機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)乒乓球發(fā)球機(jī)說明書

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)11級機(jī)自9班設(shè)計(jì)者： 指導(dǎo)教師：2013年 07 月 19 日一 設(shè)計(jì)題目2二 項(xiàng)目組成員及分工3三 設(shè)計(jì)方案與選擇41. 功能分析與分解42. 設(shè)計(jì)方案與原理4送球裝置的設(shè)計(jì)43. 方案評價與選擇64. 總體方案75.機(jī)構(gòu)簡圖：86.運(yùn)動循環(huán)圖：8四 選定機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)91. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖92. 機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算103. 機(jī)構(gòu)的尺寸及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)10 （1） 齒輪機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)10 （2） 送球機(jī)構(gòu)的尺寸分析13 （3）擺頭機(jī)構(gòu)的尺寸分析15A. 連桿的尺寸設(shè)計(jì)15B. 凸輪的尺寸設(shè)計(jì)16五 選定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析181.送球裝置的運(yùn)動

2、分析18A.位移分析18B.速度分析20C.加速度分析22D.平衡力矩分析233. 發(fā)球機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析24速度分析24六 心得體會24七 參考資料25八 附錄251 設(shè)計(jì)題目1. 選題意義 乒乓球是一種世界流行的體育項(xiàng)目，深受人們的喜愛。但作為一種對抗性運(yùn)動，當(dāng)你只有一個人的時候，只能徒喚奈何了。乒乓球發(fā)球機(jī)便是為了應(yīng)對這種情況產(chǎn)生的，它對人們技術(shù)的提高與自身的鍛煉有很大的幫助。2. 設(shè)計(jì)要求乒乓球直徑d=40mm發(fā)球時的速度v=1030ms 乒乓球發(fā)球機(jī)的擺角為15乒乓球發(fā)球機(jī)發(fā)球頻率f=3050個分鐘乒乓球發(fā)球機(jī)發(fā)出的球需帶旋度乒乓球在距乒乓球臺300mm的高度釋放2 項(xiàng)目組成員及分工小組

3、成員：閆旭 趙強(qiáng) 鄭笑竹分工：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維圖制作、尺寸設(shè)計(jì) ：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維圖制作、說明書的編寫、尺寸設(shè)計(jì) ：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算、運(yùn)動分析、說明書、PPT制作3 設(shè)計(jì)方案與選擇1. 功能分析與分解乒乓球發(fā)球機(jī)基本分為儲球斗、送球裝置、擺頭裝置和發(fā)球裝置。乒乓球從儲球斗進(jìn)入到送球裝置，送球裝置可間歇地將球傳送到發(fā)球裝置，發(fā)球裝置將球發(fā)出。擺頭裝置使球在不同角度發(fā)出，增加趣味性。2. 設(shè)計(jì)方案與原理送球裝置的設(shè)計(jì)方案A：方案A所示的送球機(jī)構(gòu)是如圖所示的偏心輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)偏心輪以的角速度逆時針轉(zhuǎn)動時，滑塊2隨1轉(zhuǎn)動因而帶動3進(jìn)行左右間歇移動，從而實(shí)現(xiàn)間歇將球4送至發(fā)球機(jī)構(gòu)。方案B：方案B是采用帶

4、有凹槽的轉(zhuǎn)輪。球靠自身重力落入凹槽內(nèi)，通過輪的逆時針轉(zhuǎn)動將球送入送球道內(nèi)。球在球道內(nèi)排成一排，后面的球?qū)⑶懊娴那蝽數(shù)桨l(fā)球裝置，將球發(fā)出。方案C：方案C所示的送球機(jī)構(gòu)是如圖所示的履帶傳送裝置。通過主動輪的轉(zhuǎn)動帶動履帶傳動。乒乓球由于自身重力落在履帶上，被履帶上的擋板推落進(jìn)入送球道。（1） 發(fā)球裝置的設(shè)計(jì)如圖所示是的發(fā)球機(jī)構(gòu)。兩個軸與兩個直流電動機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)軸上的兩個輪以不同的角速度轉(zhuǎn)動。球從送球管道到達(dá)發(fā)球口時，通過摩擦作用發(fā)出。當(dāng)兩輪角速度相等時，發(fā)出不旋轉(zhuǎn)的球；當(dāng)兩輪角速度不同時，發(fā)出旋轉(zhuǎn)球。3. 方案評價與選擇方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方案A可以實(shí)現(xiàn)間歇性送球運(yùn)動轉(zhuǎn)速不高改變偏心輪轉(zhuǎn)速而改變活塞快慢

