畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目 乒乓球拾球機的設(shè)計姓 名學(xué) 號所在學(xué)院專業(yè)班級指導(dǎo)教師日 期 目 錄摘要…………………………………………………………………………………………1關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………11 前言………………………………………………………………………………………22 乒乓球撿拾器總體設(shè)計說明……………………………………………………………32.1 設(shè)計思想……………………………………………………………………………32.2 乒乓球撿拾器方案選取………………………………………………………………32.3 總體方案設(shè)計…………………………………………………………………………42.4 主要參數(shù)的確定……………………………………………………………………52.5 各部分簡要說明……………………………………………………………………52.5.1 外形框架結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………52.5.2 行走機構(gòu)…………………………………………………………………………62.5.3 收球機構(gòu)…………………………………………………………………………62.5.4 傳動系統(tǒng)…………………………………………………………………………72.5.5 控制系統(tǒng)…………………………………………………………………………73 外形框架結(jié)構(gòu)和動力機構(gòu)…………………………………………………………………73.1 拾取器整體框架結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………73.2 拾取器動力系統(tǒng)………………………………………………………………………85.3 拾取器車輪電機選取…………………………………………………………………84 滾筒軸的設(shè)計計算和校核………………………………………………………………104.1 求軸上的功率 P、 轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩T…………………………………………………104.2 初步確定軸的最小直徑……………………………………………………………104.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………104.4 軸上零件的周向定位………………………………………………………………114.5 確定軸上圓角和倒角尺寸…………………………………………………………114.6 求軸上的載荷………………………………………………………………………115 輸送軸的設(shè)計計算和校核………………………………………………………………145.1 求軸上的功率 P、 轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩T…………………………………………………145.2 初步確定軸的最小直徑……………………………………………………………145.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………145.4 軸上零件的周向定位………………………………………………………………145.5 確定軸上圓角和倒角尺寸…………………………………………………………145.6 求軸上的載荷………………………………………………………………………146 收球系統(tǒng)設(shè)計與計算……………………………………………………………………186.1 收球滾筒……………………………………………………………………………186.2 傳送軸的軸承選擇…………………………………………………………………196.3 鍵……………………………………………………………………………………207 傳送機構(gòu)…………………………………………………………………………………217.1 輸送支架……………………………………………………………………………227.2 軸承…………………………………………………………………………………227.3 傳送滾筒……………………………………………………………………………237.4 傳送帶………………………………………………………………………………238 傳動系統(tǒng)…………………………………………………………………………………238.1 主電機與收球機構(gòu)間的鏈傳動設(shè)計………………………………………………238.2 主電機與傳送滾筒之間的帶傳動…………………………………………………269 主電機選擇………………………………………………………………………………2610 控制部分…………………………………………………………………………………2610.1 電源…………………………………………………………………………………2710.2 電機控制模塊………………………………………………………………………2710.3 報警模塊……………………………………………………………………………3111 設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………………………………33參考文獻……………………………………………………………………………………33致謝…………………………………………………………………………………………341乒乓球撿拾器設(shè)計摘 要：本乒乓球撿拾器前端采用滾筒毛刷配合弧形擋板的結(jié)合結(jié)構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，將乒乓球收入機器內(nèi)。然后通過仿傳送帶式傳送機構(gòu)將乒乓球傳送并收入球桶中。球桶座中有壓力傳感器，當(dāng)球桶球滿時便出發(fā)電路報警提醒工作人員球桶已收滿。本乒乓球撿拾器是一款適用于各地區(qū)中、 大型乒乓球訓(xùn)練基地和訓(xùn)練學(xué)校的專業(yè)機器。關(guān)鍵詞 ：乒乓球；撿拾器；設(shè)計Desing of Tennis Pick Up DeviceAbstract：The table tennis picker uses a roller brush with the combination of curved baffle structure in the front, makes the roller brush rotate by direct current motor, and puts table tennis into the machinery. Then the imitative belt-type conveyors transmit them into the ball container. When the ball barrel is full, the pressure sensor in the ball bucket block will trigger the circuit signal system to remind the staff. This table tennis picker will be a professional machine which is applicable to medium, large table tennis training base and the training schools in all areas.Key Words: table tennis; Pick-up device; Design1 前言乒乓球是我國的國球，無數(shù)的乒乓球運動員在國際賽場上爭金奪銀，為祖國帶來了巫術(shù)的榮譽，這些都是和乒乓球在我國的普及是息息相關(guān)的。在全國各地業(yè)余乒乓球訓(xùn)練基地和乒乓球?qū)W校隨處可見，專業(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地和學(xué)校也越來越多。2隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，乒乓球的訓(xùn)練也越來越系統(tǒng)化、科學(xué)化、合理化。