和转矩 T 15 步确定轴的最小直径 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 的结构设计 15 上零件的周向定位 16 定轴上圆角和倒角尺寸 16 轴上的载荷 16 承选择和计算 18 送滚筒和传送带材料的选择 19 8 传动系统 设计 19 电机的选择 19 电机与收球机构 之 间的带传动设计 19 电机与传送滚筒之间的带传动 设计 21 9 设计总结 23 参考文献 23 致谢 24 附录 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 ： 本乒乓球 拣拾 器前端采用滚筒毛刷配合弧形挡板的结合结构，采用直流电机驱动其转动，将乒乓球收入机器内，然后通过仿传送带式传送机构将乒乓球传送并收入球桶中 。填补了目前市场上乒乓球 拣 拾器既价格低廉又功能强大的空白。 关键词 ： 乒乓球；直流电机；带传动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 a of in by To is DC 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1 前言 乒乓球是我国的国球，无数的乒乓球运动员在国际赛场上争金夺银，为祖国带来了无数的荣誉，这些都是和乒乓球在我国的普及是息息相关的。在全国各地业余乒乓球训练基地和乒乓球学校随处可见，专业的乒乓球训练基地和学校越来越多。随着科学技术的发展，乒乓球的训练也越来越系统化、科学化、合理化。 乒乓球发球机的出现、利用计算机进行乒乓球运动轨迹分析等，这一系列的出现都使乒乓球运动员能够得到更好的锻炼，取得更好的成绩。 但目前为止，国内外市场上还没有乒乓球捡拾器的出现。专业的乒乓球捡拾器可以应用在业余或 专业的乒乓球训练基地或训练学校，使用专业乒乓球捡拾器可以大大减少乒乓球训练基地或学校的工作人员和运动员捡球的工作量和工作时间，是运动员可以更好的投入到专业的训练当中，从而取得更好的比赛成绩。 本乒乓球捡拾器前段采用滚筒毛刷配合弧形挡板的结合结构， 1 采用直流电机驱动其转动，将乒乓球收入机器内，然后通过仿真传送带式传送机构将乒乓球传送并收入球桶中实现其功能的。 本乒乓球捡拾器主要包括：总体结构和行走机构、收球机构、传送机构、传动系统和控制系统等。 总体结构和行走机构、 收球机构、传送机构属于机械部分，主要是直流电机驱动车轮行走，同时直流电机通过带传动带动带动滚筒和传送带转动。控制部分主要包括直流电机和单片机控制电机的正反转，并有压力控制电路控制球的收满后报警。 通过对本乒乓球捡拾器的设计，我们基本上把大学四年的所学全部派上用场，是对我们所学的一次综合测试，特别是机械设计和电子设计方面，例如：机械原理，机械设计，材料力学，电路设计，单片机技术等。以及各种应用软件的使用。如 、 。 毕业设计是我们大学 四年的最后一次阅兵，对我们四年所学知识的检测和归纳，只有通过设计，才会发现问题、提出问题及解决问题，也是我们从学生时代走上社会大家庭的最后一扇门。 2 乒乓球捡拾器 工作原理 本乒乓球捡拾器前端采用滚筒毛刷配合弧形挡板的结合结构，采用直流电机驱动其转动，将乒乓球收入机器内，然后通过仿传送机构将乒乓球传送并收入球桶中实现其功能的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 本乒乓球捡拾器主要包括：外框架结构和行走机构、收球机构、输送机构、控制部分等。 本乒乓球捡拾器是一款适用于各地区中、大型乒乓球训练基地和训练学校的专业机器，其主要功能：高效的捡拾乒乓 球馆运动员训练后场地中散落的乒乓球。 3 主要技术规范及参数 乒乓球直径： 40 重量： 机器体积： 600600600球宽度： 600作效率：约为 370m/h(注：机器走过的地面乒乓球即被收起，所以本乒乓球捡拾器一单位时间内机器扫过的面积作为工作效率参数 ) 图 1 总体外观图 外形框架结构 一般乒乓球馆在放置多张球台的情况下，每张所占的面积应为 12 米、宽 6米，用 离地面 2 。如果是单张球台，所占的面积应为长 14 米、宽 7米，用 离地面 5米以上装电源。根据目前国内大部分乒乓球馆的规模和大小，本乒乓球捡拾器的框架尺寸设计为 600600外形图如图 2。 外形框架材料采用 2525方钢管，其壁厚为 4艺采用焊接连买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 接 ， 部分支架杆表面在转配时需要打磨表面和钻孔安装。 