5、時效果不明顯，動平衡性差機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中有振動。方案B通過葉形輪的轉(zhuǎn)動,將球推入送球管,轉(zhuǎn)動的間歇就是送球的間歇,將球依次送入送球管，送球管可以作為機(jī)架,節(jié)省了材料和空間。 缺點(diǎn)：球量不足時不能實(shí)現(xiàn)發(fā)球。方案C 能夠?qū)崿F(xiàn)間歇性送球運(yùn)動，靠改變轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速改變間歇時間大小，轉(zhuǎn)速改變方便快捷 制造時廢材料，送球裝置過大可能會加重機(jī)架的承重負(fù)擔(dān)4. 總體方案 我們選擇的方案綜合各方案優(yōu)缺點(diǎn)，利用曲柄七桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇送球。由于該機(jī)構(gòu)有兩個自由度，我們用齒輪副將其封閉為一個自由度。我們增加擺頭機(jī)構(gòu)并通過齒輪機(jī)構(gòu)將送球機(jī)構(gòu)和擺頭機(jī)構(gòu)連在一起，實(shí)現(xiàn)一個原動件兩個執(zhí)行端的運(yùn)動。利用凸輪實(shí)現(xiàn)擺頭機(jī)構(gòu)的往返運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)乒

6、乓球從不同角度發(fā)出，增加運(yùn)動者運(yùn)動難度。5.機(jī)構(gòu)簡圖：6. 運(yùn)動循環(huán)圖：機(jī)構(gòu)角度送球機(jī)構(gòu)00-360360360-720最左處向右擺最右處向左擺擺頭機(jī)構(gòu)0-1515-165165-195195-345345-360停止推程停止回程停止發(fā)球機(jī)構(gòu)00-180180180-360發(fā)球-發(fā)球-注：送球機(jī)構(gòu)2對應(yīng)擺頭機(jī)構(gòu)及發(fā)球機(jī)構(gòu)14 選定機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)1. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖2. 機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 有一處復(fù)合鉸鏈 N=12 pl=16 ph=3 F=312-216-13=13. 機(jī)構(gòu)的尺寸及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)（1） 齒輪機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)已知條件設(shè)計(jì)過程計(jì)算結(jié)果發(fā)球頻率f=40個/分 減速電動機(jī)帶動齒輪1轉(zhuǎn)動，齒輪1與齒

7、輪2相嚙合。要求齒數(shù)，分度圓半徑相同。齒輪2與不完全齒輪3同軸固定，不完全齒輪3與齒輪4相嚙合，齒輪4與凸輪5同軸固定。要求齒輪1、2與凸輪5的轉(zhuǎn)速比為2考慮到發(fā)球口軸線與推桿軸線重合設(shè)計(jì)底座厚20齒輪、凸輪厚10齒輪1軸長85齒輪3軸長20齒輪2、3間20凸輪4、5間臺35減速電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=40r/min齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒輪1、2、4：m=5 z=30 不完全齒輪m =5 z=15分度圓直徑d=150(如圖)底座厚20齒輪、凸輪厚10齒輪1軸長85齒輪3軸長20齒輪2、3間20凸輪4、5間臺35（2） 送球機(jī)構(gòu)的尺寸分析 已知 條件設(shè)計(jì)過程計(jì)算結(jié)果送球頻率f=40個/分鐘齒輪1轉(zhuǎn)速=4/3

