1新型羽毛球發(fā)球機的結構設計2摘 要羽毛球運動是一項動作精細，技術復雜多變，對抗激烈的競技項目。當今世界羽毛球運動水準已發(fā)展到一個新的水準，它不僅要求運動員具有成熟的技術，靈活多變的戰(zhàn)術，而且更需要良好的身體素質。可見運動員的心、身、體的統(tǒng)一，是取得優(yōu)異成績的重要保證?；谶@點思想我設計了一種可供羽毛球運動員訓練的羽毛球發(fā)球機，它主要由支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)及自動進料系統(tǒng)構成。其中在發(fā)射系統(tǒng)中，采用電機壓縮彈簧，利用彈力將羽毛球發(fā)射出去，自動進料系統(tǒng)則擬采用槽輪機構帶動皮帶輪間歇式的轉動，從而將羽毛球送入發(fā)射管口。本羽毛球發(fā)球機非常適合運動員及初學者使用，目前我國在這方面已取得了一點成就，但相比國外來說，我們國家在發(fā)球準確性及頻率方面還相差甚遠，因此需要更加完善。關鍵詞：羽毛球發(fā)球機 發(fā)射 自動進料 槽輪 間歇運動3AbstractThe badminton movement is a movement fine, the technology is complex and changeable, resists the intense athletics project. Now the world badminton movement standard has developed to a new standard, it not only requests the athlete to have the mature technology, flexible tactic, moreover needs the good physical quality. Obviously athlete's heart, the body, the body unification, is obtains the excellent result the important guarantee. I planned based on this thought to design one kind to be possible to supply badminton serving machine which the badminton athlete trained, it mainly by strut system, transmission system, launching system and automatic feeding system constitution. In the launching system, uses the electrical machinery compression spring, launches using the tension the badminton, automatically feeds the system to plan to use the V-belt pulley organization impetus belt pulley intermittence -like rotation, thus sends in the badminton the launch orifice. This badminton serving machine extremely suits the athlete and the beginner uses, at present our country has obtained an achievement in this aspect, but compares overseas said, our country is serving the accuracy and the frequency aspect is also far from, therefore the need is more perfect.Keywords: Badminton serving machine launch automatic feeding V-belt pulley intermittence4目 錄1 概述 51.1 目前國內外關于羽毛球發(fā)球機的研究現狀和發(fā)展趨勢 51.2 本課題的來源與現實意義 52 羽毛球自動發(fā)球機總體的介紹與研究基礎 .72.1 發(fā)球機總體的構造與布局 72.2 發(fā)球機的工作原理 83 傳動系統(tǒng)設計簡介 113.1 發(fā)射電機中的齒輪設計 114 發(fā)射系統(tǒng)的結構設計簡介 134.1 發(fā)射管的構造 134.2 發(fā)射座的設計 154.3 發(fā)射彈簧的參數計算 165 自動進料系統(tǒng)設計 .195.1 選電動機型號 195.2 V 帶傳動設計 .205.3 齒輪結構設計 .215.4 設計高速軸 255.5 設計低速軸 .295.6 設計槽輪機構 .306 自動進料系統(tǒng)的高速軸的可靠性分析 32參考文獻 36總結 37致 謝 3851 概述1.1 目前國內外關于羽毛球發(fā)球機的研究現狀和發(fā)展趨勢隨著我國體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，現在的體育訓練器材已經多種多樣,如排球拋球機、乒乓球發(fā)球機、足球發(fā)球機等都早已見于應用,但羽毛球發(fā)球裝置卻未出現,這與其本身的設計難度有關,首先其發(fā)球動作要求比較復雜, 為滿足運動員的訓練要求，發(fā)球機需要可發(fā)射定點球、高拋球、變速球等多種模擬現實比賽的球，其次還有羽毛球不像足球乒乓球那樣為規(guī)則的球體, 羽毛部分容易受到損傷，這就給設計帶來難度，由于以上原因使羽毛球發(fā)球機的要求很高，目前國內還沒有專業(yè)人員進行類似的研究。目前，體育產業(yè)化的每年產值已達到 2000 億美元。發(fā)球機投放市場和使用將填補國內空白，隨著國家對羽毛球運動的重視，各類專業(yè)隊的訓練型發(fā)球機總需求量至少 1500 套，選拔測試用發(fā)球機由于他的特殊作用，需求量較少。另外，隨著全民健身運動的發(fā)展，各類健身場館的發(fā)展也很快，應用于城市健身場館的發(fā)球機需求量至少為 3000 套，由于羽毛球運動不受場地的限制，各類公共場所也可設置羽毛球發(fā)球機供人娛樂，全民健身發(fā)球機的需求量若干套。1.2 本課題的來源與現實意義為了提高羽毛球運動員的運動水平，倡導更加健康文明的生活環(huán)境，使我國人民具有強烈的體育運動意識，加快我國經濟的發(fā)展，目前我國體校還沒有類似發(fā)球機，為了滿足體育運動的需要，我們擬設計了一種羽毛球自動發(fā)球機。該羽毛球發(fā)球機主要用于羽毛球運動員的訓練，提高實戰(zhàn)性和訓練效率，使運動員達到更高的競技水平，同時也可用于全民健身，提高全民素質。本 次 研 究 將 開發(fā)出具有自主知識產權的、經濟實用的羽毛球發(fā)球機（運動員訓練發(fā)球機、選拔測6試用發(fā)球機、全民健身用便攜式發(fā)球機），對備戰(zhàn) 2008 科技奧運，振興體育裝備業(yè)，具有重要的社會意義和很高的推廣應用價值。長期以來，由于各地對羽毛球運動的重視程度不同，致使該項運動發(fā)展也不平衡。有一部分省、市、自治區(qū)只顧一時一事的利益而缺乏戰(zhàn)略眼光，他們以該項運動國內水平較高，在比賽中難以奪牌為由，或則下令“暫時不設此項”，或則隨意調整，砍去這個項目，而看不到羽毛球運動是中國的強項這一根本基點，這就影響了我國羽毛球運動普及范圍不大，競爭面不廣，從而有礙我國該項運動的人才輸送和技術水平的進一步發(fā)展與提高。