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乒乓球捡拾器设计,乒乓球,捡拾,设计
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湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计乒乓球捡拾器设计DENIGN OF TENNIS PICK UP DEVICE学生姓名：熊云鹏学 号：200741914323年级专业及班级：2007级机制设计制造及其自动化（3）班指导老师及职称：全腊珍 教授湖南长沙提交日期：2011年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言22 乒乓球捡拾器总体设计说明32.1 设计思想32.2乒乓球捡拾器方案选取32.3总体方案设计42.4 主要参数的确定52.5 各部分简要说明52.5.1外形框架结构52.5.2行走机构62.5.3收球机构62.5.4传动系统72.5.5控制系统73外形框架结构和动力机构73.1拾取器整体框架结构73.2拾取器动力系统85.3拾取器车轮电机选取84 滚筒轴的设计计算和校核104.1求轴上的功率P、 转速n和转矩T104.2初步确定轴的最小直径104.3轴的结构设计104.4轴上零件的周向定位114.5确定轴上圆角和倒角尺寸114.6求轴上的载荷115 输送轴的设计计算和校核145.1求轴上的功率P、 转速n和转矩T145.2初步确定轴的最小直径145.3轴的结构设计145.4轴上零件的周向定位145.5确定轴上圆角和倒角尺寸145.6求轴上的载荷146收球系统设计与计算186.1收球滚筒186.2传送轴的轴承选择196.3键207传送机构217.1输送支架227.2轴承227.3传送滚筒237.4传送带238传动系统238.1主电机与收球机构间的链传动设计238.2主电机与传送滚筒之间的带传动269主电机选择2610控制部分2610.1电源2710.2电机控制模块2710.3报警模块3111设计总结33参考文献33致谢34乒乓球捡拾器设计学 生：熊云鹏指导老师：全腊珍（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：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。然后通过仿传送带式传送机构将乒乓球传送并收入球桶中。球桶座中有压力传感器，当球桶球满时便出发电路报警提醒工作人员球桶已收满。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。关键词 ：乒乓球；捡拾器；设计Desing of Tennis Pick Up DeviceStudent：XIONG Yun-PengTutor：QUAN La-Zhen(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The table tennis picker uses a roller brush with the combination of curved baffle structure in the front, makes the roller brush rotate by direct current motor, and puts table tennis into the machinery. Then the imitative belt-type conveyors transmit them into the ball container. When the ball barrel is full, the pressure sensor in the ball bucket block will trigger the circuit signal system to remind the staff. This table tennis picker will be a professional machine which is applicable to medium, large table tennis training base and the training schools in all areas. Key Words: table tennis; Pick-up device; Design1 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，为祖国带来了巫术的荣誉，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也越来越多。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。 但是随之而来的问题是大量散落在地上的乒乓球。而人工的拾取乒乓球，一次两次之类的还好，但是一旦拾取多了，拾取球的人腰酸背疼不说，而且其效率也不尽如人意。于是乎，乒乓球拣拾器的相关设计便成为了一个问题。但目前为止，国内外市场上还没有乒乓球拣球机器的出现。没有专门的相关人员去投入到这个项目的研发中。但是这个项目的未来前景可以说是一片光明。专业乒乓球拣球机可以应用在业 余或专业的乒乓球训练基地或训练学校。使用专业乒乓球拣球机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拣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、传动系统和控制部分等。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滚筒和传送带转动1416。控制部分主要包括直流电机的驱动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，我们进本上把大学四年所学全部派上用场。