机械原理课程设计-乒乓球发球机说明书

1、机械原理课程设计说明书机械工程学院 机械设计制造及其自动化专业11级机自9班设计者： 指导教师：2013年 07 月 19 日一 设计题目2二 项目组成员及分工3三 设计方案与选择41. 功能分析与分解42. 设计方案与原理4送球装置的设计43. 方案评价与选择64. 总体方案75.机构简图：86.运动循环图：8四 选定机构的尺寸设计91. 机构的运动简图92. 机构的自由度计算103. 机构的尺寸及数据设计10 （1） 齿轮机构数据设计10 （2） 送球机构的尺寸分析13 （3）摆头机构的尺寸分析15A. 连杆的尺寸设计15B. 凸轮的尺寸设计16五 选定机构的运动分析181.送球装置的运动

2、分析18A.位移分析18B.速度分析20C.加速度分析22D.平衡力矩分析233. 发球机构的运动分析24速度分析24六 心得体会24七 参考资料25八 附录251 设计题目1. 选题意义 乒乓球是一种世界流行的体育项目，深受人们的喜爱。但作为一种对抗性运动，当你只有一个人的时候，只能徒唤奈何了。乒乓球发球机便是为了应对这种情况产生的，它对人们技术的提高与自身的锻炼有很大的帮助。2. 设计要求乒乓球直径d=40mm发球时的速度v=1030ms 乒乓球发球机的摆角为±15°乒乓球发球机发球频率f=3050个分钟乒乓球发球机发出的球需带旋度乒乓球在距乒乓球台300mm的高度释放

3、2 项目组成员及分工小组成员：闫旭 赵强 郑笑竹分工：机构设计、三维图制作、尺寸设计 ：机构设计、三维图制作、说明书的编写、尺寸设计 ：机构设计、尺寸设计及计算、运动分析、说明书、PPT制作3 设计方案与选择1. 功能分析与分解乒乓球发球机基本分为储球斗、送球装置、摆头装置和发球装置。乒乓球从储球斗进入到送球装置，送球装置可间歇地将球传送到发球装置，发球装置将球发出。摆头装置使球在不同角度发出，增加趣味性。2. 设计方案与原理送球装置的设计方案A：方案A所示的送球机构是如图所示的偏心轮机构。当偏心轮以的角速度逆时针转动时，滑块2随1转动因而带动3进行左右间歇移动，从而实现间歇将球4送至发球机构

4、。方案B：方案B是采用带有凹槽的转轮。球靠自身重力落入凹槽内，通过轮的逆时针转动将球送入送球道内。球在球道内排成一排，后面的球将前面的球顶到发球装置，将球发出。方案C：方案C所示的送球机构是如图所示的履带传送装置。通过主动轮的转动带动履带传动。乒乓球由于自身重力落在履带上，被履带上的挡板推落进入送球道。（1） 发球装置的设计如图所示是的发球机构。两个轴与两个直流电动机相连，从而实现轴上的两个轮以不同的角速度转动。球从送球管道到达发球口时，通过摩擦作用发出。当两轮角速度相等时，发出不旋转的球；当两轮角速度不同时，发出旋转球。3. 方案评价与选择方案优点缺点方案A可以实现间歇性送球运动转速不高改变

5、偏心轮转速而改变活塞快慢时效果不明显，动平衡性差机器运转中有振动。方案B通过叶形轮的转动,将球推入送球管,转动的间歇就是送球的间歇,将球依次送入送球管，送球管可以作为机架,节省了材料和空间。 缺点：球量不足时不能实现发球。方案C 能够实现间歇性送球运动，靠改变转轮的转速改变间歇时间大小，转速改变方便快捷 制造时废材料，送球装置过大可能会加重机架的承重负担4. 总体方案 我们选择的方案综合各方案优缺点，利用曲柄七杆机构实现间歇送球。由于该机构有两个自由度，我们用齿轮副将其封闭为一个自由度。我们增加摆头机构并通过齿轮机构将送球机构和摆头机构连在一起，实现一个原动件两个执行端的运动。利用凸轮实现摆头

6、机构的往返运动，可实现乒乓球从不同角度发出，增加运动者运动难度。5.机构简图：6. 运动循环图：机构角度送球机构0°0°-360°360°360°-720°最左处向右摆最右处向左摆摆头机构0°-15°15°-165°165°-195°195°-345°345°-360°停止推程停止回程停止发球机构0°0°-180°180°180°-360°发球-发球-注：送球机构2°

