【《乒乓球训练机械装置结构计算设计》12000字】

乒乓球训练机械装置结构计算设计目录TOC\o"1-3"\h\u18425第1章绪论 2124961.1课题背景及研究的目的和意义 283581.2国内外发展现状 38361.3课题主要内容 429048第2章乒乓球训练机的设计 580332.1乒乓球训练机工作流程 5157042.2乒乓球训练机上料机构的方案设计 5272092.5旋风球发射装置的设计 823765第3章横向移动装置的设计 11226443.2步进电机的选型计算 18189453.3支撑板有限元分析 2128044第4章俯仰机构的设计 25271444.1电机的选型计算 2541344.2同步带选型 266215第5章旋风发射装置的设计 28293805.1电机的选型 28322405.2齿轮的选型计算 2820020第6章结论与展望 328976.1结论 32161306.2展望 3220789参考文献 34摘要乒乓球是一项动作精细、竞争激烈的体育项目。乒乓球已经是一项全球性的运动。它不仅需要高技能，还需要灵活性、多变，从而在比赛中取得优异的成绩。传统的训练是手动完成的，人的主观性很强。需要两个人才能完成，无法全方位有效训练。因此，乒乓球训练机的设计可以有效解决上述问题。本课题的研究对象是乒乓球训练机，重点对乒乓球上料装置、俯仰机构和横向移动装置进行设计，乒乓球上料装置采用料斗进料，通过电机驱动链传动实现转盘进行分球，转盘上设计有角度相同布置的凹槽，通过转盘的转动将乒乓球转动到垂直方向，乒乓球在重力作用下落入发射管，俯仰机构主要控制发射管的上下角度，从而控制乒乓球发射的位置；横向移动装置主要是实现乒乓球在横向位置的移动，通过电机驱动滚珠丝杆机构实现乒乓球在横向位置的变化，从而来模拟人发球，本设计首先确定了乒乓球发射机的总体设计方案，然后对这三个部分进行设计，包括电机选型、滚珠丝杆计算、同步轮的设计计算，利用solidworks软件对其整体建模，完成了总体的结构设计。关键词：乒乓球；上料装置；俯仰装置；横向移动装置绪论1.1课题背景及研究的目的和意义乒乓球训练机的研发需要多门学科互相结合，其中包含控制论、机构学，除此之外还有信息和传感技术等，是一种高新技术研发成果。它可以实现自动化，能够对其进行重复编程，并且功能齐全，应用广泛。与传统的人工发球相比，乒乓球训练机可以代替人工进行单一重复的工作，降低劳动强度，提高工作效率，并且能够实现规模化的生产方式，目前在乒乓球运动中有非常高的市场占有率。乒乓球训练机的批量生产，大量投入到乒乓球运动中，为我国乒乓球运动在全世界取得辉煌成就奠定了坚实的基础。随着社会的发展和时代的进步，人们的生活水平逐渐提高，但随之而来的是越来越多的人处于亚健康状态，这促使人们对运动更加重视。乒乓球运动接受范围广，乒乓球训练机得到了广泛的应用。目前，致力于增强发球机的发球效率和质量，使其能够完成上下左右方位的旋转，并且发球时能够控制在三个区域，包括近台、中间、远台，并且让每个区域分别有左右五个位置落点，这种机械设备能够减少陪练员的运动强度，增加运动员的效率和水平。随着人们对运动的高度重视，传统的人工陪练的工作模式逐步被自动化机械所取代，并且致力于研究怎样将工作效率和工作质量得到有效提高。在现有乒乓球训练机的基础上，对其原理进行研究分析，结合所学机械知识，通过查阅相关资料和文献，对实际装备等问题进行解决，设计一款可以提高工作效率和质量、结构紧凑、工作可靠的乒乓球训练机。本课题设计的乒乓球训练机，由电机为链和链轮提供驱动力，促使关风阀轴发生运动，从而达到乒乓球进入发球机构的目的。