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新型羽毛球發(fā)球機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要
羽毛球運(yùn)動是一項(xiàng)動作精細(xì)，技術(shù)復(fù)雜多變，對抗激烈的競技項(xiàng)目。當(dāng)今世界羽毛球運(yùn)動水準(zhǔn)已發(fā)展到一個(gè)新的水準(zhǔn)，它不僅要求運(yùn)動員具有成熟的技術(shù)，靈活多變的戰(zhàn)術(shù)，而且更需要良好的身體素質(zhì)?？梢娺\(yùn)動員的心、身、體的統(tǒng)一，是取得優(yōu)異成績的重要保證。基于這點(diǎn)思想我設(shè)計(jì)了一種可供羽毛球運(yùn)動員訓(xùn)練的羽毛球發(fā)球機(jī)，它主要由支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)及自動進(jìn)料系統(tǒng)構(gòu)成。其中在發(fā)射系統(tǒng)中，采用電機(jī)壓縮彈簧，利用彈力將羽毛球發(fā)射出去，自動進(jìn)料系統(tǒng)則擬采用槽輪機(jī)構(gòu)帶動皮帶輪間歇式的轉(zhuǎn)動，從而將羽毛球送入發(fā)射管口。本羽毛球發(fā)球機(jī)非常適合運(yùn)動員及初學(xué)者使用，目前我國在這方面已取得了一點(diǎn)成就，但相比國外來說，我們國家在發(fā)球準(zhǔn)確性及頻率方面還相差甚遠(yuǎn)，因此需要更加完善。
關(guān)鍵詞：羽毛球發(fā)球機(jī) 發(fā)射 自動進(jìn)料 槽輪 間歇運(yùn)動
Abstract
The badminton movement is a movement fine, the technology is complex and changeable, resists the intense athletics project. Now the world badminton movement standard has developed to a new standard, it not only requests the athlete to have the mature technology, flexible tactic, moreover needs the good physical quality. Obviously athlete's heart, the body, the body unification, is obtains the excellent result the important guarantee. I planned based on this thought to design one kind to be possible to supply badminton serving machine which the badminton athlete trained, it mainly by strut system, transmission system, launching system and automatic feeding system constitution. In the launching system, uses the electrical machinery compression spring, launches using the tension the badminton, automatically feeds the system to plan to use the V-belt pulley organization impetus belt pulley intermittence -like rotation, thus sends in the badminton the launch orifice. This badminton serving machine extremely suits the athlete and the beginner uses, at present our country has obtained an achievement in this aspect, but compares overseas said, our country is serving the accuracy and the frequency aspect is also far from, therefore the need is more perfect.
Keywords: Badminton serving machine launch automatic feeding V-belt pulley intermittence
目 錄
1 概述 5
1.1 目前國內(nèi)外關(guān)于羽毛球發(fā)球機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 5
1.2 本課題的來源與現(xiàn)實(shí)意義 5
2羽毛球自動發(fā)球機(jī)總體的介紹與研究基礎(chǔ) 7
2.1 發(fā)球機(jī)總體的構(gòu)造與布局 7
2.2 發(fā)球機(jī)的工作原理 8
3 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介 11
3.1 發(fā)射電機(jī)中的齒輪設(shè)計(jì) 11
4 發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介 13
4.1 發(fā)射管的構(gòu)造 13
4.2 發(fā)射座的設(shè)計(jì) 15
4.3 發(fā)射彈簧的參數(shù)計(jì)算 16