在訓練問題上，由于羽毛球運動技術性強，各地都重視基本功與基本技術的訓練，加強了身體訓練，技、戰(zhàn)術訓練也有針對性，這些都說明了訓練上有所前進。但應該說，我們在訓練改革上的步子邁得還不夠大。必須清醒地看到，我們在訓練上還有很多不足和總是急待解決。如訓練中盲目性較大，培養(yǎng)新秀時急于求成，未能總結出一套適合本地區(qū)和本隊特點的訓練方法等。這就給我們的訓練工作提出了一個新問題：改革訓練，利用羽毛球發(fā)球機訓練基本功和基本技術，將我們的羽毛球訓練工作轉到依靠科技發(fā)展的軌道上來。這是形勢和事業(yè)的需要。唯有如此，我們才能接受新時代的挑戰(zhàn)。 我國羽毛球運動的科研工作起步較晚，見諸刊物的像樣的專業(yè)論文寥寥無幾，科研工作只是停留在一般的調查研究和經驗總結上，由于沒有相關的專業(yè)技術人員以及資金的短缺，很難給羽毛球運動提供相應的硬件設備?；谝陨系囊恍﹩栴}及在現實生活中的所見所聞，我在指導老師的帶領下，我們擬設計了羽毛球自動發(fā)球機，它集支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)與自動進料系統(tǒng)于一體，能朝多個方位自動發(fā)球，我的設計任務是設計它的自動進料系統(tǒng)，發(fā)球機可隨時供運動員訓練，減少了人力的支出，該裝置整體構造比較小巧，適合戶外訓練，攜帶方便，是現代生活健身的一個不可或缺的體育器材。72 羽毛球自動發(fā)球機總體的介紹與研究基礎2.1 發(fā)球機總體的構造與布局其實目前在國內外出現最多的是乒乓球發(fā)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(fā)球機也相對來說顯得輕而易舉，而羽毛球發(fā)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(fā)射，本次設計的這個羽毛球自動發(fā)球機，其實也只能是半自動的，因為它需要人工向傳送帶放球，它的優(yōu)點是可向多方位發(fā)射球，發(fā)射管可上、下、左、右調節(jié)，根據運動時人自身需要而定，具體外形圖如下：羽毛球發(fā)球機整體圖8在左圖上，最下面是運動小車，也就是支撐系統(tǒng)，其次往上依次是傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)，右邊的是我設計的自動進料系統(tǒng)，整體來說它比乒乓球發(fā)球機大一點，目前，在發(fā)球機的領域內，發(fā)展較為完善的是乒乓球發(fā)球機，對市場上出現的幾種乒乓球發(fā)球機的原理及構造都有了一定的了解，乒乓球發(fā)球機主要采用了能量守恒的原理來設計制作的。它首先將彈性撥片旋轉，當彈性撥片遇到擋塊阻擋后發(fā)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。將彈性撥片的彈性勢能轉化為乒乓球的動能，從而使乒乓球產生一定的初速度，達到發(fā)射乒乓球的目的。本羽毛球發(fā)球機和市場上現有的羽毛球發(fā)球機相比，具有以下幾個特點：(1) 機械機構簡單可靠。本發(fā)球機的主要機械結構僅為彈性撥片的旋轉，由于其機械結構簡單可靠，從而使得本羽毛球發(fā)球機發(fā)球連續(xù)、準確，無卡球現象發(fā)生。(2) 成本低廉。本羽毛球發(fā)球機 90%以上的材料均為中常見的廢棄物品回收利用而制成的，所以不僅降低了制造成本，而且達到了保護環(huán)境的目的。(3) 適合初學者使用。由于市場上所銷售的同類產品均是為水平較高的乒乓球愛好者設計的，其發(fā)球形式多種多樣，很不是適合初學者使用，而本發(fā)球機發(fā)出的乒乓球路線單一、落點準確，非常適合初學者為了練習羽毛球基本功而使用。主要創(chuàng)新點 （1）用擊打方式將球擊出，不同于常見的旋轉摩擦方式；（2）利用彈性撥片遇到擋塊而產生的彈性變形來對羽毛球進行彈射；（3）用鋼絲做成杠桿式攪球桿，在集球器中連續(xù)旋轉攪拌球，通過對乒乓球發(fā)球機的研究，可以集百家之長，運用到我的設計當中。2.2 發(fā)球機的工作原理1）發(fā)射管的組成該羽毛球發(fā)球機的發(fā)射管主要由蝸桿、蝸輪、齒輪、齒條、撥爪、槍栓、松鉤、球拍、發(fā)射彈簧、發(fā)射座、彈簧底座、齒條導軌等主要部件組成。2）工作原理羽毛球發(fā)射由三個運動組合實現，機架筒身的轉動，發(fā)射簡的上下擺動，以9及彈簧的彈射。由筒射轉動和發(fā)射筒的上下擺動復合實現面向球場的全方位各角度發(fā)射，符合運動員訓練的基本要求。發(fā)射管安裝在機座上，機座安裝于運動小車上，便于在訓練場地移動放置，發(fā)球過程中，發(fā)射管的底座可以在水平面內轉動，發(fā)射管可在鉛垂面內擺動，兩個運動的組合，可以滿足發(fā)射管發(fā)球的角度和方位，羽毛球進入發(fā)射管后，有定位環(huán)限位，壓縮彈簧在齒輪條的驅動下被壓縮，達到預定行程后，在不完全齒輪的作用下，齒條自動脫離電機齒輪，與壓縮彈簧聯(lián)結在一起的球拍迅速將球擊發(fā)出去，機器啟動后，整個運動循環(huán)由單片機自動控制，并能按實際需求編制程序以完成不同的工作動作要求，不需要人力操作。3） 各主要部件工作效用如下：（1）蝸桿： 傳遞驅動電機的運動并將回轉運動傳遞于蝸輪。（2） 蝸輪：由蝸桿帶動，使與其安裝一起的發(fā)射管完成水平方向的運動。（3） 齒輪：傳遞驅動電機運動，將回轉運動轉化為齒條的直線運動。（4）齒輪驅動電機： 驅動齒輪回轉運動。（5） 壓縮彈簧：由壓縮狀態(tài)釋放，將羽毛球擊發(fā)出去。（6） 齒條座： 固定安裝于發(fā)射管上，便于齒條安裝并通過其上的導軌限制齒條的運動方向。10（7）齒條： 通過直線運動將與其聯(lián)結的彈簧壓縮。（8）撥爪：因其固定安裝于齒條上，故能與齒條一起運動并壓縮彈簧。（9）發(fā)射管： 便于羽毛球安放并為其發(fā)射提供導向作用。（10） 定位環(huán)： 為羽毛球發(fā)射前在發(fā)射關內限位。（11） 球拍： 傳遞壓縮彈簧的運動，拍擊羽毛球將其擊發(fā)出發(fā)射管。4） 該機器的主要創(chuàng)新點（1） 將彈簧巧妙運用，作為發(fā)射動力。（2） 將一完整齒輪去掉幾個齒成不完全齒輪，完成齒輪齒條相對運動過程中的脫鉤。5） 該機器和乒乓球發(fā)球機的區(qū)別（1） 發(fā)球難度比乒乓球大，這也是目前沒有成熟的羽毛球發(fā)球機商品問世的原因。乒乓球是尺寸規(guī)范的球體，便于分隔和定位，羽毛球雖然也有尺寸規(guī)格，由于尾部帶有羽毛，造成了分隔和定位的困難。（2） 發(fā)球原理和乒乓球發(fā)球機不一樣,乒乓球發(fā)球機是利用摩擦力將球發(fā)出去；本羽毛球發(fā)球機是運用機構創(chuàng)新,借用彈簧力推動球拍將球擊發(fā)出去。6） 自動進料系統(tǒng)的組成（1） 它由減速器，槽輪機構，和一個皮帶輪組成，其中減速器里是一對大小直齒錐齒輪，布局是交錯式，槽輪機構包括一個轉臂和一個槽輪。7） 工作原理當電動機發(fā)動時，由 帶動輸入軸轉動，通過齒輪的嚙合，將轉矩帶給輸出軸，V由于槽輪機構聯(lián)接在輸出軸上，因此轉矩又傳遞給槽輪機構，槽輪和轉臂的轉向相反，當轉臂做等速連續(xù)旋轉時從動槽輪時而轉動時而靜止地做單向步進轉動，從而帶動皮帶輪間歇轉動，由于皮帶輪是勻速轉動，羽毛球相對其是靜止的，當羽毛球伴隨皮帶一起向前轉動到達轉輪邊界時，羽毛球自然會作平拋運動，以一個弧線落入發(fā)射管口，從而實現了自動進料。