【正文】 erve machine manufacture process preliminary design ABSTRACT Is now the great age of sports, for some sports is a kind of spirit, for some people, sports is a kind of faith, in a nutshell, sports has been deeply integrated into our life, bee a indispensable for our entertainment. With yao, li and liu39。s volleyball team has made brilliant achievement. I try to design a new type of volleyball serve machine, used to help the volleyball athletes training. According 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。為全面提高 運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練質(zhì)量和比賽成績(jī)，輔助體育事業(yè)的發(fā)展，體育界與科研界聯(lián)合提出了設(shè)計(jì)制造排球訓(xùn)練裝置的基本科學(xué)構(gòu)想。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。在學(xué)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)電傳動(dòng)等一系列課程后小試牛刀的想法愈發(fā)強(qiáng)烈，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)聯(lián)系本人所鐘愛(ài)的體育項(xiàng)目，設(shè)計(jì)一種新型擊打式排球發(fā)球機(jī)。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?？陀^來(lái)看我國(guó)女排取得了傲人成績(jī)，但近來(lái)成績(jī)不佳，男排水平在世界上處于中等地位，相比于世界頂尖強(qiáng)隊(duì)相比還有一定的差距。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 。由此可見(jiàn)提高訓(xùn)練質(zhì)量迫在眉睫，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) 4 科學(xué)高效的訓(xùn)練已經(jīng)成為各專業(yè)相關(guān)人士探索的終極目標(biāo)。即陪練員作為對(duì)手，與隊(duì)員進(jìn)行對(duì)戰(zhàn)模擬。對(duì)于陪練員來(lái)說(shuō)工作強(qiáng)度太大，工作情緒也不高，這其實(shí)比較乏味枯燥。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。在現(xiàn)代排球比賽中發(fā)球有十分重要的作用，接發(fā)球的成功率直接影響比賽的趨勢(shì)走向，從眾多比賽記錄中可以清楚看到這點(diǎn)。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)。 綜合了上述的理由，本文歸納出如下的具體研究意義 1）設(shè)計(jì)出大力高速的發(fā)球器，次發(fā)球機(jī)能夠代替人力保持一定強(qiáng)度頻率穩(wěn)定地的發(fā)扣球，使得模擬強(qiáng)度達(dá)到世界一流水平，由此在大大提高我國(guó)專業(yè)排球運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練水平和比賽成績(jī)的同時(shí)，解放人體勞動(dòng)力。 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。 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) 5 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及開發(fā)前景 早至 19世紀(jì)末 20世紀(jì)初，中國(guó)受到洋務(wù)學(xué)潮的影響不斷地吸納西方文化，體育作為一種文化輸出被集中體現(xiàn)了出來(lái)。 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。我國(guó)最初開展這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)是在華東和華北地區(qū)，以山東地區(qū)為首，上海也是排球發(fā)展較好的城市之一，上海的球隊(duì)也取得了不錯(cuò)的成績(jī)。 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)備的開發(fā)思想。自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，移動(dòng)機(jī)器人的研究十分活躍，國(guó)際 有許多機(jī)器人比賽，國(guó)內(nèi)也有定期舉辦機(jī)器人比賽的活動(dòng)，每年十月是機(jī)器人比賽的高峰階段。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。其中最重要的一個(gè)作用因素就是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有了高水平計(jì)算機(jī)技術(shù)作為支撐，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)已成為眾多高新技術(shù)的產(chǎn)物，同時(shí)也 為其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了豐富上海工程技術(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) 6 的研究素材和應(yīng)用。其樣機(jī)如圖 。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(dǎo)向軸 11為導(dǎo)向盤 12為導(dǎo)套 13 為導(dǎo)套 14為擊球曲柄 29 為限位塊 。 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。 通過(guò)以上資料可以顯示，球類發(fā)球機(jī)的設(shè)計(jì)為期較早，且都沒(méi)有批量生產(chǎn)出售，然而球類發(fā)球設(shè)備的研究一直在繼續(xù)，在國(guó)內(nèi)具有非常好的發(fā)展前景。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)。在美國(guó)，圣安東尼奧 ATT 體育中心出現(xiàn)過(guò)供籃球迷們體驗(yàn)的擊打式籃球發(fā)球機(jī)，與本排球發(fā)球機(jī)的設(shè)計(jì)類似。他們還是習(xí)慣于利用計(jì)算機(jī)開發(fā)游戲，充分利用大量玩家的游戲數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。當(dāng)然，這有可能是因?yàn)樯眢w素質(zhì)或者科技水平的領(lǐng)先，我們未必模仿得來(lái)。其本質(zhì)目的相差甚遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)思路就全然不同了。 (2)設(shè)計(jì)一套 擊球系統(tǒng)，保證順利擊球使排球和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)要求均可以得到滿足，同時(shí)提高能量的轉(zhuǎn)換效率，盡量使擊球元件的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為排上海工程技術(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) 8 球的動(dòng)能，節(jié)省資源。 (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)。 (5)工藝造型設(shè)計(jì) ，尺寸設(shè)計(jì)合理，盡量節(jié)約空間，無(wú)明顯浪費(fèi)或者缺陷。 （ 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。 （ 4） 排球的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量為 260280g。 （ 6） 排球攔網(wǎng)高度女排為 米，男排為 米。工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬于人類創(chuàng)造性活動(dòng)，設(shè)計(jì)結(jié)果直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益其重要性不言而喻。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，以便于更好的開發(fā)新產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)不屬于系列設(shè)計(jì)。 （ 1）全新設(shè)計(jì) :也稱開發(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 2作具體功能分析，選擇機(jī)器工作原理，確定源動(dòng)力、傳動(dòng)方式。 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)。（一般做動(dòng)畫仿真模擬） 步驟 6根據(jù)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)力條件、安全等級(jí)要求等確定機(jī)構(gòu)尺寸和各機(jī)構(gòu)間的相對(duì)尺寸。 步驟 8總體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 。 步驟 10編寫技術(shù)文件。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。步驟(6)至 (10)是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，確定了實(shí)現(xiàn)機(jī)器全部功能的具體構(gòu)形，是機(jī)器設(shè)計(jì)的最后成果?？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。 （ 2）改進(jìn)設(shè)計(jì) :也稱適應(yīng)性設(shè)計(jì)， 產(chǎn)品的子系統(tǒng)要有明顯的的 改進(jìn)和變化，僅僅是設(shè)計(jì)風(fēng)格和大量輔助裝置沿用原來(lái)機(jī)器。 （ 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 。 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) 11 方案論證 機(jī)構(gòu)的選型 機(jī)構(gòu)選型的首要問(wèn)題是要熟悉各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，重點(diǎn)是明白源動(dòng)力機(jī)構(gòu)的類型以及從動(dòng)裝置的具體運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樵磩?dòng)力是一臺(tái)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的開始。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)。 （ 2) 生產(chǎn)制造工藝簡(jiǎn)單，性價(jià)比較高。 （ 4）確保發(fā)球時(shí)速在 18 sm 30 sm 之間。 方案確定 1）總體結(jié)構(gòu) 本機(jī)器按功能劃分主要由移動(dòng)機(jī)構(gòu)、喂球機(jī)構(gòu)、擊球機(jī)構(gòu)、輸球機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)五大結(jié)構(gòu)部分組成同時(shí)需要輔助零件及源動(dòng)力系統(tǒng)共同支持。 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。 排球首先經(jīng)由喂球機(jī)構(gòu)，從進(jìn)球口進(jìn)入，經(jīng)管壁到達(dá)擊球點(diǎn)位，同時(shí)擊球鋼板在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下做規(guī)律運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)托球板（也稱蓄力板）蓄力，于擊球點(diǎn)位擊打排球，排球由于擋球板的軌跡保護(hù)順利進(jìn)入輸球機(jī)構(gòu)，成功運(yùn)動(dòng)到出球口，調(diào)節(jié)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) 12 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，在導(dǎo)向桿及連桿共同的作用下選定一個(gè)隨機(jī)方向最終順利發(fā)出。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。 (2)源動(dòng)力設(shè)備的性能及與其匹配的傳動(dòng)裝置在機(jī)械特性上的相關(guān)要求 。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。 (5)使用時(shí)控制方便、簡(jiǎn)單、可靠以便于滿足大眾普遍需求。所以，要適當(dāng)規(guī)劃功率范圍。例如， V 帶 傳動(dòng)最高帶速不可超過(guò) 3Om/s。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。但是對(duì)于大功率的傳動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，其傳動(dòng)效率對(duì)能源的消耗和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的影響就至關(guān)重要。 (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。 (5)外廓尺寸 :在相同的傳動(dòng)功率和速度下，采用不同類型的傳動(dòng)裝置，其外廓尺寸可以相差很大。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)。 (6)重量 :很多機(jī)器對(duì)自身重量有限制要求，例如飛機(jī)等航空器 、機(jī)動(dòng)車輛、安裝在海上鉆探平臺(tái)上用的機(jī)器等，這些機(jī)器都希望在不影響平衡的前提下減輕自重。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