【文章內容簡介】 制。其樣機如圖 。 圖 湖南農業(yè)大學 ,謝方平等人于 2020 年申請并獲得了關于排球發(fā)球機實用新型的國家專利 ,其機器為曲柄滑塊機構，此發(fā)球器對后續(xù)的發(fā)球器研究起到了重要參考作用。如圖 圖 1 為擊球頭 2 為擊球桿 3 為緩沖彈簧 4 為套筒 5 為擋塊 6 為擊球彈簧 7為鉤盤 8為夾板 9為控制鉤 10為導向軸 11為導向盤 12為導套 13 為導套 14為擊球曲柄 29 為限位塊 。 其主要優(yōu)點在于機器規(guī)格小，操作方便，可以說是物美價廉性價比可觀，其缺點也十分明顯，機器運作連續(xù)性不穩(wěn)定，需要人力一直監(jiān)管處理機器運作，粗略看來沒有成型生產的必要，這恐怕也是目前市場上限制此類產品的主要不利因上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 7 素。 大連大學的李傳森先生于 2020 年也研發(fā)了一種活塞式排球發(fā)球機，反響一般。 本機器可以在進一步完善后后連續(xù)運作，克服了同類設計產品的缺陷，十分適合運動隊伍做訓練裝 備，相信目前在體育事業(yè)飛速發(fā)展的時段里，可以占據(jù)一定的市場本文只作單球運作屬于半自動化裝置。 通過以上資料可以顯示，球類發(fā)球機的設計為期較早，且都沒有批量生產出售，然而球類發(fā)球設備的研究一直在繼續(xù)，在國內具有非常好的發(fā)展前景。 國外有類似的智能反饋系統(tǒng)應用于排球運動中，其主體思想是設計機器人驗證可行性，連接計算機系統(tǒng)，主要目的是為了詳細的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，它的特點是智能，應用電腦游戲開發(fā)模擬。在國外利用計算機游戲模擬的方法極為普遍，包括橄欖球、冰球等，幾乎每一項體育運動都有對應的智能系統(tǒng)，機械設備僅僅是其中的一 個環(huán)節(jié)。國內大多情況是使用仿真軟件進行動畫仿真模擬，國外則是更為具體，各方面信息詳盡，將其制作成計算機游戲，通過大量專業(yè)，非專業(yè)玩家進行模擬體驗，用于采集數(shù)據(jù)進行分析，例如籃球行業(yè)， NBA2k 系列，既滿足大眾娛樂，也為籃球相關技術提供數(shù)據(jù)保證。在美國，圣安東尼奧 AT@T 體育中心出現(xiàn)過供籃球迷們體驗的擊打式籃球發(fā)球機，與本排球發(fā)球機的設計類似。此機器其實質是可以制作精良用作訓練的，但是美國人把它做得極為簡單，用于娛樂大眾和展示體育文化。他們還是習慣于利用計算機開發(fā)游戲，充分利用大量玩家的游戲數(shù)據(jù)，進行分析?；@ 球實戰(zhàn)訓練全部真人上陣，只要把數(shù)據(jù)分析結果告訴陪練員就可以了，這樣的訓練效果明顯。當然，這有可能是因為身體素質或者科技水平的領先，我們未必模仿得來?；蛟S我們國家以后也會將智能系統(tǒng)廣泛的應用于體育項目中，但是此設備的設計理念是將機器應用于實地強度訓練，而不僅僅是提供數(shù)據(jù)采集的樣本機。其本質目的相差甚遠，設計思路就全然不同了。 本文主要研究內容 本文主要研究內容如下： (l)初步設計出大力高速的新型排球發(fā)球器，時速在 1830 米每秒之間，由此可以充分發(fā)揮本發(fā)球機的作用，幫助提高我國專業(yè)排球運動員提高訓練 質量和比賽成績。 (2)設計一套 擊球系統(tǒng)，保證順利擊球使排球和執(zhí)行機構的運動學、力學要求均可以得到滿足，同時提高能量的轉換效率，盡量使擊球元件的機械能轉化為排上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 8 球的動能，節(jié)省資源。 (3)選擇適當?shù)?源動力系統(tǒng)，分析液壓、氣動和電氣傳動等傳動方式的傳動特點選擇適當?shù)膫鲃酉到y(tǒng)，分析排球發(fā)球器的具體工作條件和環(huán)境，選擇適合排球發(fā)球器的動力源，主要考慮生產成本及使用安全性等因素。 (4)設計 傳動系統(tǒng)，保證擊球元件能夠準確擊中排球球，并且使得擊球后球的運行軌跡在可控范圍內。主要是喂球的時間間隔問題，這關系到排球能否及時 而準確地送達預定位置，與各零部件配合得當，以達到穩(wěn)定運輸?shù)男Ч? (5)工藝造型設計 ，尺寸設計合理，盡量節(jié)約空間，無明顯浪費或者缺陷。 排球相關專業(yè)數(shù)據(jù) （ 1） 排球標準直徑 之間，標準圓周在 6567cm 之間。 （ 2） 從專業(yè)隊伍了解到我國男女排最高水平發(fā)球速度 26m|s，女排國際高水平發(fā)球 28m|s，男排國際最高水平時速可達到驚人的 33m|s。 （ 3） 擊球點高度在 。 （ 4） 排球的標準質量為 260280g。 （ 5） 標準排球場地尺寸為長 18m寬 9m，兩端線外無障礙區(qū)至少 5m，上空無障礙區(qū)至少 。 （ 6） 排球攔網高度女排為 米，男排為 米。 2 發(fā)球機的總體方案設計 設計方法及設計思想 設計方法學是一門新興科學，是現(xiàn)代設計方法的重要組成部分，已經得到了足夠的重視。工業(yè)產品設計屬于人類創(chuàng)造性活動，設計結果直接影響產品質量和企業(yè)經濟效益其重要性不言而喻。各國在研究方法上各有側重，但有共通之處，就是總結設計規(guī)律，激發(fā)創(chuàng)造性，我國自二十世紀八十年代以來，不斷吸收國外研究成果，開展了設計方法學的理論和應用研究 機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵根據(jù)人們設計機器的長期經驗，一部機器的設計程 序基本上可以如圖 上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 9 圖 在大學本科 4年的學習中，學生已經接觸了一些設計產品的方法，本次畢業(yè)設計在整體構思方法上與機械設計課的課程設計十分相似，可以說《機械設計》、《機電傳動》課程設計的訓練為本次畢業(yè)設計做了充分的鋪墊。根據(jù)過往經驗和查閱資料本文討論總結了幾種常用機構的特性和設計方法，以便于更好的開發(fā)新產品。根據(jù)對新產品的要求差異，設計的思路也有所不同，大致可以分為三種為 :全新設計，改進設計，系列設計。本設計不屬于系列設計。 本人參與了全新設計的部分工作，有一些細節(jié)設計是在團隊獲得專利之后為完成畢業(yè)論文所作的 必要的補充與 整改 。 （ 1）全新設計 :也稱開發(fā)型設計， 硬性規(guī)定從基本原理到各零部件功能特點都需要有一定的創(chuàng)新性。一般來說，設計一種機器全新設計的難度最大，根據(jù)經驗我們可以按以下步驟完成 : 步驟 1進行初步產品規(guī)劃，提出機器的功能要求，明確設計任務。 步驟 2作具體功能分析，選擇機器工作原理，確定源動力、傳動方式。 上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 10 步驟 3列出各子系統(tǒng)應完成的獨立運動，相互搭配運動確定實現(xiàn)該運動的構件 (執(zhí)行構件 )。 