由电机为丝杠提供驱动力，使发球机构能够完成水平方向的运动，并且由电机为皮带和带轮提供驱动力，使发球机构能够完成上下和左右的转动。本课题设计的乒乓球训练机，使发球效率和质量得到了有效的提高，同时降低了陪练员的运动强度，提高运动员技能水准。在乒乓球运动的训练过程中，传统的发球方式是通过陪练员进行发球，这样不仅需要陪练员消耗大量的体力，同时需要花费更多的时间。因此有了乒乓球训练机的诞生，不过其智能程度较低，仅能实现定点发球，没有可变性。随着机械制造业的发展，科技的创新，利用机械设备代替人工操作，增强工作效率和质量，从而使运动员整体运动素质得到提高。1.2国内外发展现状随着科技的突破创新，自动化产业逐步走向市场，而市场对智能机械的需求也逐渐增大，同时对乒乓球发球质量以及发球效率不满足于现状，潜心研发，致力于高质量，高效率的发展方向，因此人工发球方式已成为过去，不能满足市场需求。乒乓球训练机很早就在国外应用起来，因为人工费用比较贵，因此乒乓球训练机在国外也随之兴起，现如今，在乒乓球运动中，乒乓球训练机已经随处可见，技术相当成熟。随着国内人工费用的高涨，并且对发球质量以及发球效率的高要求，乒乓球训练机在中国市场的前景也十分美好。国外最先研发乒乓球训练机，并且投入乒乓球运动中，并逐渐改良优化，目前国外的设备非常成熟。因为我国对其研究相对较晚，通过对国外的技术购买，研究其工作原理，再设计，这样不仅浪费时间，成本也高。早期我国设备是通过采购国外的乒乓球训练机，这样不仅需要花费高昂的设备费用，后期的维护成本也不小，因此对实际的使用受到了很大的约束，同时还会阻碍我国对乒乓球训练机的研发，以及相关技术的发展，采购的乒乓球训练机成本和售后维修价格高昂。通过对乒乓球训练机的研究，发现乒乓球训练机技术并不复杂，我国早期乒乓球训练机，主要是靠国外引进，很少有自己研发的。在发现乒乓球训练机的技术并不复杂后，中国有能力自主设计合理可靠的训练机，也能提升企业的竞争力，国家科技进步速度大大降低成本。目前，已经研制出了一些成熟的乒乓球训练机，并将其投入到市场试运行或者试生产过程中，试用证明国内生产的乒乓球训练机运行平稳可靠，在很多指标上并不逊色甚至超过了国外装置。在对国内外研究现状进行比较后可以发现，虽然我国研究此项技术起步较晚，但具有较强的实力，在很多方面已经超过国外，国内所生产的乒乓球训练机已得到广泛应用，完全具备了满足国民需求的能力。1.3课题主要内容在设计本装置时，以实际使用工况作为参考，设计一款工作可靠、结构紧凑不复杂、发球范围较大、功能齐全、适用性强的乒乓球训练机，能够完成高质量高效率的发球工作，从而提高在乒乓球运动中的效率和质量，使运动质量得到显著提升。本课题的设计需要完成以下几方面内容：1.通过查阅和乒乓球训练机相关的文献和综述，了解乒乓球训练机的背景以及意义，对该产品发展现状进行研究。2.结合实际工况与所学知识，确定乒乓球训练机的总体设计方案，确保整个装置结构紧凑，运行平稳可靠。3.确定总体设计后，根据设计原则选择和计算相关部件，建立三维模型图。4.检查关键部件，确保设计装置的使用寿命能够满足实际工况。通过设计方案、原理和关键部件选型设计，利用3D软件建立3D模型。造型过程中可随时调整结构，保证整个装置在运行过程中互不干扰，满足设计要求。