全自動羽毛球發球機設計含三維圖

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 本科畢業論文（設計） 題目： 簡易羽毛球發球機機械結構設計 學 院： 機電與車輛工程學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 黎 小 豪 學 號： 6 3 1 5 0 4 0 1 0 5 0 5 指 導 教 師： 方 軼 琉 評 閱 教 師： 完 成 時 間： 重慶交通大學 CHONGQING JIAOTONG UNIVERSITY 簡易羽毛球發球機機械結構設計 本科畢業論文（設計）原創性聲明 本人鄭重聲明：所提交的畢業論文（設計），是本人在導師指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果。對本文研究做出過重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名（親筆）： 年 月 日 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 本科畢業論文（設計）版權使用授權書 本畢業論文（設計）作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，本科生在校攻讀期間畢業論文（設計）工作的知識產權單位屬重慶交通大學，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權重慶交通大學可以將畢業論文（設計）的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編畢業設計（論文）。 作者簽名（親筆）： 年 月 日 導師簽名（親筆）： 年 月 日 I 簡易羽毛球發球機機械結構設計 摘 要 在經濟和科技不斷進步的當下，良好的身體狀況越來越受到民眾的重視，為了鍛煉身體加強體質，許多人都選擇了進行體育運動。為了讓體育運動更加便捷，能夠更好的服務民眾，自動化的體育產品和器械開始漸漸的出現在大眾的眼前。國內關于自動化運動器材的種類越來越多，設計也越來越成熟?，F今，國內關于發球機的研究還有一部分的空白，除了乒乓球發球機的技術較為成熟，其他發球機的技術都還在初步發展階段。 羽毛球運動是一種多人運動, 無論是訓練、教學還是娛樂, 都至少需要兩個人相互配合。特別是在羽毛球教學和訓練中, 需要有大量重復性的練習動作, 為保證訓練效果, 對陪同人員要求較高而羽毛球發球機的使用正好彌補了一個人無法打羽毛球的不足，哪怕一個人也可以練習羽毛球，因此羽毛球發球機的市場前景非常大。針對情況，設計出一款羽毛球發球機，這種發球機通過雙輪摩擦的方式發射羽毛球，針對不同的訓練要求可以調整方向和角度。本次畢業設計主要就該款發球機的發射系統，傳動系統進行設計。 這種發球機的設計參考了乒乓球發球機發球的原理，改善了現有的羽毛球發球機，達到了更好的訓練和娛樂效果。 關鍵詞：羽毛球發球機；發射系統；傳動系統 Mechanical structure Design of simple Badminton serve Machine Abstract With the continuous progress of economy and science and technology, people pay more and more attention to their good physical condition. In order to exercise and strengthen their physique, many people have chosen to carry out sports. In order to make sports more convenient and can better serve the people, automated sports products and equipment began to appear in front of the public. There are more and more kinds of automatic sports equipment in China, and the design is becoming more