机械原理课程设计说明书机械工程学院机械设计制造及其自动化专业11级机自9班设计者：指导教师：2013年 07 月 19 日一．设计题目 (3)二．项目组成员及分工 (3)三．设计方案与选择 (4)1. 功能分析与分解 (4)2. 设计方案与原理 (4)送球装置的设计 (4)3. 方案评价与选择 (6)4. 总体方案 (7)5.机构简图： (8)6.运动循环图： (8)四．选定机构的尺寸设计 (9)1. 机构的运动简图 (9)2. 机构的自由度计算 (10)3. 机构的尺寸及数据设计 (10)（1）齿轮机构数据设计 (10)（2）送球机构的尺寸分析 (12)（3）摆头机构的尺寸分析 (13)A. 连杆的尺寸设计 (13)B. 凸轮的尺寸设计 (15)五．选定机构的运动分析 (17)1.送球装置的运动分析 (17)A.位移分析 (17)B.速度分析 (18)C.加速度分析 (19)D.平衡力矩分析 (20)3. 发球机构的运动分析 (22)速度分析 (22)六．心得体会 (22)七．参考资料 (23)八．附录 (23)一．设计题目1.选题意义乒乓球是一种世界流行的体育项目，深受人们的喜爱。
但作为一种对抗性运动，当你只有一个人的时候，只能徒唤奈何了。
乒乓球发球机便是为了应对这种情况产生的，它对人们技术的提高与自身的锻炼有很大的帮助。
2.设计要求乒乓球直径d=40mm发球时的速度v=10~30m／s乒乓球发球机的摆角为±15°乒乓球发球机发球频率f=30~50个／分钟乒乓球发球机发出的球需带旋度乒乓球在距乒乓球台300mm的高度释放二．项目组成员及分工小组成员：闫旭赵强郑笑竹分工：：机构设计、三维图制作、尺寸设计：机构设计、三维图制作、说明书的编写、尺寸设计：机构设计、尺寸设计及计算、运动分析、说明书、PPT 制作三．设计方案与选择1.功能分析与分解乒乓球发球机基本分为储球斗、送球装置、摆头装置和发球装置。
乒乓球从储球斗进入到送球装置，送球装置可间歇地将球传送到发球装置，发球装置将球发出。
摆头装置使球在不同角度发出，增加趣味性。
2.设计方案与原理送球装置的设计方案A：方案A所示的送球机构是如图所示的偏心轮机构。
当偏心轮以ω的角速度逆时针转动时，滑块2随1转动因而带动3进行左右间歇移动，从而实现间歇将球4送至发球机构。
方案B：方案B是采用带有凹槽的转轮。
球靠自身重力落入凹槽内，通过轮的逆时针转动将球送入送球道内。
球在球道内排成一排，后面的球将前面的球顶到发球装置，将球发出。
方案C：方案C所示的送球机构是如图所示的履带传送装置。
通过主动轮的转动带动履带传动。
乒乓球由于自身重力落在履带上，被履带上的挡板推落进入送球道。
（1）发球装置的设计如图所示是的发球机构。
两个轴与两个直流电动机相连，从而实现轴上的两个轮以不同的角速度转动。
球从送球管道到达发球口时，通过摩擦作用发出。
当两轮角速度相等时，发出不旋转的球；当两轮角速度不同时，发出旋转球。
3.方案评价与选择方案优点缺点方案A可以实现间歇性送球运动转速不高改变偏心轮转速而改变活塞快慢时效果不明显，动平衡性差机器运转中有振动。
4.总体方案我们选择的方案综合各方案优缺点，利用曲柄七杆机构实现间歇送球。
由于该机构有两个自由度，我们用齿轮副将其封闭为一个自由度。
我们增加摆头机构并通过齿轮机构将送球机构和摆头机构连在一起，实现一个原动件两个执行端的运动。
利用凸轮实现摆头机构的往返运动，可实现乒乓球从不同角度发出，增加运动者运动难度。