乒乓球训练机的设计乒乓球训练机2.1乒乓球训练机工作流程乒乓球训练机横向移动装置发射装置俯仰装置上料装置旋风球发射装置分球装置横向移动装置发射装置俯仰装置上料装置旋风球发射装置分球装置控制乒乓球横向的发射位置将乒乓球发射出去控制乒乓球发射角度摩擦发射出旋风球保证乒乓球可以一个个输送控制乒乓球横向的发射位置将乒乓球发射出去控制乒乓球发射角度摩擦发射出旋风球保证乒乓球可以一个个输送2.2乒乓球训练机上料机构的方案设计由于发球机针对的是单个人，因此需要准备许多乒乓球进行自动上料和发球，为了保证乒乓球一个个发射，需要设计上料装置，本设计采用料斗和转盘来进行上料和分料，采用电机驱动链传动控制转盘的转动，为了保证乒乓球一个个发射，必须乒乓球一个个分拣然后推出，如图2.1所示为乒乓球上料装置的设计。如图2.1所示为乒乓球上料装置的设计，采用电机驱动一级链传动，通过从动链轮带动转盘，转盘上设计有均匀大小的凹槽，凹槽的尺寸比乒乓球稍微大点，通过轮盘的转动将凹槽中的乒乓球转动到正下方，乒乓球在重力的作用下掉入发射区，完成了上料分料过程。2.3乒乓球训练机的横向装置设计横向装置主要是通过实现发射装置的横向移动，用来调节发射管在横向的位置，主要是通过直线运动来完成的，在实际生产中，有四种机构可以完成这项工作，包括滚珠丝杠、齿轮齿条、液压缸和同步带传动，接下来将它们进行对比。图2.1乒乓球上料装置的设计（1）滚珠丝杠滚珠丝杠是机械制造业常用实现直线运动的传动机构，传动精度高，运动过程平稳，其缺点是在竖直方向没有自动锁定的功能。如果本设计选择滚珠丝杠来实现发射装置的直线运动，那么当发射装置在竖直方向运动的时候，因为滚珠丝杠没有自动锁定功能，并不能保证发射装置工作的准确性，因此不符合本装置的实际工况。（2）齿轮齿条齿轮齿条也是常用的可以实现直线运动的传动机构，其原理是将齿轮的转动通过传递，转化为齿条的直线运动，在工作过程中，把齿轮或者齿条中的一个进行固定，则可以实现另一个部件做直线运动，传动比大，效率高，可以控制其速度，并具有自动锁定功能，问题是精度不高，当负荷较大时，可能会产生定位误差，同时由于齿轮之间的长时间接触，会对齿面造成磨损，要及时处理，避免造成更大的误差。如果本设计选择齿轮齿条来实现发射装置的直线运动，齿轮齿条不能够做到完美贴合无间隙，因此在其传动的过程中会有震荡的情况发生，精度低，这样就没办法保证发射装置能够到达目标位置，影响发射装置工作的稳定性。（3）液压缸液压缸的优点是生产成本不高，并且容易安装换新，具有非常高的市场占有率，目前液压缸的技术已经非常成熟，在液压缸投入工作时，必须和液压站共同使用，虽然在工作过程中，其反馈信号的发射接收可能会存在延迟的现象，但是液压缸基本的性能不会受到影响。如果本设计选择液压缸实现发射装置的直线运动，其主要是由压力的控制来完成定位功能的，精度高，能够确保直线运动的准确性，使发射装置到达目标位置。（4）同步带同步带是通过齿形啮合的方式进行传动的，这种传动方式能量损失相当小，通常情况下，仅仅有两个百分点的损耗，因此具有节能降耗的特点。如果本设计选择同步带实现发射装置的直线运动，能够保证发射装置工作的稳定性。在实际生产中，同步带传动的优点是工作平稳可靠，声音小，对其他部件的运转不会造成影响，同时同步带的价格比较低，容易维修换新，适用性更强，能够进行远距离的传动。经过以上的分析不难看出，选择四种机构来实现发射管的直线运动，从而达到发射装置横向移动的目的，将它们的优缺点进行对比，不同的工作环境适合于不同的机构。例如滚珠丝杠的优点是传动精度高，运行平稳，但是其没有自动锁定功能，并不能保证发射装置工作的准确性。齿轮齿条不能够做到完美贴合无间隙，因此在其传动的过程中会有震荡的情况发生，精度低，这样就没办法保证发射装置能够到达目标位置，影响发射装置工作的稳定性。液压缸投入工作时，必须和液压站共同使用，虽然在工作过程中，其反馈信号的发射接收可能会存在延迟的现象，但是液压缸基本的性能不会受到影响。