是对我们所学的一次综合测试，特别是机械设计和电机设计方面，例如：机械原理，机械设计，电路设计等。以及各种应用软件的使用。如AUTODESK CAD、PRO/E、PROTEL、CAXA、Microsoft Word等。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与归纳，只有通过毕业设计，才能发现问题，踢出问题及解决问题，也是我们从学生时代走上社会大家庭的最后一扇门。2 乒乓球捡拾器总体设计说明2.1 设计思想.这里所设计的乒乓球自动捡拾器是由于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。 但是随之而来的问题是大量散落在地上的乒乓球。而人工的拾取乒乓球，一次两次之类的还好，但是一旦拾取多了，拾取球的人腰酸背疼不说，而且其效率也不尽如人意。于是乎，乒乓球拣拾器的相关设计便成为了一个问题。但目前为止，国内外市场上还没有乒乓球拣球机器的出现。没有关门的相关人员去投入到这个项目的研发中。但是这个项目的未来前景可以说是一片光明。专业乒乓球拣球机可以应用在业 余或专业的乒乓球训练基地或训练学校。使用专业乒乓球拣球机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拣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。既然是乒乓球捡拾器，那么在拾取乒乓球时就由人引导机器行走，通过电机引发皮带轮的转动，带动乒乓球随着皮带往上拖动，进入到收球机构内，然后通过皮带轮的传送机构进入到最后的封装机构。当封装机构满了以后触动自动报警装置，提醒人来收取乒乓球。通过对乒乓球拣拾器的电机、电源选择和分析、整体结构设计、收球机构设计、传送机构设计、封装机设计构、自动报警装置的设计和选择，增加和提高了自己对乒乓球捡拾器的了解。该仪器主要有传送机构、收球机构、封装机构组成21920。收球机构传送机构封装机构自动报警装置2.2 乒乓球捡拾器方案选取（1） 用带传动：V带传动结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护。但是容易产生滑动损失，滞后损失，空气阻力。（2） 用链传动：链传动它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力、能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作、和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小、传递效率较高,一般可达0.950.97。但是链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象且安装和维修要求较高。（3） 用电动机驱动：优点是便于实现正反转，功率大，容易控制，转速精准。缺点是电流大。（4） 用汽油机驱动：优点是环保节能而且功率大、效率高、使用时间长。缺点是噪音大、排放的气体污染严重。（5） 用空气动力系统收球：优点是速度快、效率高。缺点是容易连灰尘和垃圾一起吸入。（6） 用机械系统收球：保证收入的只有乒乓球。缺点是速度相对来说要慢。 因此，经过综合对比，选择（2）（3）（6）。 2.3 总体方案设计本乒乓球捡拾器前端采用滚筒毛刷配合弧形挡板的结合机构，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实现其功能的。本乒乓球捡拾器主要包括：外形框架结构和行走机构、收球机构、输送机构、控制部分等。图1 总体外观图Fig.1 Overall exterior picture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，主要功能：捡拾乒乓球馆运动员训练后场地中散落的乒乓球。2.4 主要参数的确定乒乓球直径：40mm 重量：2.7克机器体积：600mm600mm600mm收球宽度：600mm工作效率：约为10/min（注：机器走过的地面乒乓球即被收起，所以本乒乓球捡拾器以单位时间内机器扫过的面积作为工作效率参数）。2.5 各部分简要说明2.5.1 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长12米、宽6米，用0.75米高的挡板围成，在离地面3.5米以上装电源。如果是单张球台，所占的面积应为长14米、宽7米，用0.75米高的挡板围成，在离地面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600mm600mm572.5mm.其外形图如图2。图2 外形框架图Fig. 2 Appearance framework picture2.5.2 行走机构行走机构是由两个直流电机带动车轮滚动，两个电机同时正向或反向转动时，本机器就前进或后退。当两个电机一个正向一个反向转动时，机器进行做左转和右转。车轮由两个直轮和两个万向轮组成。其安装位置如下图。 图3 车轮安放位置示意图 Fig.3 Wheel placement of drum picture2.5.3 收球机构收球机构采用滚筒毛刷配合弧形挡板和结合结构，采用直流电机驱动其转动，蒋乒乓球收入机器内。其结构图如下： 图4 滚筒外观图 Fig. 4 Appearance ball roller picture2.5.4 传动系统综合考虑本机器的工作情况和成本要求，本机器的传动采用链传动。传动部分是电机通过链传动分别带动收球滚筒和传送滚筒使其完成收球和传送动作。此链传动系统是本乒乓球捡拾器的一个重要组成部分。传动系统包括两个链传动： （1） 主电机与收球滚筒之间的链传动。 （2） 主电机与传送滚筒之间的链传动。