8、rads=4.19 rad/s滿足送球滑塊能將球送入發(fā)球裝置，并滿足雙曲柄七桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動無死點(diǎn)（L4d/2 ， L1d/2 ， L1d/2L3 ， L2+d/2L3 ） 考慮到實(shí)際情況、齒輪直徑及滑塊傳送距離，定：和齒輪1、2相固定的桿1、2：L1=L2=70mm計(jì)算雙曲柄七桿機(jī)構(gòu)：曲柄運(yùn)動過程中，執(zhí)行端（滑塊）兩個極位位移差 C點(diǎn)移動到最遠(yuǎn)點(diǎn)時，滑塊能將球推送至發(fā)球裝置故定L3=L3=160mm L5=82.6mm 滑塊長=50mm L1=L2=70mmL3=L3=160mmL5=82.6mm滑塊長=50mm （3）擺頭機(jī)構(gòu)的尺寸分析A. 連桿的尺寸設(shè)計(jì)已知尺寸設(shè)計(jì)過程計(jì)算結(jié)果乒乓球發(fā)球機(jī)擺角

9、定為15定發(fā)球口與轉(zhuǎn)動軸的距離為50mm則發(fā)球口的垂直位移為250tg15=26.8 凸輪部分的升程為50mm 為確保連桿不與凸輪接觸，定滾子與固定桿的機(jī)架豎直位移為50mm定9桿相連的機(jī)架與齒輪7相連的機(jī)架高125mm 由比例關(guān)系50/26.8=L1/L2 L1=175.3 L2=94.7由高度約束 L10=180.3 L11=100 L12=50固定桿的機(jī)架豎直位移為50mmL1=175.3 L2=94.7L10=180.3 L11=100 L12=50B. 凸輪的尺寸設(shè)計(jì)已知尺寸設(shè)計(jì)過程計(jì)算結(jié)果根據(jù)擺頭機(jī)構(gòu)角度=15根據(jù)B連桿設(shè)計(jì)要求知凸輪升程=50mm 要求運(yùn)動過程中，勻速推程勻速回程

10、，并有30的遠(yuǎn)休和近休如圖（3） 發(fā)球機(jī)構(gòu)的尺寸分析已知尺寸設(shè)計(jì)過程計(jì)算結(jié)果乒乓球直徑D=40mm該裝置將乒乓球發(fā)出的速度為20m/s發(fā)球機(jī)內(nèi)有兩個摩擦輪，可將球以所需的速度發(fā)出發(fā)出（當(dāng)兩個摩擦輪速度相同時）（當(dāng)兩輪速度不同時）設(shè)計(jì)機(jī)頭100 寬60 摩擦輪直徑25 厚度 20如圖5 選定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析1.送球裝置的運(yùn)動分析A.位移分析定：當(dāng)1處于豎直向下的位置時，角度為0 根據(jù)幾何關(guān)系可求出各B點(diǎn)與O點(diǎn)的水平位移。如圖所示可畫出位移曲線。由solidworks運(yùn)動仿真得到的的運(yùn)動位移曲線：B.速度分析當(dāng)前分析B點(diǎn)處于最遠(yuǎn)時的速度齒輪1、2嚙合，相當(dāng)于對稱，只分析一半即可 因?yàn)?、4平動 所以

11、 該時刻執(zhí)行端速度為0可簡化為由solidworks運(yùn)動仿真得到的速度曲線：C.加速度分析 由速度計(jì)算得 解得 比例尺=100:1由solidworks運(yùn)動仿真得到的加速度曲線：D.平衡力矩分析 3. 發(fā)球機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析速度分析（當(dāng)兩個摩擦輪速度相同時）（當(dāng)兩輪速度不同時）速度相同時：乒乓球速度=20m/s=2000mm/s摩擦球直徑=25mm/s摩擦球角速度=2000/12.5=80=1.6rad/s6 心得體會 通過為期兩周的課程設(shè)計(jì)，我們不僅將學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)際，加深了對連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的了解，更了解到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)的基本理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實(shí)際問題的能力。對有些不清楚的知識點(diǎn)，在這次設(shè)計(jì)中能夠發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)自我學(xué)習(xí)的過程。對一個課題的設(shè)計(jì)，需要