同步带是通过齿形啮合的方式进行传动的，这种传动方式能量损失相当小，通常情况下，仅仅有两个百分点的损耗，因此具有节能降耗的特点，同步带主要用于轻载场合，而横向移动装置是安装在底部，需要承受较大重量，综合考虑选择滚珠丝杆机构实现，具体设计如下图2.2所示。如图2.2所示为横向移动装置的设计，由于对横向移动控制精度较高，本设计采用步进电机驱动滚珠丝杆机构带动支撑板直线运动，支撑板上装有发射装置，可以可以在横向方向可以控制发射装置的位置。2.4乒乓球训练机俯仰机构设计俯仰装置是控制乒乓球在高度发射的角度，这样可以模拟人来完成，采用电机驱动二级带传动，将动力传递给发射管，发射管可以随着转轴一起转动，从而达到角度控制的目的，由于电机转速较高，因此采用二级带传动进行减速，保证乒乓球发射的速度和人操作的一样，如下图所示：图2.2横向移动装置的设计图2.3乒乓球训练机俯仰机构的设计2.5旋风球发射装置的设计在发射的出口处设计出旋风球发射装置，在风管的两侧对称布置有摩擦轮，通过两个摩擦轮对乒乓球的摩擦实现乒乓球的自转，这样乒乓球在发射时不仅有沿着一定轨迹运动还可以自身发生转动，在这里采用直流电机驱动锥齿轮，通过锥齿轮带动摩擦轮实现乒乓球的自转，具体装置见下图。图2.4乒乓球发射装置的设计2.6乒乓球训练机机架设计针对机架的设计，这一机构的主要作用是对各机构进行支撑，并且为它们提供相应的安装接口，从而使整个装置能够运行平稳、工作可靠，所以机架结构的设计同样关键。针对以上机构在机架上的分布，首先将发球机构安放在机架最上方，为传递机构的整体分布以及细节的调整打下基础，使机构更加的简单，减少工作时机械故障的发生。为了满足使用需求，结合成本，主体结构选择后钢板为材料，经过焊接的方式进行制造，为了提高机架的稳定程度，在某些部位增加横板和立板，用来达到设备安装更加方便的目的，同时提高机体的刚性，由螺栓对安装接口进行连接，如果存在高度有差异的情况，使用垫块零件对其进行调整。2.7整体方案模型由图2.4可以看出，为乒乓球训练机整机三维模型，经过反复研究后把总体设计方案确定下来，以此为基础设计出不同的功能机构，并完成三维模型的绘制工作，最后还要对它们进行组装，形成整机三维模型图。图2.5整机三维模型第3章横向移动装置的设计3.1滚珠丝杆的选取滚珠丝杠是机械制造业常用实现直线运动的传动机构。其主要由丝杆和滚珠等主要零部件组成。丝杠的直径大小直径影响丝杠的刚度，而且是成正比，即直径越大刚度也越大，但是直径大小也直径影响转动惯量，而且成正比，即直径越大转动惯量也越大.根据本装置结构特点和实际工况，其丝杠直径设计为25mm，导程选用5mm。3.1.1滚珠丝杠导程验算首先对其导程来进行验算(3-1)式中Ph——丝杆的螺距大小（mm）；vmax——最大速度（m/min）；nmax——最高转速（r/min）；i为1，之所以做出这种选择是因为电机与丝杆是直接连在一起的，本次研究采用的是步进式电机，已知国产电机的最大转速，即为2000r/min，把相关数据代入公式中进行计算后获取准确数据。已选择的导程为5毫米，显然已经超过所计算出的数据，由此可以做出判断，即能够满足要求。3.1.2平均转速与载荷计算（1）对平均转速与载荷进行计算(3-2)其中最大转速和最小转速已经确定，分别为2000r/min和0，把相关数据代入公式中进行计算并获取准确数据。（2）当量载荷计算(3-3)式中Fm——当量载荷（N）；——丝杆受到最大的载荷，取。——无载荷时，取3.1.3额定动载荷经过计算后把额定动载荷确定下来。