免费在线 网球发球机的原理及结构设计 [摘要]通过设计出一台新型号的网球发球机，来让网球的练习者和想要练习网球的人可以有更好的方式练习网 球，减少了陪练人员压力的同时 ，调动打球人的打球积极性，让玩家可以更高的，更有效的去练习网球。 本文就通过设身处地的为玩家着想为出发点，从打球人的角度出发来设计出一台新型的网球发球机，从价格， 质量，性能，使用的便捷程度为切入点，设计的具备性价比高，耐用，且使用方便的网球发球机。并可以远程控制 该新型智能网球发球机发球的速度角度旋转以满足练习者的各方面技术上的要求。 但本文中只讲述了其大部分机械结构上的设计,一些机械结构上的工作原理。对于对于远程控制方面只讲述了大 概思路。 [关键词] 网球发球机 工作原理 机械结构设计 The principle and structure design of tennis server [Abstract]Through the design of a new type of tennis server, so that tennis practitioners and people who want to practice tennis can have a better way to practice tennis, reduce the pressure of the accompanist, at the same time, mobilize the enthusiasm of the players, so that players can practice tennis higher and more effectively. In this paper, we design a new tennis server from the point of view of the player. From the price, quality, performance, the convenience of use as the starting point, we design a high cost- effective, durable and convenient tennis server. And it can remotely control the speed and angle rotation of the new intelligent tennis server to meet the technical requirements of practitioners. But this paper only describes the design of most of its mechanical structure, some of the 3 working principle of mechanical structure. For remote control, only about the idea. [Keywords] Tennis server Working principle Mechanical structure design 目录 前 言4 第1章 概述6 1.1 网球发球机的发展6 1.2 网球发球国内外的研究现状7 1.2.1 外国网球发球机的研究现状7 1.2.2 国内网球发球机的研究情况7 1.3 网球发球机器人8 1.3.1 网球发球机器人设计要求8 1.3.2 研究设计方法及技术路线章 网球发球机的工作原理及工作过程9 2.1网球发球机的工作原理9 2.2网球发球机的工作过程9 第3章 网发球机的机械结构设计10 3.1 发球装置11 3.1.1发球动力11 3.1.2发球装置驱动装置11 3.1.3发球装置中轴的设计12 3.1.4轴承的选择13 3.1.5键的选择14 3.1.6联轴器的选择15 3.2调节俯、仰角度装置15 3.2.1电机的选择15 3.2.2 键的选择16 3.2.3 联轴器的选择16 3.2.4 齿杆的选择17 3.2.5轴承的选择17 3.3供球装置18 3.4底板与壳体18 3.5本章小结19 第4章 网球发球机器人控制系统设计19 第5章 总结21 致 谢22 参考文献23 前 言 随着现代科技的发展，发球机已广泛应用于球类运动的各种领域，研制具有方便快捷自动化程度高适用性强的 网球发球机，可以方便球类运动练习和成本。 