8） 該系統(tǒng)的不足之處由于設計水平有限，暫時沒能設計出能自動向皮帶裝載羽毛球的裝置，目前在市場上或是在研究學術里還沒出現過這樣的裝置，所以還需人工作用，因此本羽11毛球發(fā)球機從嚴格意義上來說也只能算是一個半自動發(fā)球機。3 傳動系統(tǒng)設計簡介3.1 發(fā)射電機中的齒輪設計彈射由電機提供動力源，經齒輪、齒條機構轉化成直線運動，帶動撥爪拉動槍栓使彈簧壓縮達到行程后，由斜滑塊使拔爪松開，彈簧射羽毛球。1.選擇材料及確定許用應力齒輪：材料選用 45 鋼，齒面硬度為 。250HB齒條：材料 HT250，齒面硬度為 。查機械設計簡明手冊圖 6-12 得：； ； （表 6-23） ，則lim380HMPa??lim435HPa??1.3HS?li380[]29MSlim4435[]7.1.HPa???查圖 6-13 得：（表 6-23） ，則lim392;FMPa??lim478;FPa.6FSli3392[]57.1.FMa??lim448[]6FPS2.按輪齒彎曲強度設計精度等級： 8GKB1095-8查表 6-22， 取載荷系數 .?齒寬系數 .2a??12取齒數： 12Z?壓力角： =0??查圖 6-13 得：齒形系數 則12.9,FY?.2F10.5[]7F?24[]8FY?因 ，取 設計1[]FY??21[]F?模數 m≥ 31233 244.5701.546()[]6aFKTYiZ??????考慮磨損，模數要加大 10%， m查表 6-16，取模數 5齒輪如下圖：134 發(fā)射系統(tǒng)的結構設計簡介4.1 發(fā)射管的構造發(fā)射管 →定位環(huán)→ 球拍→ 發(fā)射座 → 發(fā)射彈簧 → 彈簧底座如下圖：14球拍：球拍是與羽毛球直接接觸，一端要用牛筋繃成網狀，另一端固定在發(fā)射座上，為了減輕重量，球拍鉆中孔，挖外槽。球拍外徑需比發(fā)射管內徑略小，固定端外徑取￠63。與球接觸端可略小取￠61，與發(fā)射座用螺釘連接。如下圖：154.2 發(fā)射座的設計 彈簧彈射時直接彈射發(fā)射座，發(fā)射座在發(fā)射管內要運動穩(wěn)定，需要有導向面，因此需要一定厚度 t= ，為了保持彈簧彈射時正確位置，可把發(fā)射座階梯軸30m小的一端與彈簧內孔配合，可根據彈簧尺寸確定大徑￠64，小徑￠38。如下圖：164.3 發(fā)射彈簧的參數計算彈簧參數根據羽毛球的初速度以及發(fā)射座與球拍質量確定。c=(D-d)/d,初選 c=5 D=60 d=10c=6 D=50 d=7c=7 D=45 d=5.6c=7 D=50 d=6c=7 D=40 d=5取 c=7, D=40, d=5m， ， 1470BMpa??min20FN?ax60???.40.17Bz???23879.12.7.4165. ??????Cck≥d mMPazcK5.4853.][ax.1 ??d= D2=D-d=40-5= 5mmFh65204inax???????壓縮功率： wkVp 1.1in.6501圈數： 圈a794.358mx83GdnC?????兩端各并緊一圈，則總圈數n1=n+2=17 圈極限載荷： = = liF8.0ax6512n?lim33.78590nCmGd???ax8156?h24in?i790833dFNc???17δ 1≥0.1d= 0.5m節(jié)距： 0.1.68ax1??????ndpH750?°??p10maxY=arctarct.39.8D52KFCd??????展開長度： YLn75.6.os??b= 43517H(1) 根據外徑要求，初選 C=7由 C= = 得 d=2/Dd()/?.m由表 16-2 查得選用 C 級碳素彈簧鋼絲時， =1570 。B?Mpa查表 16-1 知， =0.4 =0.4×1570 。[]?B?pa故可得彈簧絲直徑為 d≥ 與原假設 相差較大，故應重新設計。4.153.5改選 C=6，K=1.253，得 d=4mm。查表 16-2 得 , =0.4 =608 。20B?Mpa[]?Bpa較核所選直徑 KFmx1.253061.66m3.988Cd??????計算得出的 d 與改選后所選的直徑基本一致，故確定 , 4d?24Dm(2) 有效工作圈數變形量 由圖 16-6 確定，即max?=maxaxin5012Fh?????16.7查表 16-1，得 G=79000MPa,所以由式（16-11）得=max3379016.485GdnFC???.取 n=6.5 圈?？紤]到兩端各并緊一圈，則彈簧總圈數=n+2=6.5+2=8.5118(3) 確定變形量 、 、 和實際最小載荷lim?axminminF彈簧的極限載荷為 axli5062.8.FN??因為工作圈數由 6.11 改為 6.5，故彈簧的變形量和最小載荷也相應有所變化。按式（16-8） ，將 和 分別代替 F 和 得limli??33limli86.527904nCGd??2.m?將 和 分別代替 F 和 得maxFa??33maxax86.57904nd??17.?按圖 16-6 可知minax(1.)h??7.mini33790486.5GdFC??(4) 求彈簧的節(jié)距 p、自由高度 、螺旋升角 和簧絲展開長度 L0H?在 的作用下壓縮彈簧相鄰兩圈的間距 ≥0.1d= , 取 = , 則無maxF1?0.1?0.5m載荷作用下彈簧的節(jié)距為max147.6503dpn????.2?P 基本符合在 的規(guī)定范圍。123???????2D端面并緊磨平的彈簧自由高為 01.5(6.7231.54)Hnpd????2.95m?取標準值 = 。0H5m無載荷作用下彈簧的螺旋角為 2.arctarctn.8D????基本滿足 的范圍。??~9?彈簧絲的展開長度 21/os48.5/os.Ln???643.5m?(5) 穩(wěn)定性計算 05.7bH?19采用兩端固定支座，b=2.175.3,故不會失穩(wěn)。如下圖：AAFlim=625Nmax0Fmin=196N5 自動進料系統(tǒng)設計5.1 選電動機型號1） 、本羽毛球發(fā)球機機身比較輕，工作環(huán)境無特殊要求，一般是供羽毛球運動員練習或是個人娛樂使用，可隨時工作，對于自動進料系統(tǒng)而言，需要其具備能向20發(fā)射關能連續(xù)進球的功能，工作載荷比較小，且工作平穩(wěn)，擬選取電動機功率為。7.5KW2） 、V 帶傳動比為 ，直齒錐齒輪減速器傳動比為 ，則總傳動比2~41i? 2~3i?合理范圍是 =4～12，電動機轉速可選范圍是 。則一共有如下幾' 7503/mnr種方案：方案有 電動機型號 額定功率（）KW同步轉速（）/ir滿載轉速（）/ir1 132YS?7.5 3000 29002 4M7.5 1500 14003 607.5 1000 9704 18L7.5 750 720綜合考慮減輕電動機及傳動裝置的重量和節(jié)約資金，選用第二方案，因此選用電動機型號為 ，其主要性能如下表：324Y?電動機型號 額定功率（）KW同步轉速（）/minr滿載轉速（）/inr額定轉矩 最大轉矩1324YM?7.5 1500 1440 2.2 2.2主要外形與安裝尺寸：中心高 ()m外形尺寸 安裝尺寸 ()軸身尺寸 平鍵尺寸 ()mH L （AC/2+AD?） HDA B?D E?F GD?132 515 345 315 21 178 38 80 10 415.2 V 帶傳動設計1） 確定計算功率 c?= ___工況系數，查機械設計相關內容取 =1.0， =3c?kAkAkAc?。KW2） 選 V 帶型號21由機械設計課本可查得 V 帶型號為 A 型，由表 5—32 查得小帶輪直徑為 =1d,核算帶速 ，符合 5 V 25 。