在如今体育运动在社会生活中带起的热潮，网球运动也在其中发挥着自己独特的魅力，扮演着重要角色，而随着网球运动的兴起，网球相关运动器材的发展也显得愈加重要，其中像网球发球机这样的器材尤其受到大家的关注。在这样网球运动日益兴起的大趋势下，网球发球机这样能够节省大量人力资源的体育器材越来越受到重用是必然的。。
网球发球机是一种将机械、电子、自动化等几种先进技术融于一体的科技含量较高的产品。本文从网球发球机最基本的工作原理开始，详细的阐述了网球发球机的工作过程，并分析了网球运动过程中的运动状态，在现在市场上流通较广的网球发球机的基础上，分别对其机械结构、控制系统进行了优化创新，另外还以工业产品造型设计为基础对其外形设计进行了改进，用SolidWorks对网球运动过程进行了模拟仿真，确保设计可行性，保证该网球发球机在网球发射时网球旋向、俯仰角YY易游体育官方网站度、左右旋转角度均可同步调节。
社会发展至今，科学技术今非昔比，社会风貌也不可同日而语，物质生活水平亦随之提高，人们对生命与生活质量也开始倾斜愈来愈多的关注度。而体育运动对提高生活质量有着不可忽视的重要作用，近年来，我国人们日常生活消费中用于体育运动的比例以及在体育运动上所投入的时间都保持着持续增长的趋势，不难想象，全民运动的大趋势不仅不会减弱，而且会愈演愈烈。但大量的运动都需要借助运动器材以便更加自由方便，因此可以预见，运动器材的需求量也必会随之不断扩大，运动器材市场有着广阔的发展前景。
多年前网球运动传入我国，近些年来经过大力发展已经得到了广泛的普及，尤其在广大的青少年群体中深受喜爱。网球运动虽然对人们裨益极大，但是对新手来说入门较难，经过大量的练习后才能掌握一定的技巧，因此使用能够大量节省人力资源的网球发球机就极有必要，而为了能够迎合人们的需要，网球发球机就需要具有较高的科技含量，功能丰富。故而开发一种能够带来极大的社会效益和经济效益的网球发球机就极具研究意义。
本文研发的网球发球机可储球约200个，发球速度可以在60~180公里/小时的范围内通过人为的控制进行调节，同时亦可以通过认为操作调节发球旋向，发出诸如上旋球、下旋球、侧旋球、高吊球、平击球、切削球、中场、后场高压球、短截击球及边线球等类型的网球，让使用者能够在底线、中场、网前等各种情形下都能够得到充分训练，额外增加的遥控功能能够让使用者在各种情况下使用时更加便捷省时，给使用者带来极大的方便，并且在设计时考虑到了业余爱好者与职业网球运动员对训练的不同需求，给处于不同技术阶段的使用者提供了“多种训练”及“肌肉记忆运动”的不同训练方式，使不同人群使用起来更加得心应手。
在查阅相关资料后我们可以得知，总的来说，网球发球机的工作原理分为两种。其中一种是双轮对转原理，即网球从对转双轮中经过，借由与夹轮间的摩擦力将网球发射出去。另外一种是空气压缩原理，网球在发球筒中，压缩筒中空气将球发射出去。两种原理互有优劣。目前大都是以双轮对转原理为基础的网球发球机在市面上流通，而基于空气压缩原理的则比较少见。
（1）深圳斯波阿斯公司生产网球发球机。斯波阿斯公司于2006年成立，专注于智能体育运动装备的研发、生产与销售，公司拥有世界球类训练装备最全、规模最大的研发生产基地，并建立了遍布60多个国家地区的立体化运营体系，产品涵盖面积大，拥有近30名行业专家组成的国内外研发团队，以及大量的自主品牌和自主核心专利，产品填补了世界球类领域的多项技术空白，获得了BV/SGS/CE等多项权威认证及近百项国家专利技术。该公司产品同样利用双轮对转原理，产品综合能力比起世界上先进技术也可圈可点。
网球发球机是一种复杂的多种技术结合的综合产物，集电子、机械、智能控制技术为一体。本课题旨在在现有网球发球机的基础上进行改进，研发出一种功能丰富、控制便捷、价格亲民的新式网球发球机，开拓网球发球机低端市场，从而带来极大的社会效益和经济效益。研发该网球发球机除了要达到创造一定社会效益外，同时也要求我们能够达到提高自身综合设计分析能力的目的，如培养自身综合分析问题、独立工作、综合运用所学基础理论和专业知识解决实际问题的能力，也包括培养自身踏实、细致、严格、认真和吃苦耐劳的工作作风，为今后独立工作打下基础。
由上面原理图我们可以看到，两个夹轮分别由两个直流电机带动旋转，网球发射需要从两个夹轮中间经过，而两个夹轮间间隙略小于网球直径，因此网球经过时会与两个夹轮产生摩擦，由此摩擦力，网球获得一定的发射初速度，并且携带特定旋向，从而可以得到使用者想要获得的各种发球类型。该原理工作工程较为简单，而且能够保证发球的稳定性，发球类型丰富，是一种很实用的方案[1]。
网球发球机工作过程中网球存放在储球漏斗中，网球借由自身重力通过漏斗口下落，依次进入调节网球发射频率的转轮盒中，进入转轮盒的网球由转轮上的挡板依次分开，转轮由电机带动旋转，通过调节电机转速同时改变转轮转速，进而达到控制网球发球频率的效果，网球从转轮盒中出来后经过输球管道进入对转双轮之间，通过和夹轮之间的摩擦力获得发射初速度和角度，同时可以通过改变带动夹轮旋转的电机转速来该改变网球发射的初速度和角度。