我的毕业设计选择的题目是“网球发球机的原理及结构设计”，网球发球机的原理可以是从材料的选择上和发 球相关的发球机内部运动的机械原理上入手， 机构设计上根据部分原理和经济环保性以及个人的喜好进行设计。 本次设计可以充分的运用到我在四年内所学到的知识以及调动个人对书本知识的实际运用能力，让我们综合地 区分析问题梳理知识解决问题，也可以充分的发挥自己的主观能动性，把自己的所学所想和设计融合，提升我们创 新能力的同时也增强我们的应对能力，增强我们的信心和对设计操作的认识水平。 但是由于本次毕业设计的时间紧迫，而且本人的能YY易游体育力有限，知识面不够，所以文中的细节存在着不到位的方， 4 且一些的设计只是从理念上进行设计的，未进行实际的测试，问题在所难免，请麻烦各位老师帮助。 第1章 概述 1.1 网球发球机的发展 当代社会，物质水平不断提高，生活充裕富足，助推了高质量的发展，入门越来越重视生活的质量和时间的利 用。根据统计得出，现今运动消费作为绿色消费的一种形式，近年来在人们生活中的日常消费里所占的比例不断提 高。可以预计，随着社会的不断发展，人们的生活质量的提升，会掀起一场运动健身上的热潮，各种健身用品健身 器材的需求也会不断提高，相对的市场也会相应扩大。 网球运动也在浪潮中得到了普及，受到了中青年群体的热爱。但此运动对于初学者来说不友好。一方面是需要 有陪练人员参与，加大了运动成本。另一方面该球类运动球的动能较大，初学者使用时容易受到伤害。因此短时间 内技术也很难得到提升，所以网球发球机的研发迫在眉睫。然而现在国内网球馆的局势存在着严重问题，一是设备 上存在较大缺陷， 特别的网球发起机上，科技含量普遍较低，且价格高昂，质量不高至易损，在一定程度上影响了 入门的正常使用情况。对此，开发一个性价比高，且科技含量高，美观耐用，安全可靠的玩球发球机具有较好的经 济前景和经济效益。 查阅并且研读了大量的有关于网球发球机的各种各样五花八门的资料，方案，论文，实物后 根据统计整理，发 现了本类资料最早出现于美国，是在1998年Rose在论文上发行的。之后大量国家都进行了网球发球机的研究，其中 日本,英国,美国的研究，和其他国家相比更加的成熟全面，并他们的产品相继投入到市场。由于国外研究的时间更 长，在开拓的过程中，一整套的研发的让他们的产品在细节上做的更好，不光是如何让球飞出的研究，还有可以自 主调节球的发射角度，发射转速的功能，且力量更加集中。在网球发球机上我国的研究的时间虽然不创，但是近年 来有很多有想法有创意的国人作出新的创意,但申请专利的数量不高,很多技术上的突破没有去申请国家专利。以至 于当前我国的网球发球机技术不是很成熟,也没达到先进水平。 本课题的研究题目为“网球发起机的原理及结构设计”，主要是对网球发球机的机械上的原理进行总计和阐 述，以及机械结构上的设计和一些电路结构想法，设计出一款技术含量较高，外观尚可，可控性高并安全性高的访 求发球机。可以发出各种各样炫向的球，并可以到到球场的任意位置。还会自动避开人体的具备只能的网球发球机, 还可以提供对于训练者不同阶段的训练方案和训练难度,加强训练者各方面的能力,让训练者可以快速的掌握规范的 全面的技术。 1.2 网球发球国内外的研究现状 1.2.1 外国网球发球机的研究现状 国外开始研发网球发球机的时间比较早。他们的功能也比较全面，可以发出旋向不同的球。以及各种抛物线的 球可以满足普通训练者的种种要求。而且对一些运动员的日常训练也可以使用。 目前全球有很多网球发球机的制造厂家。其中做的比较好的有。美国的TUTOR公司和德国LOBSTER公司所制造的 网球发球机。这两个公司采用的网球发球的原理不同。TUTOR公司做的网球发球机，用的是两个同时高速旋转的轮 子，旋转方向是相反的。由于两个两个轮子中间夹缝，比球的直径要小一些。所以在求要通过两个滚轮中间时，轮 子会吧球，挤压喷出。另一家公司。用的是空气压缩的原理来工作的。通过空气压缩机产生被压缩的空气。如被装 在一个较长的桶的一部。不一个宅口来固定通过这个宅口的直径。你求略小一些来阻后方未压缩的空气。当后方空 气压被压缩到一定程度时，网球箱被挤过窄口。从而发射。现在市面上。大多数网球发球机，欧式用双转轮原理。 来做的。一是双钻为转轮原理。能耗较低。较为节能。且更加的安全可靠效益更高。另一方面，空气压缩噪声声较 大，而且不稳定。使用时也会缩短球的寿命。并关于空气机使用的功耗较大。一般电池无法来满足其供电要求。