2.5.5 控制系统控制部分主要包括直流电机的驱动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。电机有继电器控制正反转，并有单片机控制继电器，从而实现电机的正向和反向转动。报警装置包括一个行程开关和蜂鸣器，以单片机Mega32为核心实现报警功能。3 外形框架结构和动力系统3.1 拾取器整体框架结构 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长12米、宽6米，用0.75米高的挡板围成，在离地面3.5米以上装电源。如果是单张球台，所占的面积应为长14米、宽7米，用0.75米高的挡板围成，在离地面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600mm600mm572.5mm.其详细尺寸见零件图。外形框架材料采用25mm25mm的方钢管，其壁厚为4mm，工艺采用焊接链接。部分支架杆表面在装配时需要打磨表面和钻孔安装。3.2 拾取器动力系统为了能够本机器在收球过程中收球完全、不留下死角，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，车轮的安防位置简图如图3。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：110mm直轮中心高为：55mm行走电机尺寸：3680mm万向轮车轮直径为：56mm其行走情况如下：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，机器直线后退。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。3.3 拾取器车轮电机选取在工业企业中，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地作为检测、发大、执行和解算元件应用在各种产品中。由于直流电机机械性能优良，过载能力强。我们所使用得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式直流电机，其结构简单，外形小巧。外形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/s左右，因为值车轮直径D为110mm，所以要求电动机转速为 n=60vpD=259r/min 估算整个机器的重量（1）估算框架的质量，查铸钢的密度=7.8103kg/m3 G框架7.81030.64+0.554+0.5354+0.1182+0.0344 0.0250.025-0.0170.017 （1）7.81037.3720.00033619.32kg（2）估算滚筒轴的质量，查合金钢的密度 =7.9103kg/m3G滚筒轴7.91030.01520.156+0.017520.5445kg （2）（3）估算滚筒的质量，查铸钢的密度，橡胶的密度分别为： 钢 =7.8103kg/m3 橡胶=1.3103kg/m3 G滚筒1.3103100.010.05+7.8103 （3）(0.0252-0.01752)0.0252+0.0752-0.01752 0.0052+0.530.140.0026.24kg同理估算上升机构总质量约为15.5kg考虑其他外设装置，所以总重约为40kg左右。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 Tab.1 Form of coefficient of friction材质静摩擦系数动摩擦系数橡胶0.620.48则：静摩擦力 f=409.80.62=243N故电机的最小扭矩为 2430.055=13.36nm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DY-0007其参数为：表2 电机参数表 Tab.2 Motor parameter table型号额定电压输出转速最大扭矩DY-0007DC12V260r/min35n/m4 滚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、轴的毛胚，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，或减轻应力集中，有良好的工艺性，并使轴上零件定位可靠、装配方便。对于要求刚度大的轴，还应该从结构上考虑减少轴的变形。4.1 求轴上的功率P、转速n和转矩T链传动的效率=0.96 轴承传递的效率=0.97则 P=300.960.97=28w=0.028kw n=100r/min T=95500000.028/60=4457n/mm4.2 初步确定轴的最小直径初步估计轴的最小直径：轴的材料为45号钢，调制处理。根据19表15-3取Ao=103，于是得 dmin=A03pn=10330.028100mm7mm （4）对于直径d小于等于100mm时，有2个键槽应增大10%15%，所以取 dmin=12mm4.3 轴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。 a为了满足从动轮的轴向定位要求，1-2轴段左端需制出一轴肩，取1-2端直径为d1=30mm，轴承为对开式二螺柱正滑动轴承，此轴承为宽度B=34mm,所以轴左端迟钝为34mm，根据装配尺寸，轴的总长取d1=700mm。b初步选择滑动轴承。应为轴承主要起定位作用，轴向载荷不大，故选滑动轴承。参照19工作要求选取对开式二螺柱正滑动轴承（摘自JB/T 2561-1991）型号：H2030型，其尺寸为dDB=30mm38mm34mm，滑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19手册上查得轴肩高度应大于R或者C1通常取 =（0.07-0.1）d所以取定位轴肩高度h=2.5mm，因此取中间轴段直径为：35mm。根据装配尺寸，所以中间轴段长度尺寸为544mm。