5自動進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
5.1 選電動機(jī)型號 19
5.2 V帶傳動設(shè)計(jì) 20
5.3齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
5.4 設(shè)計(jì)高速軸 25
5.5設(shè)計(jì)低速軸 29
5.6設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu) 30
6 自動進(jìn)料系統(tǒng)的高速軸的可靠性分析 32
參考文獻(xiàn) 36
總結(jié) 37
致 謝 38
1 概述
1.1 目前國內(nèi)外關(guān)于羽毛球發(fā)球機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
隨著我國體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在的體育訓(xùn)練器材已經(jīng)多種多樣,如排球拋球機(jī)、乒乓球發(fā)球機(jī)、足球發(fā)球機(jī)等都早已見于應(yīng)用,但羽毛球發(fā)球裝置卻未出現(xiàn),這與其本身的設(shè)計(jì)難度有關(guān),首先其發(fā)球動作要求比較復(fù)雜, 為滿足運(yùn)動員的訓(xùn)練要求，發(fā)球機(jī)需要可發(fā)射定點(diǎn)球、高拋球、變速球等多種模擬現(xiàn)實(shí)比賽的球，其次還有羽毛球不像足球乒乓球那樣為規(guī)則的球體, 羽毛部分容易受到損傷，這就給設(shè)計(jì)帶來難度，由于以上原因使羽毛球發(fā)球機(jī)的要求很高，目前國內(nèi)還沒有專業(yè)人員進(jìn)行類似的研究。
目前，體育產(chǎn)業(yè)化的每年產(chǎn)值已達(dá)到2000億美元。發(fā)球機(jī)投放市場和使用將填補(bǔ)國內(nèi)空白，隨著國家對羽毛球運(yùn)動的重視，各類專業(yè)隊(duì)的訓(xùn)練型發(fā)球機(jī)總需求量至少1500套，選拔測試用發(fā)球機(jī)由于他的特殊作用，需求量較少。另外，隨著全民健身運(yùn)動的發(fā)展，各類健身場館的發(fā)展也很快，應(yīng)用于城市健身場館的發(fā)球機(jī)需求量至少為3000套，由于羽毛球運(yùn)動不受場地的限制，各類公共場所也可設(shè)置羽毛球發(fā)球機(jī)供人娛樂，全民健身發(fā)球機(jī)的需求量若干套。
1.2 本課題的來源與現(xiàn)實(shí)意義
為了提高羽毛球運(yùn)動員的運(yùn)動水平，倡導(dǎo)更加健康文明的生活環(huán)境，使我國人民具有強(qiáng)烈的體育運(yùn)動意識，加快我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前我國體校還沒有類似發(fā)球機(jī)，為了滿足體育運(yùn)動的需要，我們擬設(shè)計(jì)了一種羽毛球自動發(fā)球機(jī)。該羽毛球發(fā)球機(jī)主要用于羽毛球運(yùn)動員的訓(xùn)練，提高實(shí)戰(zhàn)性和訓(xùn)練效率，使運(yùn)動員達(dá)到更高的競技水平，同時(shí)也可用于全民健身，提高全民素質(zhì)。本次研究將開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的羽毛球發(fā)球機(jī)（運(yùn)動員訓(xùn)練發(fā)球機(jī)、選拔測試用發(fā)球機(jī)、全民健身用便攜式發(fā)球機(jī)），對備戰(zhàn)2008科技奧運(yùn)，振興體育裝備業(yè)，具有重要的社會意義和很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
長期以來，由于各地對羽毛球運(yùn)動的重視程度不同，致使該項(xiàng)運(yùn)動發(fā)展也不平衡。有一部分省、市、自治區(qū)只顧一時(shí)一事的利益而缺乏戰(zhàn)略眼光，他們以該項(xiàng)運(yùn)動國內(nèi)水平較高，在比賽中難以奪牌為由，或則下令“暫時(shí)不設(shè)此項(xiàng)”，或則隨意調(diào)整，砍去這個(gè)項(xiàng)目，而看不到羽毛球運(yùn)動是中國的強(qiáng)項(xiàng)這一根本基點(diǎn)，這就影響了我國羽毛球運(yùn)動普及范圍不大，競爭面不廣，從而有礙我國該項(xiàng)運(yùn)動的人才輸送和技術(shù)水平的進(jìn)一步發(fā)展與提高。
? 在訓(xùn)練問題上，由于羽毛球運(yùn)動技術(shù)性強(qiáng)，各地都重視基本功與基本技術(shù)的訓(xùn)練，加強(qiáng)了身體訓(xùn)練，技、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練也有針對性，這些都說明了訓(xùn)練上有所前進(jìn)。但應(yīng)該說，我們在訓(xùn)練改革上的步子邁得還不夠大。必須清醒地看到，我們在訓(xùn)練上還有很多不足和總是急待解決。如訓(xùn)練中盲目性較大，培養(yǎng)新秀時(shí)急于求成，未能總結(jié)出一套適合本地區(qū)和本隊(duì)特點(diǎn)的訓(xùn)練方法等。這就給我們的訓(xùn)練工作提出了一個(gè)新問題：改革訓(xùn)練，利用羽毛球發(fā)球機(jī)訓(xùn)練基本功和基本技術(shù)，將我們的羽毛球訓(xùn)練工作轉(zhuǎn)到依靠科技發(fā)展的軌道上來。這是形勢和事業(yè)的需要。唯有如此，我們才能接受新時(shí)代的挑戰(zhàn)。?
