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网球发球机机械系统方案设计
作者:小编 日期:2025-12-31 点击数: 

  

网球发球机机械系统方案设计

  在所有球类中,网球的球速差不多算是最高的,业余个人打球的话可能不会特别高,一般在100KM/H-150KM/H,但专业人员会高一些。男子方面:在2011年克罗地亚与德国队的戴维斯杯一场双打比赛中,卡洛维奇在第四盘的一记发球达到251公里/小时,打破了美国人安迪·罗迪克249公里/小时的前纪录。后者的纪录是在2004年戴维斯杯美国队与白俄罗斯队的比赛中创造的。女子方面的纪录是大威保持的207km/h。所以考虑到发球机的面向人群应该更广,本设计要求网球出膛速度达到120km/h(即33.3m/s)

  本设计要实现能够使得发球机在一侧的端线,把球发到另一侧的双打底线的两端点。

  考虑到实际过程中在入球口可能会发生堵球的现象,在此特地增加一个防堵球机构。

  给球功能:给球功能可以由槽轮机构实现,每90度卡一个球,将球送给击球机构后下一个球进入槽轮,但这样的缺点是容易卡死;

  送球机构的动力输入连杆事实上是一个摇杆,并且只能摇动30°,因此动力输入装置必须是一个曲柄摇杆机构,曲柄可以和齿轮或者是带轮固连作为动力输入(这两者具体选择什么,在设计整个系统传动方式的时候可以确定)。参照我们上面设计的送球机构运动学尺寸,我们得到动力输入的曲柄摇杆机构动力学尺寸要求如下:

  上面的计算公式主要用了解三角形的数学知识,其中L表示摇杆的长度,r表示曲柄的长度。

  考虑到实际过程中在入球口可能会发生堵球的现象,在此特地增加一个防堵球机构。

  发球机必须可以左右摇摆,并且在左右两个极位附近把球发出。但是在发球之前还要完成两个辅助动作,也就是把球推送到发球的位置以及给球加一个转速,所以从这点来看,辅助动作必须在发球机上层系统在向左摆、向右摆的过程中完成。

  图中绿色的轮子表示是动力输入轮,这里的动力输入可以选择皮带轮传动,这样比较方便,而且空间布局也比较方便。传动方案如下:

  机构定型:这个机构就是要实现能够使得发球机在一侧的端线,把球发到另一侧的双打底线的两端点。可以选择连杆机构,具体地说是参照电风扇摇头机构(双摇杆机构)进行设计。标准网球场地尺寸图见下图:

  网球的旋转虽然不像乒乓球一样致命,但是在比赛中也很具有威胁。本设计要求发球机可以发出任意方向的转球,并且可以手动调整发出转球的种类,例如侧旋、上旋、下旋等等。

  网球比赛中回球的质量很大程度上在于运动员的移动击球能力,步法更不上对手的进攻球,防守必然处于被动的地位,因此平时多加训练奔跑击球尤为重要。

  运动输入机构确定:因为该机构是一个导杆机构,主要是一个曲柄转动作为动力来源,所以对于这个机构我们一样可以选择齿轮作为运动输入构件。下面展示的是我们设计的低速击球机构,蓝色的圆柱就是击球头,由连杆带动,击球的速度取决于锥齿轮的转速,前面那个由皮带轮驱动的橙色轮子是给球增加一定的转速。这里展示的这个机构是我们设计的低速击球机构,也就是说可以发出我们设计的网球发球机中的最低速度也就是30km/h,在最后提交的动画里面用的也是这个机构。主要是考虑到快的击球机构在展示动画时看不清楚。展示效果太差。

  尺寸确定:功能上要求网球发球机能够在一个端点把球发到正对角和斜对角,并且采用的连杆机构不能有急回特性,也就是说行程速比系数必须等于1。这些约束条件具体表示在下图中:

  其中AB杆是与发球机上层固连的摇杆,BC杆上连接齿轮作为整个机构的动力输入,那么AB杆必须能够在

  机构定型:为了实现这样的功能并且使Baidu Nhomakorabea机构尽量简单,可以参照参考资料一47页的自动送料机构:

  外界的旋转直接加在槽轮机构的拨盘上,这样既可以保证击球机构的运动周期与其它机构同步,又可以把击球速度提升到之前的4倍。不完全齿轮和一个完全齿轮啮合,槽轮转动一个90°,带动不完全齿轮转动90度,从而完全齿轮转动一周也就是360度,这样可以将转速提高到以前四倍。另一个角度的截图如下