4.4 轴上零件的周向定位滚轮与轴的周向定位采用平键链接，根据滚筒与轴联接段d1=35mm,查表20得平键界面bh=10mm8mm（GB/T1095-1979），键槽用键槽铣刀加工，长为22mm，同时为了保证链轮与轴配合有良好的对中性，故选择链轮轮毂与轴的配合为H7/n6.滑动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选择的直径尺寸公差为m6。4.5 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表20取轴端倒角为1.245，具体见轴的零件图。4.6 求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的指点位置时，从表915-23中查取a值。对于滑动轴承，支点在e=0.5B处。因此作为简支梁的轴的支撑跨距578mm，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图及弯矩和扭矩图再可以看出截面C是轴的危险截面。先将计算出的截面C处的Mv及M值列于表3。表3 载荷表Tab.3 Load table载荷支反力F弯矩M总弯矩扭矩T水平面H FH1=107NMH=50000NmmFH2=624N FH3=568NM=5775NmmT=4457Nmm FH4=61.2N 垂直面V FV1=15NMV=2090Nmm FV2=15N FV3=30N 作出轴的计算简图（即力学模型）计算简图见图5（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5（b）所示（1）前面已算得滚筒支梁为6.24kg，那么作用在轴上的重力为 FH4=6.249.8=61.2N （5）（2）链轮的分度圆直径为112mm，那么作用在链轮的压轴力FH3=2zf0sina12=21284sin1802N=568N （6）由静力平衡方程 F=0 FH1+FH3=FH4+FH2 M1=0 FH4289+FH2578-FH3666=0 （7） FNH1=107N FNH2=624N作弯矩图如图5（c）显然有MH=5000Nmm分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5（d）所示（1）每个乒乓球的重量为2.7g,综合考虑确定估算FV3=30N由静力平衡方程 F=0 FV1+FV2-FV3=0 M1=0 FV1578+FV4289=0 （8）可求的 FV1=15N FV4=15N作弯矩图弯矩图如图5（e）所示显然有MV=2890Nmm总弯矩 见图5（f） M=M2M50002+28902=5775Nmm （9）作扭矩图总的扭矩图如图5（g）所示 T=4457Nmm按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19（15-5）及以上所算的数据，并取=0.6，轴的计算应力 =(Md332-bt(d-t)22d)2+4(Td316-bt(d-t)22d)2 （10） =3.6易知 3.6-1=40 (-1Q235-A=40) 故安全！ 图5 载荷分析图Fig.5 Load analysis picture5 输送轴5.1 求轴上的功率、转速和转矩链传动的效率=0.96 轴承传递的效率=0.97则 P=300.960.97=28W=0.028kw n=100r/min T=95500000.028/60=4457nmm5.2 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号钢，调制处理。根据1915-3取A0=103，于是得 dmin=A03Pn=10330.028100mm7mm （11） Dmin=10mm5.3 轴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a为了满足从动轮的轴向定位要求，1-2轴段左端需制出一轴肩，取1-2端直径为d1=30mm，轴承为对开式二螺柱正滑动轴承，此轴承为宽度B=34mm，所以轴左端尺寸为34mm，根据装配尺寸，轴的总长取d1=700mm。b初步选择滑动卓成。因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JB/T 2561-1991）型号：H2030型。其尺寸为dDB=30mm38mm34mm，滑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19手册上查得轴肩高度应大于R或者C1通常取 =（0.07-0.1）d所以取定位轴肩高度h=2.5mm，因此取中间轴段直径为：35mm根据装配尺寸，所以中间轴段长度尺寸为544mm5.4 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。5.5 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表2015-2取轴端倒角为1.245，具体见轴的零件图5.6 求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从表915-23中查取a值。对于滑动轴承，支点在e=0.5B处。因此作为简支梁的轴的支承跨距578mm，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。