and more mature. At present, there are still some gaps in the domestic research on serve machines. In addition to the relatively mature technology of table tennis serve machines, the technology of other serving machines is still in the preliminary stage of development. Badminton is a kind of multiplayer sports, whether it is training, teaching or entertainment, at least two people need to cooperate with each other. In particular, in badminton teaching and training, a lot of repetitive exercises are needed. In order to ensure the training effect, the high requirements for accompanying personnel and the use of badminton serve machine just make up for the lack of a person who can not play badminton. Even one person can practice badminton, so the market prospect of badminton serve machine is very big. In view of the situation, a badminton serve machine is designed, which launches badminton by ejection mode, and can adjust the direction and direction according to different training requirements. angle This graduation project mainly designs the launch system, transmission system and automatic feeding system of the serve machine. The design of this kind of serve machine refers to the principle of table tennis serve machine, improves the existing badminton serve machine, and achieves better training and entertainment effect. Key words: Badminton service machine; transmission system; transmission system 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 概述 1 1.1 羽毛球發球機概述 1 1.2 羽毛球發球機國內外研究現狀 2 1.2.1 國內研究現狀 2 1.2.2 國外研究現狀 3 1.3 羽毛球發球機的發展前景和方向 4 1.4 課題的目的與意義 4 2羽毛球自動發球機總體的介紹與設計 5 2.1 發球機總體的構造與布局 5 2.2 系統的總體設計 6 2.3 功能和性能指標 7 2.4 機械方案簡介 9 3 發射機設計方案 10 3.1 發射機的結構設計 10 3.2 運動學分析 11 3.3 電機選型 12 4 儲球結構設計方案 13 4.1 結構設計 13 4.2 運動學分析及電機選型 14 5 傳送結構的設計 15 5.1 結構設計 15 6 升降支撐機構的設計 16 6.1 結構設計 16 設計總結 17 致 謝 18 參 考 文 獻 19 - VI - 重慶交通大學2015屆機械設計制造及其自動化（機械設計制造及其自動化）專業畢業設計 1 概述 1.1 羽毛球發球機概述 羽毛球的比賽十分具有觀賞性，羽毛球運動本身也趣味十足, 如今已成為人們喜愛的體育運動, 是人們用來鍛煉和娛樂的絕佳選擇。