?????? ? 我國羽毛球運(yùn)動的科研工作起步較晚，見諸刊物的像樣的專業(yè)論文寥寥無幾，科研工作只是停留在一般的調(diào)查研究和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)上，由于沒有相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員以及資金的短缺，很難給羽毛球運(yùn)動提供相應(yīng)的硬件設(shè)備。
基于以上的一些問題及在現(xiàn)實(shí)生活中的所見所聞，我在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，我們擬設(shè)計(jì)了羽毛球自動發(fā)球機(jī)，它集支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)與自動進(jìn)料系統(tǒng)于一體，能朝多個(gè)方位自動發(fā)球，我的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)它的自動進(jìn)料系統(tǒng)，發(fā)球機(jī)可隨時(shí)供運(yùn)動員訓(xùn)練，減少了人力的支出，該裝置整體構(gòu)造比較小巧，適合戶外訓(xùn)練，攜帶方便，是現(xiàn)代生活健身的一個(gè)不可或缺的體育器材。
2羽毛球自動發(fā)球機(jī)總體的介紹與研究基礎(chǔ)
2.1 發(fā)球機(jī)總體的構(gòu)造與布局
其實(shí)目前在國內(nèi)外出現(xiàn)最多的是乒乓球發(fā)球機(jī)，并且應(yīng)用得最為廣泛，這可能與乒乓球構(gòu)造簡單有關(guān)，因此設(shè)計(jì)其配套的發(fā)球機(jī)也相對來說顯得輕而易舉，而羽毛球發(fā)球機(jī)根據(jù)羽毛球構(gòu)造來設(shè)計(jì)就復(fù)雜了，羽毛球相互之間的摩擦力太大，不能一次裝載數(shù)個(gè)羽毛球然后依次發(fā)射，本次設(shè)計(jì)的這個(gè)羽毛球自動發(fā)球機(jī)，其實(shí)也只能是半自動的，因?yàn)樗枰斯は騻魉蛶Х徘?，它的?yōu)點(diǎn)是可向多方位發(fā)射球，發(fā)射管可上、下、左、右調(diào)節(jié)，根據(jù)運(yùn)動時(shí)人自身需要而定，具體外形圖如下：
羽毛球發(fā)球機(jī)整體圖
在左圖上，最下面是運(yùn)動小車，也就是支撐系統(tǒng)，其次往上依次是傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)，右邊的是我設(shè)計(jì)的自動進(jìn)料系統(tǒng)，整體來說它比乒乓球發(fā)球機(jī)大一點(diǎn)，目前，在發(fā)球機(jī)的領(lǐng)域內(nèi)，發(fā)展較為完善的是乒乓球發(fā)球機(jī)，對市場上出現(xiàn)的幾種乒乓球發(fā)球機(jī)的原理及構(gòu)造都有了一定的了解，乒乓球發(fā)球機(jī)主要采用了能量守恒的原理來設(shè)計(jì)制作的。它首先將彈性撥片旋轉(zhuǎn)，當(dāng)彈性撥片遇到擋塊阻擋后發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生彈性勢能。當(dāng)彈性撥片由于彎曲變形而滑過擋塊后，它將迅速恢復(fù)原形狀并由彈性撥片的前端擊打乒乓球的中后部。將彈性撥片的彈性勢能轉(zhuǎn)化為乒乓球的動能，從而使乒乓球產(chǎn)生一定的初速度，達(dá)到發(fā)射乒乓球的目的。本羽毛球發(fā)球機(jī)和市場上現(xiàn)有的羽毛球發(fā)球機(jī)相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡單可靠。本發(fā)球機(jī)的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)僅為彈性撥片的旋轉(zhuǎn)，由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單可靠，從而使得本羽毛球發(fā)球機(jī)發(fā)球連續(xù)、準(zhǔn)確，無卡球現(xiàn)象發(fā)生。(2) 成本低廉。本羽毛球發(fā)球機(jī)90%以上的材料均為中常見的廢棄物品回收利用而制成的，所以不僅降低了制造成本，而且達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的。(3) 適合初學(xué)者使用。由于市場上所銷售的同類產(chǎn)品均是為水平較高的乒乓球愛好者設(shè)計(jì)的，其發(fā)球形式多種多樣，很不是適合初學(xué)者使用，而本發(fā)球機(jī)發(fā)出的乒乓球路線單一、落點(diǎn)準(zhǔn)確，非常適合初學(xué)者為了練習(xí)羽毛球基本功而使用。
主要創(chuàng)新點(diǎn)? （1）用擊打方式將球擊出，不同于常見的旋轉(zhuǎn)摩擦方式；（2）利用彈性撥片遇到擋塊而產(chǎn)生的彈性變形來對羽毛球進(jìn)行彈射；（3）用鋼絲做成杠桿式攪球桿，在集球器中連續(xù)旋轉(zhuǎn)攪拌球，通過對乒乓球發(fā)球機(jī)的研究，可以集百家之長，運(yùn)用到我的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
2.2 發(fā)球機(jī)的工作原理
1）發(fā)射管的組成
該羽毛球發(fā)球機(jī)的發(fā)射管主要由蝸桿、蝸輪、齒輪、齒條、撥爪、槍栓、松鉤、球拍、發(fā)射彈簧、發(fā)射座、彈簧底座、齒條導(dǎo)軌等主要部件組成。
2）工作原理