  该机构仅仅起一个辅助的功能,在装备漏球斗的网球发球机中很容易出现一种现象,就是堵球,也就是多个球聚集到落球口附近,但是每个球都掉不下去。这时要求网球发球机旁边有一个人看着,发生堵球时用手稍稍拨动一下球,让它顺利下落。但是如果在落球口附近装备一个曲柄,让其在那里不停旋转就可以避免堵球的发生。尺寸要求仅仅是让曲柄覆盖范围能够达到漏球口,转速稍慢即可。

  范围内摇摆,然后整个机构尺寸必须构成一个双摇杆机构,没有急回特性。这三个要求构

  从图中可以看出,如果BC杆作的是匀速圆周运动(事实上是这样)那么无论如何机构都有急回特性,但是我们可以减小这种差异,也就是设计的时候可以让它的极位夹角尽量减小。

  机构定型:本发球机要求击球机构的最大速度达到120km/h,并且机构击球过程快、回程过程慢,因此机构必须具有急回特性,且速度快的行程为工作行程,工作行程要求达到50mm。所以选择偏置曲柄滑块机构比较合适。

  尺寸确定:击球机构的最大速度达到120km/h,具有急回特性,工作行程至少达到50mm。不妨取行程速比系数K=2,从而可知

  网球起源于法国,现在已经成为全世界最流行的球类运动之一,深受广大运动爱好者的喜爱。但是作为一个对抗性的运动,当你只有一个人的时候或者是需要一个稳定的对手来练习的时候,就会显得十分尴尬,而网球发球机的出现,极大程度上解决了类似的问题。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。

  此两种是市场上较为常见的两种网球发球机,他们都有共同的问题,那就是不够灵活,不能够完美的按照用户需求进行发球,发球线路较为单一,且由于用到了单片机控制电路,导致造价昂贵,售价也是让人望而却步。

  鉴于目前的市场上的现有网球发球机功能不太全面并且用到了复杂的电子控制电路,本小组决定设计一个控制简单并且功能全面的网球发球机,其基本功能包括以下几点:

  我们想要选取的点也在图中标注。注意:这里固定了R取值200,300,400mm,并且极位夹角取5°,这样急回特性不明显,可以近似认为没有急回特性。

  当前最主流的网球发球机是靠两个轮子的相对旋转时挤压网球将网球打出。它们在前部都有个出球口,通过出球口可以看见两个轮子,就是这两个由电机带动的轮子通过快速旋转将球挤压射出。通过上下两个轮子的不同的旋转速度可以把球挤出时产生可以调整的上旋或下旋。

  击球功能:YY易游网页击球功能可以由两个转动的轮子实现,两个轮子高速转动为球加转通过挤压的力量将球射出,缺点是能够实现的发球种类较少;

  我们可以利用mat lab进行优化设计,求得r的表达式由下图中的fans变量接收。

  尺寸确YY易游网页定:本发球机以Slazenger比赛用球的标准球直径为准,因此球入口直径为690mm,可以按照比例算得运动学尺寸。机构中所有的运动学尺寸根据上图中的尺寸按比例绘制,转配玩之后的三维模型图如下:

  动力输入连杆机构尺寸确定:由于整个网球发球机只能采用一个动力源,所以我们必须实现考虑好送球机构的运动输入方式。下面我们考虑如何给该机构输入运动。

  机构定型:该机构的目的是实现间歇运动并且还要具有急回特性,因此选择盘形凸轮机构。

  尺寸确定:推程要慢,这使得挡块可以防止加速旋转的球滚出膛;回程要快,要避免挡块和击球装置碰撞。所以,推程需要34mm这样正好到球的一半高,可以挡住球,回程需要快速。在实现功能的基础下为了使机构更简单,凸轮可采用偏心轮。

  动力输入机构的确定:考虑到最后所有机构的动力输入应该都是齿轮,所以我们想出来一个将双摇杆机构和行星轮机构复合的传动方案,灵感来自于电风扇的摇头机构,也就是动力输入是一个齿轮和双摇杆中可以整周转的连杆固连形成的一个构件,上层的发球机把转动用齿轮传入该机构,使得整个网球发球机上层的发球系统可以随着摇杆摆动。具体的机构原理见下图。

  下面是我们在低速击球机构基础上对传动系统做出改进从而设计出来的高速击球机构,理论上击球速度是低速击球机构的4倍,因此可以达到我们设计时提出的最高速度120km/h的要求。传动系统主要改进是:外界传进来的旋转并没有直接加在击球机构动力轮上,而是通过了槽轮机构和不完全齿轮机构使得击球机构动力轮转速提高到以前的4倍,这样在理论上就可以发出120km/h的球。

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