羽毛球運動是需要大量基礎練習的, 特別是競賽和教學方面。同時, 羽毛球運動又是一種多人運動, 無論是訓練、教學還是娛樂, 都至少需要兩個人相互配合。特別是在羽毛球教學和訓練中, 需要有大量重復性的練習動作, 為保證訓練效果, 對陪同人員要求較高而羽毛球發球機的使用正好彌補了一個人無法打羽毛球的不足，哪怕一個人也可以練習羽毛球，因此羽毛球發球機的市場前景非常大。 羽毛球是一項同時擁有競技和娛樂屬性的運動項目，隨著對羽毛球發球機研究的加深，這種發球機會增加很多不一樣的屬性，比如說方便快捷，自動調整發球，智能化和人性化的設計。這種發球機主要有儲球系統、發球系統、傳動系統、進料系統、支撐系統組成。利用solid Works軟件進行設計, 利用3D打印和激光加工技術進行加工, 制作出實物模型, 完成了功能驗證。 中國的體育產業正在飛速發展的時代，各種體育產品層出不窮但也參差不齊，各種球類的發球機，投球機以及一些輔助運動訓練的產品，但是在這之中很少能看到羽毛球發球機，成熟的羽毛球發球機產品要求不同角度，不同高度，不同速率的發球，如挑高球，扣殺球，平擋球等，這讓羽毛球發球機更加不同與其他發球機的設計。 研究了國內羽毛球市場發現了一些問題，大型廠家設計的羽毛球發球機比較成熟，但是其他廠家生存的羽毛球發球機就存在換湯不換藥的問題，存在了一些明顯的問題，對于市場的發展不是很好。在售的羽毛球發球機存在著羽毛球容易被磨損，羽毛球容易卡球等缺點，而一款成熟的發球機，必定是要經得起市場的考驗的。 - 1 - 1.2 羽毛球發球機國內外研究現狀 1.2.1 國內研究現狀 世界上第一臺羽毛球發球機就是由中國機械科學研究院和體育大學聯合開發的，由國家體育總局監制?，F在被采用為國家隊集訓用的訓練設備。這種發球機可以儲存160個球，并且發球速度能夠達到專業男運動員的扣殺平均速度，有效的發球率能夠達到95%以上。它具有發球方式多，發球變化大，發球不間斷和電腦群控戰術訓練的功能特點，可以說是非常成熟的羽毛球發球機了。 國內對于體育運動產品的研究，讓我國的體育事業發展欣欣向上，也加快了體育訓練器材的更新，在不斷進步的科研水平的支持下，各行各業都在不斷的進行創新創造，研發自己的產品。 國內對于發球機的研究最為成熟的就是乒乓球發球機和網球發球機的開發和設計，這種類型的發球機的研發都較為簡單，針對的球形都比較規則，原理都是以摩擦單輪或者雙輪發射的方式發射球，這一類的產品已經趨于成熟，逐漸被群眾接受。不同于其他的規則球類，羽毛球本身就十分不規則，它自身的羽毛是阻礙設計的一大問題，羽毛對于羽毛球來說是必不可少的成分，它的球托的材質也不同于其他球類。在不損害羽毛球的羽毛，有充足活動場地的情況下設計出一款適合的羽毛球發球機是比較困難的。作為國內三小球最受歡迎的一種，羽毛球發球機的設計是一定會被提上進程的，這就不得不說到設備上需要克服的損傷球體，放置球體和控制球速的諸多問題。最早的羽毛球自動化發球機是由悍客自主研發的氣動羽毛球發球機，該發球機通過空氣壓縮噴射羽毛球，還有秦德的通過雙輪摩擦方式發射羽毛球的羽毛球發球機。這些發球機的普遍存在體積大，成本高，操作困難和體驗不好的問題，因此并沒有存活太久便被淘汰了。 目前來看，最成熟的發球機是斯波阿斯羽毛球發球機，斯波阿斯的發球機以操作簡單便捷，降低成本等理念出發，開發出了第一代的S2025羽毛球發球機，這種發球機主要由球籠、主機體、發球籠和手動升降的主支架組成，該產品的主要特點就是容易放置，有很好的體驗性，拆裝合理。在市場的考驗下，該產品的設計日漸成熟，更加合理。S2025的研發設計給了很多廠家靈感，開始效仿這種設計對其進行改造研發出針對性更強的產品，面對不同的用戶進行銷售。斯波阿斯將該種發球機進行組合，設計出了一款五合一的發球機，通過智能化的設計，讓改款羽毛球發球機更加專業，玩法更多。但是這種發球機成本較高，針對性較強，自身的體積也十分龐大，不適用于普通人群。但是針對于專業的羽毛球訓練，斯波阿斯S4025高端智能立式發球機是更好的選擇，這種發球機具備遙控、電動升降的功能，還有大容量的鋰電池高效續航。最高可以打8米的高吊球，這是目前市面上最好的羽毛球發球機，當然價格也十分昂貴，一臺羽毛球發球機可以達到1萬元的價格。