网球发射器的设计.doc

网球安射器本科毕业论文（设计）题目 网球发射器的设计系别工程技术系专业名称机械设计制造及其自动化年级2008 级学生姓名学号指导教师二0一二年三月起源于法国的网球现在成为了全世界最流行的球类运动之一，深受户外运动人士的喜 爱但事实上，作为一个对抗性的运动，当你只有一个人的时候，或许也只能徙唤奈何了, 而我们的这个网球发球机的设想，便是为了应对这种情况而产生的尽管可能无法获得如 同与人对抗时的乐趣，但对于技术的提高与自身的锻炼还是有很大的帮助的现在主流的 网球发球机是靠两个轮了的和对旋转时挤压网球将网球打出，网上可以找到很多照片，发 球机品牌有TENNIS TUTOR和LOBSTER可供选择关键词：对抗性；网球发球机；最流行；锻炼；The design of Tennis ball launcherAbstractOriginated in the French tennis has now become one of the worlds most popular sport, by outdoor sports lovers. But in fact, as a competitive sport, when you have only one person, perhaps the only uter bootless cries, and our tennis ball machine vision, it is in order to cope withthis situation and the. Although may not be as against everyones pleasure, but for technical improvement and its exercise is very helpful • Now the mainstream of tennis serve machine is driven by two wheels when the relative rotation extrusion tennis tennis play, online can be found in many photos, serving machine brand TENNIS TUTOR and LOBSTER options.Keywords: competitive sport; Tennis ball launcher ; most popular ; exercise；-Y-Z- —1—刖5曲相关文献和网上资料调查得知：国外对网球发射器的研究开始得相对较早，最 早的专利是1998年美国的Rose发明的。

此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美 国、英国和F1本占主导地位，技术成熟，且冇一些产品已经投入市场使用此外，国 外对网球接发球的研究要细腻得多，除了通过对蹬地转体到鞭打等增加发球时速的一 系列动作的研究外，更是要求如何在发球的过程中，是核心力量更集中，逐渐出上步 的动作改为不上步我国对此类装置的研究虽然起步较晩，但近些年来也涌现出了很 多这方面的想法和创意，但是并没冇申请国家专利目前我国的人部分网球发射器生 产厂家还是应用国外的网球发射技术我国的网球发射技术既不先进也不十分成熟目录未找到目录项1•绪论1・1课题研究背景及目的当前，网球选手训练时大多数是人工发球，然后双方选手击打网球如 果希望发出不同的球速，且带有上旋或下旋，或落入场地的不同位置时，人 工发球较难控制，另外有时只有一位选手时也无法击打网球，使得网球选手 的训练质量受到影响而网球发射器的出现弥补了人工发球的这一缺点，使 这一设计貝有较大的市场前景1・2研究现状国外对网球发射器的研究开始得相对较早，最早的专利是1998年美国的 Rose发明的此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国和H本占 主导地位，技术成熟，且有一些产品已经投入市场使用。

此外，国外对网球 接发球的研究要细腻得多，除了通过对蹬地转体到鞭打等增加发球时速的一 系列动作的研究外，更是要求如何在发球的过程中，是核心力量更集中，逐 渐由上步的动作改为不上步我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近些 年来也涌现出了很多这方而的想法和创意，但是并没有申请国家专利目前 我国的大部分网球发射器生产厂家述是应用国外的网球发射技术我国的网 球发射技术既不先进也不十分成熟2.1基本原理如图1-1, 1-2：设计的网球发射器，包括调速电机、下球盘、下球口、下 球通道、支架、曲柄摇杆机构、不调速电机、摆动轴、挤球轮、箱体摆动轴、 发球机箱体、发球机箱座、行走轮组成发球机箱体上装有调速电机、卜•球 盘、下球口、下球通道、支架、曲柄摇杆机构、不调速电机、摆动轴、挤球 轮，网球由调速电机駆动的下球盘落入下球口，经过下球通道到达两个挤球 轮之间，经过挤球轮的摩擦作用将网球发出，不调速电机经过曲柄摇杆机构 带动摆动轴、支架、调速电机、挤球轮在铅垂平面内摆动发球机箱座上装 有不调速电机、曲柄摇杆机构、箱体摆动轴、行走轮，不调速电机经过曲柄 摇杆机构带动箱体摆动轴摆动，使发球机箱体在水平而内往复摆动，发球机 箱休通过箱体摆动轴与发球机箱座连接。

用本实用新型训练用的网球发球机 可以控制每分钟发球的数量，可以控制发出各种速度的上旋球、下旋球和不 旋转球，可以使网球落入对方场地的不同位置2. 2市场调研中国市场主流的网球发球机品牌冇TENNIS TUTOR和LOBSTER,通过图2-1 你可以看出它们在前部都有个出球口，通过出球口可以看见两个轮子，就是这两 个曲电机带动的轮子通过快速旋转将球挤压射出所区别的是，冇的网球发球机 TUTOR-PROLITE系列，其特点是极其便携〃上下并排〃的有TENNIS TUTOR系列 和LOBSTER-EIJTE系列，这种带来的好处是球是通过上下两个轮子的不同的旋转 速度可以把球挤出吋产生可以调整的上旋或下旋3.参数的计算与制定3.1设计参数标准满足参数：发球频率为15次/分钟;球射出时的最大线速度为10米/秒;要求 发射角度在20〜40之间可调;击球力量可调;球从发射器里被射出时，要求 自身能实现旋转：上旋，下旋等3. 2网球基本参数调查国际网球标准实物图3-1任何网球，如果想被职业赛事使用，那都必须达到国际网球联合会（ITF） 的标准所冇的网球都需要经过一套严格的检测程序，以便判断英在任何特性方 面都达到了规定的要求范围。