5 行走机构设计和车轮驱动电机选择 走机构设计 行走机构是由两直流电机带动车轮转动，两 个电极同时正向或反向转动时，本机器就前进或后退 3 。当两个电机一个正向一个反向转动时，机器进行左转和右转。车轮由两个直轮和两个万向轮组成，其安装位置如图 3。 为了能够使本机器在收球过程中收球完全、不留死角，本机器要求能够直线行走、并能 360度转向，而且在转向过程中保持一定的稳定性和准确性，为了达到以上要求，综合考虑工作情况要求，车轮的安放位置简图如图 3。 图 2 外型框架图 两个电机通过联轴器分别直接驱动直轮 。直轮及万向轮均安放在各边架的中心位置，装配时需要画线和钻孔安装，电机通过弧形铁皮用螺栓固定在底部支架面。 直轮直径尺寸为： 110文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 直轮中心高为： 55走电机尺寸： 3680向轮车轮直径为： 56行走情况如下： 直线前进：当电机 1和电机 2同时正向转动时，机器直线前进。 直线后退：当电机 1和电机 2同时反向转动时，机器直线后进。 左 转：当电机 1反向转动，电机 2正向转动时，机器左转。 右 转：当电机 2反向转动，电机 1正向转动时，机器右转。 轮驱动电机选择 在工业企业中，大量应用电动机去拖动各种生产机械，如在机械工业、冶金工业、化学工业中，机床、抽水机、鼓风机等用大大小小的电动机来拖动；在自动控制技术中，各式各样的小巧灵敏的电机也广泛的作为检测、发大、执行和解算元件应用在各种产品中。 图 3 车轮安放位置示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 of 由于直流电动机机械性能优良，过载能力强。我们所使用的电机一般为直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。直流电机的控制简单，性能出众，直流电源也容易实现。所以综合考虑以上情况，本机器采用永磁式直流电机。 经过市场调查，发现现在市场上有自带齿轮减速箱的永磁直流电机，其结构简单，外型小巧。外型尺寸和转速以及功率大小、扭矩均可按照 客户的要求定做，而且价格相当经济。故打算选用此类型的自带齿轮减速箱的永磁式直流电 机。 根据设计要求，机器速度在 1m/为直车轮直径 10以要求电动机转速为 m 7 6060 估算整个机器的重量 1)估算框架的质量，查铸钢的密度 p= 33 /108.7 G 框架 = (4+4+4+2+4) ( )估算滚筒轴的质量，查合金钢的密度 p= 33 /109.7 5 4 7 2 5)估算滚筒的质量，查铸钢的密度，橡胶的密度分别为： 钢 33 /108.7 橡胶 33 /103.1 233滚筒G0 0 1 7 22 同理估算上升机构总质量约为 虑其他外设装置，所以总重量约为 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 查摩擦系数表（表 1），直轮材质为橡胶，乒乓球馆同为橡胶地面。选取摩擦系数为： 表 1 摩擦系数表 of of 质 静摩擦系数 动摩擦系数 橡胶 ：静摩擦力 f=40 43N 故电机的最小扭矩为 243 m 综合以上条件确定所选电机型号和参数如下： 选用大 洋公司的直流减速电机 参数为： 表 2 电机参数 号 额定电压 输出转速 最大扭矩 175r/ 30n m 6 收球机构 设计 收球机构采用滚筒毛刷配合弧形挡板的结合结构，采用直流电机驱动其转动，将乒乓球 收入机器内 ，同时用塑料挡板防止求溜出 。 总的收球机构见图 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 4 收球机构 此机构主要包括 1） 轴承 2） 滚筒轴 3） 滚筒 4） 弧形挡板 球滚筒 滚筒三维图见图 4， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 5 滚筒外观图 收球滚筒的主视图如下 图 6 滚筒主视图 of 筒是以刚性材料为骨架，上面固定橡胶材料制作的毛刷，其连接用铆钉和胶水粘结固定，有 L 型条状铁皮做整体连接固定用。右视图见图 7。 筒轴的设计计算和校核 轴的结构决定于受力情况、轴上零件的布置和固定方式、轴承的类型和尺寸、轴的毛坯，制造和装配工艺、以及运输、安装等条件 。轴的结构，应使轴受力合理，避免或减轻应力集中，有良好的工艺，并使轴上零件定位可靠、转配方便。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 对于要求刚度大的轴，还应该从结构上考虑减小轴的变形。 