7、对应摆头机构及发球机构1°4 选定机构的尺寸设计1. 机构的运动简图2. 机构的自由度计算 有一处复合铰链 N=12 pl=16 ph=3 F=3×12-2×16-1×3=13. 机构的尺寸及数据设计（1） 齿轮机构数据设计已知条件设计过程计算结果发球频率f=40个/分 减速电动机带动齿轮1转动，齿轮1与齿轮2相啮合。要求齿数，分度圆半径相同。齿轮2与不完全齿轮3同轴固定，不完全齿轮3与齿轮4相啮合，齿轮4与凸轮5同轴固定。要求齿轮1、2与凸轮5的转速比为2考虑到发球口轴线与推杆轴线重合设计底座厚20齿轮、凸轮厚10齿轮1轴长85齿轮3轴长20齿轮2、3

8、间20凸轮4、5间台35减速电动机转速n=40r/min齿轮均为标准齿轮齿轮1、2、4：m=5 z=30 不完全齿轮m =5 z=15分度圆直径d=150(如图)底座厚20齿轮、凸轮厚10齿轮1轴长85齿轮3轴长20齿轮2、3间20凸轮4、5间台35（2） 送球机构的尺寸分析 已知 条件设计过程计算结果送球频率f=40个/分钟齿轮1转速=4/3 rads=4.19 rad/s满足送球滑块能将球送入发球装置，并满足双曲柄七杆机构运动无死点（L4d/2 ， L1d/2 ， L1d/2L3 ， L2+d/2L3 ） 考虑到实际情况、齿轮直径及滑块传送距离，定：和齿轮1、2相固定的杆1、2：L1=L2

9、=70mm计算双曲柄七杆机构：曲柄运动过程中，执行端（滑块）两个极位位移差 C点移动到最远点时，滑块能将球推送至发球装置故定L3=L3=160mm L5=82.6mm 滑块长=50mm L1=L2=70mmL3=L3=160mmL5=82.6mm滑块长=50mm （3）摆头机构的尺寸分析A. 连杆的尺寸设计已知尺寸设计过程计算结果乒乓球发球机摆角定为±15°定发球口与转动轴的距离为50mm则发球口的垂直位移为2×50×tg15=26.8 凸轮部分的升程为50mm 为确保连杆不与凸轮接触，定滚子与固定杆的机架竖直位移为50mm定9杆相连的机架与齿轮7相连的

10、机架高125mm 由比例关系50/26.8=L1/L2 L1=175.3 L2=94.7由高度约束 L10=180.3 L11=100 L12=50固定杆的机架竖直位移为50mmL1=175.3 L2=94.7L10=180.3 L11=100 L12=50B. 凸轮的尺寸设计已知尺寸设计过程计算结果根据摆头机构角度=±15°根据B连杆设计要求知凸轮升程=50mm 要求运动过程中，匀速推程匀速回程，并有30°的远休和近休如图（3） 发球机构的尺寸分析已知尺寸设计过程计算结果乒乓球直径D=40mm该装置将乒乓球发出的速度为20m/s发球机内有两个摩擦轮，可将球以所需

11、的速度发出发出（当两个摩擦轮速度相同时）（当两轮速度不同时）设计机头100 宽60 摩擦轮直径25 厚度 20如图5 选定机构的运动分析1.送球装置的运动分析A.位移分析定：当1处于竖直向下的位置时，角度为0° 根据几何关系可求出各B点与O点的水平位移。如图所示可画出位移曲线。由solidworks运动仿真得到的的运动位移曲线：B.速度分析当前分析B点处于最远时的速度齿轮1、2啮合，相当于对称，只分析一半即可 因为3、4平动 所以 该时刻执行端速度为0可简化为由solidworks运动仿真得到的速度曲线：C.加速度分析 由速度计算得 解得 比例尺=100:1由solidworks运动仿真得到的加速度曲线：D.平衡力矩分析 3. 发球机构的运动分析速度分析（当两个摩擦轮速度相同时）（当两轮速度不同时）速度相同时：乒乓球速度=20m/s=2000mm/s摩擦球直径=25mm/s摩擦球角速度=2000/12.5=80=1.6rad/s6 心得体会 通过为期两周的课程设计，我们不仅将学到的知识应用到实际，加深了对连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的了解，更了解到了团队合作的重要性。培养我们运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力。对有些不清楚的知识点，在这次设计中能够发现问题，解决问题，培养自我学习的过程。