乒乓球發(fā)球機的出現(xiàn)、利用計算機進行乒乓球運動軌跡分析等，這一系列的出現(xiàn)都使乒乓球運動員能夠得到更好的鍛煉，取得更好的成績。 但是隨之而來的問題是大量散落在地上的乒乓球。而人工的拾取乒乓球，一次兩次之類的還好，但是一旦拾取多了，拾取球的人腰酸背疼不說，而且其效率也不盡如人意。于是乎，乒乓球揀拾器的相關(guān)設(shè)計便成為了一個問題。但目前為止，國內(nèi)外市場上還沒有乒乓球揀球機器的出現(xiàn)。沒有專門的相關(guān)人員去投入到這個項目的研發(fā)中。但是這個項目的未來前景可以說是一片光明。專業(yè)乒乓球揀球機可以應(yīng)用在業(yè) 余或?qū)I(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地或訓(xùn)練學(xué)校。使用專業(yè)乒乓球揀球機可以大大減少乒乓球訓(xùn)練基地或?qū)W校的工作人員和運動員揀球的工作量和工作時間，是運動員可以更好的投入到專業(yè)的訓(xùn)練當(dāng)中，從而取得更好的比賽成績。本乒乓球撿拾器前端采用滾筒毛刷配合弧形擋板的結(jié)合結(jié)構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，將乒乓球收入機器內(nèi)。然后通過仿傳送帶式傳送機構(gòu)將乒乓球傳送并收入球桶中實現(xiàn)其功能的。本乒乓球撿拾器主要包括：總體結(jié)構(gòu)和行走機構(gòu)、收球機構(gòu)、傳送機構(gòu)、傳動系統(tǒng)和控制部分等?？傮w結(jié)構(gòu)和行走機構(gòu)、收球機構(gòu)、傳送機構(gòu)屬于機械部分，主要是直流電機驅(qū)動車輪行走，同時直流電機通過帶傳動帶動滾筒和傳送帶轉(zhuǎn) 。動 [14][16]控制部分主要包括直流電機的驅(qū)動和單片機控制電機的正反轉(zhuǎn)。并有壓力控制電路控制球的收滿后報警。通過對本乒乓球撿拾器的設(shè)計，我們進本上把大學(xué)四年所學(xué)全部派上用場。是對我們所學(xué)的一次綜合測試，特別是機械設(shè)計和電機設(shè)計方面，例如：機械原理，機械設(shè)計，電路設(shè)計等。以及各種應(yīng)用軟件的使用。如 AUTODESK CAD、 PRO/E、PROTEL 、CAXA、Microsoft Word 等。畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)四年的最后一次閱兵，對我們四年所學(xué)知識的檢測與歸納，只有通過畢業(yè)設(shè)計，才能發(fā)現(xiàn)問題，踢出問題及解決問題，也是我們從學(xué)生時代走上社會大家庭的最后一扇門。2 乒乓球撿拾器總體設(shè)計說明2.1 設(shè)計思想.這里所設(shè)計的乒乓球自動撿拾器是由于乒乓球發(fā)球機的出現(xiàn)、利用計算機進行乒乓球運動軌跡分析等，這一系列的出現(xiàn)都使乒乓球運動員能夠得到更好的鍛煉，取得3更好的成績。 但是隨之而來的問題是大量散落在地上的乒乓球。而人工的拾取乒乓球，一次兩次之類的還好，但是一旦拾取多了，拾取球的人腰酸背疼不說，而且其效率也不盡如人意。于是乎，乒乓球揀拾器的相關(guān)設(shè)計便成為了一個問題。但目前為止，國內(nèi)外市場上還沒有乒乓球揀球機器的出現(xiàn)。沒有關(guān)門的相關(guān)人員去投入到這個項目的研發(fā)中。但是這個項目的未來前景可以說是一片光明。專業(yè)乒乓球揀球機可以應(yīng)用在業(yè) 余或?qū)I(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地或訓(xùn)練學(xué)校。使用專業(yè)乒乓球揀球機可以大大減少乒乓球訓(xùn)練基地或?qū)W校的工作人員和運動員揀球的工作量和工作時間，是運動員可以更好的投入到專業(yè)的訓(xùn)練當(dāng)中，從而取得更好的比賽成績。既然是乒乓球撿拾器，那么在拾取乒乓球時就由人引導(dǎo)機器行走，通過電機引發(fā)皮帶輪的轉(zhuǎn)動，帶動乒乓球隨著皮帶往上拖動，進入到收球機構(gòu)內(nèi)，然后通過皮帶輪的傳送機構(gòu)進入到最后的封裝機構(gòu)。當(dāng)封裝機構(gòu)滿了以后觸動自動報警裝置，提醒人來收取乒乓球。通過對乒乓球揀拾器的電機、電源選擇和分析、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、收球機構(gòu)設(shè)計、傳送機構(gòu)設(shè)計、封裝機設(shè)計構(gòu)、自動報警裝置的設(shè)計和選擇，增加和提高了自己對乒乓球撿拾器的了解。該儀器主要有傳送機構(gòu)、收球機構(gòu)、封裝機構(gòu)組 。成 [2][19][20]收球機構(gòu)→傳送機構(gòu)→封裝機構(gòu)→自動報警裝置2.2 乒乓球撿拾器方案選?。?） 用帶傳動：V 帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉、不需要潤滑以及緩沖、吸震、易維護。但是容易產(chǎn)生滑動損失，滯后損失，空氣阻力。（2） 用鏈傳動：鏈傳動它可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力、能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚的不良環(huán)境中工作、和帶傳動比較,它能保證準(zhǔn)確的平均傳動比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小、傳遞效率較高,一般可達 0.95～0.97。但是鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象且安裝和維修要求較高。（3） 用電動機驅(qū)動：優(yōu)點是便于實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，功率大，容易控制，轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)。缺點是電流大。（4） 用汽油機驅(qū)動：優(yōu)點是環(huán)保節(jié)能而且功率大、效率高、使用時間長。缺點是噪音大、排放的氣體污染嚴(yán)重。（5） 用空氣動力系統(tǒng)收球：優(yōu)點是速度快、效率高。缺點是容易連灰塵和垃圾一起吸入。（6） 用機械系統(tǒng)收球：保證收入的只有乒乓球。缺點是速度相對來說要慢。因此，經(jīng)過綜合對比，選擇（2） （3） （6） 。42.3 總體方案設(shè)計本乒乓球撿拾器前端采用滾筒毛刷配合弧形擋板的結(jié)合機構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，將乒乓球收入機器內(nèi)。然后通過仿傳送帶式傳送機構(gòu)將乒乓球傳送并收入球桶中實現(xiàn)其功能的。本乒乓球撿拾器主要包括：外形框架結(jié)構(gòu)和行走機構(gòu)、收球機構(gòu)、輸送機構(gòu)、控制部分等。圖 1 總體外觀圖本乒乓球撿拾器是一款適用于各地區(qū)中、 大型乒乓球訓(xùn)練基地和訓(xùn)練學(xué)校的專業(yè)機器，主要功能：撿拾乒乓球館運動員訓(xùn)練后場地中散落的乒乓球。2.4 主要參數(shù)的確定乒乓球直徑：40mm 重量：2.7 克機器體積：600mm×600mm×600mm收球?qū)挾龋?00mm工作效率：約為 10㎡/min（注：機器走過的地面乒乓球即被收起，所以本乒乓球撿拾器以單位時間內(nèi)機器掃過的面積作為工作效率參數(shù)） 。2.5 各部分簡要說明52.5.1 外形框架結(jié)構(gòu)一般乒乓球館在放置多張球臺的情況下，每張所占的面積應(yīng)為長 12 米、寬 6 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 3.5 米以上裝電源。如果是單張球臺，所占的面積應(yīng)為長 14 米、寬 7 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 5 米以上裝電源。