比起乒乓球發球機來說，這個價格可以說是十分昂貴了。 目前市場上的在售的羽毛球發球機原理和構造都大同小異，所以他們都或多或少的存在一些問題，這些問題歸結為 1）通過雙摩擦輪擠壓羽毛球發球會損傷羽毛球的羽毛部分，降低了羽毛球的使用壽命。 2）擠壓摩擦羽毛球球頭的發球雖然不會損傷羽毛，但是會降低出球速度，降低體驗。 3）雙輪發送電機的差異會損傷羽毛。 4）機構復雜，無法靈活調整發射角度和方向。 羽毛球發球機的開發和設計不斷的加深，國內人工智能也越來越成熟，未來羽毛球發球機的開發趨勢必然會靠著人工智能方向靠近。目前的羽毛球發球機還處在初步發展的階段，還不夠智能，不夠完善，依靠不斷進步的機器人技術和人工智能技術，智能化的羽毛球發球機會越來越穩定。未來我們會開發出更多的實惠智能的產品。 1.2.2 國外研究現狀 國外的發展并不比國內好，因為在國外羽毛球這種運動并不普及，所以羽毛球發球機的發展相對也比較緩慢。最具有代表意義的廠家就是BLACKKNINGHT的黑騎士。 黑騎士發球機的第一代已經被淘汰了，是通過空氣壓縮噴射來發球，這種方式太繁瑣，成本高。經過升級，在2012年重新出現，體積變小了，但是價格更加高昂。體博會上的羽毛球發球機都是依靠雙輪擠壓摩擦發射。但是雙輪擠壓摩擦十分容易損害羽毛球自身的羽毛，也不是非常理想的發射方式。 國外對于羽毛球這項運動并不重視，導致了國外羽毛球發球機的研究并沒有比國內有多大的優勢甚至于國內關于羽毛球發球機方面的研究已經超出國外很多了。 1.3 羽毛球發球機的發展前景和方向 目前國內的體育產業化的每年產值已經到達了2000億美元。國內在羽毛球發球機的使用上有很大的一片空白，國內目前急需一大批的羽毛球發球機用于專業訓練和健身器材。所以降低羽毛球發球機的成本，增大羽毛球發球機的產量是目前急需解決的問題。 以往發球機的設計都是以標準的圓球體進行設計，而羽毛球發球機由于其形狀的特殊，沒有前人的參考，設計困難，所以對于羽毛球發球機的設計要做到實現大部分發球操作是比較困難的。比較之前的羽毛球發球機是通過雙輪擠壓摩擦發射，要做到更好的發球，更加需要用到現在更多的科技方式。 要做到羽毛球的發射具有科技感，大的儲球量，自動去球，發球方位自動調整，自動調速等功能的同時還具備出球速度范圍大，球速精確可控，落球集中，不傷球，手機藍牙操控，可玩性高等功能就需要把機械設計，電路設計，嵌入式控制，無線傳輸和多傳感器監測 技術結合于一體。在滿足這些條件的同時，還需要對機構外觀進行設計創新，需要發球機的電氣硬件和多傳感器監測系統和下位機嵌入式控制系統，上位機遙控系統及其通信協議。 未來的羽毛球發球機是智能化的，而不是單純的進行機構的運動，通過多種感應器，能夠實現人機互動才是做發球機的目標，通過電腦操控更能夠實現戰術訓練和實戰模擬，是羽毛球發球機的最終形態。國內的發球機市場還不是特別完善，發球機的市場具有很大的開發空間。 1.4 課題的目的與意義 羽毛球發球機的研究與設計是為了滿足國內對于這類產品的需求，提高羽毛球運動員的訓練強度，加強國民體質，目前國內的發球機設計不是很成熟，也為了彌補這一個空白，設計了羽毛球發球機。羽毛球發球的研究與設計能夠加大羽毛球發球機相關產業的發展，作為一項老少皆宜的運動，羽毛球發球機的市場也是非?？捎^的。同時提高羽毛球發球機的質量也能夠帶來更好的對抗和游戲體驗，也能夠在一定程度上加強羽毛球運動員的訓練強度，提高技術水平。 2羽毛球自動發球機總體的介紹與設計 2.1 發球機總體的構造與布 其實目前在國內外出現最多的是乒乓球發球機，并且應用得最為廣泛，這可能與乒乓球構造簡單有關，因此設計其配套的發球機也相對來說顯得輕而易舉，而羽毛球發球機根據羽毛球構造來設計就復雜了，羽毛球相互之間的摩擦力太大，不能一次裝載數個羽毛球然后依次發射，本次設計的這個羽毛球自動發球機，其實也只能是半自動的，它的優點是可向多方位發射球，發射管可上、下調節，根據運動時人自身需要而定，外形圖如下： 圖2.1 羽毛球發球機整體圖 如圖可見，這個羽毛球發球機由支撐系統，傳動系統，發射系統，大小適中，也就比乒乓球發球機大一點。在國內的發球機研究領域，乒乓球發球機的研究是最成熟的，目前國內的幾種乒乓球發球機的原理及構造都有一定的參考價值，乒乓球發球機主要是通過能量守恒的原理來制造的，它需要將彈性撥片旋轉，當彈性撥片被阻擋后會發生彎曲變形，產生彈性勢能。當彈性撥片由于彎曲變形而滑過擋塊后，它將迅速恢復原形狀并由彈性撥片的前端擊打乒乓球的中后部。