相 对的，空气压缩机的售价较为便宜。 上述的这两家公司所生产的网球发球机有他们的独到之处。他们在网球发球机的电子共识方面也处于一个领先 的地位。他们可以用计算机远程的控制发球，也可以让使用者通过远程遥控，来进行实时的测速。 1.2.2 国内网球发球机的研究情况 相对于国外而言，我们国内相比之下对网球发球机的研究。还不是十分的全面， 还处于一个上升的阶段，当前 可以投入市场的成品较少主要有一下几中产品。 1.丰润牌网球发球机: 台湾丰润集团生产制造的丰润牌网球球发球机。他和美国TUTOR公司所产用网球发球机的原理相同，都是利用对 轮双转原理发球。该品牌发球机的优点十分的明显。就是初速度高容易控制。经济上实惠。由于研发投入力度不 足，制造的体系不够完整， 导致了其故障率较高。质量略差的缺点。 5 2.力王牌举升式网球发球机 北京太阳计算机技术公司。生产制造的举升式网球发球机。此款网球发球机于网球训练的过程。很完善的金星 路技术上的革新。让初学者和职业运动员都可以根据自己的技术水平有选择的选择技术难度，对于初学者有专门的 教学模式，动能低，球速慢，且仿真度高，对于职业玩家也可以发出各种各样的不同旋转方向的球，还可以发出比 赛中出现过的高难度的球来让职业选手来进行特殊训练。而且对于个人使用者有专用的记忆功能可以根据个人不足 有针对性的进行短板的加强训练，缩短了训练者掌握网球技术所用的时间而且在结构的设计上与国内其他制造商还 有独到之处，在技术上也有革新，利用了电动控制和液压原理想结合，更高的技术含量让球的控制效果得到了提 升，力度和准去性上也有明显增强。 我国总体来看对于网球发球机，邮寄类似的民用自动化辅助运动的设备上起步都比较晚，虽然近来来很多地方 和个人都相出了好的想法和创意但是在专利化的转化概率上还是比较低的，我国很多厂商很多都应用了国外的现成 的一些技术，缺少自主创新，使得我国的网球发射技术的水平得不到有效的提升，以至于现在我国生产的网球发球 的技术跟不上时代的脚步普遍落后，整体的整套制作系统也不成熟。 1.3 网球发球机器人 1.3.1 网球发球机器人设计要求 设计出一款可以根据使用者要求自动发出使用者想要的球的网球发球机。并且该产品该。在户外使用。需要具 备重量较轻等起框架结构较为稳定。可以经受轻微磕碰。并且由于网球运动需要对打，球动能较大，练习者接球， 球可能会与发球机产生碰撞。所以发球机需要具备。受到外力打击不影响正常使用但能力。并且用于训练专业的网 球运动员特定动作发球方式。以及具备快速反应的能力。还适用于个人的娱乐需求的体验锻炼和一些初学者学员训 练使用。还要具备可以直接使用直流电来使用的能力，且电力储备充足，发球机携带方便，成本和质量成正向关关 系，功能强大，使用方便。 1.3.2 研究设计方法及技术路线 本次设计的网球发球机在技术上把单片机 技术，材料力学，机械原理，自动控制进行了一体化的融合，从使用 者是使用为出发点把球的运动轨迹和人的对打方式进行融合，实现了自动化人性化的高智能发球设备。 在发球原理上，本设计的原理采纳了美国的TUTOR公司的以摩擦为动力源的发球原理，由于这种方式的发球与压 缩空气为动力源发球相比优点更突出切本次设计更加注重的是使用质量。用两个转动速度高且旋向相反的轮子来提 供动力，轮子中间的间隙略小于球通过且网球具有弹性较高的特点，以此为原理当球进入到两轮子中间时由于轮子 方向相反转向，轮子和球和轮子相互摩擦吧球挤出获得动能和相应的转速，位是球发射的方向可以调整本产品带有 动力及动力调节装置(调节轮子的转向和转速)，俯仰角装置(上下角度调节)，供球装置,电子控制装置，储球装 置,以及外壳组成。 其中俯仰角装置由步进电机带动齿杆齿轮丝母构成的转向机构连接支撑板带动支撑架以及支撑架上的提供动力 的双轮来实现调节发球角度，供求装置由供球轨道，十字双叶片分球装置(十字交叉双叶分球旋转片，电动机，控 制电路)来实现控球。储球装置与供球装置由渐变宽度轨道相连，通过箱体斜度利用重力和球的圆滑性自动的让球 进入供球轨道。通过控制电路控制电机启动时间来实现控十字交叉双叶片的旋转，来让上叶片定时放球如供球装置 时下叶片封闭供球轨道，上叶片封锁供球装置入口时下一片让上一次放入的球通过轨道进入动力装置发球。来实现 发球时间可控且精准控制发球频率。实现最快重力式下落式发球，最慢无上限。实现了发球频率上的无极变速。 