机械原理课程设计网球自动捡球机
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机械原理课程设计
说明书
设计题目网球捡球机
系别：机械与电子工程系
专业（班级）：机械设计制造及自动化(二班)
作者（学号）：李祥(5)
指导教师：张春燕
完成日期：2014年 6月10日
蚌埠学院教务处制
目录
1 设计题目 (3)
2 设计要求 (3)
3 相关产品专利与技术发展现状 (4)
4 网球捡球机的工艺动作及功能分解
5 运动方案及选择 (6)
(6)
优缺点的比较及最终方案 (7)
6 传动方案设计 (8)
七机构组合﹑参数及运动协调设计
1 机构选用 (8)
2 机构组合 (9)
3 运动协调设计 (9)
4 设计计算 (9)
5 运动循环图 (13)
八设计图纸 (13)
久心得体会 (13)
1 设计题目
网球是一项优美而激烈的运送，盛行于全世界，内称为世界第二大球类运动。但是网球爱好者，特别是运动员在进行网球训练是时候，要平频繁捡起散落在很
大范围内的网球就成为一件耗时耗力的工作。具有高效全自动捡球功能的机器可广泛用于各种类型的网球练习场地，为人们进行网球训练提供便利和节省时间。因此这次设计题目为网球自动捡球机。
2 设计要求
为了方便捡球，目前市场上出现了一类手推式网球捡球车。此类捡球车为半自动式，需要有人操作。人把捡球车推到需要捡起的球前，然后捡球车把球拨入车中。此类捡球机相对纯粹的人工捡球在效率上有一定的提高。
但是，这种半自动的网球捡球工具仍有不足之处。它体积大且重，相对于智能化捡球机比较笨拙。既浪费空间，又影响训练人员打球，因为在它捡球的过程中运动员不方便打球。还需要人工操作，相对于智能化捡球机浪费了不必要的时间与体力。如若配置专门的捡球人员则浪费了人力资源。而且，它只适用于地上球较多的情况，但是地上球多会影响运动员打球。地上球少时则没有必要用上述捡球车。因此，它的适用环境较局限，未实现捡球过程的完全自动化、智能化。
为了克服以上半自动网球捡球机的不足之处，构思一种捡球机，使其具有很高的捡球效率和多重自动控制模式，无卡求现象，无盲点等。该网球捡球机可以使网球参与者拥有更多的练球时间和休息时间
3 相关产品专利与技术发展现状
经过图书馆和网络资源查询已知，获得的有关专利与产品如下表3-1所示。
表3-1
4 网球捡球机的工艺动作及功能分解网球捡球机的工艺动作可分解为：
（1）收到球如图（a）；
（2）带球向上运动如图(b)；
（3）使球进入球篮如图(c).
图（a）
图（b）
图（c）
网球捡球机的功能可分解为：
（1）捡球系统；
（2）行走系统。
5 运动方案及选择
捡球系统设计
5.1.1 方案一
此方案是靠摩擦力来实现捡球收球,捡球步骤为:
(1)接触到球,如图5.1.1(a)所示。
(2)将球斜向抬升,再水平运送到球篮,如图5.1.1(b)所示。
图（a）捡球
图（b）收球
5 .1 .2方案二
此方案靠挡板推力抬升球再靠重力进入球篮，捡球步骤如图5.1.2（a）、（b）所示。
图（a）捡球
图（b）收球
5．方案三
此方案靠橡皮筋的弹性来捡球，再靠重力使球进入球篮。捡球机构的示意图为图5.1.3（a），捡球过程如图（b）、（c）所示。
图5.1.3（a）捡球机构视图
图5.1.3（b）收球
图5.1.3（c）捡球传动系统设计
传动系统的设计如图所示。
图
齿轮2与输出轮固定，输入齿轮通过齿轮1与齿轮2连接，从而实现传动，可通过手杆将齿轮1、齿轮2分开实现制动。
优缺点的比较及最终方案
捡球系统方案比较,比较情况如表所示。
最终比较选用方案二，理由如下：
（1）方案一可能出现卡球现象，而方案二不会：
（2）方案二中挡板选用橡胶材质减小了方案三中可能出现伤球情况：
（3）方案一、三寻妖经常维护，方案二则相对较少。
7 机构组合、参数及运动协调设计
机构选用
优选定的方案机构的组合可以选用皮带传动，皮带传动相比较于链传动和齿轮传动更适合应用于捡球系统和动力系统的连接。皮带传动的优点：（1）适用于两轴中心距较大的传动场合。
（2）工作时传动平稳无噪声能缓冲、吸振。
（3）工作中如遇到过载，带将会在带轮上打滑可防止薄弱零部件损坏起到安全保护作用。
（4）造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护等特点。
电机与输出端之间选用齿轮连接。齿轮传动的优点：
（1）能保证瞬时传动比恒定平稳性较高传递运动准确可靠。
（2）传递的功率和速度范围较大。
（3）结构紧凑、工作可靠可实现较大的传动比。
（4）传动效率高使用寿命长。
机构组合
机构组合如下图所示
.