步驟 4選擇和組合能實現(xiàn)各執(zhí)行構件所 需運動的機構。 步驟 5確定機器各執(zhí)行機構的運動協(xié)調關系，驗證可行性。（一般做動畫仿真模擬） 步驟 6根據(jù)各機構運動規(guī)律、動力條件、安全等級要求等確定機構尺寸和各機構間的相對尺寸。 步驟 7構形設計，選則各主要零部件的材料（非標準件需要考慮加工方式）確定結構、外形和尺寸。 步驟 8總體協(xié)調設計 。 步驟 9零、部件設計，構圖 。 步驟 10編寫技術文件。 步驟 (1)至 (2)是產品的規(guī)劃階段，其中功能要求包含機器規(guī)格、執(zhí)行、使用和制造等有關要求。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器。步驟 (3)至 (5)便是機械運動方案的擬定階段，主要實現(xiàn)機器的執(zhí)行功能，并有承上啟下的作用，此過程即是理論階段，運用專業(yè)知識來設計滿足需求。步驟(6)至 (10)是詳細設計階段，確定了實現(xiàn)機器全部功能的具體構形，是機器設計的最后成果。此過程是準備階段，即是用一種通用形式語言把理論轉述出來，用來指導后續(xù)的生產裝配。縱觀全過程可以初步提高設計效率和為新的機器賦予不錯的市場競爭力。因此，擬定機械運動方案在整部機器設計中的重要性顯而易見，擬定方案在設計方法學中也有重要章節(jié)介紹。 （ 2）改進設計 :也稱適應性設計， 產品的子系統(tǒng)要有明顯的的 改進和變化，僅僅是設計風格和大量輔助裝置沿用原來機器。改進設計需特別突出改進的必要性，改進結果包括在功能性，經濟性以及技術要求等方面。 （ 3）系列設計 :也稱變型設計， 產品僅在功能方面微調，規(guī)格上肯能有量的變化， 其 核心思想 及主要功能無本質差別 。系列設計適用于技術成型，產品信譽可靠，有較為穩(wěn)定市場消費保障的產品。 上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 11 方案論證 機構的選型 機構選型的首要問題是要熟悉各種機構的運動特性，重點是明白源動力機構的類型以及從動裝置的具體運動，因為源動力是一臺機器運轉的開始。原動機的輸出運動可分為如下幾 種 :連續(xù)轉動、往復轉動、往復擺動、可控轉動 實際上，絕大部分機器的原動機輸出運動為連續(xù)勻速轉動，少數(shù)復雜從動機對制動、啟動、反轉要求較高，會出現(xiàn)可控轉動、擺動等形式。通常設計者可以將執(zhí)行構件的運動劃分類別，將轉動轉換成這些運動的相應機構制成圖表以便對照，本文可以選用伺服電機實現(xiàn)頻率可控的連續(xù)轉動。 技術要求 （ 1）操作方便，移動便利，推廣容易。 （ 2) 生產制造工藝簡單，性價比較高。 （ 3）生產及使用安全性可靠。 （ 4）確保發(fā)球時速在 18 sm 30 sm 之間。 （ 5）機器使用場地適用于封閉式體育館塑膠場地和開放式體育場。 方案確定 1）總體結構 本機器按功能劃分主要由移動機構、喂球機構、擊球機構、輸球機構、導向機構五大結構部分組成同時需要輔助零件及源動力系統(tǒng)共同支持。移動機構由機箱部分和移動器械共同搭配；喂球機構由存球筒、運輸彎管構成；擊球元件為與套筒固定的鋼板；輸球機構為裝配可自由轉動滾球的鋼絲網管；導向機構為導向桿和連桿；源動 力系統(tǒng)即是電機負責為整部機器提供能量，產生驅動力。 2）工作原理 本設計應用了本科學習的課內知識涵蓋了機械原理、機械設計、機電傳動控制、材料力學、工程制圖等多方面綜合運用。