机械原理说明书 3资料.docx
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机械原理说明书3资料
机械原理课程设计说明书
设计题目网球发球机
班级2013级机自五班
学生姓名杨嘉琪关博
胡小亮邵可鑫
指导教师宜亚丽
2015年7月7日
目录
一、设计要求和项目组成成员及分工··············2
二、设计方案及选择····························3
1、功能分解·································3
2、方案及原理·······························3
3、方案评价及选择····························6
4、机构简图·································6
三、传动机构的尺寸设计························8
1、机构自由度计算····························8
2、机构的尺寸设计····························8
（1）送球机构
（2）摆头机构
（3）分球机构
四、机构的运动学分析及误差分析（手写）··········10
五、机构运动仿真曲线及机构动力学分析··········18
六、参考文献及心得····························22
七、附录：
机构三维图片和解析法程序代码及自评分·25
1、设计要求和项目组成成员及分工
1、设计要求
根据需求，我们可确定的基本数据有：
网球直径d=66mm
发球速度v=20~30m/s
网球发球机摆角为±15°
发球频率f=20个/分钟
可发任意旋向球，也可发射不旋球
2、项目组成成员及分工
组成成员：
杨嘉琪关博胡小亮邵可鑫
分工：
关博：
方案设计、PPT制作
胡小亮：
方案设计、尺寸设计、运动学分析、动力学分析、解析法、程序代码编制
邵可鑫：
方案设计、尺寸设计、机构运动简图绘制、说明书编写
杨嘉琪：
机构三维图绘制、机构运动仿真、计算机绘图
2、设计方案及选择
1、功能分解
网球发球机分为拨球装置，输送装置，摇摆装置，分球装置，送球装置，发球装置。
拨球装置将网球从储球斗拨入输送装置，输送装置将球送到分球装置，分球装置间歇性的把球传送到送球装置，送球装置将球击出，通过发球装置发出。
其中，摇摆装置可使球在不同角度发出。
2、方案及原理
方案一：
如图2-1，滑块6将球击入管道，滑块7通过连杆装置将球击出。
其中杆1为主动件，做匀速圆周运动，从而通过连杆使滑块做周期性左右滑动，实现间歇性的将球发出。
图2-1图2-2
方案二：
如图2-2，分球装置1将球一个个分入管道，构件2通过滑块将球击飞。
其中，3为主动件，带动其他构件运动，最终使构件2做圆周运动，从而周期性的将球击飞。
方案三：
如图2-3，拨球装置将网球从储球斗拨入输送装置，输送装置将球送到分球装置，分球装置间歇性的把球传送到送球装置，送球装置将球击出，通过发球装置发出。
其中，摇摆装置可使球在不同角度发出。
图3-3
如图2-4，为方案三的送球装置，采用双齿轮结构，并以其中一个为主动件，做匀速圆周运动，从而使滑块6实现往复移动。
图2-4送球装置
图2-5分球装置
图2-6发球装置
3、方案评价及选择
方案一：
（1）不能控制旋转球的发射
（2）发球时方向控制机构少
（3）集球端在上端，不易实现球的回收
方案二：
（1）靠冲击式的击球对球损害大，且不易实现对球路线轨迹的把握
（2）无法发出旋转形式较为确定的球
（3）集球端在上端，不易实现球的回收
方案三：
（1）拨球装置可使球顺利进入输送管道
（2）摆头装置可使球以不同角度发出
（3）发球装置可控制旋转球的发出
故选择方案三。
4、机构简图
图2-7送球机构
图2-8摆头机构
三、传动机构的尺寸设计
1、机构自由度计算
在送球机构中，n=6,Pl=8,Ph=1
则自由度F=3n-2Pl-3Ph=3×6－2×8－1×1=1
2、机构尺寸设计
（1）送球机构
由条件网球发球频率f=20个/分钟，齿轮每转动一周击球一次，则齿轮转速为ω=[（20×2π）/60]rad/s=（2Π/3）rad/s≈2.1rad/s.
由要求可知：
L1杆1、2长度L1=L2=70mm,齿轮分度圆直径d=150mm,L3=L4=160mm,L5=50mm,滑块宽50mm.齿轮m=5,z=30.