图 7 滚筒右视图 of 计算轴的 功率 P、转速 n 和转矩 T =承传递的效率 = P=30 n=100r/=9550000 0=4457n 初步确定轴的最小直径 初步估算轴的最小直径： 轴的材料为 45钢，调质处理，根据 表 150=103，于是得 10330m 7于直径 00两个键槽应增大直径 10% 15%，所以 2 的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴各段直径和长度 a. 为了满足从动轮的轴向定位要求， 1段左端需要制出一轴肩，取 1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 直径为 0承为对开式二螺柱正滑动轴承，此轴承为宽度 B=34以 轴左端尺寸为 34据装配尺寸，轴的总长去 00b. 初步选择滑动轴承。因为轴承主要起定位作用，轴承载荷不大，故选滑动轴承 4 。参照工作要求选取对开式二螺柱正滑动轴承（摘自 2561号： 尺寸为 d D B=303834动轴承因为是采用一体化轴承，所以轴承由螺栓固定在支架上。 轴肩进行轴向定位。由手册上查得轴肩高度 a 应大于 1通常取 a=（ d 所以取定位轴肩高度 h=此取中间轴端直径为： 35据装配尺寸，所以中间轴段长度尺寸为 544 轴上零件的轴向定位 滚轮与轴的定向定位采用平键连接，根据滚筒与联轴接段 5表得平键截面 b h=108B/键槽用键槽铣刀加工，长为 22时为了保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴的配合为H7/处选轴的直径尺寸公差为 定轴上圆角和倒角尺寸 参考机械设计手册取轴端倒角为 45，具体见轴的零件图 轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图 5 。在确定轴承的支点位置时，从15查取 a 值。对于滑动轴承，支点在 e=，因此作为简支梁的轴的支撑跨距 578据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图及弯矩图和扭矩图可以看出截面 将计算出的截面 。 做出轴的计算简图（即力学模型） 分析轴所受的垂直分力情况 轴上所受的垂直分力如图 8（ b） 所示 1) 面已算得滚筒质量为 么所用在轴上的重力为 ) 皮带轮的分度圆直径为 112么作用在皮带轮上的压轴力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 21 8 0s 4122s 103 =568 N (1) 表 3 载荷表 荷 支反力 F 弯矩 M 总弯矩 扭矩 T 水平面 H 07N 000N 24N 68N M=5775N T=4457N 直面 V 5N 090N 5N 0N 由静力平衡方程 0F 2431 01 M 06 6 65 7 82 8 9 324 07N 24N 作弯矩图如图 8（ c） 显然有 000N 析轴所受的水平分力情况 轴上所受的水平方向的分力如图 8（ d）所示 3)每个乒乓球的重量为 合考虑确定估算 0N 由静力平衡方程 0F 0321 01 M 02 8 95 7 8 44 F 可求得 ： 5N ， 5N 作弯矩图 作弯矩图如图 8（ e） 所示 显然有 890N 弯矩 见图 9（ f） M= 2222 28 9050 00 M= (2) 作扭矩图 总的扭矩图如图 8（ g） 所示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 T=4457N 弯扭矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 3）的强度。根据 机械设计 书式（ 15以上所算的数据，并取 a=的计算应力 223223 )2)(16(4)2)(32( (3) = 8 载荷分析图 易知 1 =40 （ 1 0 ） 故安全 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 送轴的轴承选择 初步确定选择对开式二螺柱正滑动轴承（摘自 2561 动轴承的计算 M 24 (4) 查表选用耐磨铸铁材料符合要求 表 4 轴承参数表 直径 d 外圈直径 D 安装长度 L 重量 30 40 140 v 0 100624191 0 0100060. ) v 060 pd ) 所以此型号的滑动轴承符合要求 的 选择 和校核 普通平键（摘自 109510966 轴径 