這樣的話，彈性撥片的彈性勢能就會被轉化成乒乓球的動能，可以讓乒乓球產生一個初速度，讓乒乓球發射出去。 該羽毛球發球機的特點是：（1）發球機主要機械結構為雙輪旋轉摩擦，機械結構簡單。正是因為這種簡單的機械結構，使得發球機的發球順暢，無卡球的現象（2）成本低廉。該羽毛球發球機的材料大多數都是常見的物品，平時可以通過回收獲得，這樣不僅降低了成本，也保護了環境。（3）適合新手使用。該發球機發球大小力度都是固定的，并不像市面上的高端產品發球多種多樣，路線和落點都很一定，適合練習羽毛球發球。 主要創新點（1）旋轉摩擦的方式擊球，出球的穩定性得到保證。（2）取送機構簡單可靠且快速。（3）通過仰角調節旋鈕調節發球方向。 2.2 羽毛球發球機總體原理介紹 由設計要求，明確設計的要點，首先就得知道發球機的整機的工作原理過程，這樣有助于幫助后面的設計結構布置。該羽毛球發球機的主要部件分別包括傳動齒輪，鏈條，電機，撥抓，發球輪，渦輪，蝸桿，升降柱，萬向輪等結構的組成。 工作原理：根據以上的主要部件，可以知道羽毛球發球機要求是可以調節角度，可以調節方向，可以調節快慢，還可以靈活的變換位置。 （1） 則整個結構原理就是位置的變換由三角架下面的萬向輪實現，萬向輪帶動整個發球機的運動，并且萬向輪的設計應該帶有制動器，這樣方便固定于任意的位置，同時保證在發球的同時，發球機不會有位置的偏移，造成發球的不準確。 圖2.2 羽毛球發球機三角架腳輪圖 （2） 整個結構的高低調節則是通過套管的上下移動來實現的，固定套管的則是螺紋調節把手，把手的材料使用，握柄部的材質使用的是膠木，有一定的柔軟度，手持使用方面，螺紋桿則使用鍍鋅鋼制成，使用鍍鋅鋼的目的是保證在羽毛球發球機在戶外使用時，防止生銹造成卡住螺紋。 圖2.3 羽毛球發球機握柄調節圖 （3） 整個發球機的羽毛球都是存放在儲球籠里面，整個儲球籠是包括8個有機玻璃管，每個機玻璃管里面可以存放14個羽毛球，整體存放數量在104個羽毛球。儲球籠的旋轉則是通過保護殼底部電機的帶動實現旋轉，通過對電機的設置，實現在固定的位置實現停止。 圖2.4 羽毛球發球機儲球籠圖 （4） 取球結構的設計：根據總體的結構設計，要求取球機構的效率要高，能夠快速的取一個球，并且送到傳動鏈條上，取球結構則是由電機的帶動，通過傳動軸帶動齒輪組的轉動，通過這樣的方式實現取球的高效率性。齒輪組由4個齒輪組成，2個主動齒輪，2個從動齒齒輪，中間的2個齒輪為主動齒輪，周邊2個則為從動齒輪。在齒輪上固定撥抓，在齒輪的轉動帶動撥抓的轉動，從而實現把羽毛球取下。 圖2.5 羽毛球發球機取球結構圖 （5） 傳球結構的設計原理：通過取球結構將羽毛球取下后，會落入到設計的傳球的結構上，傳球的結構設計主要包括齒輪，鏈條等主要部分，通過電機的轉動實現傳動軸的轉動，從而帶動鏈條的傳動，因此通過這樣一樣過程就將羽毛球帶動到發球輪位置。 圖2.6 羽毛球發球機取球結構圖 （6） 發球機構：發球機構是通過2個對稱的發球輪布置而成，每個發球輪下面都是有一個電機帶動，電機布置在發球輪的下面，直接連接起來，這樣才能達到高速的發球的狀態。發球的過程是通過傳送結構將羽毛球傳送到發球輪邊上，通過發球輪的摩擦力將球帶進發球位置，因發球輪的寬度布置是小于羽毛球的寬度，所以在通過發球輪的過程中，真個羽毛球是受擠壓狀態，由電機的高速旋轉，使羽毛球高速的飛出，達到發球的效果。 圖2.7 羽毛球發球機發球結構圖 2.2 系統的總體設計 羽毛球場標準場地為一個長13.4m寬6.1m的矩形區域，范圍較大，所以羽毛球的出球類型也多種多樣；根據羽毛球的飛行軌跡，羽毛球有高遠球、平高球、平射球、平抽擋球、吊球、扣殺球、網前球、挑高球等出球類型，每種球類都有左、中、右三個方位。 羽毛球質量較輕，在4.74克到5.5克之間，一般使用的是4.9克、5克和5.1克三種羽毛球。羽毛球在空中運動過程中，除了空氣阻力的強烈干擾，球的質量和羽毛的損壞程度也極大的影響了羽毛球的速度和軌跡。對于專業的羽毛球球員，羽毛球的最高速度可達84m/s(300m/s),這是拋體運動中最快的速度。但是對于普通羽毛球球員和業余愛好者來說，速度達到50m/s(180m/s)已經是屬于速度的極限值了。 