【正文】 ng to market research, temporarily no volleyball serve machine sold on the market at present, this machine has the very good development trend. The reference I made clear the main task of this design. The design tasks including pare the difference of the machine and the same products, introduce the basic operation principle of the volleyball serve machine, material selection, installation and operation of parts of coordination, the machine efficiency and its practical effect is determined primarily, to further improve the scientific idea of the machine are put forward. In the process of the design, I design experience in reference to previous design, basically plete the desired task, the specific application of the engineering drawing, mechanical principle, mechanical design, mechanics of materials, electrical and mechanical transmission, such as classroom knowledge, and access to more than the domestic and foreign related information to solve the problem. Keywords: Original ， volleyball ， serve machine ， training,， efficiency 上海工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 3 排球大力發(fā)球機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 馬鴻賓 011111432 1 緒論 課題來(lái)源 如 今是體育發(fā)展的大時(shí)代，體育發(fā)展和科技發(fā)展的相互聯(lián)系越來(lái)越密切，體育訓(xùn)練正逐步地時(shí)代走向科學(xué)時(shí)代。本人本科專業(yè)學(xué)習(xí)的是機(jī)械工程自動(dòng)化，所謂職業(yè)病可能就是看待每一件事物都會(huì)跟專業(yè)相聯(lián)系。相比于足球和籃球兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，排球的受關(guān)注程度并不低，但在國(guó)內(nèi)的普及情況遠(yuǎn)不如足球和籃球。我國(guó)有固定的排球聯(lián)賽， 1996 年由中國(guó)排球協(xié)會(huì)組織創(chuàng)立了排球超級(jí)聯(lián)賽，發(fā)展至今，時(shí)間尚短，中國(guó)的體育聯(lián)賽存在許多問(wèn)題 。即陪練員作為對(duì)手，與隊(duì)員進(jìn)行對(duì)戰(zhàn)模擬。也就是說(shuō)靠人力來(lái)模擬高水平對(duì)手是不現(xiàn)實(shí)的。大力告訴的攻擊性發(fā)球，不僅能給對(duì)方創(chuàng)造心理壓力暗示，還能給本方隊(duì)友爭(zhēng)取時(shí)間營(yíng)造組織反攻的機(jī)會(huì)。 3）本文參照比較了其他球類發(fā)球機(jī)的差異，球類發(fā)球 器的設(shè)計(jì)是有相通之處的（本文就重點(diǎn)參考了氣噴式、摩擦式發(fā)球機(jī)的原理），因而，此排球發(fā)球器的設(shè)計(jì)對(duì)其它球類發(fā)球器今后的研發(fā)具有廣泛的借鑒意義。 回顧漫長(zhǎng)的體育發(fā)展歷史，最早有記錄排球運(yùn)動(dòng)是在 1905 年首次登陸中國(guó)的。 例如楊飛學(xué)長(zhǎng)關(guān)于排球移動(dòng)機(jī)器人的介紹，他的設(shè)計(jì)借鑒了國(guó)外體育設(shè)備的開(kāi)發(fā)思想。該行業(yè)的迅速發(fā)展主要得益于兩方面的優(yōu)勢(shì)：第一，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍十分廣泛，特殊行業(yè)如核原料的存取，工業(yè)如制造系統(tǒng)的日常生產(chǎn)，服務(wù)性行業(yè)如清潔機(jī)器人等。其樣機(jī)如圖 。 大連大學(xué)的李傳森先生于 2020 年也研發(fā)了一種活塞式排球發(fā)球機(jī)，反響一般。在國(guó)外利用計(jì)算機(jī)游戲模擬的方法極為普遍，包括橄欖球、冰球等，幾乎每一項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)都有對(duì)應(yīng)的智能系統(tǒng)，機(jī)械設(shè)備僅僅是其中的一 個(gè)環(huán)節(jié)。他們還是習(xí)慣于利用計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)游戲，充分利用大量玩家的游戲數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。其本質(zhì)目的相差甚遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)思路就全然不同了。 (4)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)，保證擊球元件能夠準(zhǔn)確擊中排球球，并且使得擊球后球的運(yùn)行軌跡在可控范圍內(nèi)。 （ 2） 從專業(yè)隊(duì)伍了解到我國(guó)男女排最高水平發(fā)球速度 26m|s，女排國(guó)際高水平發(fā)球 28m|s，男排國(guó)際最高水平時(shí)速可達(dá)到驚人的 33m|s。 （ 6） 排球攔網(wǎng)高度女排為 米，男排為 米。根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)和查閱資料本文討論總結(jié)了幾種常用機(jī)構(gòu)的特性和設(shè)計(jì)方法，以便于更好的開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。 （ 1）全新設(shè)計(jì) :也稱開(kāi)發(fā)型設(shè)計(jì)， 硬性規(guī)定從基本原理到各零部件功能特點(diǎn)都需要有一定的創(chuàng)新性。 步驟 4選擇和組合能實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行構(gòu)件所 需運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 步驟 8總體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 。有需要才有被需要，前兩部分就是明確究竟需要什么樣的機(jī)器?？v觀全過(guò)程可以初步提高設(shè)計(jì)效率和為新的機(jī)器賦予不錯(cuò)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 （ 3）系列設(shè)計(jì) :也稱變型設(shè)計(jì)， 產(chǎn)品僅在功能方面微調(diào)，規(guī)格上肯能有量的變化， 其 核心思想 及主要功能無(wú)本質(zhì)差別 。通常設(shè)計(jì)者可以將執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)劃分類別，將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成這些運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)制成圖表以便對(duì)照，本文可以選用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)頻率可控的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 4）確保發(fā)球時(shí)速在 18 sm 30 sm 之間。 2）工作原理 本設(shè)計(jì)應(yīng)用了本科學(xué)習(xí)的課內(nèi)知識(shí)涵蓋了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電傳動(dòng)控制、材料力學(xué)、工程制圖等多方面綜合運(yùn)用。在選擇時(shí)需要考慮從原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)各個(gè)方面的作用因素，經(jīng)比較后才能作出適當(dāng)?shù)倪x擇。使其更具有競(jìng)爭(zhēng)性應(yīng)對(duì)比不同類型傳動(dòng)裝置的購(gòu)置費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用，保 證良好的經(jīng)濟(jì)效益，減少不必要損失。所以，要適當(dāng)規(guī)劃功率范圍。強(qiáng)行提高帶速也提高了離心應(yīng)力，增加了單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，這將影響傳動(dòng)帶的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。 (4)壽命 :機(jī)械傳動(dòng)裝置的使用壽命主要可分為疲勞壽命和磨損壽命兩方面，疲勞會(huì)出現(xiàn)裂痕甚至折斷導(dǎo)致失效，磨 損會(huì)影響連接緊密性可靠性，情節(jié)嚴(yán)重時(shí)上海工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 13 甚至“失聯(lián)”，這樣的機(jī)器是不允許生產(chǎn)的，也是極度危險(xiǎn)的。相反，如果由于布置上的原因，要求主從動(dòng)軸之間的距離較大時(shí)，就應(yīng)該采用帶傳動(dòng)或鏈傳動(dòng)，而不宜采用齒輪傳動(dòng)。各種傳動(dòng)的 G/P 差別很大，即使是同類傳動(dòng)，各型式傳動(dòng)的 G/P 值也不同。后者由于操縱不方便、尺寸大，瞬時(shí)傳動(dòng)比不足夠精確目前被使 用的不多。傳動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的主要指標(biāo)是振動(dòng)和噪聲，它直接受傳動(dòng)裝置的制造質(zhì)量水平的影響。所以，在運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求嚴(yán)苛的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)者會(huì)選擇穩(wěn)妥方案（配置較低的蝸桿傳動(dòng)或帶傳動(dòng)），可保障一定的性價(jià)比。 (3)依靠密封容積的變化傳遞運(yùn)動(dòng)。 （ 4）元件基礎(chǔ)化，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化程度較高，有利于降低設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)成本。 （ 4）制造精度高，系統(tǒng)工作過(guò)程中發(fā)生故障不易診斷。 (3)氣動(dòng)動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，維護(hù)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，特別適合于一般設(shè)備的控制。 (3)排氣噪聲較大，高速排氣時(shí)應(yīng)加消聲器。電氣傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)功率可調(diào)性很強(qiáng)，小至幾毫瓦大到幾百兆瓦均可實(shí)現(xiàn) 。 電氣傳動(dòng)可分為不調(diào)速和調(diào)速兩大類。平帶傳動(dòng)是所有帶傳動(dòng)的基礎(chǔ)類型，制造簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，中心距數(shù)值很大，幾乎所有其他帶型都是平帶升級(jí)版本。按照槽面摩擦的接觸原則，在張緊力相同前提下， V 帶傳動(dòng)比平帶傳動(dòng)產(chǎn)生更大的摩擦力。 （ 2）過(guò)載時(shí)將在帶輪上打滑，對(duì)其他零件可起到保護(hù)作用。 （ 3）壽命較短。 其缺點(diǎn)為運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，磨損嚴(yán)重可能發(fā)生跳齒等失效現(xiàn)象，工作時(shí)噪聲明顯，場(chǎng)面上檔次不高，難以應(yīng)用在重要場(chǎng)合， 同時(shí)不宜用在載荷變化很大的傳動(dòng)中。缺點(diǎn)為制造和安裝精度要求高，成本較高，中心距較短不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。較常見(jiàn)的是按工作條件不同，分為開(kāi)式、半開(kāi)式、閉式齒輪。輪齒折斷主要發(fā)生在齒根部分，在齒輪多次嚙合過(guò)程中重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中導(dǎo)致齒根彎曲疲勞 折斷；過(guò)載折斷是在突然過(guò)載或受到預(yù)期外載荷沖擊時(shí)無(wú)征兆折斷；局部折斷是由于載荷集中或受載過(guò)大時(shí)發(fā)生，這與最初選型有關(guān)。齒面接觸應(yīng)力超出材料的接觸疲勞強(qiáng)度時(shí)，在載荷的多次重復(fù)作用下，齒輪的表層就會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的裂痕，裂痕逐步擴(kuò)展變深拉長(zhǎng)，致使齒面的金屬微粒剝落下來(lái)最終形成疲勞點(diǎn)蝕。其特點(diǎn)為傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊；受到較小的沖擊載荷，傳動(dòng)十分 平穩(wěn)，噪聲低；具有自鎖性， 摩擦損失大，傳動(dòng)效率低。 傳動(dòng)系統(tǒng)方案確定 ,綜合各方面因素選用電氣傳動(dòng) 作為本設(shè)備的傳動(dòng)方式。綜上所述，本發(fā)球器可選用交流拖動(dòng)系統(tǒng)中的三相伺服電動(dòng)機(jī)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程公式為 dtdJTTz ??? ?????????????? ?????????（ ） gGDJ 4 2???????????????????????????（ ） G為重量 ??N ， D為慣性半徑 ? ?cm ， g為重力加速度選取 2sm 2）電動(dòng)機(jī)系列的選擇 在我國(guó)，電動(dòng)機(jī)的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，通用化應(yīng)用十分廣泛。專用系列是指有特殊防護(hù)要求的系列產(chǎn)品，在普通機(jī)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中較為少見(jiàn)。在供電環(huán)境條件寬松時(shí)，一般容 量大的電動(dòng)機(jī)盡量使用高壓低流的方式利于節(jié)能。通常情況下，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速要完全根據(jù)機(jī)械制造生產(chǎn)的實(shí)際情況，考慮到前期投入和后期維護(hù)等消費(fèi)收益問(wèn)題，考慮在過(guò)渡過(guò)程中上海工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 19 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化、電動(dòng)機(jī)的損耗報(bào)廢等因素。其值規(guī)定為在正常工作溫度條件下，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱狀態(tài)允許的運(yùn)行時(shí)極限輸出功率。電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇過(guò)程就是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍、啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮三個(gè)方面條件 :電動(dòng)機(jī)的允許溫升、電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力和電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力，配置合適額定功率的電動(dòng)機(jī)。 (2)啟動(dòng)性能 選擇電機(jī)主要是選額定值，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能往往被忽略，但啟動(dòng)性能好是機(jī)器高效高能的主要表現(xiàn)，涵蓋了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)電流等項(xiàng)目。 (3)噪聲、振動(dòng)水平 電動(dòng)機(jī)的噪聲、振動(dòng)水平從側(cè)面揭示了電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、工藝、制造、裝配水平，是實(shí)地應(yīng)用水平的重要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)之一，一般在產(chǎn)品規(guī)劃階段技術(shù)要求一項(xiàng)中就要做明確要求。當(dāng)交變磁拉力的頻率臨近鐵心機(jī)座原有的共振頻率時(shí)，電磁噪聲此時(shí)會(huì)突然增大，頻率范圍幅度變化從 700~4000Hz不等，此范圍內(nèi)人 的聽(tīng)覺(jué)可以清楚察覺(jué)引發(fā)不適的感覺(jué)，因此，電磁噪聲是需要特別抑制的主要噪聲。電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)速度與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)、強(qiáng)度、重量、尺寸及其間隙的配合等相關(guān)。一臺(tái)額定功率確定的電動(dòng)機(jī)，負(fù)載越大，損耗也隨之增多，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)聚集的熱量過(guò)多，溫度上升至超過(guò)正常工作水平。我國(guó)生 產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)總體分成 3 個(gè)類別，分別為連續(xù)工作制、斷續(xù)工作制和定時(shí)工作制。在電動(dòng)機(jī)和工作主軸之間可以安裝一級(jí) V 帶傳動(dòng)， V 帶具有傳動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，尤其能過(guò)緩沖吸振，適合本機(jī)器。其移動(dòng)機(jī)構(gòu)很大程度上決定了機(jī)器的整體規(guī)格。上海工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機(jī)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 22 金屬腐蝕的原因可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕即是通常所說(shuō)的氧化的過(guò)程如公式 。極大的提高耐磨性、抗腐蝕性等，外部機(jī)箱也可以貼塑料膜作為防護(hù)。萬(wàn)向腳輪是統(tǒng)稱，從運(yùn)動(dòng)方向的角度分為活動(dòng)輪和固定輪，活動(dòng)輪允許 360 度旋轉(zhuǎn)，固定輪只做單向滾動(dòng)，一般活動(dòng)輪和固定輪搭配使用，例如手推車。 喂球機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 喂球機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)球筒及運(yùn)輸連管組成 運(yùn)輸彎管的選材：因其沒(méi)有受到不必要沖擊，最主要要求為摩擦力較小可采用套接方式。材料建議使用玻璃鋼質(zhì)地。 擊球鋼板強(qiáng)度校核 彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件 ? ??? ??zWM m a xm a x ????????????????????? () zW 為抗彎截面系數(shù)；其值與截面形狀和 尺寸有關(guān)； ??? 根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定；M為力矩 F 與 a 的乘積。 鋼絲網(wǎng)管的尺寸設(shè)計(jì)，長(zhǎng)度為 ，圓周直徑為 d=28cm 由于排球在網(wǎng)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度高，也有一定的距離，尤其是在換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生輕微沖擊采用套接有些勉強(qiáng)，為連接簡(jiǎn)便仍使用套接，但在鋼絲網(wǎng)管內(nèi) 排列一定數(shù)量的滾珠，使得排球移動(dòng)時(shí)滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)換為滾動(dòng)摩擦，減小了摩擦力因數(shù)，降低摩擦力，緩解了沖擊負(fù)荷從而保證不出現(xiàn)卡球現(xiàn)象。綜合各類發(fā)球機(jī)設(shè)計(jì)，都無(wú)法精確確定球的落點(diǎn)，即“指哪打哪”是不可能實(shí)現(xiàn)的，況且在體育比賽中球的落點(diǎn)就是充滿了不確定性。空氣阻力系數(shù)為 ? ，發(fā)球速度為 0v ， 21tt 分別為球在空中上升下落時(shí)間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)接發(fā)球角度約為 o30 ，空氣阻力系數(shù) ?? 根據(jù)以下公式計(jì)算。 應(yīng)用公式 作用時(shí)間選取為 秒，可計(jì)算擊打用力為 ，取整為 20N。接發(fā)球速度要求越高，半徑越大，但旋轉(zhuǎn)參數(shù)會(huì)更小，初步估計(jì)接發(fā)球速度在 1830 sm 半徑在 米。主軸需要滿足一定的扭矩、強(qiáng)度要求，其應(yīng)用公式詳見(jiàn)擊球系統(tǒng)應(yīng)用公式，