根據(jù)目前國內(nèi)大部分乒乓球館的規(guī)模和大小，本乒乓球撿拾器的框架尺寸設(shè)計為600mm×600mm×572.5mm.其外形圖如圖 2。圖 2 外形框架圖2.5.2 行走機構(gòu)行走機構(gòu)是由兩個直流電機帶動車輪滾動，兩個電機同時正向或反向轉(zhuǎn)動時，本機器就前進或后退。當(dāng)兩個電機一個正向一個反向轉(zhuǎn)動時，機器進行做左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。車輪由兩個直輪和兩個萬向輪組成。其安裝位置如下圖。6圖 3 車輪安放位置示意圖2.5.3 收球機構(gòu)收球機構(gòu)采用滾筒毛刷配合弧形擋板和結(jié)合結(jié)構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，蔣乒乓球收入機器內(nèi)。其結(jié)構(gòu)圖如下：7圖 4 滾筒外觀圖2.5.4 傳動系統(tǒng)綜合考慮本機器的工作情況和成本要求，本機器的傳動采用鏈傳動。傳動部分是電機通過鏈傳動分別帶動收球滾筒和傳送滾筒使其完成收球和傳送動作。此鏈傳動系統(tǒng)是本乒乓球撿拾器的一個重要組成部分。傳動系統(tǒng)包括兩個鏈傳動： （1） 主電機與收球滾筒之間的鏈傳動。（2） 主電機與傳送滾筒之間的鏈傳動。2.5.5 控制系統(tǒng)控制部分主要包括直流電機的驅(qū)動和單片機控制電機的正反轉(zhuǎn)，并有壓力控制電路控制球的收滿后報警。電機有繼電器控制正反轉(zhuǎn)，并有單片機控制繼電器，從而實現(xiàn)電機的正向和反向轉(zhuǎn)動。報警裝置包括一個行程開關(guān)和蜂鳴器，以單片機 Mega32 為核心實現(xiàn)報警功能。3 外形框架結(jié)構(gòu)和動力系統(tǒng)3.1 拾取器整體框架結(jié)構(gòu)一般乒乓球館在放置多張球臺的情況下，每張所占的面積應(yīng)為長 12 米、寬 6 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 3.5 米以上裝電源。如果是單張球臺，所占的面8積應(yīng)為長 14 米、寬 7 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 5 米以上裝電源。根據(jù)目前國內(nèi)大部分乒乓球館的規(guī)模和大小，本乒乓球撿拾器的框架尺寸設(shè)計為600mm×600mm×572.5mm.其詳細(xì)尺寸見零件圖。外形框架材料采用 25mm×25mm 的方鋼管，其壁厚為 4mm，工藝采用焊接鏈接。部分支架桿表面在裝配時需要打磨表面和鉆孔安裝。3.2 拾取器動力系統(tǒng)為了能夠本機器在收球過程中收球完全、不留下死角，本機器要求能夠直線行走并能 360 度轉(zhuǎn)向，而且在轉(zhuǎn)向過程中保持一定的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，為了達到以上要求，綜合考慮工作情況要求，車輪的安防位置簡圖如圖 3。兩個電機通過聯(lián)軸器分別直接驅(qū)動直輪。直輪及萬向輪均安放在各邊架的中心位置，裝配時需要畫線和鉆孔安裝。電機通過弧形鐵皮用螺栓固定在底部支架面。直輪直徑尺寸為：110mm直輪中心高為：55mm行走電機尺寸：Φ 36×80mm萬向輪車輪直徑為：56mm其行走情況如下：直線前進：當(dāng)電機 1 和電機 2 同時正向轉(zhuǎn)動時，機器直線前進。直線后退：當(dāng)電機 1 和電機 2 同時反向轉(zhuǎn)動時，機器直線后退。左轉(zhuǎn)：當(dāng)電機 1 反向轉(zhuǎn)動，電機 2 正向轉(zhuǎn)動時，機器左轉(zhuǎn)。右轉(zhuǎn)：當(dāng)電機 2 反向轉(zhuǎn)動，電機 1 正向轉(zhuǎn)動時，機器右轉(zhuǎn)。3.3 拾取器車輪電機選取在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動機去拖動各種生產(chǎn)機械。如在機械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，機床、抽水機、鼓風(fēng)機等大大小小的電動機來拖動；在自動控制技術(shù)中，各式各樣的小巧靈敏的電機也廣泛地作為檢測、發(fā)大、執(zhí)行和解算元件應(yīng)用在各種產(chǎn)品中。由于直流電機機械性能優(yōu)良，過載能力強。我們所使用得電機一般為直流電機，主要用到永磁直流電機、伺服電機及步進電機三種。直流電機的控制簡單，性能出眾，直流電源也容易實現(xiàn)。所以綜合考慮以上情況，本機器采用永磁式直流電機。經(jīng)過市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市場上有自帶齒輪減速箱的永磁式直流電機，其結(jié)構(gòu)簡單，外形小巧。外形尺寸和轉(zhuǎn)速以及功率大小、扭矩均可按照客戶的要求定做，而且價格相當(dāng)經(jīng)濟。故打算選用此類型的自帶齒輪減速箱的永磁式直流電機。9根據(jù)設(shè)計要求，機器速度在 1m/s 左右，因為值車輪直徑 D 為 110mm，所以要求電動機轉(zhuǎn)速為n＝ ＝259r/min pDν60估算整個機器的重量（1）估算滾筒的質(zhì)量，查鑄鋼的密度，橡膠的密度分別為：＝7.8×103Kg/m3 ， ＝1.3×103Kg/m3ρ鋼 ρ橡 膠則， ≈1.3×103×10×0.01×0.05＋7.8×103×[π×(0.0252－0.022)G滾 筒×0.025×2＋π×(0.0752-0.022)×0.005 ×2＋0.53 ×π×0.14×0.002]≈6.24kg （1）（2）估算滾筒軸的質(zhì)量，查合金鋼的密度 ρ=7.9× kg/103 ??3≈7.9×103×[π×0.0152×0.06＋π×0.01752×0.09＋π×0.022×0.55]滾 筒 軸≈5kg （2）（3）估算框架的質(zhì)量，查鑄鋼的密度 ρ=7.8×103Kg/m 則，＝19.32Kg （3）G框 架同理估算上升機構(gòu)總質(zhì)量約為 15.5kg考慮其他外設(shè)裝置，所以總重約為 40kg 左右。查摩擦系數(shù)表（表 1） ，直輪材質(zhì)為橡膠，乒乓球館同為橡膠地面。選取摩擦系數(shù)為：表 1 摩擦系數(shù)表材質(zhì) 靜摩擦系數(shù) 動摩擦系數(shù)橡膠 0.62 0.48則：靜摩擦力 f=40×9.8×0.62=243N故電機的最小扭矩為 243×0.055=13.36nm綜合以上條件確定所選電機型號和參數(shù)如下：選用大洋公司的直流減速電機 DY-0007其參數(shù)為：表 2 電機參數(shù)表型號 額定電壓 輸出轉(zhuǎn)速 最大扭矩DY-0007 DC12V 260r/min 35n/m4 滾筒軸的設(shè)計計算和校核10軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛胚，制造和裝配工藝、以及運輸、安裝等條件。軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。對于要求剛度大的軸，還應(yīng)該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。4.1 求軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T鏈傳動的效率 η=0.96 軸承傳遞的效率 η=0.97 則P=30×0.96×0.97=28w=0.028kwn=100r/minT=9550000×0.028/60=4457n/mm4.2 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑： 所設(shè)計的軸是實心軸，軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，據(jù)機械設(shè)計書表 8—4 取C 值為：110 ，于是得=C =110× mm≈7.2mm （4）dmin3P31028.