以能够达到的最大工作时间为依据进行计算，确定额定动载荷的准确数据：(3-4)式中Cam——额定动载荷（N）；Lh——最大的工作预期时间，即20000h取Fa=0.9fc=1 Fw=1代入公式进行计算：最大载荷：Cam=fe×Fmaxfe=4.5，进行计算：取两种计算的最大值：3.1.4螺纹底径计算通过计算把螺纹底径确定下来。计算丝杆轴向变形量：（～）×重复定位精度（～）×定位精度δm单位为μm；经过查询确定重复定位精度和定位精度，两者分别为0.005毫米、0.01毫米。得δm=1.25微米，δm=2微米。取最小值，即δm=1.25μm。求底径：(3-5)式中——最小丝杆的螺纹底径（mm）；E——杨氏弹性模量；δm——前面计算的轴向变形量；F0——静摩擦力（牛）。取E=2.1×105牛/毫米2。取δm=1.25微米。取μ0=0.2。W取1000牛，L——螺母中心到支撑轴承的最大距离（mm）；已确定X轴方向最大行程为。d2m≥0.0783.1.5滚珠丝杆选型螺杆是根据之前的计算选择的，使用双螺杆。内螺纹法兰式内循环螺杆，其型号为SFU2505-3，从该丝杆所能承受的最大载荷来看，达到10200N，以25毫米为丝杆的直径。3.1.6丝杠副预紧力(3-6)Fmax=1000N,Fp≈333N。3.1.7行程补偿和拉伸力的计算考虑到长时间工作必然会导致温度上升的问题，使丝杆有变形的情况出现，通过下面的公式进行计算：(3-7)式中C——行程补偿（微米）；Δt——温度变化大小；Lu——丝杆的工作长度，这里选择温度变化大小为2.2。通过计算得出丝杠的工作长度为410毫米。则通过计算可以得到行程补偿长度约是11.6微米计算Ft：3.1.8对轴承进行选型计算轴承轴向载荷：角接触球轴承根据轴承类型和支承形式选择和使用。通过螺杆主要承受径向力和轴向力，可计算：d略小于，=(3-8)取d=20毫米，代入公式：轴承预紧力：预加负荷≥FBP=797N以此为依据对轴承型号规模进行选择。选择后，使用角接触球轴承，轴径确定所用为7204AC。3.1.9丝杆总体长度有螺纹和无螺纹的长度共同构成了螺钉的总长度。螺纹长度公式如下：(3-9)取Le为20毫米。在传动过程中，最小抗压刚度为：3.1.10对系统的整体刚度计算丝杆最大抗压刚度为：(3-10)式中Ksmin——最小抗压刚度（牛/微米）；d2——螺杆底径大小；L1——轴承的间距。计算L1可得：将L1代入3-10可得结果：×102=188牛/微米螺杆最大抗压刚度公式为：(3-11)丝母长度，，代入公式：×102=385牛/微米3.1.11计算丝杠副极限转速滚珠丝杠副极限转速公式：nc=×107(3-12)式中nc——临界转速Lc2=L1-L0=360mmf=9.77（由于两端支撑的方式为预紧）计算可得结果：校验合格3.1.12基本轴向额定静载荷Coa(3-13)式中基本轴向额定静载荷为2.36x10^4N：轴向最大载荷（N）进行计算：校验合格。3.1.13强度验算(3-14)式中：许用应力,单位（N/mm2）。根据滚珠丝杠材料得到。计算：=；Fmax=1000N可以得到，强度满足。3.2步进电机的选型计算选择步进电机类型时，首先要计算转矩，在本次研究中所涉及的转矩指的是丝杆在移动的过程中，会有摩擦力产生在螺母之间，在此情况下对丝杆半径有力矩产生： (3-15)式中——摩擦系数，取值为0.5;——正压力，估算；——重力加速度，取值10；——螺距，计算为5毫米；——丝杆传递的效率，；——传动比，。（1）电机在空载时承受的转矩，用表示：由三个部分组成：第一部分：电机在空载时快速旋转速度启动，换算成轴的最大扭矩来确定，即；第二部分：摩擦转矩，第三部分，为螺杆预紧后摩擦力矩。