80m16.78/0dnms???s?ms求傳動比，分配傳動比時考慮到齒輪尺寸太大，增加制造困難，通常取圓錐齒輪的傳動比 ≈0.25 ，取 =3。1ii3） 則大帶輪直徑為 = = 根據 的標準值取 = 。2di142d2d364） 確定中心距 與帶長aL（1）初選中心距 00.7（ + ） 2（ + ） 則 221 632，初選 =2251d?1d?0a0a（2）初算帶長 與確定帶長c0a≈2 + （ + ）+ =2 225+496+27=973，查課本機械設L0a2?1d??24???計得 =1000mm。d（3）確定中心距109732528.50ca m???????.minLmd3x（4）驗算小輪包角 1?2368028057. 57.142.01.a????????????功率增量 p?長度系數 ，包角系數0PcZ???????.9KL.89K?????0.71.80.????（5）V 帶根數 = cP??????36.9?選取 V 帶根數為 根4Z（6）確定初拉力 0F保證 V 帶具有一定壽命的單根 V 帶適宜的初拉力是2.50KcFqvZv????225.3 齒輪結構設計1） 選擇齒輪材料，確定許用應力小大齒輪均為直齒錐齒輪，選用 45 鋼，小齒輪調質，由表 5—32b 查得硬度為 229～286HBS，大齒輪正火，硬度 169～217HBS，由圖 5-32b 查得，由圖 5—33b 查得20,210limliMpapaFF????。651HHli 38.n210li 22.YSTMpaNPF?????6m160in5l152ZpaWHSNP???取 2P??2） 按接觸疲勞強度設計當一對齒輪為鋼制時，有2346011.5KTduRHP????????????????（1）計算小齒輪名義轉矩7.950.890PTNmn???（2）選取齒寬系數 31R?（3）選取載荷系數 因小齒輪懸臂布置，取 1.5K（4）初算小齒輪大端分度圓直徑??23460.57384.761.5dm???????????（5）確定齒輪齒數與模數 選取 ，則1z2.561zi??大端模數 ，查表取8.13.42dmZ?3m（6）計算主要幾何尺寸3.56912dz?23錐距 ??????2220.5.0.591.7.51.1Rd m??????齒寬 bm?分度圓錐角 arctn68.2z??901???分度圓直徑 d1z42m齒頂高 ha3.5ha齒根高 f 21f?齒高 2.7.頂隙 c0齒頂圓直徑 dacos9123.5cos68.295.1mm???????2dm齒根圓直徑 f.4?cos1942f?齒頂角 a?artn.612hR????齒根角 f c.ff頂錐角 ?8.1049.8a????2.232????根錐角 f 6.6.1ff?18.9184???大、小齒輪外形輪廓圖如下：24a 大直齒錐齒輪b 小直齒錐齒輪3） 校核齒根彎曲疲勞強度23601.5KTYFFspmZR????????????（1）確定 的最大值/Ysp'“261arctnrtarctn1485u???“9068'52????21cosZv?252174cosZv??由課本《機械設計》查得 ，.15YFs?3.92Ys?.50381YFp?.01p?因為 ，所以校核小齒輪即可。2s?（2）校核小齒輪的齒根彎曲疲勞強度??3601.5784.1528.71 13MpaF F? ???????故齒根彎曲疲勞強度足夠。5.4 設計高速軸1） 該軸無特殊要求，選用調質處理的 45 鋼， ，其外形尺寸如640MpaB??下：2） 初步估算軸徑按扭轉強度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑，按 45 鋼，取 ，輸出10C?軸功率 。7.509.897.2123P????齒數比為 6u?輸入軸轉速為 146/min2.nr26由 ，即為安裝大帶輪的直徑，該軸上有鍵槽7.23105.min6PdC??應加大 5%，并圓整，取 ， 為軸肩高度，取 = 。dmaa2.5m則 '21a?取'~5d'382取 'd?3） 軸的各段長度設計在本羽毛球發(fā)球機的自動進料系統(tǒng)中，軸承選用深溝求軸承承受徑向載荷，也能同時承受雙向軸向載荷，其極限轉速高，結構簡單，價格便宜，應用最廣泛。我在這個設計中擬采取深溝球軸承 6007[0000 型]，軸承寬度B= ，D=62，d=35， , ,因此選軸的第二段長度為14m143.dm?53.71D?，其他各部分長度分別為 、 ，已知齒寬為2l?0l?802lm，則軸的第四段長度為 。30B4） 軸的結構工藝性主要考察軸的強度驗算先做出軸的受力計算簡圖，取集中載荷作用于齒輪及軸承中點。圖（一）：1） 齒輪上作用力的大小轉矩 337.229.5109.51019.3526PTn?????圓周力 84.FNtdm徑向力 'costacostan20cos68.25411 Nr???????27軸向力 'sintasin190tan2si68.3911FFNar?????????法向力 /co/co3Nt ?且 ， ，2?2rFr?????10.510.57.5ddRm?????2） 求軸承支反力水平面上支反力見圖（二） ， 94.2tFNA垂直面上支反力見圖（三） ，''cosin5468.7cos.10sin2649113954.209.0FArtMNmB???????????????3） 畫彎矩圖，見圖（二） 、圖（三） 、圖（四）截面處彎矩為水平面上彎矩： 354.2109.MNmB????垂直面上彎矩： '6281??' 391206404.5B??????合成彎矩： '221983.01MNmB?'46124） 畫轉矩圖，見圖（五） 73.84TNm?5） 畫計算轉矩圖，見圖（六）單向回轉，視轉矩為脈動循環(huán)，截面 B 處當量彎矩為10.6b?????????????2' 4.3MTNmvB????2' 46.MTNmvB????圖（二）：水平面受力與彎矩圖28圖（三）：垂直面受力與彎矩圖圖（四）：合成彎矩圖29圖（五）：轉矩圖6） 按彎扭合成應力校核軸的強度截面 B 處最危險， ，查機械設計相關資料得46.2MNmBv?。01pab???????.0.1603.1c Mpawbd?????????故其強度足夠。5.5 設計低速軸1） 該軸的功能主要是帶動凸輪旋轉，也無特殊要求，選用調質處理的 45 鋼，取最小軸徑 ， 為軸肩高度，取 ，則32dm?a2.5am?“71?，取~5“39d根據軸在減速器里的實際安裝位置，必要時可增大軸徑，不影響其工作性能，所以取 ，則相應地取 ， 。其外形尺寸如下：“23dm?“4m?“375d?302） 軸的各段長度設計在該軸上選用深溝球軸承 6008，軸承寬度 ， ，15Bm?68D， ，根據實際情況及所選用的軸承型號，低速軸的各段48.1dm?53.71D?長度如下： ， ， ， ， ，6l?4lm20l023l34l?。35l3） 軸的結構工藝性低速軸的強度驗算見高速軸的驗算方法，在此不再贅述。5.6 設計槽輪機構羽毛球發(fā)球機需要具有能自動進球并能自動發(fā)射的裝置，在本羽毛球發(fā)球機中有同學已設計了發(fā)射管，故還需要有一個自動進料機構，我的主要任務是設計自動機構，要能保證能間歇式地進球，通過以前對機械原理與機械設計相關知識的學習，我了解到可采取槽輪機構。槽輪機構又稱馬爾他機構，它是分度、轉位等步進傳動中應用最普遍的一種機構，在日常生活中我最熟悉的是外嚙合槽輪機構，其外形如下圖，它由帶有圓銷A 的轉臂 1、具有均布徑向開口槽的槽輪 2 和機架所組成。槽輪 2 和轉臂 1 的方向相反，當主動轉臂 1 作等速連續(xù)轉動時，從動槽輪 2 時而轉動時而靜止地作單向步進轉動。