表4 载荷表Tab.4 Load table载荷支反力F弯矩M总弯矩扭矩T水平面HFH1=38NMH=21964NmmFH2=38NFH3=75.95NM=72155NmmT=4457 Nmm垂直面VFV1=-574NMV=68731NmmFV2=119NFV3=103.2N作出轴的计算简图（即力学模型）计算简图见图6（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6（b）所示（1）前面已估算得输送机构总质量为15.5kg，那么作用在轴上的重力为 FH3=15.59.8/2=75.95N忽略链轮的重量列静力平衡方程 F=0 FH1+FH2=FH3 M1=0 FH3289+FH2578=0 （12）可求得 FH2=38N FH1=38N作弯矩图弯矩图如图6（c）所示显然有M H =21964Nmm分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6（d）所示（2）链轮的分度圆直径为112mm，那么作用在链轮上的压轴力 Fp=2zF0sin12=2151.6sin1802=103.2N （13） 列静力平衡方程： F=0 Fv1+Fv3=Fv2 M1=0 Fv3666-Fv2570=0 （14） 可求得 FV1=-547N FV2=119N 作弯矩图 弯矩图如图6（e）所示显然有 MV=68731Nmm总弯矩见图6（f） M=MH2+MV2=219642+687312=72155Nmm （15）作扭矩图总的扭矩图如图6（g） T=4457Nmm图6 载荷分析图Fig.6 Load analysis picture按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19（15-5）及以上所算的数据，并取=0.6，轴的计算应力 ca=（Md332-bt（d-t）22d）2+4（Td316-bt（d-t）22d）2 （16） =5.3易知 5.33038键的公称尺寸丨(h8)h(11): 0.40.6键的公称尺寸丨L（h14）： 22110每100mm重量/kg： 0.063键槽丨轴槽深t丨基本尺寸： 5.0键槽丨轴槽深t丨公差： （+0.2,0）键槽丨毂槽深t1丨基本尺寸： 3.3键槽丨毂槽深t1丨公差： （+0.2,0）键槽丨圆角半径r丨min： 0.25键槽丨圆角半径r丨max： 0.4键的校核： 对键进行校核键的尺寸为bh1=10mm8mm22mm键和轴的材料都是钢，由表206-2 查得许用挤压应力p=100120MPa，取其平均值 p=110MPa键的工作长度 1=L-b=12mm接触高度 K=0.5h=0.58=4mm又 T=12.35Nm则 p=2T1000/K1d17.1MPap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 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。其图形结构如下： 图11 传动机构 Fig.11 Transmission mechanism上升机构主要包括：（1） 传送支架（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，并通过出口将兵乓球输送到收球箱中。7.1 输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。7.2 轴承初步确定9选择对开式二螺柱正滑动轴承（JB/T 2561-1991）其参数见表4滑动轴承的计算;(1) 验算轴承的平均压力p p=FdB=5473034=0.54MPa （20）查表20选用耐磨铸铁材料符合要求。(2) 验算轴承的pv pv=FdBdn601000=Fn19100B=5471001910034=0.0840.3 （21）(3) 验算滑动速度v v=dn601000=0.160.3 （22）所以型号的滑动轴承符合要求7.3 传送滚筒传送滚筒是连接上升轴和传送带之间的，用来传递转矩，带动传送带转动。其材料为橡胶材质。7.4 传送带传送带采用橡胶注塑而成，其具体尺寸见零件图。8 传动系统此传动系统主要是由主电机通过链传动分别带动收球机构的轴和传送机构转动，实现其相应的动作。链传动是由固联于主动轴上的链轮、固联于从动轴上的链轮和紧套在两轮上的链条组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于链和链轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。链传动具有传递功率大、传递效率高以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。8.1 主电机与收球滚筒之间的链传动设计(1)选择链轮齿数取小链轮齿数Z1=19，大链轮的齿数为Z2=iZ1=3.219=61。(2)确定计算功率由19表9-7查得KA=1.0，图9-13查得KZ=1.52，单排链，则计算功率为 Pca=KAKZP=1.01.523KW=2.28KW （23）(3)选择链条型号和节距根据Pca=2.28KW 及n1=100r/min查图9-11，可选16A-1.查表199-1，链条节距为p=25.4mm。(4)计算链节数和中心距初选中心距a0=（3050）25.4mm=761.61269.6mm。取a0=1000mm。相应的链长节数为 Lp0=2a0p=Z1+Z22+（Z2-Z12）2Pa0=2100025.4+19+612+（61-192）225.41000118.7 （24）取链长节数Lp=118节查表199-7得到中心距计算系数f1=0.24467，则链传动的最大中心距为 a=f1p2Lp-（Z1+Z2）=0.2447625.42118-（19+61）mm970mm （25）(5)计算链速v，确定润滑方式 V=n1z1p6010000=0.8m/s （26）由v=0.8m/s和链号16A-1，查图9-14可知应采用滴油润滑。(6)计算轴压力有效圆周力为：Fe=1000Pv=1875N 链轮水平不止时的压轴力系数K fp=1.15,则压轴力为FPK fpFe=1.1518752156N有张紧装置。链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的松边垂度过大时残生啮合不良和链条的震动现象，同时也是为了增加链条和链轮的啮合包角。