无论预紧力如何，丝杠传动都能达到高精度，计算公式如下：(3-16)以作为计算电机空载启动时的总传动效率，确定轴上的最大加速转矩：=(3-17)式中——空载最高转速；——启动时间；其中(3-18)式中——在空载条件下，螺杆移动速度的最大值，设其为；——步距角0.75度；——脉冲当量，=脉冲。计算可得：，。已经确定摩擦力矩即：（2）在工作状态下电机轴承受的负载转矩由三部分组成：第一部分，以作为最大负载，电机快速启动后传递到轴上的最大扭矩；第二部分，以作为最大负载工作摩擦力矩；第三部分，以作丝杆预紧后产生的摩擦力矩。丝杆传动精度高，预紧力可忽略，在此基础上进行计算：(3-19)其中，已经确定以，作为转换到电机轴的最大工作负载扭矩，充分考虑了各部分的转动惯量和摩擦扭矩后确定.进行计算：两者比较后取最大值：（3）对最大转矩的计算在前面的计算中，已经把最大值确定下来，与安全系数相乘，对最大静转矩进行计算并获取准确数据：根据扭矩大小计算确定电机，其型号为90BYG2602，同时，必须确定电机的转速，即6N.M，并计算最大扭矩比较，显然大于后者，由此可以做出判断，对于力矩要求能够予以满足。（4）电机的转矩校核以最大移动速度为依据进行计算，获取所产生的输出转矩校核：以为丝杆最快工进速度，以/脉冲，作为脉冲当量，通过相关公式进行计算，把电动机所对应的运行频率确定下来，即：。通过查询后确定该频率下的输出转矩，即，可以看到数据和最大值工作负载扭矩相比较已经远远超过，由此可以做出判断，即能够满足要求。（5）最快空载移动时输出转矩校核以为最快空载移动速度，在此基础上进行计算，把电动机对应运行频率确定下来，即，查询相关资料表确定电动机的输出转矩为，而快速空载起动时的负载转矩，由此可以做出判断，设计是合格的。（6）起动频率的计算电机轴的总转动惯量已确定，即，同时，电机转子转动惯量确认，即，电处于不带任何负载的条件下，通过查表把电动机转轴的空载起到频率确定下来，即。经过计算后获取电动机克服惯性负载的起到频率的准确数据：由上面的公式可知，为了使步进电动机在进行起动操作时不会有失步的情况出现，起动频率不得超过1221.92HZ。如果使用软件升降频率，启动选择频率时，会使用较低的频率，一般情况下最多只有100Hz。通过上面的论述可以确定本次研究中所选择的步进电动机能够满足设计要求。3.3支撑板有限元分析支撑板主要承受上方的压力作用，如果发射装置过重会导致支撑板会发生变形，因此这里需要对支撑板在所受外力时产生的形变进行分析，防止发生失效，设计的支撑板的材料为Q235A，如图3.1所示为支撑板的三维模型，借助solidworks软件中的silimulationXpress模块对支撑板进行有限元分析，这样可以得知支撑板的受力情况和变形情况。对支撑板部件三维模型进行操作，将其导入到软件系统之中，要对三维模型的相应条件进行约束，在此基础上对目标部件进行力学分析，这是以Solidworks软件为基础而进行的。目前所常见的约束形式有弹性支撑、固定几何体、轴承夹等方式，在本次研究中为了保障约束的有效性，所采用的是固定几何体的方式，在对边界进行约束时，所采用的是支撑板的螺钉孔面，具体情况见图3.2所示。图3.1支撑板的三维结构模型图在对其进行约束后，要对支撑板部件进行操作，对其施加载荷，它主要承受侧向方向，以前面的计算为依据对其施加载荷，具体为400N，所采用的是“外部载荷”和“力”，定义载荷的设置图见3.3所示。图3.2支撑板部件的约束图在获取支撑板三维图后，还要对其进行网格划分操作，由于模型的形状是不同的，对其进行划分，可以将其分为不同的类型单元，如四面体、三角形、横梁等。还可将其分为两种单元阶数，分别为1阶单元、2阶单元。