机械化网球捡球车的研究与设计

来源 :健康科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:menghong1882
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:机械化网球捡球车以人力驱动捡球车前进,电动机通过二级齿轮减速器和槽轮间歇机构,使工作机内的滚筒做周期性转动,工作机内的滚筒转动完成网球的收集。本文按照机械设计的基本流程,经过研究国内外现状,对比现存的网球捡球车机械结构,设计出机械化的网球捡球车结构,依据机械原理对机械结构进行设计计算,计算齿轮结构和轴,选择最合适的电动机;最后,通过AutoCAD绘制出高、低速轴零件图,整体机构的三维图等。整个设计完成了机械化网球捡球车的结构设计、计算、选材、绘图工作。
  关键词:机械化;网球捡球车;结构计算
  1.绪论
  1.1研究的目的和意义
  随着全民健身的推广和大众体育的普及,网球这项体育运动也在走进普通人的生活中,越来越多的人喜欢网球、热爱网球。然而对于大多数网球爱好者来说,捡球成为一件令人头疼的问题,因为网球技术的提升势必要进行大量的训练,而大量的训练就会导致整个网球场遍地的网球需要捡起,这种现象对于专业的网球运动员尤为严重。专业网球运动员都有专门的球童在赛场上捡网球,大多数网球爱好者既要训练又要充当球童的作用,而且球童这类职业的存在本身就是对社会资源的极大浪费,因此,研究一款机械化网球捡球车非常有必要。
  本文的主要目标是完成一款机械化网球捡球车的设计任务,解决网球训练场上遍地网球影响训练的现象,减轻人工捡球的负担,使得网球训练者有更多精力、更多时间投入到训练中去,促进网球这项体育运动在我国得到更广泛的开展。本研究的预期目标是对以往网球捡球机低效率、卡球、损伤网球现象的一次改进与创新。
  1.2国内外研究现状
  众所周知,网球运动在欧美发达国家的发展已经非常成熟,国外热爱网球的群体很多,网球相关产品的研究人员也较多,但是国外网球产品的研究与中国基本处于同一水平,关于网球的收集机构的研究目前较少[12][16],美国学者Alexand-erK.Guo[1]在2014年提出了Tennis Ball Pick-up Cart的研究产品,其结构复杂,造价成本高,体积较大,占用空间大,虽然操作简单、捡球效率高,但是不能自主完成捡球过程,需要人的辅助,综合来说还有很多需要改进的地方。
  目前国内现存的网球捡球机构很少,比较经济的网球捡球机构基本都是以人工来操作的[9],市场上已经出现的网球筐和网球筒,这两种捡球装置都是用弹性条状材料制作,其间距略小于网球直径,用力压下或者滚过球身时将球压进筐或筒中。这类机构一般都非常简单方便,但是效率低,需要人工参与的任然较多。经常出现“卡球”现象;对网球的损害较大,网球的使用寿命大大的降低了;并且这样的机构不能够捡拾网球场边缘的网球,而且对网球场地有一定的损伤。
  中国学者王侃[2]和韩良[18]在2008年研究了一种手推式网球拾球车,此类捡球车为半自动式,此类机构主要适用于地上球较多的情况。它的体积非常庞大而笨重,与全自动捡球机相比较显出很笨拙,需要占用大量空间,训练人员训练时受到影响,还需要借助人工来操作,与智能化捡球机相比较浪费了大量的时间和体力,它的适用环境较局限。
  卢飞跃和刘志锋[3]在2010年研制了一款遥控自动网球拾球机左右驱动轮由电动机带动,后轮和前轮分别采用普通轮和万向轮,起到很好的支撑作用。拾球机滚筒由万向轮带动传动齿轮组转动,万向轮与传动齿轮组之间是单向推力轴承联接,使得拾球滚筒在前进时转动而自动拾球。结构设计安装了传感器,安装在左右两端的红外反射式传感器用于躲避检测,储球箱的上部内侧安装了三对红外对射式传感器。电路板和电池是捡球机的控制部分,控制着其他部件的运动。这种网球捡球机制造成本大,操作复杂给使用者带来不必要的麻烦,辨识网球的灵敏性还有待考证。