当中心线与水平线的夹角大于60时。通常设有张紧装置。 张紧的方法有很多。当中心距可调时，可通过调节中心距来控制张紧程度;当中心距不可调时，可设置张紧轮。如图所示，或在链条磨损变长后从中去掉一、二个链接，以恢复原来的张紧程度。张紧轮可以是链轮，也可以是滚轮。张紧轮的直径应与笑脸论的直径相近。张紧有自动张紧如图a、b和定期张紧如图c，前者多用弹簧、吊重等自动张紧装置，吼着可用螺旋、偏心等调整装置。（a）自动张紧1（b）自动张紧2（C）定期张紧图12 张紧装置Fig.12 Tensioning device8.2 主电机与传送滚筒之间的带传动因为收球机构与传送机构的速度要求一致，所以选择链轮齿数相同，链条节数相同，中心距不变。但是由于位置不同，所以选取张紧方式不同.最终结合实际情况选用c图张紧装置。9 主电机选择由于乒乓球的质量很小，两链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，直流减速电机经过实验，基本符合收球要求，故选用此型号的电机。电机参数见表5表6 电机参数表Tab.6 Motor parameter table型号额定电压输出转速转矩（kgcm）齿轮减速比DC-80DC12V100r/min3.21:6-1:50010 控制部分 控制部分主要包括电机控制和报警系统。其功能是电机控制部分控制行走电机的正反转和主电机的转动和停止。报警系统的功能是当球箱内球收满时，蜂鸣器发出报警声，提醒工作人员球已收满。10.1 电源 该系统的供电采用三端集成稳压器7805和7812能给系统提供+5V和+12V稳压电源（也可以采用蓄电池供电）。如图13 图13 电源模块 Fig.13 Electric power module10.2电机控制模块该控制模块采用单片机Mega32控制，下面主要介绍其接口及主要性能35。Mega32是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CM0S8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口得管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码如漱口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/0口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被北部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，他们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。图14 Mega32引脚图Fig.14 Mega32 pin chart此为Mega32最小系统电路如图： 图15 电机控制模块 Fig.15 Classic motor control circuit moduleL298简介：L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相 和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时的序信号，但在本驱动电路中用L297来提供时序信号，节省了单片机IO端口的使用。L298N之接脚图13所示，Pin1和Pin15可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个步进电机；input1input4输入控制点位来控制电机的正反转；Enable则控制电机停转。图16 L297芯片Fig.16 L297ChipL297的工作原理介绍L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。该集成电路采用了SGS公司的模拟/数字兼容的I2L技术，使用5V的电源电压，全部信号的连接都与TFL/CMOS或集电极开路的晶体管兼容。L297的芯片引脚特别紧凑，采用双列直插20脚塑封封装，其引脚见图1，内部方框见图2。在L297的内部方框图中。变换器是一个重要组成部分。变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码(顺序如图3所示)。由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻，晶片内部的通用振荡器提供斩波频率脉冲。每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到Uref时(Uref是根据峰值负载电流而定的)，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器Q输出)是一恒定速率的PWM信号，L297的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1和INH2起作用。CONTROL为高电平时，对A，B，C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1和INH2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制图17 电机控制模块Fig.17 Motor control module10.3 报警模块考虑此控制模块的精度要求不高，结合成本的考虑要求，报警装置采用行程开关和弹簧结合的传感装置。由弹簧的力学公式： F=kx当兵乓球的重量达到一定程度时，x达到一定的形变，乒乓球桶下移便出发行程开关的常开触点闭合，然后低电平有效使单片机输出矩形波驱动蜂鸣器发出报警声，提醒工作人员
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