羽毛球發(fā)射由三個(gè)運(yùn)動組合實(shí)現(xiàn)，機(jī)架筒身的轉(zhuǎn)動，發(fā)射簡的上下擺動，以及彈簧的彈射。由筒射轉(zhuǎn)動和發(fā)射筒的上下擺動復(fù)合實(shí)現(xiàn)面向球場的全方位各角度發(fā)射，符合運(yùn)動員訓(xùn)練的基本要求。
發(fā)射管安裝在機(jī)座上，機(jī)座安裝于運(yùn)動小車上，便于在訓(xùn)練場地移動放置，發(fā)球過程中，發(fā)射管的底座可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，發(fā)射管可在鉛垂面內(nèi)擺動，兩個(gè)運(yùn)動的組合，可以滿足發(fā)射管發(fā)球的角度和方位，羽毛球進(jìn)入發(fā)射管后，有定位環(huán)限位，壓縮彈簧在齒輪條的驅(qū)動下被壓縮，達(dá)到預(yù)定行程后，在不完全齒輪的作用下，齒條自動脫離電機(jī)齒輪，與壓縮彈簧聯(lián)結(jié)在一起的球拍迅速將球擊發(fā)出去，機(jī)器啟動后，整個(gè)運(yùn)動循環(huán)由單片機(jī)自動控制，并能按實(shí)際需求編制程序以完成不同的工作動作要求，不需要人力操作。
3） 各主要部件工作效用如下：
（1）蝸桿： 傳遞驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)動并將回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞于蝸輪。
（2） 蝸輪：由蝸桿帶動，使與其安裝一起的發(fā)射管完成水平方向的運(yùn)動。
（3） 齒輪：傳遞驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為齒條的直線運(yùn)動。
（4）齒輪驅(qū)動電機(jī)： 驅(qū)動齒輪回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
（5） 壓縮彈簧：由壓縮狀態(tài)釋放，將羽毛球擊發(fā)出去。
（6） 齒條座： 固定安裝于發(fā)射管上，便于齒條安裝并通過其上的導(dǎo)軌限制齒條的運(yùn)動方向。
（7）齒條： 通過直線運(yùn)動將與其聯(lián)結(jié)的彈簧壓縮。
（8）撥爪：因其固定安裝于齒條上，故能與齒條一起運(yùn)動并壓縮彈簧。
（9）發(fā)射管： 便于羽毛球安放并為其發(fā)射提供導(dǎo)向作用。
（10） 定位環(huán)： 為羽毛球發(fā)射前在發(fā)射關(guān)內(nèi)限位。
（11） 球拍： 傳遞壓縮彈簧的運(yùn)動，拍擊羽毛球?qū)⑵鋼舭l(fā)出發(fā)射管。
4） 該機(jī)器的主要創(chuàng)新點(diǎn)
（1） 將彈簧巧妙運(yùn)用，作為發(fā)射動力。
（2） 將一完整齒輪去掉幾個(gè)齒成不完全齒輪，完成齒輪齒條相對運(yùn)動過程中的脫鉤。
5） 該機(jī)器和乒乓球發(fā)球機(jī)的區(qū)別
（1） 發(fā)球難度比乒乓球大，這也是目前沒有成熟的羽毛球發(fā)球機(jī)商品問世的原因。乒乓球是尺寸規(guī)范的球體，便于分隔和定位，羽毛球雖然也有尺寸規(guī)格，由于尾部帶有羽毛，造成了分隔和定位的困難。
（2） 發(fā)球原理和乒乓球發(fā)球機(jī)不一樣,乒乓球發(fā)球機(jī)是利用摩擦力將球發(fā)出去；本羽毛球發(fā)球機(jī)是運(yùn)用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新,借用彈簧力推動球拍將球擊發(fā)出去。
6） 自動進(jìn)料系統(tǒng)的組成
（1） 它由減速器，槽輪機(jī)構(gòu)，和一個(gè)皮帶輪組成，其中減速器里是一對大小直齒錐齒輪，布局是交錯式，槽輪機(jī)構(gòu)包括一個(gè)轉(zhuǎn)臂和一個(gè)槽輪。
7） 工作原理
當(dāng)電動機(jī)發(fā)動時(shí)，由帶動輸入軸轉(zhuǎn)動，通過齒輪的嚙合，將轉(zhuǎn)矩帶給輸出軸，由于槽輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接在輸出軸上，因此轉(zhuǎn)矩又傳遞給槽輪機(jī)構(gòu)，槽輪和轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)向相反，當(dāng)轉(zhuǎn)臂做等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)從動槽輪時(shí)而轉(zhuǎn)動時(shí)而靜止地做單向步進(jìn)轉(zhuǎn)動，從而帶動皮帶輪間歇轉(zhuǎn)動，由于皮帶輪是勻速轉(zhuǎn)動，羽毛球相對其是靜止的，當(dāng)羽毛球伴隨皮帶一起向前轉(zhuǎn)動到達(dá)轉(zhuǎn)輪邊界時(shí)，羽毛球自然會作平拋運(yùn)動，以一個(gè)弧線落入發(fā)射管口，從而實(shí)現(xiàn)了自動進(jìn)料。
8） 該系統(tǒng)的不足之處
由于設(shè)計(jì)水平有限，暫時(shí)沒能設(shè)計(jì)出能自動向皮帶裝載羽毛球的裝置，目前在市場上或是在研究學(xué)術(shù)里還沒出現(xiàn)過這樣的裝置，所以還需人工作用，因此本羽毛球發(fā)球機(jī)從嚴(yán)格意義上來說也只能算是一個(gè)半自動發(fā)球機(jī)。
3 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介
3.1 發(fā)射電機(jī)中的齒輪設(shè)計(jì)
彈射由電機(jī)提供動力源，經(jīng)齒輪、齒條機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，帶動撥爪拉動槍栓使彈簧壓縮達(dá)到行程后，由斜滑塊使拔爪松開，彈簧射羽毛球。
1.選擇材料及確定許用應(yīng)力
齒輪：材料選用45鋼，齒面硬度為。