  目前较先进的捡球器是全自动捡球机,位于上海机电学院的吕腾飞和陆丽[4]研究了智能网球捡球机,其采用机械臂和图像识别等高科技,不需要人工操作,可以完成自动捡球,但这种机构效率低,而且每次只能捡起一个网球,而且机构非常复杂,成本也相当高,不容易推广。
  1.3本文的研究内容
  综合已有研究存在的捡球效率低、体积笨重、操作复杂、使用寿命低的问题,设计一款高效率网球捡球机是非常必要的。考虑到如果产品的自动化程度较高必然导致成本高,大量推广难度大,而且自动化程度越高则操作就越复杂,其产品的稳定性就很难保证,本文拟设计一种机械化网球捡球车,能够解决因捡球带来的浪费人力、物力、财力问题,解决同类产品中的卡球和损伤网球现象。
  2.总体方案设计
  2.1捡球车的机构传动
  电动机提供动力带动高速级齿轮转动,通过二级齿轮减速器,将轴3的转速减到合适大小,联轴器连接低速级齿轮与槽轮机构,槽轮间歇机构使得工作机做周期运动[19]。
  2.2工作机简图
  弹性绳滚筒2通过滑动轴承与槽轮间歇机构相连,带动弹性绳滚筒2做周期性的间歇运动,网球被挤进外壳1与网球储存装置3之间,在弹性绳滚筒做周期运动的条件下,网球自动滚进网球储存装置3中,完成一次捡球运动(如图2-1)。
  2.3運动功能分解
  第一步:人力提供动力,推动网球捡球车前进,万向轮可以调节前进的方向。
  第二步:启动电动机,通过二级齿轮减速器和槽轮间歇机构,装置2做周期性转动。
  第三步:装置2上的弹性圆绳将网球挤进装置1与装置3之间。
  第四步:捡球车前进的同时,电动机也在转动,装置2也一直做周期性运动,其它网球又被挤进装置1与装置3之间,并且之前挤进的网球会继续转动。
  第五步:如此往复运动,把所有网球都运送到装置3内。
  第六步:网球车停止前进,将电动机关闭,取出装置3内的网球,完成网球的捡起运动。
  3.机械部分的设计计算   3.1电动机的选择
  (1)各传动机构的效率:
  一级圆柱齿轮传动的效率为η1=0.9;一级滚动轴承传动的效率为η2=0.98;槽轮机构传动的效率为η3=0.9;刚性联轴器的效率为η4=0.99;η=η η η =0.868为传动装置的总效率。
  (2)电动机所需功率: W
  选择电动机的型号为:YT0110,额定功率为:110W、转速为:1350r/min。
  3.2齿轮结构设计
  因为小齿轮的直径很小,所以本文采用齿轮结构。大齿轮采用孔板式结构,大齿轮2的孔径由后续设计的中间轴的直径决定,设计结果表3-1中。
  3.3轴的设计
  由于轴的工作条件决定轴的材料[17],因此初选轴的材料为Q235,处理方式为调质处理。由各轴段的直径以及长度可以确定各类轴的尺寸大小[18]。各轴段尺寸图如下图所示。
  4.結论
  本论文顺利完成了预期任务,通过一步一步的精细计算和仔细绘图,设计出的机械化网球捡球车能基本完成预期的功能。可以应用于各类网球场,并且做到不卡球、不损坏网球、不损坏球场等。因此,在网球训练过程中繁琐的捡球任务可以得到很大程度的减轻。本次设计机构简单,容易操作,成本低廉,在市场上与同类产品竞争具有很大的优势。当然,本次设计也存在许多不足之处,目前的此款捡球机还不能实现智能捡球的功能等。相信关于网球捡球机构的研究不会停止,还会有更多更好的设计产品涌现出来。
  参考文献:
  [1]TennisBallPick-upCart[P].US:US20140294547A1,Oct.2,2014
  [2]王侃,杨秀梅.手推式网球拾球车[P].中国专利:CN201208496Y,2009-03-18.