經過系統分析，本論文需要解決的問題有以下方面： （1） 整體系統方案的研究設計 （2） 發射機系統的設計 （3） 儲球和送球機構的設計 （4） 支撐機構的設計 2.3 功能和性能指標 （1）羽毛球發球機的性能指標 表2-1 羽毛球發球機性能指標 項目 指標 出球速度 30km/h~180km/h 出球速度誤差 ±0.8km/h 水平方位角度 -25°~25° 俯仰方位角度 -10°~40° 發球頻率 0.5s-6s每個 儲球數量 200個 發球類型 常見球類 升降方式 手動升降 供電 家用220v交流供電 自重 ≤20kg 移動性 三腳架支撐，可拆卸 羽毛球發球機除了達到這些基本的性能指標還需要具有美觀的外形和產品的可靠性，還有功能的多樣性和可玩性。 （2）羽毛球發球機各個主要部件工作效用如圖所示： 圖2.2 發球機主要部件 表2.1 主要部件工作效用 儲球籠 裝載羽毛球 羽毛球 發射用羽毛球 主機 負責保護發球機起到一定的保護和外形美觀的作用 發球輪保護殼 保護發球輪免收損害 發球輪 擠壓摩擦羽毛球將羽毛球擊發出去 仰角調節旋鈕 改變傳送帶的角度達到改變羽毛球發射角度的作用 主馬達 電機，帶動發球輪轉動 升降柱 調節羽毛球發球機發射高度 定位銷 固定羽毛球發射高度 三腳架 起支撐作用 傳送機構 輸送羽毛球到發球輪出 2.4 機械方案簡介 作為一款實體產品，發球機的機械系統是發球機系統的做基本的要素，是整機系統的最終執行端，也是產品的主要表現形式。 根據系統構架設計和發球機的性能指標可知，發球機系統的結構包含有儲球機構、送球機構、發射機構、升降支架支撐機構組成。 各個機構的機構的描述 （1） 儲球機構 儲球機構安裝在主機機構之上，可以最多一次性儲存200個羽毛球。儲球機構內每個球都必須整齊安放，避免卡頓。 （2） 送球機構 送球機構安裝在主機機構之內，送球機構由兩根鏈條、兩個鏈條軸和四個傳動齒輪組成。送球機構負責將球完整的運送到發球輪處，讓發球輪將球發射出去。 （3） 發射機構 發射機構安裝在主機機構之內，外殼用發球輪罩保護，發球輪本身比較脆弱容易受傷。發射機構又兩個主機一塊墊板和兩個發球輪組成，通過轉速相同的兩個發球輪將羽毛球發射出去。 （4） 升降支撐機構 升降支撐機構和地面直接接觸，承載著整個發球機的主題，提供手動升降功能，需要保證整個發球機的穩定性以及方便移動， （5） 主機機構 主機機構安裝在升降支撐機構之上，包含了主體承力支架和外殼，主機機構需要提供儲球機構、取球機構和升降支撐機構的安裝固定位置，還要提供電器元件的安裝固定位置。 3 發射機設計方案 3.1 發射機的結構設計 羽毛球發球機根據總體設計方案，發射機構設計需要滿足以下幾點要求： （1） 機構簡單可靠效率高。 （2） 通過擠壓的方式發射羽毛球 （3） 雙輪速度同步且可精確可控（最低30km/h最高180km/h）。 （4） 質量不能過重 （5） 能夠將羽毛球加速至指定的發射速度 圖3.1 發射機機構 發射機機構由兩個發射電機、兩個發射輪及其安裝底板組成，形成左右中心線鏡像結構，中心校處為羽毛球加速發射通道。發射電機穿過底板和發球輪罩嵌入發射輪中，然后安裝于底板上。羽毛球在發球輪中間加速穿過獲得速度，以一定的速度發射出去。 3.2 運動學分析 如圖3.1為發射機機構的模型圖。機構左右鏡像對稱，正常運行時，發射輪在發射電機的驅動力矩M作用下，發射輪以的角速度旋轉，射電機轉速為nRPM,穩定后 （3-1） 羽毛球進入發射機發射口，通過摩擦力進入發射通過，之后通過擠壓羽毛球球頭產生的摩擦力對羽毛球進行加速，經過L的加速距離使羽毛球的速度V球達到V帶的速度，然后以制定的角度發射出去。 由于羽毛球與發射輪接觸時間非常短，相互之間的作用力是變力，急劇增大和急劇減小，平均作用力大，其所受的外部作用力可以近似為零，可以作為動量守恒的碰撞問題處理，在發球瞬間，假設電機驅動力矩僅供克服轉動阻力的動力且羽毛球可視為繞直徑為的轉輪轉動，根據角動量守恒定律可知： （3-2） 其中羽毛球的質量取5g，發射輪和皮帶質量為1000g，則有 （3-3） 由此可見，羽毛球質量較小，發射時發射機損失的動能較小，且可由電機動力及時補充，羽毛球的出球速度可近似為廚師發射機設定達到的速度。 3.3 電機選型 由發球機系統的總體設計的性能指標可知，出球速度的范圍為30km/h(8.3m/s)至180km/h(50m/s)，考慮空間限制，設計D大小為94mm，根據公式（3-1）計算可知，電機轉速需求范圍為1700rpm至10200rpm。 由于電機屬于高轉速類型所以需要選擇無刷電機，考慮到成本、體積、重量等因素。