最小直徑的理論計算值：7.2mm 滿足設(shè)計的最小軸徑： =8mmin許用剪應(yīng)力范圍：30～40Mpa對于直徑 d 小于等于 100mm 時，有兩個鍵槽直徑應(yīng)增大 10%~15%,所以取＝12mmmin4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。a．為了滿足從動輪的軸向定位要求，1-2 軸段左端需制出一軸肩，取 1-2 端直徑為 ，軸承為對開式二螺柱正滑動軸承，此軸承為寬度 B=34mm,所以軸左??1=30????端遲鈍為 34mm，根據(jù)裝配尺寸，軸的總長取 =700mm。??1b．初步選擇滑動軸承。應(yīng)為軸承主要起定位作用，軸向載荷不大，故選滑動軸承。參 工作要求選取對開式二螺柱正滑動軸承（摘自 JB/T 2561-1991）型號：照 [19]H2030 型，其尺寸為 d×D×B=30mm×38mm×34mm，滑動軸承因為是采用一體化軸承，所以軸承由螺栓固定在支架上。軸肩進行軸向定位。 手冊上查得軸肩高度 α 應(yīng)大于 R 或者由 [19] ??1通常取α=（0.07---0.1）d所以取定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取中間軸段直徑為：35mm。根據(jù)裝配尺寸，所以中間軸段長度尺寸為 544mm。114.4 軸上零件的周向定位滾輪與軸的周向定位采用平鍵鏈接，根據(jù)滾筒與軸聯(lián)接段 =35mm, 得平??1 查表 [20]鍵界面 b×h=10mm×8mm（GB/T1095-1979） ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 22mm，同時為了保證鏈輪與軸配合有良好的對中性，故選擇鏈輪輪轂與軸的配合為 H7/n6.滑動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選擇的直徑尺寸公差為 m6。4.5 確定軸上圓角和倒角尺寸參考 取軸端倒角為 1.2×45°，具體見軸的零件圖。表 [20]4.6 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的指點位置時，從 15-表 [9]23 中查取 a 值。對于滑動軸承，支點在 e=0.5B 處。因此作為簡支梁的軸的支撐跨距578mm，根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖再可以看出截面 C 是軸的危險截面。先將計算出的截面 C 處的 及 M 值列于表 3。????表 3 載荷表載荷 支反力 F 彎矩 M 總彎矩 扭矩 T水平面 H＝107N1＝624N2＝568N3＝61.2NFH4=5000N·mmH垂直面 V＝15NV1＝15N2＝30NV3=2890N·mmMVM＝5775N·mm T=4457N·mm作出軸的計算簡圖（即力學(xué)模型）計算簡圖見圖 5（a）所示分析軸所受的垂直分力情況軸上所受的垂直分力如圖 5（b）所示（1）前面已算得滾筒支梁為 6.24kg，那么作用在軸上的重力為=6.24×9.8=61.2N FH412（5）（2）鏈輪的分度圓直徑為 112mm，那么作用在鏈輪的壓軸力＝2z ＝2×1×284× ＝568N （6）FH32sin10fa2sin180由靜力平衡方程＝0 ∑FH24H31＋=0 ×289＋ ×578－ ×666＝0 M1 H2FH3（7）解得 ＝107N， ＝624NFH1H2作彎矩圖如圖 5（c）顯然有 ＝5000N·mm分析軸所受的水平分力情況軸上所受的水平方向的分力如圖 5（d）所示（1）每個乒乓球的重量為 2.7g,綜合考慮確定估算 ＝30NFV3由靜力平衡方程＝0 ＋ － ＝0F∑V12V3=0 ×578＋ ×289＝0 M1∑V1V2（8）可求得 ＝15N, ＝15NV1V2作彎矩圖彎矩圖如圖 5（e）所示顯然有 ＝2890N·mmV總彎矩 見圖 5（f）M＝ ＝ ＝5775N·mm 2V＋H890522（9）作扭矩圖總的扭矩圖如圖 5（g）所示T=4457N·mm13按彎扭矩合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 3）的強度。根 （15-5 ）及以上所算的數(shù)據(jù)，并取據(jù) [19]α=0.6，軸的計算應(yīng)力σ= ＝3.6( ??????332?????(?????)22??)2+4( ????????316?????(?????)22??)2易知 3.630～38鍵的公稱尺寸丨(h8)h(11): 0.4～0.6鍵的公稱尺寸丨 L（h14）： 22～110每 100mm 重量/kg： 0.063鍵槽丨軸槽深 t 丨基本尺寸： 5.0鍵槽丨軸槽深 t 丨公差： （+0.2,0）鍵槽丨轂槽深 t1 丨基本尺寸： 3.3鍵槽丨轂槽深 t1 丨公差： （+0.2,0）鍵槽丨圓角半徑 r 丨 min： 0.25鍵槽丨圓角半徑 r 丨 max： 0.4鍵的校核：對鍵進行校核鍵的尺寸為 b×h×1=10mm×8mm×22mm鍵和軸的材料都是鋼，由機械設(shè)計書表 4—1 查得鋼的許用擠壓應(yīng)力 [σp]=100～120Mpa，取其平均值 [σp]=110MPa ，即[σp]=110MPa鍵的工作長度 1=L-b=12mm接觸高度 K=0.5h=0.5×8=4mm又 ∵T=12.35N·m則 σp=2T×1000/K1d≈17.1MPa[σp]可見鍵的擠壓強度合適。同理，可校核其他鍵的擠壓強度7 傳送機構(gòu)上升機構(gòu)采用傳送帶方式的上升傳送機構(gòu)，此類型的機構(gòu)可以保證傳送的連續(xù)性和穩(wěn)定性。其圖形結(jié)構(gòu)如下：22圖 11 傳動機構(gòu)上升機構(gòu)主要包括：（1） 傳送支架（2） 上升軸（3） 軸承（4） 傳送滾筒（5） 傳送帶本機構(gòu)是以傳送支架作為主體，配合傳送帶以仿輸送帶式的結(jié)構(gòu)將乒乓球源源不斷的上升傳送，并通過出口將兵乓球輸送到收球箱中。7.1 輸送支架為了減輕整機的重量，本支架的材料采用塑料板切割加工完成，主要起固定和支撐作用。7.2 軸承初步確定選擇對開式二螺柱正滑動軸承（JB/T 2561-1991）其參數(shù)見表 5滑動軸承的計算;（1）驗算軸承的平均壓力 P23P= ＝ ＝0.54MPa BFd34×057（20）查 選用耐磨鑄鐵材料符合要求。表 [20]（2）驗算軸承的 PνPν＝ · ＝ ＝ ＝0.084≤0.3 BFd10×6pnB9F34×1057（21）（3）算滑動速度 vν＝ ＝0.16≤0.3 10×6pdn（22）所以型號的滑動軸承符合要求7.3 傳送滾筒傳送滾筒是連接上升軸和傳送帶之間的，用來傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動傳送帶轉(zhuǎn)動。其材料為橡膠材質(zhì)。7.4 傳送帶傳送帶采用橡膠注塑而成，其具體尺寸見零件圖。8 傳動系統(tǒng)此傳動系統(tǒng)主要是由主電機通過鏈傳動分別帶動收球機構(gòu)的軸和傳送機構(gòu)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)其相應(yīng)的動作。鏈傳動是由固聯(lián)于主動軸上的鏈輪、固聯(lián)于從動軸上的鏈輪和緊套在兩輪上的鏈條組成的。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于鏈和鏈輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。鏈傳動具有傳遞功率大、傳遞效率高以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應(yīng)用。8.1 主電機與收球滾筒之間的鏈傳動設(shè)計(1)選擇鏈輪齒數(shù)取小鏈輪齒數(shù) =19，大鏈輪的齒數(shù)為 =i· =3.2×19=61。??1 ??2 ??1(2)確定計算功率24由表 5—18 查得 =1.0KA由圖 9-13 查得 =1.52，單排鏈Z則計算功率為 ＝ P＝1.0×1.52×3KW＝2.28KW caZA（23）（3）擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù) =2.28KW 及 =100r/min 查機械設(shè)計書圖 5-21，可選 16A-1. 查機械Pcan1設(shè)計書表 5-14，鏈條節(jié)距為 p=25.4mm。