1新型羽毛球發(fā)球機的結構設計2摘 要羽毛球運動是一項動作精細，技術復雜多變，對抗激烈的競技項目。當今世界羽毛球運動水準已發(fā)展到一個新的水準，它不僅要求運動員具有成熟的技術，靈活多變的戰(zhàn)術，而且更需要良好的身體素質?？梢娺\動員的心、身、體的統(tǒng)一，是取得優(yōu)異成績的重要保證?；谶@點思想我設計了一種可供羽毛球運動員訓練的羽毛球發(fā)球機，它主要由支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)及自動進料系統(tǒng)構成。其中在發(fā)射系統(tǒng)中，采用電機壓縮彈簧，利用彈力將羽毛球發(fā)射出去，自動進料系統(tǒng)則擬采用槽輪機構帶動皮帶輪間歇式的轉動，從而將羽毛球送入發(fā)射管口。本羽毛球發(fā)球機非常適合運動員及初學者使用，目前我國在這方面已取得了一點成就，但相比國外來說，我們國家在發(fā)球準確性及頻率方面還相差甚遠，因此需要更加完善。關鍵詞：羽毛球發(fā)球機 發(fā)射 自動進料 槽輪 間歇運動3AbstractThe badminton movement is a movement fine, the technology is complex and changeable, resists the intense athletics project. Now the world badminton movement standard has developed to a new standard, it not only requests the athlete to have the mature technology, flexible tactic, moreover needs the good physical quality. Obviously athlete's heart, the body, the body unification, is obtains the excellent result the important guarantee. I planned based on this thought to design one kind to be possible to supply badminton serving machine which the badminton athlete trained, it mainly by strut system, transmission system, launching system and automatic feeding system constitution. In the launching system, uses the electrical machinery compression spring, launches using the tension the badminton, automatically feeds the system to plan to use the V-belt pulley organization impetus belt pulley intermittence -like rotation, thus sends in the badminton the launch orifice. This badminton serving machine extremely suits the athlete and the beginner uses, at present our country has obtained an achievement in this aspect, but compares overseas said, our country is serving the accuracy and the frequency aspect is also far from, therefore the need is more perfect.Keywords: Badminton serving machine launch automatic feeding V-belt pulley intermittence4目 錄1 概述 51.1 目前國內外關于羽毛球發(fā)球機的研究現狀和發(fā)展趨勢 51.2 本課題的來源與現實意義 52 羽毛球自動發(fā)球機總體的介紹與研究基礎 .72.1 發(fā)球機總體的構造與布局 72.2 發(fā)球機的工作原理 83 傳動系統(tǒng)設計簡介 113.1 發(fā)射電機中的齒輪設計 114 發(fā)射系統(tǒng)的結構設計簡介 134.1 發(fā)射管的構造 134.2 發(fā)射座的設計 154.3 發(fā)射彈簧的參數計算 165 自動進料系統(tǒng)設計 .195.1 選電動機型號 195.2 V 帶傳動設計 .205.3 齒輪結構設計 .215.4 設計高速軸 255.5 設計低速軸 .295.6 設計槽輪機構 .306 自動進料系統(tǒng)的高速軸的可靠性分析 32參考文獻 36總結 37致 謝 3851 概述1.1 目前國內外關于羽毛球發(fā)球機的研究現狀和發(fā)展趨勢隨著我國體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，現在的體育訓練器材已經多種多樣,如排球拋球機、乒乓球發(fā)球機、足球發(fā)球機等都早已見于應用,但羽毛球發(fā)球裝置卻未出現,這與其本身的設計難度有關,首先其發(fā)球動作要求比較復雜, 為滿足運動員的訓練要求，發(fā)球機需要可發(fā)射定點球、高拋球、變速球等多種模擬現實比賽的球，其次還有羽毛球不像足球乒乓球那樣為規(guī)則的球體, 羽毛部分容易受到損傷，這就給設計帶來難度，由于以上原因使羽毛球發(fā)球機的要求很高，目前國內還沒有專業(yè)人員進行類似的研究。目前，體育產業(yè)化的每年產值已達到 2000 億美元。發(fā)球機投放市場和使用將填補國內空白，隨著國家對羽毛球運動的重視，各類專業(yè)隊的訓練型發(fā)球機總需求量至少 1500 套，選拔測試用發(fā)球機由于他的特殊作用，需求量較少。另外，隨著全民健身運動的發(fā)展，各類健身場館的發(fā)展也很快，應用于城市健身場館的發(fā)球機需求量至少為 3000 套，由于羽毛球運動不受場地的限制，各類公共場所也可設置羽毛球發(fā)球機供人娛樂，全民健身發(fā)球機的需求量若干套。1.2 本課題的來源與現實意義為了提高羽毛球運動員的運動水平，倡導更加健康文明的生活環(huán)境，使我國人民具有強烈的體育運動意識，加快我國經濟的發(fā)展，目前我國體校還沒有類似發(fā)球機，為了滿足體育運動的需要，我們擬設計了一種羽毛球自動發(fā)球機。該羽毛球發(fā)球機主要用于羽毛球運動員的訓練，提高實戰(zhàn)性和訓練效率，使運動員達到更高的競技水平，同時也可用于全民健身，提高全民素質。本 次 研 究 將 開發(fā)出具有自主知識產權的、經濟實用的羽毛球發(fā)球機（運動員訓練發(fā)球機、選拔測6試用發(fā)球機、全民健身用便攜式發(fā)球機），對備戰(zhàn) 2008 科技奧運，振興體育裝備業(yè)，具有重要的社會意義和很高的推廣應用價值。長期以來，由于各地對羽毛球運動的重視程度不同，致使該項運動發(fā)展也不平衡。有一部分省、市、自治區(qū)只顧一時一事的利益而缺乏戰(zhàn)略眼光，他們以該項運動國內水平較高，在比賽中難以奪牌為由，或則下令“暫時不設此項”，或則隨意調整，砍去這個項目，而看不到羽毛球運動是中國的強項這一根本基點，這就影響了我國羽毛球運動普及范圍不大，競爭面不廣，從而有礙我國該項運動的人才輸送和技術水平的進一步發(fā)展與提高。