  [3]卢飞跃,刘志峰.遥控自动网球拾球机的研制[J].机电工程技术,2010-06-15.
  [4]吕腾飞,陆 丽,何炳林,朱晓璇,陈 涛.智能网球捡球机的研制[J].科研发展.
  [5]TennisBallCollectionDevice[P].US:US008920101132,Dec. 30,2014
  [6]Ball-Picking Device [P].US:US006481768B1,Nov.19,2002
  [7]Tennis Ball Pick-up and storage Device[P].US: US2002
  0151390A1,Oct.17,2002
  [8]Golf Ball Pick-up and Storage Device [P].US: US00716
  5796B1,Jan.23,2007
  [9]周祖鹏.智能吸气式自动捡球车[P],发明专利,ZL20110046558.
  [10]张兴海.乒乓球捡球车[P].实用新型专利,ZL20112013
  2476.2.
  [11]刘自范,刘德平. 小型地面移动遥控机器人的设计与实现[D].学位论文.2009.(25).
  [12]赵艺兵,杨泳雪.多种捡球机器人的研制[A].单篇论文.2015.9
  [13]张成,石进远.基于蓝牙模块的智能“ 高尔夫球”车设计[J].电子技术.
  [14]葛畅,余隋怀,陆长德,张强.基于虚拟装配的高尔夫球车设计方法.[J]机械设计.2009.
  [15]马飞.嵌入式智能捡球机器人控制系统[J]信息通信.2015.
  [16]席泽生.网球场捡球机器人系统设计[B].167 1- 5276(2012)02- 0140- 02.
  [17]吴宗泽,高志.机械设计第二版[M].北京:高等教育出版社,2009.01.
  [18]周海.机械设计课程设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2014.02.
  [19]鲁屏宇,田福润.工程制图[M].武汉:华中科技大学出版社,2012.09.
其他文献
摘要:现阶段,随着我国社会经济的不断发展,水利工程建设施工问题引起了社会的广泛关注。本文从施工特点与施工技术两个角度,对相关问题作了系统地阐述。  关键词:水利工程;施工技术;特点;要点;分析  1.水利工程施工的特点  水利工程是关系国计民生的基础工程,其施工特点主要体现在以下几个方面:首先,蓄水、挡水、泄水是水利工程的基本功能。因此,它对工程基础建筑物有着一些特别的要求,如稳定性强、抗裂性佳、
期刊
摘要:目的:探讨开放式实验教学在《外科护理》实训教学中的实践效果。方法:选取2015级开设有外科护理实训教学的护理专业学生106名为实验对象,以班为单位随机分为实验班和对照班,实验班采用开放式教学法进行实训教学,对照班采用传统教学法进行实训教学,比较2个班的实训教学效果。结果:实验班学生外科护理期评成绩及综合能力均明显优于对照班。结论:开放式教学法在提高学生技术操作能力、兴趣与乐趣,提高综合素质能
期刊
到现在我都还能清楚地记得吕崇德老人(吕爷爷)送我们离开大队堡的情景,雪依旧下着,村子里特别特别安静,只有我们和吕爷爷愉快的交谈声,因为可能一直是我和吕爷爷联系,所以当我隐约看到了他眼光中泛着的清澈又略带沧桑的泪光的时候,一股暖流真的直涌鼻腔,眼眶也不自觉地湿润了,尽量地将脸藏在围巾下,一边说道“爷爷您快进去吧,不用送了”,一边尽量少回头地向反方向走去。那种情感真的...可能...你以前小学初高中去