（4）初定中心距 和計算鏈節(jié)數(shù) 0LP初選中心距 =（30~50）×25.4mm=761.6~1269.6mm。取 =1000mm，a0由于鏈節(jié)數(shù) ＝ ＋ ＋ ( )2LP0p2az21p012所以， =2× ＋ ＋（ ）2× ≈118.7 P04.2569π904.5（24）取 圓整為 120LP查 9-7 得到中心距計算系數(shù) =0.24467，則鏈傳動的最大中心距為表 [19] ??1a= p[2 ]=0.24476×25.4×[2×118-（19+61）]mm≈970mm ??1 ?????（ ??1+??2）（25）（5）計算鏈速 v，確定潤滑方式由 ν＝ ，得 ν=0.8m/s 10×6pnz（26）由 v=0.8m/s 和鏈號 16A-1，查機械設(shè)計書圖 5—22 可知應(yīng)采用滴油潤滑。（6） 計算軸壓力有效圓周力為： =1000 =1875N ????????25鏈輪水平不止時的壓軸力系數(shù) =1.15,則壓軸力為 ≈ =1.15×1875≈2156N?? ???? ???? ?? ????????（7）鏈條標(biāo)記設(shè)計結(jié)果為，采用節(jié)距為 19.05mm、A 系列、單排 120 節(jié)滾子鏈，標(biāo)記為：12A—1×120 GB1243.1—2006有張緊裝置。 （看書）鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時殘生嚙合不良和鏈條的震動現(xiàn)象，同時也是為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角。當(dāng)中心線與水平線的夾角大于 60°時。通常設(shè)有張緊裝置。張緊的方法有很多。當(dāng)中心距可調(diào)時，可通過調(diào)節(jié)中心距來控制張緊程度;當(dāng)中心距不可調(diào)時，可設(shè)置張緊輪。如圖所示，或在鏈條磨損變長后從中去掉一、二個鏈接，以恢復(fù)原來的張緊程度。張緊輪可以是鏈輪，也可以是滾輪。張緊輪的直徑應(yīng)與笑臉論的直徑相近。張緊有自動張緊如圖 a、b 和定期張緊如圖 c，前者多用彈簧、吊重等自動張緊裝置，吼著可用螺旋、偏心等調(diào)整裝置。（a ）自動張緊 126（b）自動張緊 2（C）定期張緊圖 12 張緊裝置8.2 主電機與傳送滾筒之間的帶傳動因為收球機構(gòu)與傳送機構(gòu)的速度要求一致，所以選擇鏈輪齒數(shù)相同，鏈條節(jié)數(shù)相同，中心距不變。但是由于位置不同，所以選取張緊方式不同.最終結(jié)合實際情況選用 c 圖張緊裝置。9 主電機選擇由于乒乓球的質(zhì)量很小，兩鏈傳動所帶動的滾筒和傳送帶并無太多負(fù)載，所以27選用電機的功率不大，ＤＣ－８０直流減速電機經(jīng)過實驗，基本符合收球要求，故選用此型號的電機。電機參數(shù)見表 6表 6 電機參數(shù)表型號 額定電壓 輸出轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩（kg·cm） 齒輪減速比DC-80 DC12V 100r/min 3.2 1:6-1:50010 控制部分控制部分主要包括電機控制和報警系統(tǒng)。其功能是電機控制部分控制行走電機的正反轉(zhuǎn)和主電機的轉(zhuǎn)動和停止。報警系統(tǒng)的功能是當(dāng)球箱內(nèi)球收滿時，蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒工作人員球已收滿。10.1 電源 該系統(tǒng)的供電采用三端集成穩(wěn)壓器 7805 和 7812 能給系統(tǒng)提供+5V 和+12V 穩(wěn)壓電源（也可以采用蓄電池供電） 。如圖 13圖 13 電源模塊10.2 電機控制模塊該控制模塊采用單片機 Mega32 控制，下面主要介紹其接口及主要性 。能 [3][5]Mega32 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM——Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CM0S8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目 乒乓球拾球機的設(shè)計姓 名學(xué) 號所在學(xué)院專業(yè)班級指導(dǎo)教師日 期 目 錄摘要…………………………………………………………………………………………1關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………11 前言………………………………………………………………………………………22 乒乓球撿拾器總體設(shè)計說明……………………………………………………………32.1 設(shè)計思想……………………………………………………………………………32.2 乒乓球撿拾器方案選取………………………………………………………………32.3 總體方案設(shè)計…………………………………………………………………………42.4 主要參數(shù)的確定……………………………………………………………………52.5 各部分簡要說明……………………………………………………………………52.5.1 外形框架結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………52.5.2 行走機構(gòu)…………………………………………………………………………62.5.3 收球機構(gòu)…………………………………………………………………………62.5.4 傳動系統(tǒng)…………………………………………………………………………72.5.5 控制系統(tǒng)…………………………………………………………………………73 外形框架結(jié)構(gòu)和動力機構(gòu)…………………………………………………………………73.1 拾取器整體框架結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………73.2 拾取器動力系統(tǒng)………………………………………………………………………85.3 拾取器車輪電機選取…………………………………………………………………84 滾筒軸的設(shè)計計算和校核………………………………………………………………104.1 求軸上的功率 P、 轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩T…………………………………………………104.2 初步確定軸的最小直徑……………………………………………………………104.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………104.4 軸上零件的周向定位………………………………………………………………114.5 確定軸上圓角和倒角尺寸…………………………………………………………114.6 求軸上的載荷………………………………………………………………………115 輸送軸的設(shè)計計算和校核………………………………………………………………145.1 求軸上的功率 P、 轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩T…………………………………………………145.2 初步確定軸的最小直徑……………………………………………………………145.