齒條：材料HT250，齒面硬度為。
查機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊圖6-12得：
；；（表6-23），則
查圖6-13得：
（表6-23），則
2.按輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
精度等級：
查表6-22， 取載荷系數(shù)
齒寬系數(shù)
取齒數(shù)：
壓力角：
查圖6-13得：齒形系數(shù)則
因，取設(shè)計(jì)
模數(shù)m≥
考慮磨損，模數(shù)要加大10%，
查表6-16，取模數(shù)
齒輪如下圖：
4 發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介
4.1 發(fā)射管的構(gòu)造
發(fā)射管 →定位環(huán)→ 球拍 → 發(fā)射座 → 發(fā)射彈簧 → 彈簧底座
如下圖：
球拍：球拍是與羽毛球直接接觸，一端要用牛筋繃成網(wǎng)狀，另一端固定在發(fā)射座上，為了減輕重量，球拍鉆中孔，挖外槽。球拍外徑需比發(fā)射管內(nèi)徑略小，固定端外徑取￠63。與球接觸端可略小取￠61，與發(fā)射座用螺釘連接。
如下圖：
4.2 發(fā)射座的設(shè)計(jì)
彈簧彈射時(shí)直接彈射發(fā)射座，發(fā)射座在發(fā)射管內(nèi)要運(yùn)動穩(wěn)定，需要有導(dǎo)向面，因此需要一定厚度t=，為了保持彈簧彈射時(shí)正確位置，可把發(fā)射座階梯軸小的一端與彈簧內(nèi)孔配合，可根據(jù)彈簧尺寸確定大徑￠64，小徑￠38。
如下圖：
4.3 發(fā)射彈簧的參數(shù)計(jì)算
彈簧參數(shù)根據(jù)羽毛球的初速度以及發(fā)射座與球拍質(zhì)量確定。
c=(D-d)/d,初選c=5 D=60 d=10
c=6 D=50 d=7
c=7 D=45 d=5.6
c=7 D=50 d=6
c=7 D=40 d=5
取c=7, D=40, d=
，，
≥
d= D2=D-d=40-5=
壓縮功率：
圈數(shù)：圈
兩端各并緊一圈，則總?cè)?shù)
n1=n+2=17圈
極限載荷： ==
δ1≥0.1d=
節(jié)距：
°
展開長度：
b=
(1) 根據(jù)外徑要求，初選C=7
由C= = 得d=
由表16-2查得選用C級碳素彈簧鋼絲時(shí)，=1570。
查表16-1知，=0.4 =0.4×1570。
故可得彈簧絲直徑為d≥與原假設(shè)相差較大，故應(yīng)重新設(shè)計(jì)。
改選C=6，K=1.253，得d=4mm。
查表16-2得, =0.4=608。
較核所選直徑
計(jì)算得出的d與改選后所選的直徑基本一致，故確定,
(2) 有效工作圈數(shù)
變形量由圖16-6確定，即
=
查表16-1，得G=79000MPa,所以由式（16-11）得
=
取n=6.5圈?？紤]到兩端各并緊一圈，則彈簧總?cè)?shù)
=n+2=6.5+2=8.5
(3) 確定變形量、、和實(shí)際最小載荷
彈簧的極限載荷為
因?yàn)楣ぷ魅?shù)由6.11改為6.5，故彈簧的變形量和最小載荷也相應(yīng)有所變化。按式（16-8），將和分別代替F和得
將和分別代替F和得
按圖16-6可知
(4) 求彈簧的節(jié)距p、自由高度、螺旋升角和簧絲展開長度L
在的作用下壓縮彈簧相鄰兩圈的間距≥0.1d=, 取=, 則無載荷作用下彈簧的節(jié)距為
P基本符合在的規(guī)定范圍。
端面并緊磨平的彈簧自由高為
取標(biāo)準(zhǔn)值 =。
無載荷作用下彈簧的螺旋角為
基本滿足的范圍。
彈簧絲的展開長度
(5) 穩(wěn)定性計(jì)算
采用兩端固定支座，b=2.17<5.3,故不會失穩(wěn)。
如下圖：
5自動進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 選電動機(jī)型號
1）、本羽毛球發(fā)球機(jī)機(jī)身比較輕，工作環(huán)境無特殊要求，一般是供羽毛球運(yùn)動員練習(xí)或是個(gè)人娛樂使用，可隨時(shí)工作，對于自動進(jìn)料系統(tǒng)而言，需要其具備能向發(fā)射關(guān)能連續(xù)進(jìn)球的功能，工作載荷比較小，且工作平穩(wěn)，擬選取電動機(jī)功率為。
2）、V帶傳動比為，直齒錐齒輪減速器傳動比為，則總傳動比合理范圍是=4～12，電動機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍是。則一共有如下幾種方案：
方案有
電動機(jī)型號
額定功率（）
同步轉(zhuǎn)速（）
滿載轉(zhuǎn)速（）
1
7.5
3000
2900
2
7.5
1500
1400
3
7.5
1000
970
4
7.5
750
720
綜合考慮減輕電動機(jī)及傳動裝置的重量和節(jié)約資金，選用第二方案，因此選用電動機(jī)型號為，其主要性能如下表：
電動機(jī)型號
額定功率（）
同步轉(zhuǎn)速（）
滿載轉(zhuǎn)速（）
額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
7.5
1500
1440
2.2
2.2
主要外形與安裝尺寸：
中心高
外形尺寸
安裝尺寸
軸身尺寸
平鍵尺寸
H
L（AC/2+AD）HD
AB
DE
FGD
132
515345315
21178
3880
1041
5.2 V帶傳動設(shè)計(jì)
1） 確定計(jì)算功率
= ___工況系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容取=1.0，=3。
2） 選V帶型號
由機(jī)械設(shè)計(jì)課本可查得V帶型號為A型，由表5—32查得小帶輪直徑為=,核算帶速，符合5V25。
求傳動比，分配傳動比時(shí)考慮到齒輪尺寸太大，增加制造困難，通常取圓錐齒輪的傳動比≈0.25，取=3。