这些测试包描重量、尺寸、反弹以及变形度ITF的网球标准直径：6. 541厘米一6. 858厘米反弹：135厘米一147厘米受压变形：0.559厘米—0. 737厘米恢复变形：0.8厘米—1.08厘米3. 3曲柄连杆机构和不调速电机运动的实现曲柄连杆机构图3-2如图3-2所示，通过两个不调速电机对曲柄运动副A点的控制实现曲柄a 绕轴线转动，通过四杆机构把曲柄绕轴的旋转转化为c绕轴的往复摆动，从而实 现网球发射器上下左右的摆动和发射角度在20〜40之间的调节3.4托球盘和下球口对网球速度的控制托球盘和下球口图3-3如图3-3所示，把网球放在托球盘上，托球盘下而冇一个下球口当托球盘 转到下球口时，网球顺着下球口滑到挤球盘，发射出去我通过控制带动托球盘 的调速电机的转速控制每分钟的下球数量计算：设计托球盘为环形凹槽，凹槽外径为26cm,凹槽内径为16cm,凹槽深 度为4. 5cm因为实现的发球频率为10-20次/分钊所以带动托球盘的不调速电机转速:丸-1.34cm/sn = ^2/v = 56raz//min3・5挤球轮调速电机选择由于选取的电机要具备调速功能，同吋由于是用24V蓄电池供电，所以功率 不大。

足够驱动挤球轮挤出网球即可挤球轮功率计算公式参照齿轮传动因为 n=56rad/min设计网球发射器调速电机额定功率为0. 008-0. 010w所以最终选定GM37有刷直流电动机电机参数如下：型号GM37-3530额定功 率0. 008 (kW)额定电 压12 (V)额定电 流0. 50 (A)额定转 速32-147 (r/min)额定转 矩0. 7 (NM)外形尺 寸3. 7cm出轴外 径16 cm3. 6挤球轮结构设计和校核计算根据国际网球ITF标准，网球的受压变形为：0. 559厘米一0.737厘米；恢 复变形为：0.8厘米一1.08厘米设计的网球发射器挤球轮既要使网球发生有效弹性形变，以10米每秒的速 度弹射出去，乂不能挤坏网球1. 选定挤球轮类型、精度等级、材料1） 材料选择根据相关资料选择挤球轮材料均为HT350,硬度为250HBS硬度 差为0灰铸铁一一力学性能与基体的组织和石墨的形态有关灰铸铁中的片状石墨 对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性 和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁2） 精度选择网球发射器为室外一般工作机器，加工精度一般，故选用7级精度。

（GB10095—88）3） 根据图3-4设计方案，选用挤球轮传动4） 大概预计挤球轮直径为15-25cmo2. 按齿面接触强度设计有设计公式进行试算，即（1）确定公式内各计算数值1）试选载荷系数K广1.32）计算挤球轮传递的转矩3） 由相关资料杳得材料的弹性影响系数Z.=189.8M^24） 由齿面硬度查得挤球轮的解除疲劳强度极限＜7WIim = 450MPa5） 计算应力循环次数N=60njL=60x960x （2x8x300）=4. 195x 1096）取接触疲劳寿命系数Khn = 0.85 ；7）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数21,[屯]二 KhH = 0 9 x 600 二 540MPa（2）计算1）试计算挤球轮分度圆直径d,带入［＜7〃］中较小的值d > 2.323KZ (u +1)u[ a]22.32 寸1.3x9.898xlO410.92cm2）计算圆周速度Vo7tdn60x1000=5A9m/ s3）计算挤球轮宽度bb =(/)dxd = lx 20.5 = 20.50mm4）计算齿宽与齿高之比仝 hb 109.2h = 20.505） 计算载荷系数根据v=5. 49m/s, 7级精度、载荷系数K = KAKvKHaKHp = 1x1.12x1x1.432 = 1.5946） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，=109.2 x 3^21=116.879mmV 1.37）弹性势能转化为动能公式（elastic potential energy）：（X为压缩量）计算挤球轮的弹性系数：所以挤球轮的弹性系数选取为：K=178.3 N/mm所以，两挤球轮对网球的受压变形为0. 656cm.=0.656cm又因为网球受挤压变形范围为：0. 559厘米一0. 737厘米挤球轮尺寸设计3-4(3) 设计的挤球轮半径：R = 17&3 X/ l - 11 .68 cm / cos 51 这样设计的齿轮传动，及满足了吃面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度, 并做到了结构紧凑，避免。