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………145.4 軸上零件的周向定位………………………………………………………………145.5 確定軸上圓角和倒角尺寸…………………………………………………………145.6 求軸上的載荷………………………………………………………………………146 收球系統(tǒng)設(shè)計與計算……………………………………………………………………186.1 收球滾筒……………………………………………………………………………186.2 傳送軸的軸承選擇…………………………………………………………………196.3 鍵……………………………………………………………………………………207 傳送機構(gòu)…………………………………………………………………………………217.1 輸送支架……………………………………………………………………………227.2 軸承…………………………………………………………………………………227.3 傳送滾筒……………………………………………………………………………237.4 傳送帶………………………………………………………………………………238 傳動系統(tǒng)…………………………………………………………………………………238.1 主電機與收球機構(gòu)間的鏈傳動設(shè)計………………………………………………238.2 主電機與傳送滾筒之間的帶傳動…………………………………………………269 主電機選擇………………………………………………………………………………2610 控制部分…………………………………………………………………………………2610.1 電源…………………………………………………………………………………2710.2 電機控制模塊………………………………………………………………………2710.3 報警模塊……………………………………………………………………………3111 設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………………………………33參考文獻……………………………………………………………………………………33致謝…………………………………………………………………………………………341乒乓球撿拾器設(shè)計摘 要：本乒乓球撿拾器前端采用滾筒毛刷配合弧形擋板的結(jié)合結(jié)構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，將乒乓球收入機器內(nèi)。然后通過仿傳送帶式傳送機構(gòu)將乒乓球傳送并收入球桶中。球桶座中有壓力傳感器，當(dāng)球桶球滿時便出發(fā)電路報警提醒工作人員球桶已收滿。本乒乓球撿拾器是一款適用于各地區(qū)中、 大型乒乓球訓(xùn)練基地和訓(xùn)練學(xué)校的專業(yè)機器。關(guān)鍵詞 ：乒乓球；撿拾器；設(shè)計Desing of Tennis Pick Up DeviceAbstract：The table tennis picker uses a roller brush with the combination of curved baffle structure in the front, makes the roller brush rotate by direct current motor, and puts table tennis into the machinery. Then the imitative belt-type conveyors transmit them into the ball container. When the ball barrel is full, the pressure sensor in the ball bucket block will trigger the circuit signal system to remind the staff. This table tennis picker will be a professional machine which is applicable to medium, large table tennis training base and the training schools in all areas.Key Words: table tennis; Pick-up device; Design1 前言乒乓球是我國的國球，無數(shù)的乒乓球運動員在國際賽場上爭金奪銀，為祖國帶來了巫術(shù)的榮譽，這些都是和乒乓球在我國的普及是息息相關(guān)的。在全國各地業(yè)余乒乓球訓(xùn)練基地和乒乓球?qū)W校隨處可見，專業(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地和學(xué)校也越來越多。2隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，乒乓球的訓(xùn)練也越來越系統(tǒng)化、科學(xué)化、合理化。乒乓球發(fā)球機的出現(xiàn)、利用計算機進行乒乓球運動軌跡分析等，這一系列的出現(xiàn)都使乒乓球運動員能夠得到更好的鍛煉，取得更好的成績。 但是隨之而來的問題是大量散落在地上的乒乓球。而人工的拾取乒乓球，一次兩次之類的還好，但是一旦拾取多了，拾取球的人腰酸背疼不說，而且其效率也不盡如人意。于是乎，乒乓球揀拾器的相關(guān)設(shè)計便成為了一個問題。但目前為止，國內(nèi)外市場上還沒有乒乓球揀球機器的出現(xiàn)。沒有專門的相關(guān)人員去投入到這個項目的研發(fā)中。但是這個項目的未來前景可以說是一片光明。專業(yè)乒乓球揀球機可以應(yīng)用在業(yè) 余或?qū)I(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地或訓(xùn)練學(xué)校。使用專業(yè)乒乓球揀球機可以大大減少乒乓球訓(xùn)練基地或?qū)W校的工作人員和運動員揀球的工作量和工作時間，是運動員可以更好的投入到專業(yè)的訓(xùn)練當(dāng)中，從而取得更好的比賽成績。本乒乓球撿拾器前端采用滾筒毛刷配合弧形擋板的結(jié)合結(jié)構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，將乒乓球收入機器內(nèi)。然后通過仿傳送帶式傳送機構(gòu)將乒乓球傳送并收入球桶中實現(xiàn)其功能的。本乒乓球撿拾器主要包括：總體結(jié)構(gòu)和行走機構(gòu)、收球機構(gòu)、傳送機構(gòu)、傳動系統(tǒng)和控制部分等?？傮w結(jié)構(gòu)和行走機構(gòu)、收球機構(gòu)、傳送機構(gòu)屬于機械部分，主要是直流電機驅(qū)動車輪行走，同時直流電機通過帶傳動帶動滾筒和傳送帶轉(zhuǎn) 。動 [14][16]控制部分主要包括直流電機的驅(qū)動和單片機控制電機的正反轉(zhuǎn)。并有壓力控制電路控制球的收滿后報警。通過對本乒乓球撿拾器的設(shè)計，我們進本上把大學(xué)四年所學(xué)全部派上用場。是對我們所學(xué)的一次綜合測試，特別是機械設(shè)計和電機設(shè)計方面，例如：機械原理，機械設(shè)計，電路設(shè)計等。以及各種應(yīng)用軟件的使用。如 AUTODESK CAD、 PRO/E、PROTEL 、CAXA、Microsoft Word 等。畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)四年的最后一次閱兵，對我們四年所學(xué)知識的檢測與歸納，只有通過畢業(yè)設(shè)計，才能發(fā)現(xiàn)問題，踢出問題及解決問題，也是我們從學(xué)生時代走上社會大家庭的最后一扇門。2 乒乓球撿拾器總體設(shè)計說明2.1 設(shè)計思想.這里所設(shè)計的乒乓球自動撿拾器是由于乒乓球發(fā)球機的出現(xiàn)、利用計算機進行乒乓球運動軌跡分析等，這一系列的出現(xiàn)都使乒乓球運動員能夠得到更好的鍛煉，取得3更好的成績。 但是隨之而來的問題是大量散落在地上的乒乓球。而人工的拾取乒乓球，一次兩次之類的還好，但是一旦拾取多了，拾取球的人腰酸背疼不說，而且其效率也不盡如人意。于是乎，乒乓球揀拾器的相關(guān)設(shè)計便成為了一個問題。但目前為止，國內(nèi)外市場上還沒有乒乓球揀球機器的出現(xiàn)。沒有關(guān)門的相關(guān)人員去投入到這個項目的研發(fā)中。但是這個項目的未來前景可以說是一片光明。專業(yè)乒乓球揀球機可以應(yīng)用在業(yè) 余或?qū)I(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地或訓(xùn)練學(xué)校。使用專業(yè)乒乓球揀球機可以大大減少乒乓球訓(xùn)練基地或?qū)W校的工作人員和運動員揀球的工作量和工作時間，是運動員可以更好的投入到專業(yè)的訓(xùn)練當(dāng)中，從而取得更好的比賽成績。