期刊
摘要:高校食堂是一个特殊的食品生产和饮食消费场所,近几年高校的扩招使得各大高校面临越来越严重的就餐高峰期拥挤等问题,影响了师生就餐心情、浪费了师生时间。在这个数字时代快速发展和移动设备大量普及的背景下,对于传统的高校食堂来说既是机遇也是挑战。本文设计了基于LBS的武汉高校食堂移动订餐系统的总体架构,功能模块和数据库等。该系统可以满足美食即时上传、订餐、获取当前位置、高校食堂导航等各项服务功能。  
期刊
笔者作为一线《道德与法治》教师,深知这门课程在小学教学过程中的尴尬地位。国家重视,学生德育需要,但是苦于没有应试压力,任课教师非专业化等原因,大部分的课堂教学就只存在于照本宣科。并非教材不出众,2016年部编教材开始统一实施后,教材变美了,内容更贴切学生的生活实际了。但是教材简单的几幅图,着实让一线教师无从下手。并非任教的教师不认真,而是课堂素材不好找,教师们没有这么多的时间去准备课堂素材。基于此
期刊
摘要:耐力跑是田径运动项目之一,它作为学校体育课教学内容的重要组成部分,随着全国新课标不断改革和实施。如何改变老套路体育教学观念,在新课标、新理念的教学有针对性的开展新型的教学模式,不断改变学生的压抑心理,注重创新教学方式,发挥学生自主学习的能力,促进中学生健康成长。  关键词:中学;耐力跑教学;调查;分析  引言  随着现代教育不断的改革,新课标在全国范围不断的实施。耐力跑一直以来都是中学体育课
期刊
摘要:让每一个孩子健康、快乐地成长,是父母们最关心的事情。然而,由于家庭装修的普及,越来越多的儿童正遭受室内空气污染的危害。有调查数据显示,中国家庭室内污染当中,甲醛危害首当其冲,孩子在不知不觉中吸入甲醛气体。甲醛,作为一种对人类最有害的气体,被誉为室内“夺命杀手”,尤其在中国,严重危害着青少年儿童的身体健康。  关键词:甲醛;青少年儿童;危害  一、什么是甲醛  甲醛是一种无色气体,有特殊的刺激
期刊
摘要:随着我国经济的不断发展,人们的生活水平正在逐年提升,这就使得人们对于生活质量的要求越来越高。汽车制造业是近年来发展非常迅速的一个行业,不仅仅是我国交通运输业的有效保障,更是满足人们日益增长的生活需求的重要产业。激光焊接技术是在汽车制造中非常关键的一项技术,涉及到汽车制造的各个方面,对于零部件的加工、车身的加工等等都发挥着不可替代的作用。“远程激光焊接-自适应”即RLW-A,是在目前汽车制造中
期刊
摘要:二胡演奏者在演奏中不仅要具备一般的技术技巧能力、打好一般的基本功,而且要掌握好有丰富表现力的风格性演奏技巧。只有这样,在二胡演奏中才能更准确、更生动地表现特定的音乐风格及艺术情趣,更深刻地揭示丰富的音乐内涵,充分地发挥和拓展音乐的表现力。为了更好地说明演奏风格在二胡中的重要性,本文将以表演风格的时代性为脉络对其形成和发展做一简单介绍,并从二胡作品的地方音乐风格、民族音乐风格等方面进行阐述。 
期刊
摘要:意识形态是每个国家都非常重视的上层建筑,马克思主义有其发展过程,特别是马克思主义的意识形态。中国选择了走中国特色社会主义道路,指导思想是马克思主义,这种马克思主义必须是与中国实际相结合的中国化马克思主义。马克思主义意识形态理论是我们做好主流意识形态工作的理论基础。我们要坚持以马克思主义为指导,坚决反对指导思想的多元化,努力建设好社会主义核心价值体系,以社会主义核心价值体系引领社会主义社会意识
期刊