在訓練問題上，由于羽毛球運動技術性強，各地都重視基本功與基本技術的訓練，加強了身體訓練，技、戰(zhàn)術訓練也有針對性，這些都說明了訓練上有所前進。但應該說，我們在訓練改革上的步子邁得還不夠大。必須清醒地看到，我們在訓練上還有很多不足和總是急待解決。如訓練中盲目性較大，培養(yǎng)新秀時急于求成，未能總結出一套適合本地區(qū)和本隊特點的訓練方法等。這就給我們的訓練工作提出了一個新問題：改革訓練，利用羽毛球發(fā)球機訓練基本功和基本技術，將我們的羽毛球訓練工作轉到依靠科技發(fā)展的軌道上來。這是形勢和事業(yè)的需要。唯有如此，我們才能接受新時代的挑戰(zhàn)。 我國羽毛球運動的科研工作起步較晚，見諸刊物的像樣的專業(yè)論文寥寥無幾，科研工作只是停留在一般的調查研究和經驗總結上，由于沒有相關的專業(yè)技術人員以及資金的短缺，很難給羽毛球運動提供相應的硬件設備。基于以上的一些問題及在現實生活中的所見所聞，我在指導老師的帶領下，我們擬設計了羽毛球自動發(fā)球機，它集支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)與自動進料系統(tǒng)于一體，能朝多個方位自動發(fā)球，我的設計任務是設計它的自動進料系統(tǒng)，發(fā)球機可隨時供運動員訓練，減少了人力的支出，該裝置整體構造比較小巧，適合戶外訓練，攜帶方便，是現代生活健身的一個不可或缺的體育器材。72 羽毛球自動發(fā)球機總體的介紹與研究基礎2.1 發(fā)球機總體的構造與布局其實目前在國內外出現最多的是乒乓球發(fā)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(fā)球機也相對來說顯得輕而易舉，而羽毛球發(fā)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(fā)射，本次設計的這個羽毛球自動發(fā)球機，其實也只能是半自動的，因為它需要人工向傳送帶放球，它的優(yōu)點是可向多方位發(fā)射球，發(fā)射管可上、下、左、右調節(jié)，根據運動時人自身需要而定，具體外形圖如下：羽毛球發(fā)球機整體圖8在左圖上，最下面是運動小車，也就是支撐系統(tǒng)，其次往上依次是傳動系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)，右邊的是我設計的自動進料系統(tǒng)，整體來說它比乒乓球發(fā)球機大一點，目前，在發(fā)球機的領域內，發(fā)展較為完善的是乒乓球發(fā)球機，對市場上出現的幾種乒乓球發(fā)球機的原理及構造都有了一定的了解，乒乓球發(fā)球機主要采用了能量守恒的原理來設計制作的。它首先將彈性撥片旋轉，當彈性撥片遇到擋塊阻擋后發(fā)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。將彈性撥片的彈性勢能轉化為乒乓球的動能，從而使乒乓球產生一定的初速度，達到發(fā)射乒乓球的目的。本羽毛球發(fā)球機和市場上現有的羽毛球發(fā)球機相比，具有以下幾個特點：(1) 機械機構簡單可靠。本發(fā)球機的主要機械結構僅為彈性撥片的旋轉，由于其機械結構簡單可靠，從而使得本羽毛球發(fā)球機發(fā)球連續(xù)、準確，無卡球現象發(fā)生。(2) 成本低廉。本羽毛球發(fā)球機 90%以上的材料均為中常見的廢棄物品回收利用而制成的，所以不僅降低了制造成本，而且達到了保護環(huán)境的目的。(3) 適合初學者使用。由于市場上所銷售的同類產品均是為水平較高的乒乓球愛好者設計的，其發(fā)球形式多種多樣，很不是適合初學者使用，而本發(fā)球機發(fā)出的乒乓球路線單一、落點準確，非常適合初學者為了練習羽毛球基本功而使用。主要創(chuàng)新點 （1）用擊打方式將球擊出，不同于常見的旋轉摩擦方式；（2）利用彈性撥片遇到擋塊而產生的彈性變形來對羽毛球進行彈射；（3）用鋼絲做成杠桿式攪球桿，在集球器中連續(xù)旋轉攪拌球，通過對乒乓球發(fā)球機的研究，可以集百家之長，運用到我的設計當中。2.2 發(fā)球機的工作原理1）發(fā)射管的組成該羽毛球發(fā)球機的發(fā)射管主要由蝸桿、蝸輪、齒輪、齒條、撥爪、槍栓、松鉤、球拍、發(fā)射彈簧、發(fā)射座、彈簧底座、齒條導軌等主要部件組成。2）工作原理羽毛球發(fā)射由三個運動組合實現，機架筒身的轉動，發(fā)射簡的上下擺動，以9及彈簧的彈射。由筒射轉動和發(fā)射筒的上下擺動復合實現面向球場的全方位各角度發(fā)射，符合運動員訓練的基本要求。發(fā)射管安裝在機座上，機座安裝于運動小車上，便于在訓練場地移動放置，發(fā)球過程中，發(fā)射管的底座可以在水平面內轉動，發(fā)射管可在鉛垂面內擺動，兩個運動的組合，可以滿足發(fā)射管發(fā)球的角度和方位，羽毛球進入發(fā)射管后，有定位環(huán)限位，壓縮彈簧在齒輪條的驅動下被壓縮，達到預定行程后，在不完全齒輪的作用下，齒條自動脫離電機齒輪，與壓縮彈簧聯(lián)結在一起的球拍迅速將球擊發(fā)出去，機器啟動后，整個運動循環(huán)由單片機自動控制，并能按實際需求編制程序以完成不同的工作動作要求，不需要人力操作。3） 各主要部件工作效用如下：（1）蝸桿： 傳遞驅動電機的運動并將回轉運動傳遞于蝸輪。（2） 蝸輪：由蝸桿帶動，使與其安裝一起的發(fā)射管完成水平方向的運動。（3） 齒輪：傳遞驅動電機運動，將回轉運動轉化為齒條的直線運動。（4）齒輪驅動電機： 驅動齒輪回轉運動。（5） 壓縮彈簧：由壓縮狀態(tài)釋放，將羽毛球擊發(fā)出去。（6） 齒條座： 固定安裝于發(fā)射管上，便于齒條安裝并通過其上的導軌限制齒條的運動方向。10（7）齒條： 通過直線運動將與其聯(lián)結的彈簧壓縮。（8）撥爪：因其固定安裝于齒條上，故能與齒條一起運動并壓縮彈簧。（9）發(fā)射管： 便于羽毛球安放并為其發(fā)射提供導向作用。（10） 定位環(huán)： 為羽毛球發(fā)射前在發(fā)射關內限位。（11） 球拍： 傳遞壓縮彈簧的運動，拍擊羽毛球將其擊發(fā)出發(fā)射管。4） 該機器的主要創(chuàng)新點（1） 將彈簧巧妙運用，作為發(fā)射動力。（2） 將一完整齒輪去掉幾個齒成不完全齒輪，完成齒輪齒條相對運動過程中的脫鉤。5） 該機器和乒乓球發(fā)球機的區(qū)別（1） 發(fā)球難度比乒乓球大，這也是目前沒有成熟的羽毛球發(fā)球機商品問世的原因。乒乓球是尺寸規(guī)范的球體，便于分隔和定位，羽毛球雖然也有尺寸規(guī)格，由于尾部帶有羽毛，造成了分隔和定位的困難。（2） 發(fā)球原理和乒乓球發(fā)球機不一樣,乒乓球發(fā)球機是利用摩擦力將球發(fā)出去；本羽毛球發(fā)球機是運用機構創(chuàng)新,借用彈簧力推動球拍將球擊發(fā)出去。6） 自動進料系統(tǒng)的組成（1） 它由減速器，槽輪機構，和一個皮帶輪組成，其中減速器里是一對大小直齒錐齒輪，布局是交錯式，槽輪機構包括一個轉臂和一個槽輪。7） 工作原理當電動機發(fā)動時，由 帶動輸入軸轉動，通過齒輪的嚙合，將轉矩帶給輸出軸，V由于槽輪機構聯(lián)接在輸出軸上，因此轉矩又傳遞給槽輪機構，槽輪和轉臂的轉向相反，當轉臂做等速連續(xù)旋轉時從動槽輪時而轉動時而靜止地做單向步進轉動，從而帶動皮帶輪間歇轉動，由于皮帶輪是勻速轉動，羽毛球相對其是靜止的，當羽毛球伴隨皮帶一起向前轉動到達轉輪邊界時，羽毛球自然會作平拋運動，以一個弧線落入發(fā)射管口，從而實現了自動進料。