d: 30 38 键的工称尺寸 |（ h（ 11）： 的工称尺寸 |L（ 22 110 每 100 槽 |轴槽深 t|基本尺寸： 槽 |轴槽深 t|公差： （ +） 键槽 |毂槽深 本尺寸： 槽 |毂槽深 差： （ +） 键槽 |圆角半径 r| 槽 |圆角半径 r| 键的校核 对键进行校核 键的尺寸为 b h l=10822文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 键和轴的材料都是钢 7 ，由表 6得许用挤压应力 =100 120其平均值 10 键的工作长度 l=2触高度 K=8=4 T=m 则 0 0 02 P 可见键的挤压强度合适。 同理，可校核其他键的挤压强度。 7 传送机构设计 上升机构采用传送带方式的上升传送机构，此类型的机构可以保证传送的连续性和稳定性。其图形结构如图如下： 图 9 传动机构 9 升机构主要包括： （ 1） 传送 支架 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 （ 2）上升轴 （ 3）轴承 （ 4）传送滚筒 （ 5）传送带 本机构是以传送支架作为主体，配合传送带以仿输送带式的结构将乒乓球源源不断的上升传送，并通过出口将乒乓球输送到收 球箱中。 送支架 为了减轻整机的重量，本支架的材料采用塑料板切割加工完成，主要起固定和支撑作用。 出轴 的 设计计算 算轴 的功率 P、转速 n 和转矩 T 轴承传递的效率 8 00 445760/步确定轴的最小直径 初步估算轴的最小直径 轴的材料为 45钢，调质处理 9 。根据表 15 ，于是得 30m i n (7) 0 的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 10承为对开式二螺柱正滑动轴承，此轴承为宽度 B=34以轴左端尺寸为 34据装配尺寸，轴的总长度取 00mm 为轴承主要起定位作用，轴向载荷不大，故选滑动轴承。参照工作要求选取对开式二螺柱正滑动轴承（摘自 2561型号： 尺寸为 d D B=303834动轴承因为是采用一体化轴承，所以轴承由螺栓固定在支架上。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 轴肩进行轴向定位。由手册上查得轴肩高度 a 应大于 1通常取 a=(0.1)d 所以取定位轴肩高度 h=此取中间轴段直径为： 35据装配尺寸，所以中间轴段长度尺寸为 544 轴上零件的周向定位 滚轮与轴的周向定位采用弹性海绵用来连接轴和传送带。弹性海绵主要是增大摩擦力。 定轴上圆角和倒角尺寸 参考 机械设计 表 1545 10 ，具体见轴的零件图。 轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图 ，在确定轴承的支点位置时，从15查取 a 值，对于滑动轴承，支点在 e=，因此作为简支梁的轴的支撑跨距 578据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 表 5 载荷表 载荷 支反力 F 弯矩 M 总弯矩 扭矩 T 水平面 H 8N 1964N 8N M=72155N T=4457N 直面 V 574N 8731N 19N 出轴的计算简图（即力学模型） 计算简图见图 10（ a） 所示 分析轴所受的垂直分力情况 轴上所受的垂直分力如图 10（ b） 所示 （ 1） 前面已算得输送机构总质量为 么所用在轴上的重力为 2=略带轮的重量列静力平衡方程 0F 321 01 M 05 7 82 8 9 23 F 可求得 ： 8N ， 8N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 作弯矩图 弯矩图如图 10（ c） 所示 显然有 1964N 析轴所受的水平分力情况 轴上所受的水平方向的 分力如图 10（ d） 所示 （ 2） 皮带轮的分度圆直径为 112么作用在皮带轮上的压轴力 21 8 0s 10 = (8) 由静力平衡方程 0F 231 01 M 05 7 86 6 6 23 F 可求得 574N 19N 作 弯矩图 弯矩图如图 10（ e） 所示 显然有 8731N 弯矩 见图 10（ f） M= 2222 6873121964 M=72155 N (9) 作扭矩图 总的扭矩图如图 10（ g） 所示 T=4457 N 弯扭矩合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 3）的强度。