既然是乒乓球撿拾器，那么在拾取乒乓球時就由人引導(dǎo)機器行走，通過電機引發(fā)皮帶輪的轉(zhuǎn)動，帶動乒乓球隨著皮帶往上拖動，進入到收球機構(gòu)內(nèi)，然后通過皮帶輪的傳送機構(gòu)進入到最后的封裝機構(gòu)。當(dāng)封裝機構(gòu)滿了以后觸動自動報警裝置，提醒人來收取乒乓球。通過對乒乓球揀拾器的電機、電源選擇和分析、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、收球機構(gòu)設(shè)計、傳送機構(gòu)設(shè)計、封裝機設(shè)計構(gòu)、自動報警裝置的設(shè)計和選擇，增加和提高了自己對乒乓球撿拾器的了解。該儀器主要有傳送機構(gòu)、收球機構(gòu)、封裝機構(gòu)組 。成 [2][19][20]收球機構(gòu)→傳送機構(gòu)→封裝機構(gòu)→自動報警裝置2.2 乒乓球撿拾器方案選?。?） 用帶傳動：V 帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉、不需要潤滑以及緩沖、吸震、易維護。但是容易產(chǎn)生滑動損失，滯后損失，空氣阻力。（2） 用鏈傳動：鏈傳動它可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力、能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚的不良環(huán)境中工作、和帶傳動比較,它能保證準(zhǔn)確的平均傳動比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小、傳遞效率較高,一般可達 0.95～0.97。但是鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象且安裝和維修要求較高。（3） 用電動機驅(qū)動：優(yōu)點是便于實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，功率大，容易控制，轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)。缺點是電流大。（4） 用汽油機驅(qū)動：優(yōu)點是環(huán)保節(jié)能而且功率大、效率高、使用時間長。缺點是噪音大、排放的氣體污染嚴(yán)重。（5） 用空氣動力系統(tǒng)收球：優(yōu)點是速度快、效率高。缺點是容易連灰塵和垃圾一起吸入。（6） 用機械系統(tǒng)收球：保證收入的只有乒乓球。缺點是速度相對來說要慢。因此，經(jīng)過綜合對比，選擇（2） （3） （6） 。42.3 總體方案設(shè)計本乒乓球撿拾器前端采用滾筒毛刷配合弧形擋板的結(jié)合機構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，將乒乓球收入機器內(nèi)。然后通過仿傳送帶式傳送機構(gòu)將乒乓球傳送并收入球桶中實現(xiàn)其功能的。本乒乓球撿拾器主要包括：外形框架結(jié)構(gòu)和行走機構(gòu)、收球機構(gòu)、輸送機構(gòu)、控制部分等。圖 1 總體外觀圖本乒乓球撿拾器是一款適用于各地區(qū)中、 大型乒乓球訓(xùn)練基地和訓(xùn)練學(xué)校的專業(yè)機器，主要功能：撿拾乒乓球館運動員訓(xùn)練后場地中散落的乒乓球。2.4 主要參數(shù)的確定乒乓球直徑：40mm 重量：2.7 克機器體積：600mm×600mm×600mm收球?qū)挾龋?00mm工作效率：約為 10㎡/min（注：機器走過的地面乒乓球即被收起，所以本乒乓球撿拾器以單位時間內(nèi)機器掃過的面積作為工作效率參數(shù)） 。2.5 各部分簡要說明52.5.1 外形框架結(jié)構(gòu)一般乒乓球館在放置多張球臺的情況下，每張所占的面積應(yīng)為長 12 米、寬 6 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 3.5 米以上裝電源。如果是單張球臺，所占的面積應(yīng)為長 14 米、寬 7 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 5 米以上裝電源。根據(jù)目前國內(nèi)大部分乒乓球館的規(guī)模和大小，本乒乓球撿拾器的框架尺寸設(shè)計為600mm×600mm×572.5mm.其外形圖如圖 2。圖 2 外形框架圖2.5.2 行走機構(gòu)行走機構(gòu)是由兩個直流電機帶動車輪滾動，兩個電機同時正向或反向轉(zhuǎn)動時，本機器就前進或后退。當(dāng)兩個電機一個正向一個反向轉(zhuǎn)動時，機器進行做左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。車輪由兩個直輪和兩個萬向輪組成。其安裝位置如下圖。6圖 3 車輪安放位置示意圖2.5.3 收球機構(gòu)收球機構(gòu)采用滾筒毛刷配合弧形擋板和結(jié)合結(jié)構(gòu)，采用直流電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，蔣乒乓球收入機器內(nèi)。其結(jié)構(gòu)圖如下：7圖 4 滾筒外觀圖2.5.4 傳動系統(tǒng)綜合考慮本機器的工作情況和成本要求，本機器的傳動采用鏈傳動。傳動部分是電機通過鏈傳動分別帶動收球滾筒和傳送滾筒使其完成收球和傳送動作。此鏈傳動系統(tǒng)是本乒乓球撿拾器的一個重要組成部分。傳動系統(tǒng)包括兩個鏈傳動： （1） 主電機與收球滾筒之間的鏈傳動。（2） 主電機與傳送滾筒之間的鏈傳動。2.5.5 控制系統(tǒng)控制部分主要包括直流電機的驅(qū)動和單片機控制電機的正反轉(zhuǎn)，并有壓力控制電路控制球的收滿后報警。電機有繼電器控制正反轉(zhuǎn)，并有單片機控制繼電器，從而實現(xiàn)電機的正向和反向轉(zhuǎn)動。報警裝置包括一個行程開關(guān)和蜂鳴器，以單片機 Mega32 為核心實現(xiàn)報警功能。3 外形框架結(jié)構(gòu)和動力系統(tǒng)3.1 拾取器整體框架結(jié)構(gòu)一般乒乓球館在放置多張球臺的情況下，每張所占的面積應(yīng)為長 12 米、寬 6 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 3.5 米以上裝電源。如果是單張球臺，所占的面8積應(yīng)為長 14 米、寬 7 米，用 0.75 米高的擋板圍成，在離地面 5 米以上裝電源。根據(jù)目前國內(nèi)大部分乒乓球館的規(guī)模和大小，本乒乓球撿拾器的框架尺寸設(shè)計為600mm×600mm×572.5mm.其詳細(xì)尺寸見零件圖。外形框架材料采用 25mm×25mm 的方鋼管，其壁厚為 4mm，工藝采用焊接鏈接。部分支架桿表面在裝配時需要打磨表面和鉆孔安裝。3.2 拾取器動力系統(tǒng)為了能夠本機器在收球過程中收球完全、不留下死角，本機器要求能夠直線行走并能 360 度轉(zhuǎn)向，而且在轉(zhuǎn)向過程中保持一定的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，為了達到以上要求，綜合考慮工作情況要求，車輪的安防位置簡圖如圖 3。兩個電機通過聯(lián)軸器分別直接驅(qū)動直輪。直輪及萬向輪均安放在各邊架的中心位置，裝配時需要畫線和鉆孔安裝。電機通過弧形鐵皮用螺栓固定在底部支架面。直輪直徑尺寸為：110mm直輪中心高為：55mm行走電機尺寸：Φ 36×80mm萬向輪車輪直徑為：56mm其行走情況如下：直線前進：當(dāng)電機 1 和電機 2 同時正向轉(zhuǎn)動時，機器直線前進。直線后退：當(dāng)電機 1 和電機 2 同時反向轉(zhuǎn)動時，機器直線后退。左轉(zhuǎn)：當(dāng)電機 1 反向轉(zhuǎn)動，電機 2 正向轉(zhuǎn)動時，機器左轉(zhuǎn)。右轉(zhuǎn)：當(dāng)電機 2 反向轉(zhuǎn)動，電機 1 正向轉(zhuǎn)動時，機器右轉(zhuǎn)。3.3 拾取器車輪電機選取在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動機去拖動各種生產(chǎn)機械。