8） 該系統(tǒng)的不足之處由于設計水平有限，暫時沒能設計出能自動向皮帶裝載羽毛球的裝置，目前在市場上或是在研究學術里還沒出現過這樣的裝置，所以還需人工作用，因此本羽11毛球發(fā)球機從嚴格意義上來說也只能算是一個半自動發(fā)球機。3 傳動系統(tǒng)設計簡介3.1 發(fā)射電機中的齒輪設計彈射由電機提供動力源，經齒輪、齒條機構轉化成直線運動，帶動撥爪拉動槍栓使彈簧壓縮達到行程后，由斜滑塊使拔爪松開，彈簧射羽毛球。1.選擇材料及確定許用應力齒輪：材料選用 45 鋼，齒面硬度為 。250HB齒條：材料 HT250，齒面硬度為 。查機械設計簡明手冊圖 6-12 得：； ； （表 6-23） ，則lim380HMPa??lim435HPa??1.3HS?li380[]29MSlim4435[]7.1.HPa???查圖 6-13 得：（表 6-23） ，則lim392;FMPa??lim478;FPa.6FSli3392[]57.1.FMa??lim448[]6FPS2.按輪齒彎曲強度設計精度等級： 8GKB1095-8查表 6-22， 取載荷系數 .?齒寬系數 .2a??12取齒數： 12Z?壓力角： =0??查圖 6-13 得：齒形系數 則12.9,FY?.2F10.5[]7F?24[]8FY?因 ，取 設計1[]FY??21[]F?模數 m≥ 31233 244.5701.546()[]6aFKTYiZ??????考慮磨損，模數要加大 10%， m查表 6-16，取模數 5齒輪如下圖：134 發(fā)射系統(tǒng)的結構設計簡介4.1 發(fā)射管的構造發(fā)射管 →定位環(huán)→ 球拍→ 發(fā)射座 → 發(fā)射彈簧 → 彈簧底座如下圖：14球拍：球拍是與羽毛球直接接觸，一端要用牛筋繃成網狀，另一端固定在發(fā)射座上，為了減輕重量，球拍鉆中孔，挖外槽。球拍外徑需比發(fā)射管內徑略小，固定端外徑取￠63。與球接觸端可略小取￠61，與發(fā)射座用螺釘連接。如下圖：154.2 發(fā)射座的設計 彈簧彈射時直接彈射發(fā)射座，發(fā)射座在發(fā)射管內要運動穩(wěn)定，需要有導向面，因此需要一定厚度 t= ，為了保持彈簧彈射時正確位置，可把發(fā)射座階梯軸30m小的一端與彈簧內孔配合，可根據彈簧尺寸確定大徑￠64，小徑￠38。如下圖：164.3 發(fā)射彈簧的參數計算彈簧參數根據羽毛球的初速度以及發(fā)射座與球拍質量確定。c=(D-d)/d,初選 c=5 D=60 d=10c=6 D=50 d=7c=7 D=45 d=5.6c=7 D=50 d=6c=7 D=40 d=5取 c=7, D=40, d=5m， ， 1470BMpa??min20FN?ax60???.40.17Bz???23879.12.7.4165. ??????Cck≥d mMPazcK5.4853.][ax.1 ??d= D2=D-d=40-5= 5mmFh65204inax???????壓縮功率： wkVp 1.1in.6501圈數： 圈a794.358mx83GdnC?????兩端各并緊一圈，則總圈數n1=n+2=17 圈極限載荷： = = liF8.0ax6512n?lim33.78590nCmGd???ax8156?h24in?i790833dFNc???17δ 1≥0.1d= 0.5m節(jié)距： 0.1.68ax1??????ndpH750?°??p10maxY=arctarct.39.8D52KFCd??????展開長度： YLn75.6.os??b= 43517H(1) 根據外徑要求，初選 C=7由 C= = 得 d=2/Dd()/?.m由表 16-2 查得選用 C 級碳素彈簧鋼絲時， =1570 。B?Mpa查表 16-1 知， =0.4 =0.4×1570 。[]?B?pa故可得彈簧絲直徑為 d≥ 與原假設 相差較大，故應重新設計。4.153.5改選 C=6，K=1.253，得 d=4mm。查表 16-2 得 , =0.4 =608 。20B?Mpa[]?Bpa較核所選直徑 KFmx1.253061.66m3.988Cd??????計算得出的 d 與改選后所選的直徑基本一致，故確定 , 4d?24Dm(2) 有效工作圈數變形量 由圖 16-6 確定，即max?=maxaxin5012Fh?????16.7查表 16-1，得 G=79000MPa,所以由式（16-11）得=max3379016.485GdnFC???.取 n=6.5 圈。考慮到兩端各并緊一圈，則彈簧總圈數=n+2=6.5+2=8.5118(3) 確定變形量 、 、 和實際最小載荷lim?axminminF彈簧的極限載荷為 axli5062.8.FN??因為工作圈數由 6.11 改為 6.5，故彈簧的變形量和最小載荷也相應有所變化。按式（16-8） ，將 和 分別代替 F 和 得limli??33limli86.527904nCGd??2.m?將 和 分別代替 F 和 得maxFa??33maxax86.57904nd??17.?按圖 16-6 可知minax(1.)h??7.mini33790486.5GdFC??(4) 求彈簧的節(jié)距 p、自由高度 、螺旋升角 和簧絲展開長度 L0H?在 的作用下壓縮彈簧相鄰兩圈的間距 ≥0.1d= , 取 = , 則無maxF1?0.1?0.5m載荷作用下彈簧的節(jié)距為max147.6503dpn????.2?P 基本符合在 的規(guī)定范圍。123???????2D端面并緊磨平的彈簧自由高為 01.5(6.7231.54)Hnpd????2.95m?取標準值 = 。0H5m無載荷作用下彈簧的螺旋角為 2.arctarctn.8D????基本滿足 的范圍。??~9?彈簧絲的展開長度 21/os48.5/os.Ln???643.5m?(5) 穩(wěn)定性計算 05.7bH?19采用兩端固定支座，b=2.175.3,故不會失穩(wěn)。如下圖：AAFlim=625Nmax0Fmin=196N5 自動進料系統(tǒng)設計5.1 選電動機型號1） 、本羽毛球發(fā)球機機身比較輕，工作環(huán)境無特殊要求，一般是供羽毛球運動員練習或是個人娛樂使用，可隨時工作，對于自動進料系統(tǒng)而言，需要其具備能向20發(fā)射關能連續(xù)進球的功能，工作載荷比較小，且工作平穩(wěn)，擬選取電動機功率為。7.5KW2） 、V 帶傳動比為 ，直齒錐齒輪減速器傳動比為 ，則總傳動比2~41i? 2~3i?合理范圍是 =4～12，電動機轉速可選范圍是 。則一共有如下幾' 7503/mnr種方案：方案有 電動機型號 額定功率（）KW同步轉速（）/ir滿載轉速（）/ir1 132YS?7.5 3000 29002 4M7.5 1500 14003 607.5 1000 9704 18L7.5 750 720綜合考慮減輕電動機及傳動裝置的重量和節(jié)約資金，選用第二方案，因此選用電動機型號為 ，其主要性能如下表：324Y?電動機型號 額定功率（）KW同步轉速（）/minr滿載轉速（）/inr額定轉矩 最大轉矩1324YM?7.5 1500 1440 2.2 2.2主要外形與安裝尺寸：中心高 ()m外形尺寸 安裝尺寸 ()軸身尺寸 平鍵尺寸 ()mH L （AC/2+AD?） HDA B?D E?F GD?132 515 345 315 21 178 38 80 10 415.2 V 帶傳動設計1） 確定計算功率 c?= ___工況系數，查機械設計相關內容取 =1.0， =3c?kAkAkAc?。KW2） 選 V 帶型號21由機械設計課本可查得 V 帶型號為 A 型，由表 5—32 查得小帶輪直徑為 =1d,核算帶速 ，符合 5 V 25 。