根据机械设计书式（ 15以上所算的数据 11 ，并取 a=轴的计算应力 223223 )2)(16(4)2)(32( (10) =知 1 =40 （ 1 0 ） 故安全！ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 承的选择和计算 初步确定选择对开式二螺柱正滑动轴承（ 256112 滑动轴承的计算 图 10 载荷分析图 10 M p 47 (11) 查表选用耐磨铸铁材料符合要求 v 0054719100100060. 2) v 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 060 pd 3) 所以此型号的滑动轴承符合要求 13 。 送滚筒 和传送带材 料 的选择 传送滚筒是连接上升轴和传 送带之间的，用来传递转矩，带动传送带传动。其材料为橡胶材质 14 。 由于传送带形状复杂，所以 采用橡胶注塑而成，其具体尺寸见零件图 。 8 传动系统 设计 带传动是由固联于主动轴上的带轮、固联于从动轮上的带轮和紧套在两轮上的传送带组成的，当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力 15 。带传动具有结构简单，运动平稳、造价低廉及缓冲吸震等特点，在近代机械中被广泛应用 16 。在带轮传动常用的有平带传动、 带传动和同步带传动， 综合考虑本机器的工作情况和成本要求，本机器的传动采用带传动。传动部分是电机通过皮带传动分别带动收球滚筒和传动滚筒使其完成收球和传送动作。此皮带传动系统是本乒乓球捡拾器的一个重要组成部分。传动系统包括两个带传动： （ 1） 主电机与收球滚筒之间的带传动 （ 2） 主电机与传送滚筒之间的带传动 电机选择 由于乒乓球的质量很少，两皮带传动所带动的滚筒和传送带并无太多负载，所以选用电机的功率不大， 本符合收球要 求，故选用此型号的电机。 电机参数见表 5 表 6 电机参数表 号 额定电压 输出转速 转矩（ 齿轮减速比 100r/ 1:600 电机与收球机构 之 间的带传动设计 传动 1）确定计算功率 17 查表得工作情况系数， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 6 (14) 2）选取 根据 带 A 型 3）由 机械设计 表 818 12据式（ 8从动轮基准 直径 i 11212据表 8 12式 （ 8验算带的速度 d /00060 36112100060 11 (15) 4）确定基准长度和传动中心距 根据 a 2（ ，根据安装尺寸确定中心距 a=363 根据（ 8算带所需的基准长度 012210 4 )(2)(22 a (16) =2 363+ 112 ）计算包角 201 (17) 6）计算 由式（ 8 (0 (18) 由 6r/12mm,i=1查表得 0p=查表 8a=1查表 8l=0 6 z 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 取 z=1根 7）计算预紧力 式（ 8 20 ) 0 0 (19) 查表 8 q=m 故 8 4 6 0 20 8）计算作用在轴上的压轴力 19 p 5682180s i i 10 (20) 9）带轮的结构设计见零件图 电机与传送滚筒之间的带传动 设计 1）确定计算功率 表得工作情况系数， (21) 2）选取 根据 带 A 型 3）由 机械设计 表 812据式（ 8从动轮基准直径 i 11212据表 8 12式（ 8算带的速度 d /00060 100112100060 11 (22) 4）确定基准长度和传动中心距 根据 a 2（ ，根据安装尺寸确定中心距0a=380据 机械设计 （ 8算带所需的基准长度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 012210 4 )(2)(22 a (23) =2 380+ 112 机械设计 表 80005）计算包角 a 201 (24) 6）计算 (0 (25) 由 1n =100r/12mm,i=1 查表得 0p=查表 8a=1查表 8K =0 6 0 3 z (26) 取 z=1根 7）计算预紧力 机械设计 式（ 8 20 ) 0 0 查 机械设计 表 8 q=m 故 3 0 20 (27) 8）计算作用在轴上的压轴力 20 p 321 8 0s i i 10 (28) 9）带轮的结构设计见零件图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828