在对网格进行划分的过程中，网格划分越是细小，分析结构则会更加准确。但要注意的会导致分析周期时长增加，所在实际操作时，要充分考虑到实际情况后对网格进行划分，确定其大小。在本次研究中充分考虑到设计的情况来确定网格尺寸，所采用的是1.5，并对网格比率进行设置，大小为1.5。图3.3定义载荷的设置图完成网络尺寸的设定之后需要进行计算，运算是在simulation中开始的，通过相关公式求解目标模型。在完成计算之后，以实际需求为依据，把云图显示出来，将对应力、应变、形变等情况进行探讨，将其显示出来。在获取云图之后，要对其内容进行研究，分析云图由蓝至红的颜色对部件所受应力的情况加以探讨，通过对应力云图的分析，可以看到关于强度的需求，多数位置是可以满足的。已知Q235A材料的屈服应力为，而最大的破坏强度为红色区域，为，小于屈服应力，可以做出判断，即强度够满足需求。可以看到，以0.0001492mm作为通过位移云图该部件的最大位移尺寸。进行综合分析后可知，对于横向移装置的实际使用需求，本文所设计的支撑板部件完全能够予以满足。应力云图b-位移云图图3.4分析结果云图第4章俯仰机构的设计4.1电机的选型计算电机是极为重要的部件，对带轮进行驱动使其转动，在其带动下小臂一起转动，由此可知电机驱动的负载属于回转体，在计算时根据以下公式进行：确定轴类零件的回转体计算公式：(4-3)式中W-为回转体的重量；D—为回转体的直径；通过公式进行计算，把大小带轮的转动惯量确定下来，分别为、带轮的制定材料所选择的是铸铁，可以将其质量确定下来，大带轮的质量为0.85千克，小带轮的质量为0.2千克，进行计算：以伺服电机作为本次研究所选择的电机，要对其转速进行控制，即,电机从启动到达到指定速度所需要的时间为1秒，通过计算后把扭矩大小确定下来：在选择电机功率时，要考虑到传动带轴承效率等问题，在此基础上确定其功率为0.5KW。4.2同步带选型从目前现代大型机械所采用的传动方式来看有多种，包括带传动在内。这种方法的优缺点极为显著。和链传动相比，带传动和链传动都可以应用在中心距较大的装置，但是带传动具有噪声小的优点，最大优点就是带具有弹性，能够实现吸振和缓冲功能，不像链传动比较硬性连接；和齿轮传动相比，带传动适合较大中心距，而且对工作环境要求较低；和链传动、齿轮传动比较，带传动最大的优点是能够实现过载保护，如果皮带所承载的载体与额定载体相比要大时，则会发生打滑，可以避免事故的发生。缺点则是传动率低使用寿命短，不适用高温和易燃环境，而且易发生打滑现象，影响传动比，最后由于带传动在工作时带需要张紧，因此工作过程中轴和轴承会承受额外的载荷，这样也会对轴承和轴的使用寿命有影响。（1）计算同步带功率通过公式来进行计算Pca=KAP(4-4)式中——载荷修改系数，=1.1;P——工作机电机功率，已知P=0.5KW。计算：（2）带轮转速在键的作用下，电机与小带轮被连接起来，对小带轮的转速进行设定，即（3）同步带带型和节距选择可以看到功率较小，所选择的同步带为齿形，其型号为S8M，把节距确定下来，即Pb=8mm，查询相关资料表可以确定小带轮的最小齿数，即为20，已经确定传动比是2.5，在此基础上进行计算，获取大带轮的齿数，即为50。（4）计算出小带轮的节圆直径对小带轮的直径进行计算并获取准确数据：=50.95mm（5）计算大带轮直径已经确定大小轮与小带轮的传动比的准确数据，为2.5，通过计算能够把大带轮的直径确定下来，即76.43mm。（6）同步带速度v计算（7）带轮中心距的计算以电动机安装位置为依据，并与带轮安装位置相结合，把中心距大小确定下来，即。