80m16.78/0dnms???s?ms求傳動比，分配傳動比時考慮到齒輪尺寸太大，增加制造困難，通常取圓錐齒輪的傳動比 ≈0.25 ，取 =3。1ii3） 則大帶輪直徑為 = = 根據 的標準值取 = 。2di142d2d364） 確定中心距 與帶長aL（1）初選中心距 00.7（ + ） 2（ + ） 則 221 632，初選 =2251d?1d?0a0a（2）初算帶長 與確定帶長c0a≈2 + （ + ）+ =2 225+496+27=973，查課本機械設L0a2?1d??24???計得 =1000mm。d（3）確定中心距109732528.50ca m???????.minLmd3x（4）驗算小輪包角 1?2368028057. 57.142.01.a????????????功率增量 p?長度系數 ，包角系數0PcZ???????.9KL.89K?????0.71.80.????（5）V 帶根數 = cP??????36.9?選取 V 帶根數為 根4Z（6）確定初拉力 0F保證 V 帶具有一定壽命的單根 V 帶適宜的初拉力是2.50KcFqvZv????225.3 齒輪結構設計1） 選擇齒輪材料，確定許用應力小大齒輪均為直齒錐齒輪，選用 45 鋼，小齒輪調質，由表 5—32b 查得硬度為 229～286HBS，大齒輪正火，硬度 169～217HBS，由圖 5-32b 查得，由圖 5—33b 查得20,210limliMpapaFF????。651HHli 38.n210li 22.YSTMpaNPF?????6m160in5l152ZpaWHSNP???取 2P??2） 按接觸疲勞強度設計當一對齒輪為鋼制時，有2346011.5KTduRHP????????????????（1）計算小齒輪名義轉矩7.950.890PTNmn???（2）選取齒寬系數 31R?（3）選取載荷系數 因小齒輪懸臂布置，取 1.5K（4）初算小齒輪大端分度圓直徑??23460.57384.761.5dm???????????（5）確定齒輪齒數與模數 選取 ，則1z2.561zi??大端模數 ，查表取8.13.42dmZ?3m（6）計算主要幾何尺寸3.56912dz?23錐距 ??????2220.5.0.591.7.51.1Rd m??????齒寬 bm?分度圓錐角 arctn68.2z??901???分度圓直徑 d1z42m齒頂高 ha3.5ha齒根高 f 21f?齒高 2.7.頂隙 c0齒頂圓直徑 dacos9123.5cos68.295.1mm???????2dm齒根圓直徑 f.4?cos1942f?齒頂角 a?artn.612hR????齒根角 f c.ff頂錐角 ?8.1049.8a????2.232????根錐角 f 6.6.1ff?18.9184???大、小齒輪外形輪廓圖如下：24a 大直齒錐齒輪b 小直齒錐齒輪3） 校核齒根彎曲疲勞強度23601.5KTYFFspmZR????????????（1）確定 的最大值/Ysp'“261arctnrtarctn1485u???“9068'52????21cosZv?252174cosZv??由課本《機械設計》查得 ，.15YFs?3.92Ys?.50381YFp?.01p?因為 ，所以校核小齒輪即可。2s?（2）校核小齒輪的齒根彎曲疲勞強度??3601.5784.1528.71 13MpaF F? ???????故齒根彎曲疲勞強度足夠。5.4 設計高速軸1） 該軸無特殊要求，選用調質處理的 45 鋼， ，其外形尺寸如640MpaB??下：2） 初步估算軸徑按扭轉強度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑，按 45 鋼，取 ，輸出10C?軸功率 。7.509.897.2123P????齒數比為 6u?輸入軸轉速為 146/min2.nr26由 ，即為安裝大帶輪的直徑，該軸上有鍵槽7.23105.min6PdC??應加大 5%，并圓整，取 ， 為軸肩高度，取 = 。dmaa2.5m則 '21a?取'~5d'382取 'd?3） 軸的各段長度設計在本羽毛球發(fā)球機的自動進料系統(tǒng)中，軸承選用深溝求軸承承受徑向載荷，也能同時承受雙向軸向載荷，其極限轉速高，結構簡單，價格便宜，應用最廣泛。我在這個設計中擬采取深溝球軸承 6007[0000 型]，軸承寬度B= ，D=62，d=35， , ,因此選軸的第二段長度為14m143.dm?53.71D?，其他各部分長度分別為 、 ，已知齒寬為2l?0l?802lm，則軸的第四段長度為 。30B4） 軸的結構工藝性主要考察軸的強度驗算先做出軸的受力計算簡圖，取集中載荷作用于齒輪及軸承中點。圖（一）：1） 齒輪上作用力的大小轉矩 337.229.5109.51019.3526PTn?????圓周力 84.FNtdm徑向力 'costacostan20cos68.25411 Nr???????27軸向力 'sintasin190tan2si68.3911FFNar?????????法向力 /co/co3Nt ?且 ， ，2?2rFr?????10.510.57.5ddRm?????2） 求軸承支反力水平面上支反力見圖（二） ， 94.2tFNA垂直面上支反力見圖（三） ，''cosin5468.7cos.10sin2649113954.209.0FArtMNmB???????????????3） 畫彎矩圖，見圖（二） 、圖（三） 、圖（四）截面處彎矩為水平面上彎矩： 354.2109.MNmB????垂直面上彎矩： '6281??' 391206404.5B??????合成彎矩： '221983.01MNmB?'46124） 畫轉矩圖，見圖（五） 73.84TNm?5） 畫計算轉矩圖，見圖（六）單向回轉，視轉矩為脈動循環(huán)，截面 B 處當量彎矩為10.6b?????????????2' 4.3MTNmvB????2' 46.MTNmvB????圖（二）：水平面受力與彎矩圖28圖（三）：垂直面受力與彎矩圖圖（四）：合成彎矩圖29圖（五）：轉矩圖6） 按彎扭合成應力校核軸的強度截面 B 處最危險， ，查機械設計相關資料得46.2MNmBv?。01pab???????.0.1603.1c Mpawbd?????????故其強度足夠。5.5 設計低速軸1） 該軸的功能主要是帶動凸輪旋轉，也無特殊要求，選用調質處理的 45 鋼，取最小軸徑 ， 為軸肩高度，取 ，則32dm?a2.5am?“71?，取~5“39d根據軸在減速器里的實際安裝位置，必要時可增大軸徑，不影響其工作性能，所以取 ，則相應地取 ， 。其外形尺寸如下：“23dm?“4m?“375d?302） 軸的各段長度設計在該軸上選用深溝球軸承 6008，軸承寬度 ， ，15Bm?68D， ，根據實際情況及所選用的軸承型號，低速軸的各段48.1dm?53.71D?長度如下： ， ， ， ， ，6l?4lm20l023l34l?。35l3） 軸的結構工藝性低速軸的強度驗算見高速軸的驗算方法，在此不再贅述。5.6 設計槽輪機構羽毛球發(fā)球機需要具有能自動進球并能自動發(fā)射的裝置，在本羽毛球發(fā)球機中有同學已設計了發(fā)射管，故還需要有一個自動進料機構，我的主要任務是設計自動機構，要能保證能間歇式地進球，通過以前對機械原理與機械設計相關知識的學習，我了解到可采取槽輪機構。槽輪機構又稱馬爾他機構，它是分度、轉位等步進傳動中應用最普遍的一種機構，在日常生活中我最熟悉的是外嚙合槽輪機構，其外形如下圖，它由帶有圓銷A 的轉臂 1、具有均布徑向開口槽的槽輪 2 和機架所組成。槽輪 2 和轉臂 1 的方向相反，當主動轉臂 1 作等速連續(xù)轉動時，從動槽輪 2 時而轉動時而靜止地作單向步進轉動。