選擇了颶風電機U3508外轉子無刷電機，具備機構小巧、質量低、轉速高和售價低的優勢。 由于這種模型的電機啟動和運行電流較大，所以要選擇電流范圍較小，電壓較大的電機，差颶風電機U3508參數可知分別有KV值380、550、700三種可選，其中電壓為22.2V，KV值為550的型號轉速為500*22.2=12210rpm滿足轉速要求且有一定的余量，最大額定電流為19A，一般瞬時電流可達額定電流的兩到三倍，功率可達416.38W滿足發射電機要求。因此選擇U3508（KV550）作為發射機電機型號選擇。 4 儲球結構設計方案 4.1 結構設計 羽毛球發球機的儲球結構的總體方案余姚滿足以下幾個要求： （1） 儲球數量大可以裝200個羽毛球。 （2） 機構簡單可靠效率高。 （3） 儲球筒易拆便攜裝球出球不卡球。 （4） 外觀要求精美。 （5） 處于最高點，要求穩定不晃動。 圖4.1 球籠 如圖4.1所示，儲球機構由球筒，旋轉電機及其安裝座和球筒做構成，球筒設計有8個內徑為75mm、高度為510mm的透明的圓管，再由上進球板和下出球板固定，裝配好組成球筒，儲球量為200個標準的羽毛球。經過測試下出球板出球口設計為60mm比較合適，達到了保證取球的拉力嬌小且保證羽毛球不會因為重力作用而掉出球筒，上進球板向上則無需要求，開孔至最大值75mm。球筒底部有底座安裝，還有一個電機帶動球筒轉動。球筒頂部設計有便攜的把手，方便攜帶。 4.2 運動學分析及電機選型 儲球機構只有一個旋轉電機，旋轉軸豎直向上安裝，儲球筒水平方向旋轉。儲球筒共有8個儲球管子，每次只需選擇1/8個圓周，電機力矩只需克服球筒在外殼上的滑動旋轉阻力。球筒座的材料為POM，其摩擦因數為0.18，球筒裝滿球的質量仿真結果m約為5.6kg，設計滑動處半徑r為112mm，則電機需要提供的扭矩 （3-4） 根據設計需求且為了統一電壓供電，選擇GM37-520電機，24V供電，其參數查數據可知，其中減速比為1：150的電機額定轉速為31rpm，即換球管最短時間約為0.1s，額定轉矩為0.7N.m。堵轉矩為2.8N.m，符合選型參數要求，同時具有成本低、控制簡單的優點。故選項GM37-520電機配1：150減速比的電機作為儲球機構的動力。 5 傳送結構的設計 5.1 結構設計 根據發球機的總體方案，送球機構需要滿足以下幾點要求： （1） 機械簡單可靠效率高 （2） 在任何角度都可輸送羽毛球到發射輪 （3） 羽毛球不會掉落且穩定送球 送球機構由送球電機，傳送齒輪，傳送軸，傳送鏈條，皮帶，安裝座組成。其中的材料都是可以隨處購買的，低成本。傳送電機帶動傳軸轉動，轉矩轉化為鏈條的運動從而帶動皮帶輪運動羽毛球運動。 5.2 運動學分析及電機選型 送球機構設計簡單，傳送軸直裝于電機上，啟動電機進行勻速圓周運動即可實現推球功能，電機只需帶動皮帶轉動運動羽毛球即可，電機轉速和扭矩要求較低，根據設計需求且為了同一電壓供電，選擇GM25-370電機，24v供電，其參數查表可知其中GM25-370配減速比為1：34的減速電機基本滿足基本需求，可作為選擇。 6 升降支撐機構的設計 6.1 結構設計 根據發球機的總體設計方案，升降與底板的設計需要滿足以下幾點要求： （1） 結構簡單可靠效率高。 （2） 承載重量大于20kg且穩定晃動小。 （3） 具有方便手動升降的功能，高度范圍合適。 （4） 方便拆卸和攜帶。 （5） 屬于外觀的一部分要求美觀。 如圖6.1 升降支撐機構 升降支撐機構由三腳架和一塊底板組成，由于外觀需要和成本控制，市場上有售符合要求的三腳架和腳輪，只需設計三個相連件即可。選用美觀、做工精細的三腳架以及剎車功能的腳輪是最直接有效的方案。其中三腳架高度4m至6m可手動調節，承重50kg，可拆卸收縮。 設計總結 通過學習機械設計、機械原理、機電傳動控制的知識，同時，經過查找網絡上的市場資料，進行市場調研，已取得了詳細的設計資料。通過指導老師的指導，以及同組同學之間的相互討論，終于完成了本次設計任務，我本次的課題是簡易羽毛球發球機機械結構設計，在前幾年我們做過了幾次課程設計，為這次的畢業設計做了很多鋪墊，指導老師為我們選擇的這個課題，就國內的目前的市場來講有很大的研究價值，也能夠讓我們學到很多東西，在設計的過程中可以不斷的學習，邊學邊做，讓我懂得了如何獲取知識，懂得了如何面對陌生的新生事物。對于即將步入社會的我們來說，這種學習和克服困難的精神比什么都重要。同時對于指導老師不斷的給我們指導和意見深深的感到感謝。