本课题研发网球发球机实在市场现有产品的基础上在各部分细节上进行改进优化，使之综合能力更加出色，故而基本工作原理和工作过程与现有网球发球机并没有什么特别大的差别，同过本章节我们了解了以双轮对转原理为基础的网球发球机的基本工作原理及工作过程，并且提出了此次设计所要达到的目标技术指标，此后的整体设计过程都要以此技术指标为根本，力求能够达到目标效果，研发出理想的产品。
网球通过输球管道后进入对转双轮，由于两个夹轮之间的间隙略小于网球直径，因此受到夹轮的挤压作用，也就几乎不会存在同时发生既相对滑动又向前滚动的状态，所以这里我们就忽略这种运动状态，下面我们对网球的滑动摩擦运动状态进行分析。电机带动夹轮高速旋转，使网球与夹轮之间产生相对运动，网球在夹轮的摩擦力作用下逐渐加速，网球发生打滑时，与夹轮之间的滑动摩擦系数为(这里我们假定滚动摩擦系数与滑动摩擦系数相等)，方向与网球速度方向相反，故有网球与一个夹轮之间的滑动摩擦力为（为网球对该夹轮的压力），与另一个夹轮之间的滑动摩擦力为（同理为网球对该夹轮的压力），由上图及牛顿第二定理可以得到：
由上式我们可以明确的得出结论，网球在与滚道接触的初始角度为时有可能会发生滑动现象，我们以此角度为分界点便可分别计算出网球在滑动摩擦运动状态和纯滚动摩擦运动状态下的速度，将本课题设计产品的相关参数代入后，可以计算得到网球在发射出瞬间的滚动速度为12.5米/秒，再查阅相关资料获知网球发射后的飞行速度为12米/秒，两者基本上吻合，说明以上运动状态分析是可靠合理的。
由图可以看出，网球在空气中飞行时共受到三个力的作用，进行简单分析后可以知道这三个力分别为：重力、空气阻力、马格努斯力，其中马格努斯力由马格努斯效应产生，即网球在空气中旋转时，也会带动其周围的气流随之一起运动，气流方向与网球旋转方向一致的一边速度加快，而另一边速度减小，由伯努利定理可知，流体速度增加的一边压强将随之减小，而流体速度减小的一边压强将随之增大，这样一种旋转体周围存在的横向压力差将会形成一个横向力，产生一种类似点涡的效应，最后导致网球的运动方向发生改变[2,3]，总结这三个力，我们可以得到如下各个公式：
工业产品造型设计不是指在对机器产品外形进行设计时简单的对其进行美化，而是在充分考虑产品的功能、制造工艺、技术性能、环境等因素的基础上，将生产与消费的各个环节的因素统一表现在产品上，将技术、消费者心理与视觉艺术有机结合起来，使功能、尺度比例、工艺结构、制造成本、环境、消费者心理相协调。工业产品造型设计一般来讲遵循以下三个原则：
（1）经济性原则。我们将经济型分为生产经济性和使用经济性。生产经济性是指产品的生产成本低、方便投放社会批量生产，设计过程中要求尽量采用经济性高的材料、采用合理的加工工艺、避免多余的过分设计、减少加工难度大的复杂设计，提高生产经济性。使用经济性是指消费者在使用过程中能够降低能源消耗、提高生产效率，要求在设计过程中在不降低产品质量的前提下，科学合理的选择材料、进行结构优化。我们必须将实用性与经济型有机地结合起来，只有经济性而不具备实用性，市场消费者也不会认可，反之只有实用性而不具备经济性，也不能得到市场消费者的认可，不能发挥产品的整体效能。
（2）实用性原则。无论遵从何种设计原则，实用都是产品设计的根本目的，产品具有先进完善的各种功能，能够最大限度地发挥产品的物质功能，都是产品设计争取能够达到的标准[5,6]，产品用途决定产品的物质功能，产品物质功能决定产品的形态，故产品的形态必须服从产品的物质性能，对产品进行造型设计时要考虑到产品适当的功能范围、优良的工作性能、先进的操作功能几个方面，要求设计能够最大限度体现出产品功能的可实现性和方便性、操作的简单性和使用的现实性。
（3）美观性原则。美是一个时至今日仍然无法给出精准定论的概念，是人类漫长文明发展过程中的产物，也对人类创造物质文明起着指导作用。工业产品造型设计中的美观性原则具体指的是产品的造型美。虽然美是一个综合、相对的概念，无法给出确定、绝对的概念，但总的来说，它主要受到以下几个因素的影响。时代性：人们的审美标准会随着时代的发展而不断发展，这也是美无法永恒的一个原因，所以产品设计要符合时代潮流，能够满足当下人们内心对于美的期盼。社会性：世界是一个多元化社会，身处不同地区、不同社会的人们受到当地社会的影响而有着不同的审美观，因此对产品进行设计时，也应当遵循多元化原则，增加设计种类，满足不同人们审美选择，呼应人们内心的情感诉求。民族风格：世界上众多的民族群体，在长
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