机械原理课程设计-乒乓球发球机说明书教材

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 3二 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 12（3）摆头机构的尺寸分析 13A. 连杆的尺寸设计 13B. 凸轮的尺寸设计 15五 选

2、定机构的运动分析 171. 送球装置的运动分析 17A.位移分析 17B.速度分析 18C. 加速度分析 19D. 平衡力矩分析 203. 发球机构的运动分析 22速度分析 22六 心得体会 22七 参考资料 23八 附录 23一设计题目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=1030m s 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

3、 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 二项目组成员及分工 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 制作三设计方案与选择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

4、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。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。

5、 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能够实现间歇性送制造时废材料， 送球装置过大可能会加重机架的承重负担球运动，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

6、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00-360 360360-720 最左处向右摆最右处向左摆摆头机构015165195345-15-165-195-345-360停止推程停止回程停止发球机构00-180180180-360 发球-发球-注：送球机构 2对应摆头机构及发球机构 1四选定机构的尺寸设计1. 机构的运动简图2. 机

7、构的自由度计算有一处复合铰链N=12 pl=16 ph=3F=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减速电动机带动齿轮 1 转减速电动机转速 n=f=40 个/ 分动，齿轮 1 与齿轮 2 相啮合。40r/min要求齿数，分度圆半径相同。齿轮均为标准齿轮齿轮 2 与不完全齿轮 3 同轴齿轮 1、 2、4：m=5固定，不完全齿轮 3 与齿轮 4z=30相啮合，齿轮 4 与凸轮 5 同不完全齿轮轴固定。要求齿轮 1、2 与凸m =5 z=15轮 5 的转速比为 2分度圆直径 d=150考虑到发球口轴线与推杆轴（ 如图 ）线重

8、合底座厚 20设计底座厚 20齿轮、凸轮厚 10齿轮、凸轮厚 10齿轮1轴长 85齿轮 1 轴长 85齿轮 3轴长 20齿轮 3 轴长 20齿轮 2、3 间 20齿轮 2、3间 20凸轮 4、5 间台 35凸轮 4、5间台 352）送球机构的尺寸分析已知条件设计过程计算结果送球频齿轮 1转速=4/3 rads=4.19 rad/sL1=L2率 f=40满足送球滑块能将球送入发球装置，并满足双曲=70mm个/分柄七杆机构运动无死点钟(L4d/2 ， L1 d/2 ，L3=L3L1 d/2 L3 ， L2+d/2 L3 )=160mm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

9、定的杆 1、2：L1=L2=70mmL5=计算双曲柄七杆机构：曲柄运动过程中，执行端82.6mm（滑块）两个极位位移差S (160 70)2 (- 160 - 70)2 167.68C 点移动到最远点时，滑块能将球推送至发滑块长球装置故定=50mmL3=L3=160mm L5=82.6mm滑 块长 =50mm3）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定发球口与转动轴的距离为 50mm固定杆发球机则发球口的垂直位移为的机架摆角定250tg15=26.8竖直位为凸轮部分的升程为 50mm移为15为确保连杆不与凸轮接触， 定滚子与固定杆的机架50mm竖直位移为 50mm

10、L1=定 9 杆相连的机架与齿轮 7 相连的机架高 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=50175.3L2=94.7L10=180.3L11=100L12=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发球机内有两个摩擦轮，可将球以所如图径 D=40mm需的速度发出发出该装置将v摩擦 v 球（当两个摩擦轮速度相

11、同时）乒乓球发V球 1/2V摩擦 1 V摩擦 2出的速度（当两轮速度不同时）为 20m/s设计机头 100 宽 60 摩擦轮直径 25厚度 20五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VB1 P14 P122 P24 P12V C 1 P24 P23 0 该时刻执行端速度为 0可简化为由 soli

12、dworks 运动仿真得到的速度曲线：C. 加速度分析aC aB aBn aCB aCnB由速度计算得n 2 22 1.83 1 4.19 aB 1 l 1 1228.9mm / sanCB 12 l1 535.8mm / s2解得 ac 4260mm / s2b aB bc aCB cc aCB c aC 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M 0 F 03. 发球机构的运动分析速度分析v摩擦 v球 （当两个摩擦轮速度相同时）V球 1/2V摩擦 1 V摩擦 2 （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/s六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