5.机构简图：6.运动循环图：机构角度送球机构0°0°-360°360°360°-720°最左处向右摆最右处向左摆摆头机构0°-15°15°-165°165°-195°195°-345°345°-360°停止推程停止回程停止发球机构0°0°-180°180°180°-360°发球- 发球- 注：送球机构2°对应摆头机构及发球机构1°四．选定机构的尺寸设计1.机构的运动简图2.机构的自由度计算有一处复合铰链N=12 pl=16 ph=3F=3×12-2×16-1×3=1 3.机构的尺寸及数据设计（1）齿轮机构数据设计齿轮1轴长85齿轮3轴长20齿轮2、3间20 凸轮4、5间台35 齿轮3轴长20齿轮2、3间20 凸轮4、5间台35（2）送球机构的尺寸分析（3）摆头机构的尺寸分析A.连杆的尺寸设计已知尺寸设计过程计算结果乒乓球发球机摆角定为±15°定发球口与转动轴的距离为50mm则发球口的垂直位移为2×50×tg15=26.8凸轮部分的升程为50mm为确保连杆不与凸轮接触，定滚子与固定杆的机架竖直位移为50mm固定杆的机架竖直位移为50mmL1=定9杆相连的机架与齿轮7相连的机架高125mm 由比例关系50/26.8=L1/L2 L1=175.3 L2=94.7由高度约束 L10=180.3 L11=100 L12=50 175.3 L2= 94.7L10= 180.3 L11=100 L12=50B.凸轮的尺寸设计已知尺寸设计过程计算结果根据摆头机构角度=±15°根据B连杆设计要求知凸轮升程=50mm 要求运动过程中，匀速推程匀速回程，并有30°的远休和近休如图（3）发球机构的尺寸分析已知尺寸设计过程计算结果乒乓球直径D=40mm 该装置将乒乓球发出的速度为20m/s 发球机内有两个摩擦轮，可将球以所需的速度发出发出球摩擦vv=（当两个摩擦轮速度相同时）()212/1摩擦摩擦球VVV+=（当两轮速度不同时）设计机头100 宽60 摩擦轮直径25厚度 20如图五．选定机构的运动分析1.送球装置的运动分析A.位移分析定：当1处于竖直向下的位置时，角度为0°根据几何关系可求出各B点与O点的水平位移。
如图所示可画出位移曲线。
由solidworks 运动仿真得到的的运动位移曲线：B.速度分析当前分析B 点处于最远时的速度齿轮1、2啮合，相当于对称，只分析一半即可 因为3、4平动 所以--=11D C V V ________12242________12141___P ×ωP ×ωP P V B == 0P ×ωV ________23241==P C该时刻执行端速度为0可简化为由solidworks 运动仿真得到的速度曲线：C.加速度分析 ____n ____τ____n ____τ__CBCBBBC aaa a a +++= 由速度计算得83.1ω2= 19.4ω1= 2121n s /mm 9.1228l ×ωa ==B 2121n s /mm 8.535l ×ωa ==CB解得2c s /mm 4260a =nB a b =π n CB a bc ='τCB c a 'c =C a c =π 比例尺=100:1由solidworks 运动仿真得到的加速度曲线：D.平衡力矩分析0=∑M0=∑F3.发球机构的运动分析速度分析球摩擦v v =（当两个摩擦轮速度相同时）()212/1摩擦摩擦球V V V +=（当两轮速度不同时）速度相同时：乒乓球速度=20m/s=2000mm/s摩擦球直径=25mm/s 摩擦球角速度ω=2000/12.5=80=1.6rad/s六．心得体会通过为期两周的课程设计，我们不仅将学到的知识应用到实际，加深了对连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的了解，更了解到了团队合作的重要性。
培养我们运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力。
对有些不清楚的知识点，在这次设计中能够发现问题，解决问题，培养自我学习的过程。
对一个课题的设计，需要考虑很多因素，也不只是书本上的知识，这需要在其它地方查阅，通过网络，图书馆等方式。
这次设计不只是对机械原理这门课学习有了更多的了解，还提高对solidworks 画图，WORD 文档排版编辑的能力以及诸多方面的能力，这次设计是个综合性设计。
七．参考资料机械原理第二版安子军国防工业出版社画法几何与机械原理第三版贾春玉张树存中国标准出版社八．附录。