3） 則大帶輪直徑為==根據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)值取=。
4） 確定中心距與帶長
（1）初選中心距
0.7（+）2（+） 則221632，初選=225
（2）初算帶長與確定帶長
≈2+（+）+=2225+496+27=973，查課本機(jī)械設(shè)計(jì)得=1000mm。
（3）確定中心距
（4）驗(yàn)算小輪包角
功率增量
長度系數(shù)，包角系數(shù)
（5）V帶根數(shù)=
選取V帶根數(shù)為根
（6）確定初拉力
保證V帶具有一定壽命的單根V帶適宜的初拉力是
5.3齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
小大齒輪均為直齒錐齒輪，選用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)，由表5—32b查得硬度為229～286HBS，大齒輪正火，硬度169～217HBS，由圖5-32b查得，由圖5—33b查得。
取
2） 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
當(dāng)一對齒輪為鋼制時(shí)，有
（1）計(jì)算小齒輪名義轉(zhuǎn)矩
（2）選取齒寬系數(shù)
（3）選取載荷系數(shù) 因小齒輪懸臂布置，取
（4）初算小齒輪大端分度圓直徑
（5）確定齒輪齒數(shù)與模數(shù) 選取，則
大端模數(shù)，查表取
（6）計(jì)算主要幾何尺寸
錐距
齒寬
分度圓錐角
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒高
頂隙
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂角
齒根角
頂錐角
根錐角
大、小齒輪外形輪廓圖如下：
a大直齒錐齒輪
b小直齒錐齒輪
3） 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（1）確定的最大值
由課本《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得，
因?yàn)?，所以校核小齒輪即可。
（2）校核小齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
故齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。
5.4 設(shè)計(jì)高速軸
1） 該軸無特殊要求，選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，，其外形尺寸如下：
2） 初步估算軸徑
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑，按45鋼，取，輸出軸功率。
齒數(shù)比為
輸入軸轉(zhuǎn)速為
由，即為安裝大帶輪的直徑，該軸上有鍵槽應(yīng)加大5%，并圓整，取，為軸肩高度，取=。
則
取
取
3） 軸的各段長度設(shè)計(jì)
在本羽毛球發(fā)球機(jī)的自動進(jìn)料系統(tǒng)中，軸承選用深溝求軸承承受徑向載荷，也能同時(shí)承受雙向軸向載荷，其極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛。我在這個(gè)設(shè)計(jì)中擬采取深溝球軸承6007[0000型]，軸承寬度B=，D=62，d=35， , ,因此選軸的第二段長度為，其他各部分長度分別為、，已知齒寬為，則軸的第四段長度為。
4） 軸的結(jié)構(gòu)工藝性
主要考察軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
先做出軸的受力計(jì)算簡圖，取集中載荷作用于齒輪及軸承中點(diǎn)。
圖（一）：
1） 齒輪上作用力的大小
轉(zhuǎn)矩
圓周力
徑向力
軸向力
法向力
且 ，，
2） 求軸承支反力
水平面上支反力見圖（二），
垂直面上支反力見圖（三），
3） 畫彎矩圖，見圖（二）、圖（三）、圖（四）
截面處彎矩為
水平面上彎矩：
垂直面上彎矩：
合成彎矩：
4） 畫轉(zhuǎn)矩圖，見圖（五）
5） 畫計(jì)算轉(zhuǎn)矩圖，見圖（六）
單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)
，截面B處當(dāng)量彎矩為
圖（二）：水平面受力與彎矩圖
圖（三）：垂直面受力與彎矩圖
圖（四）：合成彎矩圖
圖（五）：轉(zhuǎn)矩圖
6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
截面B處最危險(xiǎn)，，查機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)資料得。
故其強(qiáng)度足夠。
5.5設(shè)計(jì)低速軸
1） 該軸的功能主要是帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，也無特殊要求，選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，取最小軸徑，為軸肩高度，取，則
，取
根據(jù)軸在減速器里的實(shí)際安裝位置，必要時(shí)可增大軸徑，不影響其工作性能，所以取，則相應(yīng)地取，。其外形尺寸如下：
2） 軸的各段長度設(shè)計(jì)
在該軸上選用深溝球軸承6008，軸承寬度，，，，根據(jù)實(shí)際情況及所選用的軸承型號，低速軸的各段長度如下：，，，，，。
3） 軸的結(jié)構(gòu)工藝性
低速軸的強(qiáng)度驗(yàn)算見高速軸的驗(yàn)算方法，在此不再贅述。