其具體的工作原理如下。 排球首先經由喂球機構，從進球口進入，經管壁到達擊球點位，同時擊球鋼板在電機驅動下做規(guī)律運動，經過托球板（也稱蓄力板）蓄力，于擊球點位擊打排球，排球由于擋球板的軌跡保護順利進入輸球機構，成功運動到出球口，調節(jié)上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 12 導向機構，在導向桿及連桿共同的作用下選定一個隨機方向最終順利發(fā)出。 傳動方式的選擇與確定 機械傳 動裝置的選用 機械傳動裝置的選用 (傳動類型的選用 )是整個設計過程中的重中之重，因為一方面?zhèn)鲃友b置幾乎決定了整個機器的精度，另一方面，他影響了機器的構型進而左右了成本。在選擇時需要考慮從原動機到工作機各個方面的作用因素，經比較后才能作出適當?shù)倪x擇。通常，可以從以下幾方面著手選擇 : (1)參考工作場地負載確定機器工況性能參數(shù) 。 (2)源動力設備的性能及與其匹配的傳動裝置在機械特性上的相關要求 。 (3)為使得該機器性價比提高，增加市場吸引力。使其更具有競爭性應對比不同類型傳動裝置的購置費用、運轉費用和維修費用，保 證良好的經濟效益，減少不必要損失。 (4)能符合安全等級要求和環(huán)境保護要求 。 (5)使用時控制方便、簡單、可靠以便于滿足大眾普遍需求。 選定傳動裝置類型考慮方面 : (1)功率范圍 :各種機械傳動都有各自最合理的功率范圍，例如鏈傳動不適用于傳遞大功率，而圓柱齒輪傳遞的功率則非常高。所以，要適當規(guī)劃功率范圍。 (2)速度 :機器運轉時，各種傳動裝置的極限速度 (轉速 )雖然在不斷提高，但是受發(fā)熱、振動、噪聲或制造精度等條件的限制，其適用的速度范圍還是嚴格存在的，尤其是在參考了制造技術條件以后，范圍更加精準。例如， V 帶 傳動最高帶速不可超過 3Om/s。如果控制帶速過低、需增加帶的條數(shù)來維持，這是不明智的做法。強行提高帶速也提高了離心應力，增加了單位時間內帶的循環(huán)次數(shù)，這將影響傳動帶的疲勞強度和使用壽命。 (3)傳動效率 :對于小功率的傳動，其傳動效率的高低一般不太引人注意 。但是對于大功率的傳動裝置來說，其傳動效率對能源的消耗和運轉費用的影響就至關重要。因此在技術條件允許的情況下，就應該優(yōu)先考慮選用傳動效率高的傳動類型。 (4)壽命 :機械傳動裝置的使用壽命主要可分為疲勞壽命和磨損壽命兩方面，疲勞會出現(xiàn)裂痕甚至折斷導致失效，磨 損會影響連接緊密性可靠性，情節(jié)嚴重時上海工程技術大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 排球大力發(fā)球機結構 設計 13 甚至“失聯(lián)”，這樣的機器是不允許生產的，也是極度危險的。在設計機械傳動裝置時，一般都有明確的要求。 (5)外廓尺寸 :在相同的傳動功率和速度下，采用不同類型的傳動裝置，其外廓尺寸可以相差很大。如果安裝空間較小，要求結構盡量緊湊時，就不宜采用帶傳動和鏈傳動。相反，如果由于布置上的原因，要求主從動軸之間的距離較大時，就應該采用帶傳動或鏈傳動，而不宜采用齒輪傳動。在選擇尺寸時，我們應該考慮生產工藝、裝配、運輸方便等因素。 (6)重量 :很多機器對自身重量有限制要求，例如飛機等航空器 、機動車輛、安裝在海上鉆探平臺上用的機器等，這些機器都希望在不影響平衡的前提下減輕自重。在這種情況下，就要優(yōu)先考慮傳動裝置的重量 (常用功率重量比 G/P， kg/kw來表示 )。各種傳動的 G