這次畢業設計作為我大學最后的一次作業，我盡自己的努力認真的完成了。對于本課題，我在很大的程度上是通過上網、圖書館、向同學請教等方面收集資料，然后進行整理、編輯、打印，整個過程收獲頗豐。 關于羽毛球發球機的參考資料相對較少，我在知網上查詢了相關的國內外的文獻資料，得知了現在發球機領域內發展較為完善的是乒乓球發球機，所以我就對乒乓球發球機的原理進行了一定的了解，通過乒乓球發球機的原理，參考設計了羽毛球發球機。本次設計主要完成了以下： （1） 調查研究了羽毛球發球機的研究背景和國內外羽毛球發球機的研究現狀 （2） 完成了對課題文獻的研究與總結 （3） 計算了羽毛球發球機內各種主要部件和構件的數據 （4） 完成了羽毛球發球機的結構設計，重點針對傳動系統、發射系統和儲球機構進行設計。 （5） 利用AutoCAD軟件繪畫制圖 （6） 編輯設計說明書 在本次的設計過程中，通過查閱網絡資料，知網文獻，不斷補充知識，不斷克服設計當中碰到的一個又一個困難。同時在與老師和同學的探討中，解決問題，完善設計方案。最終完成了本次畢業設計。 致 謝 時間匆匆的過去，我在大學里面度過了非常有意義的四年，漫長的四年時光，從江津雙福校區到南岸校區，在機械類專業這個大家庭，學習到了很多對我未來工作就業有用的知識。本論文是在方軼琉老師的悉心指導下和熱情關懷下完成的，在方老師的指導下，我們改正了很多論文格式和用語方面的錯誤，非常感謝方老師給我們的指導。 感謝母校四年來的教育，我一直牢記母校的校訓：“明德行遠，交通天下”，走出社會，這句話會一直陪伴我走過以后的路。感謝指導老師為我提供了研究這個課題的機會，讓我有機會鍛煉自己，提高自己。感謝輔導員四年來不停的關懷和操心。感謝四年來所有老師給我的學習的機會和良好的環境。感謝宿舍的室友帶來的良好融洽的生活和學習氛圍，還有學習上的指導和支持。 最后感謝抽出寶貴的時間來評審本論文的各位專家學者和本次畢業設計答辯的所有專家學者，對你們致以誠摯的謝意！ 參 考 文 獻 [1]彭文生等主編·機械設計 第二版·武漢·華中理工大學出版社·2000 [2]彭文生等主編·機械設計[M] 長沙·湖南科學技術出版社·1993 [3]孫桓、傅則紹主編·機械原理 第四版·北京·高等教育出版社·1989 [4]黃純穎·機械創新設計[M]·北京·高等教育出版社·2000 [5]劉光復·綠色設計與綠色制造[M] ·北京·機械工業出版社·2001 [6]楊叔子·機械加工工藝師手冊[M] ·北京·機械工業出版社·2001 [7]吳圣莊·金屬切削機床[M]·北京·機械工業出版社·1992 [8]徐灝·機械設計手冊[M]·北京·機械工業出版社·1998 [9]徐灝·新編機械設計師手冊[M]·北京·機械工業出版社·1995 [10]王文博·機構和零部件優化設計[M]·北京·機械工業出版社·1990 [11]李華·機械制造技術[M]·北京·機械工業出版社·1997 [12]孟憲源·現代機構手冊[M]·北京·機械工業出版社·1994 [13]鄭文緯、吳克堅·機械原理[M]·北京·高等教育出版社·1996 [14]辛一行·現代機械設備設計手冊[M]·北京·機械工業出版社·1996 [15]鄒慧君·機械運動方案設計手冊[M]·上?！ど虾＝煌ù髮W出版社·1994 [16]機械設計手冊編委會·機械設計手冊（新版）[M]·.北京·機械工業出版社·2004 [17]孟繁華、李天貴·氣動技術在氣動化中的應用[M]·北京·國防工業出版社·1989 [18]機械工程手冊編委會·機械工程手冊[M]·北京·機械工業出版社·1982 [19]李繼慶、陳作模主編·機械設計基礎[M]·北京·高等教育出版社·1999 [20]張根保主編·自動化制造系統[M]·北京·機械工業出版社·1999 [21]劉朝儒主編·機械制圖[M]·高等教育出版社·1999 [22]COHENDET,P.;LLERENA,P.;SORGE,A.:MUST-Final report(Draft version)[M],Strabourg 1991. [23]Goetsch D L.Modern Manufacturing Process[M]· New York· Delmar Publishers·. 1991 [24]PORTER,M:THe competitive adcantage of nations[M],New York,1990. - 28 -