主要创新点(1)供球装置简单高效耐用，用最少活动的部件完成完全可控式的操作，降低了复杂琐碎零部件容 易损坏的风险，同时降低了大量制造成本和损耗的能源。(2)供球装置完全自主研发，同类产品完全没有涉及，是 一次简单代替复杂的尝试。(3)动力系统安全可靠是选用的同等级产品中最优的动力系统，成本和质量关系呈现正 向相关。 推广应用价值:改产生谁和平通水平的家庭，懒人，技术水平较高的人使用，制作成本不高，技术含量高但技术 成本低，方便仿制和自行维修，使用寿命长方便拆卸，内部框架稳定，内部零件容易找到类似替代品，外部结构轻 微损坏不影响正常使用，在使用上可以进行接球对打练习，方便了练习人员练习的同时也方便陪练人员偷懒，大大 提升陪练积极性，以至于方便练习者更快掌握技术。同时发球频率发球方式，球的内应力都可以自行调节，有利于 提升自己玩的快乐程度和练习的范围。 最后，本次设计的发球机的一些主要部件要算机制图软件如Auto CAD画出详细的零件图然后画出整体大致的装 配图。 1.4 本章小结 6 第一章主要简绍了作者的一些想法和本次设计的目的，和现在网球发球机的研究现状，可以让大家在对网球发 球机有一个大概的了解之后，感受到创新的趣味与重要性，也是为下一步工作的开展打下基础，让下一步工作可以 更加有针对性的开展，也能充分的融入自己所学所想，更好的开拓创新。 第2章网球发球机的工作原理及工作过程 2.1网球发球机的工作原理 市面上销量好的网球发球机基本上都是双轮发球，同时我队动力学的研究不深，所以本次设计的动力装置就采 用了双轮子反向高速转的一个装置，利用球的弹力吧球挤出，没有采用空气压缩原理一是因为空气压缩的动能难以 控制，会根据球的表面粗糙度的不动和机械的磨损结构以及天气海拔等因素产生影响。二是动能较大会违反国家有 关法律，控制不当无法成为有效的商业化产品。 此外双轮子结构也可以自由的改变球的转速和球的旋转方向，更加灵活，方便。只需要改变两个轮子的相对转 速就可以改变球速，通过变换两轮的旋转方向就可以改变球的旋转方向，并且高速发球时双轮子发球的整体体积比 空气压缩发球方式的发球整体体积小。 2.2网球发球机的工作过程 2.2网球发球机的工作过程及使用流程 1)确定电量和遥控装置电量 2)放入球框内响应的球(最大装载量200以上，自行把球框加高可以扩容) 3)根据自己的水平选用相应模式(初次使用者可以选择测试模式难受会随时间提升) 4)单人使用事先调节好俯仰角装置(用遥控器调节即可) 5)有陪练人员可以有陪练人员再一旁进行实时调节 6)开始后双轮转动不停，供球装置的电动机根据设定的时间定时启动开始定时间断供球 7)球落到双轮立即发射 8)如遇到卡球情况立刻用遥控器停止主开关防止球突然发射受伤 正确的进行操作十分安全高效，可以轻松的实现练习网球达到提升能力或锻炼的目的。 第3章网发球机的机械结构设计 在本次设计中，机械机构不光要承担支撑和传递载荷的作用，而且外部框架还要有较强的抗外部打击能力。通 常金属材料和碳素材料都可以达到这个水平但由于碳素材料的制作成本高，且使用寿命比钢材短，因此本次设计的 材料选用金属材料，整体框架上为了保证方便携带支撑选用铝合金支架来保证刚度和具备较轻的质量。外壳选用更 硬的钢才，为保证刚度足够和承载能力外壳上增加了大量加强肋且侧面客体较薄来降低质量。个个部位通过螺钉螺 栓，或焊接相连，给别部位为方便维护采用活动连接的方式用简单的机械结构利用重力来使其在使用过程中紧密相 连，维护时无需工具就可手动拆卸。 金属结构和其他材料制成的结构相比,具有下列一些特点 1)强度高、重量轻金属结构大都采用钢材。钢材比木材、装饰、混凝土等材料的强度要高出很多倍,因此,当承 受的载荷和条件向同时,用钢材制成的结构自重较轻,所需截面较小,运输和架设易较方便。 2)耐高温性差,钢材具有一定的耐热性,但不耐高温,随着温度的升高,钢材强度会下降,因此对重要的结构必须 注意采取防火措施。 3)耐腐蚀性差有些机械特别是工程机械,经常处在潮湿环境中作业,用钢材制作的金属结构在湿度大或有侵蚀性 的介质情况下容易锈蚀,因而需要经常维修和保养,如除锈、油漆等维护费用较高。 4) 材质均匀 ―钢材的内部组织均匀,各个方向的物理力学性能基本相同,很接近各向同性体,在一定的应力范围 内,刚才处于理想弹性状态,与工程力学所采用的基本假定较符合,故计算结果准确可靠。 5)制造方便,具有良好的装配性金
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