5.6設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu)
羽毛球發(fā)球機(jī)需要具有能自動進(jìn)球并能自動發(fā)射的裝置，在本羽毛球發(fā)球機(jī)中有同學(xué)已設(shè)計(jì)了發(fā)射管，故還需要有一個(gè)自動進(jìn)料機(jī)構(gòu)，我的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)自動機(jī)構(gòu)，要能保證能間歇式地進(jìn)球，通過以前對機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，我了解到可采取槽輪機(jī)構(gòu)。
槽輪機(jī)構(gòu)又稱馬爾他機(jī)構(gòu)，它是分度、轉(zhuǎn)位等步進(jìn)傳動中應(yīng)用最普遍的一種機(jī)構(gòu)，在日常生活中我最熟悉的是外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，其外形如下圖，它由帶有圓銷A的轉(zhuǎn)臂1、具有均布徑向開口槽的槽輪2和機(jī)架所組成。槽輪2和轉(zhuǎn)臂1的方向相反，當(dāng)主動轉(zhuǎn)臂1作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，從動槽輪2時(shí)而轉(zhuǎn)動時(shí)而靜止地作單向步進(jìn)轉(zhuǎn)動。
在轉(zhuǎn)臂上通常有一帶有缺口的圓盤，該盤起固定作用。轉(zhuǎn)臂1上的圓銷A未進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被桿1的外凸圓弧鎖住，故槽輪靜止不動。在上圖所示位置，轉(zhuǎn)臂1上的圓銷A開始進(jìn)入槽輪的徑向槽，這是內(nèi)凹鎖止弧松開，轉(zhuǎn)臂通過圓銷A驅(qū)使槽輪2反向轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)臂1上的圓銷A開始脫出槽輪的徑向槽時(shí)，槽輪上的另一內(nèi)凹鎖止弧又被轉(zhuǎn)臂1上的外凸圓弧鎖住，使槽輪2又靜止不動，直到下一個(gè)運(yùn)動循環(huán)開始為止。
槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，機(jī)械效率高，在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)槽輪的運(yùn)動要比棘輪的運(yùn)動教為平穩(wěn)，但槽輪的轉(zhuǎn)交大小不能調(diào)節(jié)，槽輪機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中，其角速度和角加速度有較大變化，所以在轉(zhuǎn)臂圓銷和輪槽之間存在較大沖擊。
在本羽毛球發(fā)球機(jī)中，我假定的是當(dāng)轉(zhuǎn)臂等速回轉(zhuǎn)一周時(shí)，槽輪機(jī)構(gòu)完成一個(gè)運(yùn)動循環(huán)。槽輪機(jī)構(gòu)各參數(shù)如下：
1）、槽數(shù)的選取
一般地=3時(shí)，工作過程中槽輪的角速度變化很大，時(shí)，值對的影響不大，因此槽數(shù)常取為，在這次設(shè)計(jì)中，我擬取，設(shè)計(jì)起來會比較簡單。
2）、槽輪運(yùn)動角
3）、轉(zhuǎn)臂運(yùn)動角
4）、轉(zhuǎn)臂圓銷數(shù)
5）、槽底高
6）、槽頂高
7）、槽頂側(cè)壁厚
8）、外凸鎖止弧張開角
9）、圓銷的回轉(zhuǎn)半徑
10）、槽輪每循環(huán)運(yùn)動時(shí)間
11）、運(yùn)動系數(shù)
12)、 槽輪每循環(huán)停歇時(shí)間（多銷）
6 自動進(jìn)料系統(tǒng)的高速軸的可靠性分析
軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上，此軸為輸入軸，承擔(dān)著傳遞來自電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并帶動齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，可知此軸外加的彎矩和扭矩比較大，由此可知其可能為危險(xiǎn)軸，而在小齒輪位于軸的中部，軸的中部截面就最可能出現(xiàn)斷裂，為危險(xiǎn)截面。
在已知軸的危險(xiǎn)截面上，同時(shí)作用有彎矩M和轉(zhuǎn)矩T，彎矩，轉(zhuǎn)矩，軸材料的抗拉強(qiáng)度。設(shè)軸徑d=N,其制造公差為0.005，要求軸的可靠度為R=0.9999，由此可計(jì)算出軸的直徑。
（1）根據(jù)給定參數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)法則，計(jì)算數(shù)據(jù)如下：
軸徑的標(biāo)準(zhǔn)差
彎矩的均值和標(biāo)準(zhǔn)差
故有
轉(zhuǎn)矩的均值和標(biāo)準(zhǔn)差
故有
（2）計(jì)算彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和合成應(yīng)力
a. 彎曲應(yīng)力
即
W為抗彎截面系數(shù)，W= 其均值和標(biāo)準(zhǔn)差可表示為
將彎矩和抗彎截面系數(shù)的特性參數(shù)代入彎曲應(yīng)力表達(dá)式，可得到彎曲應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：
b. 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
為抗扭截面系數(shù)，且=2W
故有