同步带带长根据公式=()(4-5)式中a0——带轮中心距（mm）；d1——小带轮直径（mm）d2——大带轮直径（mm）计算结果为：=()=440mm旋风发射装置的设计旋风发射装置是采用直流电机驱动锥齿轮带动摩擦轮转动，从而带动乒乓球旋转，实现旋球发射，下面对电机和锥齿轮进行选型设计。5.1电机的选型由于摩擦轮是旋转运动，因此可以根据旋转运动的功率计算，首先对扭矩进行计算，通过扭矩再计算功率。T=式中JZ——α——直流电机的角加速度，取电机的输出转速为56r/min。设计电机启动时间1s，可以计算出电机的角加速度大小为α=2πn60t利用solidworks软件可以测得摩擦轮的质量为0.016kg，半径为25mm，可以计算出摩擦轮的转动惯量大小为计算出摩擦轮所需的扭矩大小电机所需的功率为P=所需功率较小，这里取电机的功率为15W，输出转速为56r/min，扭矩为22.8N.m。5.2齿轮的选型计算在本次研究中，所采用的是锥齿轮部件具有较强的功能，可以对水平方向上的动力进行转换，使之成为垂直方向上的动力，在本次设计中，大小齿轮部件所采用的材料是20Cr，还要对其进行处理，采用渗碳加工的做法，使得齿轮部件齿面位置的硬度能到达到58-62HRC[12]；已知齿轮部件的接触疲劳极限大小是，已知齿轮部件齿根位置的的弯曲疲劳极限；本文设计齿轮部件根据实际情况取压力角角度大小是；以7级精度加工制造，对齿轮部件齿面位置的参数进行设置，确定粗糙度的具体数值为。计算齿轮部件分度圆直径尺寸参数：2.92(5-2)式中——载荷系数，本文设计；——额定转矩，取；——齿数比，；——齿宽系数，=0.3；ZH——区域系数，本文设计基于实际情况取ZH=2.5;——弹性影响系数大小本文设计基于实际情况取；——许用接触应力大小，则有：2.92=2.9=23.2mm小齿轮部件的齿数本文设计基于实际情况取Z1=14,大齿轮部件的齿数本文设计基于实际情况取Z2=14；计算分锥角得： 齿轮部件的模数大小：本文设计基于实际情况取；分度圆直径尺寸参数： 齿宽中点分度圆直径尺寸参数： 外锥距尺寸参数：中锥距尺寸参数：齿宽尺寸参数： 本文设计基于实际情况取；齿顶高尺寸参数： 齿根高尺寸参数：顶圆直径尺寸参数：齿根角齿顶角：顶锥角：

结论与展望本课题研究的对象是乒乓球训练机，在市场上现有乒乓球训练机的基础上，对其进行仔细研究总结，再根据设计原理，设计乒乓球训练机的组成结构。设计关键部件并计算其参数，通过设计方案、原理和关键部件选型设计检查主要部件，确保设计的装置满足实际工况，使用PROE三维软件建立三维模型，在建模过程中可以随时调整结构，最终得到乒乓球训练机模型。6.1结论首先说明本课题的研究背景和目的，以及乒乓球训练机的发展现状描述了设计过程。接下来确定全自动乒乓球训练机整体方案，确定关键零点计算元件的选择并检查关键元件以确保所有装置的设计使用寿命能满足实际工况。（1）通过对国内外乒乓球训练机现状的研究，发现我国在技术上对于一些国家来说是比较落后的，需要在技术上下功夫，不断探索，努力追赶或赶超。尽快超越国外技术。（2）在选择和计算关键零件时，需要准确的计算结果，通过计算参数选择关键零件。上述方法更安全、性价比更好。在整体设计上，通过查阅相关资料和参考资料对原理进行总结和改进，使设计的乒乓球训练机具有更高的性价比，使用方便快捷。（3）乒乓球训练机设备可替代人工重复性任务。随着人们对自动化设备的重视，机械技术的创新和进步，机械自动化越来越受到重视。因此，乒乓球训练器材的发展前景十分广阔，但本课题设计的乒乓球训练机存在诸多不足。不可能满足所有设计需求。6.2展望（1）在设计乒乓球训练机的时候，因为受到整体机构的约束，目前训练机发球范