图
参数及运动协调设计
（1）行走速度设计
网球标准场地如图所示，其尺寸36.58m*18.29m，假设10min能走完整个场地。由于转弯时速度会比直线慢，设定直线距离在5min内走完并覆盖全场。则捡球机行走速度为：
36.58m18.29m
v== 2.23m/s
560s1m
A
T
?
≈
??
图
（2）自动行走路线设计
根据网球的实际布局分析，多数球会沿四周分布，且考虑捡球机行走速度，所以，设计的自动行走路线之一如图所示，即先沿四周走一圈，如图（a）所示，然后按z字形路线走完其余场地，如图（b）所示。
（a）
（b ）
图捡球绿线
（3）球篮设计
设计要求整车可以捡球100个以上。考虑到单个网球的最大直径为68.59mm ，则装100个球所需的最小为：
33
v=d n=(68.5810m)100=0.323m
-???
式中，v ——捡球机球篮的容积 d ——单个网球最大直径 n ——球篮所装网球个数
参考车辆底盘尺寸，确定球篮容积为
3
v=abh=0277m 0.477m 0.3m=0.0396m
??
其中，a,b,h 分别为球篮的长、宽、高。 （4）传送带速度设计
考虑到效率可以将传送带速度定为0.5m/s 。 （5）其他参数设计 下图为传动机构简图。
图
电动机转速为1550r/min ，轮5 半径为0.1m.假定车速为2m/s ，则
v 2020rad/s r 0.1
w ===车
而 3420rad/s w w w ===车 ，
1w =1550r/min 162/rad s ≈ 所以3113
311628
i ===201
z w w z ≈
因此齿轮1的分度圆直径均为，模数为1mm,齿数为20,齿轮2分度圆直径为,模数为1mm,齿数为100,齿轮3分度圆直径为0.08m,模数为1,齿数为160。轮4半径为0.025m ，。
（6）运动循环图
8 最终设计图
9 心得体会
紧张而有辛苦的一周的课程设计结束了．当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之颠，课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，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。
通过此次课程设计，我们学到了很多理论课上无法得到的收获。以前原理课上只知道什么构件可以实现什么运动，而通过此次课程设计，在老师的指导下我们知道什么样的能力干什么样的活，不要大才小用，杀鸡用宰牛刀。这既是一种浪费增加了机器的成本，也是对设计的不负责任。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练.在短短两周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，今后需要继续努力。
作为机械系的学生，我觉得类似的课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。布局的合理性以及产品的经济效益更是我们在今后设计课程中所要关注的。在思维能力，动手能力加强的同时，我们团队合作精神又得到了进一步的加强。所以，在今后的学习中,一定要戒骄戒躁,态度端正,虚心认真….要永远的记住一句话:态度决定一切.
10 参考文献