將轉(zhuǎn)矩和抗扭截面系數(shù)的特征參數(shù)代入扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力表達(dá)式，可得到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：
c. 合成應(yīng)力的計(jì)算
根據(jù)第三強(qiáng)度理論，合成應(yīng)力為
計(jì)算：
=
代入數(shù)據(jù)得 ：
計(jì)算3：
代入數(shù)據(jù)得：
計(jì)算合成應(yīng)力的平方：
代入數(shù)據(jù)得：
經(jīng)正態(tài)分布的開方運(yùn)算，可得合成應(yīng)力的特征參數(shù)：
為了保證可靠度達(dá)到R=0.9999，查表得=3.719
代入聯(lián)接方程
即
展開得：
解得 mm
軸徑的標(biāo)準(zhǔn)差為：
軸徑的公差為
故軸的直徑為, 可以保證軸的可靠度達(dá)到0.9999。
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總結(jié)
經(jīng)過對本專業(yè)的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)牢固地掌握了機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)、機(jī)電傳動控制、機(jī)電一體化和單片機(jī)原理的知識，同時(shí)，經(jīng)過科學(xué)的市場調(diào)研，已取得了詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料。通過指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，以及同組同學(xué)之間的相互合作，我終于圓滿的完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)，我本次的課題是羽毛球發(fā)球機(jī)總體和自動進(jìn)料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，雖然我們以前做過很多類似的課程設(shè)計(jì)，但感覺這次的任務(wù)要求最嚴(yán)格，我想指導(dǎo)老師讓我們做這個(gè)課題，主要目的并不在于我們在設(shè)計(jì)這個(gè)方面能取得多大成就，而是通過這種挑戰(zhàn)，從而讓我們懂得學(xué)習(xí)的方法，懂得如何獲取知識，懂得如何面對陌生的新生事物。在就要進(jìn)入的工作崗位的時(shí)候，這種精神比什么都重要。對老師的深思熟慮及良苦用心，我深表欽佩。所以這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也作為我大學(xué)最后的一次作業(yè)，我盡自己的努力認(rèn)真的完成了。對于本課題，我在很大的程度上是通過上網(wǎng)、圖書館、向能者請教等方面收集資料，并全部自己整理、編輯、打印，整個(gè)過程收獲頗豐。
由于沒有相關(guān)的發(fā)球機(jī)資料，我查詢了很多書籍和文獻(xiàn)資料，目前，在發(fā)球機(jī)的領(lǐng)域內(nèi)，發(fā)展較為完善的是乒乓球發(fā)球機(jī)，于是我對市場上出現(xiàn)的幾種乒乓球發(fā)球機(jī)的原理及構(gòu)造都了解了一下，借鑒別人的長處， 運(yùn)用到我自己的設(shè)計(jì)當(dāng)中，感覺拓寬了視野。
在本次的設(shè)計(jì)過程中，我和同組同學(xué)相互協(xié)作，相互補(bǔ)充，共同克服設(shè)計(jì)當(dāng)中碰到的一個(gè)又一個(gè)困難，讓我們理解到團(tuán)隊(duì)合作精神在設(shè)計(jì)中的重要性，還有獨(dú)立創(chuàng)新精神在研究設(shè)計(jì)時(shí)的重要性，也為我們以后走向工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
致 謝
光陰荏苒，日月如梭，在XX大學(xué)的四年學(xué)習(xí)時(shí)間即將過去。在漫長的人生旅程中，四年時(shí)間并不算長，但對我而言，是磨礪青春、揮灑書生意氣的四年，也是承受師恩、增長才干、提高學(xué)識的四年。本論文是在XXX老師的悉心指導(dǎo)下和熱情關(guān)懷下完成的，在四年的學(xué)習(xí)期間我得到了許許多多的老師和同學(xué)的關(guān)懷和幫助。在這里我要深深感謝他們，是他們的支持使我順利的完成了本階段的學(xué)習(xí)。
首先，我要感謝我的母校給我提供從事這個(gè)課題研究的機(jī)會和研究環(huán)境，并在學(xué)習(xí)過程中給予我許多新的思想和實(shí)現(xiàn)辦法 ，使我有足夠的信心和勇氣來完成大學(xué)階段學(xué)習(xí)。在完成論文之際，特向我的母校表示崇高的敬意和誠摯的謝意。
同時(shí)，感謝我們機(jī)械系的所有領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供學(xué)習(xí)的機(jī)會和良好的環(huán)境。在學(xué)習(xí)期間我得到了這些老師的諄諄教誨和生活上的關(guān)心和幫助，在此我向他們表示真摯的感謝。
另外，我要感謝我的宿舍的幾位同學(xué)，感謝他們給我提出的寶貴意見和技術(shù)上的支持，也要感謝他們給我的鼓勵和友好的合作，使得我們的課題在融洽的氣氛中圓滿的結(jié)束。
最后，我要感謝我的家人給我無微不至的關(guān)懷和對我學(xué)業(yè)的極力支持，是他們的愛與無私奉獻(xiàn)使我順利的完成學(xué)業(yè)。
再次衷心感謝所有關(guān)心、支持和幫助我的老師、親人和朋友們！謝謝你們！
設(shè)計(jì)人：XXX
2017年5月20日
39