在运动过程中，滑块的极位位移差为：
△S=
-
≈167.7（mm）
则可将轨道长度定为220mm.
（2）摆头机构（凸轮机构）
网球发球机要求摆角为±15°，如图3-8，L1=20mm,L2=50mm,凸轮基圆半径为50mm,则可算出凸轮行程h=（50+20）－（50cos15°+
）≈5mm.
取近休止角30°，推程150°，远休止角30°，回程150°，则可得出凸轮轮廓线如图3-1.
图3-1
（3）分球机构
如图3-2，不完全齿轮为主动件，每转动一周使另一齿轮带动三角形转动120度，将球拨下。
故不完全齿轮转速与送球装置齿轮转速相同，为ω=2.1rad/s,该齿轮分度圆直径定为66mm.
图3-2
五、机构运动仿真曲线及机构动力学分析
1、机构运动仿真曲线
由MATLAB运动仿真得到滑块的速度曲线如图6-1：
图5-1
由MATLAB运动仿真得到滑块的加速度曲线如图6-2：
图5-2
由MATLAB运动仿真得到杆二的角速度曲线如图6-3：
图5-3
由MATLAB运动仿真得到杆二的加速度曲线如图6-4：
图5-4
2、整体机构动力学分析
对于送球机构，当杆1与水平面夹角为30°时，此时滑块后退，各杆组力学分析图如下：
图5-5
图5-6
图5-7
3、运动循环图
六、参考文献及心得
1、参考文献
（1）机械原理安子军主编国防工业出版社
（2）机械原理课程设计指导书裘建新主编高等教育出版社
（3）画法几何与机械制图贾春玉主编中国标准出版社
（4）连杆机构设计与应用创新华大年主编机械工业出版社
2、心得
杨嘉琪：
这次课程设计我们历时个多星期，经过这一个多星期的实践和体验下来，我学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。
现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能。
在这次设计过程中，体现出自己设计网球发球机的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
关博：
作为一名机械设计制造及其自动化专业的大二学生，我觉得做机械原理课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。
在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？
如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？
我想类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。
在课程设计中，我们运用到了所学的知识，加深和巩固了我们对所学知识的了解，也提高了我们的动手能力。
胡小亮：
在这次的课程设计中，不仅锻炼了我们的能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。
这对于我们的将来也有很大的帮助，与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。
而团队合作也是当今社会最提倡的。
在这次的课程设计过程中锻炼了自己的思考能力和动手能力。
通过题目选择和设计网球发球机的过程中，加强了思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。
在方案设计选择上，培养了我们综合应用网球发球机的能力,对它的功能也有了进一步的认识。
还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。
邵可鑫：
在这次的课程设计中不仅检验了我们所学习的知识，也培养了我们的动手实践能力。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。
课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。
七、附录：
机构三维图片和解析法程序代码、自评分
1、机构三维图片
图7-1
图7-2
图7-3
2、解析法程序代码
r:
齿轮分度圆半径，
j1:
角度Φ1，
j2:
角度Φ2，
w1:
杆1加速度，
w2：
杆2角速度，
a1:
杆1角加速度，
a2:
杆2角加速度，
a3:
滑块速度。
>>r=75
>>l1=70
>>l2=160
>>t=0:
0.1:
9
t=
>>w=2.1
w=
>>j2=asin（-（r+l1*sin（j1））/l2）
j2=
>>s=l1*cos（j1）+l2*cos（j2）
s=
>>v=-w*l1*（sin（j1-j2））./cos（j2）
v=
>>plot（t,v）
>>w2=-w*（l1*cos（j1））./（l2*cos（j2））
w2=
>>plot（t,w2）
>>plot（t,v）
>>a1=0
a1=
>>
a3=-（（l1*（a1*sin（j1-j2））+w^2*cos（j1-j2））+l2*w2.^2）./cos（j2）
a3=
>>a2=（l1*w^2*sin（j1）-l1*a1*cos（j1）+l2*w2.*w2.*sin（j2））./（l2*cos（j2））
a2=
>>plot（t,a2）
>>
>>plot（t,a3）
>>
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