如在機械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，機床、抽水機、鼓風(fēng)機等大大小小的電動機來拖動；在自動控制技術(shù)中，各式各樣的小巧靈敏的電機也廣泛地作為檢測、發(fā)大、執(zhí)行和解算元件應(yīng)用在各種產(chǎn)品中。由于直流電機機械性能優(yōu)良，過載能力強。我們所使用得電機一般為直流電機，主要用到永磁直流電機、伺服電機及步進電機三種。直流電機的控制簡單，性能出眾，直流電源也容易實現(xiàn)。所以綜合考慮以上情況，本機器采用永磁式直流電機。經(jīng)過市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市場上有自帶齒輪減速箱的永磁式直流電機，其結(jié)構(gòu)簡單，外形小巧。外形尺寸和轉(zhuǎn)速以及功率大小、扭矩均可按照客戶的要求定做，而且價格相當(dāng)經(jīng)濟。故打算選用此類型的自帶齒輪減速箱的永磁式直流電機。9根據(jù)設(shè)計要求，機器速度在 1m/s 左右，因為值車輪直徑 D 為 110mm，所以要求電動機轉(zhuǎn)速為n＝ ＝259r/min pDν60估算整個機器的重量（1）估算滾筒的質(zhì)量，查鑄鋼的密度，橡膠的密度分別為：＝7.8×103Kg/m3 ， ＝1.3×103Kg/m3ρ鋼 ρ橡 膠則， ≈1.3×103×10×0.01×0.05＋7.8×103×[π×(0.0252－0.022)G滾 筒×0.025×2＋π×(0.0752-0.022)×0.005 ×2＋0.53 ×π×0.14×0.002]≈6.24kg （1）（2）估算滾筒軸的質(zhì)量，查合金鋼的密度 ρ=7.9× kg/103 ??3≈7.9×103×[π×0.0152×0.06＋π×0.01752×0.09＋π×0.022×0.55]滾 筒 軸≈5kg （2）（3）估算框架的質(zhì)量，查鑄鋼的密度 ρ=7.8×103Kg/m 則，＝19.32Kg （3）G框 架同理估算上升機構(gòu)總質(zhì)量約為 15.5kg考慮其他外設(shè)裝置，所以總重約為 40kg 左右。查摩擦系數(shù)表（表 1） ，直輪材質(zhì)為橡膠，乒乓球館同為橡膠地面。選取摩擦系數(shù)為：表 1 摩擦系數(shù)表材質(zhì) 靜摩擦系數(shù) 動摩擦系數(shù)橡膠 0.62 0.48則：靜摩擦力 f=40×9.8×0.62=243N故電機的最小扭矩為 243×0.055=13.36nm綜合以上條件確定所選電機型號和參數(shù)如下：選用大洋公司的直流減速電機 DY-0007其參數(shù)為：表 2 電機參數(shù)表型號 額定電壓 輸出轉(zhuǎn)速 最大扭矩DY-0007 DC12V 260r/min 35n/m4 滾筒軸的設(shè)計計算和校核10軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛胚，制造和裝配工藝、以及運輸、安裝等條件。軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。對于要求剛度大的軸，還應(yīng)該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。4.1 求軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T鏈傳動的效率 η=0.96 軸承傳遞的效率 η=0.97 則P=30×0.96×0.97=28w=0.028kwn=100r/minT=9550000×0.028/60=4457n/mm4.2 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑： 所設(shè)計的軸是實心軸，軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，據(jù)機械設(shè)計書表 8—4 取C 值為：110 ，于是得=C =110× mm≈7.2mm （4）dmin3P31028.最小直徑的理論計算值：7.2mm 滿足設(shè)計的最小軸徑： =8mmin許用剪應(yīng)力范圍：30～40Mpa對于直徑 d 小于等于 100mm 時，有兩個鍵槽直徑應(yīng)增大 10%~15%,所以?。?2mmmin4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。a．為了滿足從動輪的軸向定位要求，1-2 軸段左端需制出一軸肩，取 1-2 端直徑為 ，軸承為對開式二螺柱正滑動軸承，此軸承為寬度 B=34mm,所以軸左??1=30????端遲鈍為 34mm，根據(jù)裝配尺寸，軸的總長取 =700mm。??1b．初步選擇滑動軸承。應(yīng)為軸承主要起定位作用，軸向載荷不大，故選滑動軸承。參 工作要求選取對開式二螺柱正滑動軸承（摘自 JB/T 2561-1991）型號：照 [19]H2030 型，其尺寸為 d×D×B=30mm×38mm×34mm，滑動軸承因為是采用一體化軸承，所以軸承由螺栓固定在支架上。軸肩進行軸向定位。 手冊上查得軸肩高度 α 應(yīng)大于 R 或者由 [19] ??1通常取α=（0.07---0.1）d所以取定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取中間軸段直徑為：35mm。根據(jù)裝配尺寸，所以中間軸段長度尺寸為 544mm。114.4 軸上零件的周向定位滾輪與軸的周向定位采用平鍵鏈接，根據(jù)滾筒與軸聯(lián)接段 =35mm, 得平??1 查表 [20]鍵界面 b×h=10mm×8mm（GB/T1095-1979） ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 22mm，同時為了保證鏈輪與軸配合有良好的對中性，故選擇鏈輪輪轂與軸的配合為 H7/n6.滑動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選擇的直徑尺寸公差為 m6。4.5 確定軸上圓角和倒角尺寸參考 取軸端倒角為 1.2×45°，具體見軸的零件圖。表 [20]4.6 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的指點位置時，從 15-表 [9]23 中查取 a 值。對于滑動軸承，支點在 e=0.5B 處。因此作為簡支梁的軸的支撐跨距578mm，根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖再可以看出截面 C 是軸的危險截面。先將計算出的截面 C 處的 及 M 值列于表 3。????表 3 載荷表載荷 支反力 F 彎矩 M 總彎矩 扭矩 T水平面 H＝107N1＝624N2＝568N3＝61.2NFH4=5000N·mmH垂直面 V＝15NV1＝15N2＝30NV3=2890N·mmMVM＝5775N·mm T=4457N·mm作出軸的計算簡圖（即力學(xué)模型）計算簡圖見圖 5（a）所示分析軸所受的垂直分力情況軸上所受的垂直分力如圖 5（b）所示（1）前面已算得滾筒支梁為 6.24kg，那么作用在軸上的重力為=6.24×9.8=61.2N FH412（5）（2）鏈輪的分度圓直徑為 112mm，那么作用在鏈輪的壓軸力＝2z ＝2×1×284× ＝568N （6）FH32sin10fa2sin180由靜力平衡方程＝0 ∑FH24H31＋=0 ×289＋ ×578－ ×666＝0 M1 H2FH3（7）解得 ＝107N， ＝624NFH1H2作彎矩圖如圖 5（c）顯然有 ＝5000N·mm分析軸所受的水平分力情況軸上所受的水平方向的分力如圖 5（d）所示（1）每個乒乓球的重量為 2.7g,綜合考慮確定估算 ＝30NFV3由靜力平衡方程＝0 ＋ － ＝0F∑V12V3=0 ×578＋ ×289＝0 M1∑V1V2（8）可求得 ＝15N, ＝15NV1V2作彎矩圖彎矩圖如圖 5（e）所示顯然有 ＝2890N·mmV總彎矩 見圖 5（f）M＝ ＝ ＝5775N·mm 2V＋H890522（9）作扭矩圖總的扭矩圖如圖 5（g）所示T=4457N·mm13按彎扭矩合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 3）的強度。根 （15-5 ）及以上所算的數(shù)據(jù)，并取據(jù) [19]α=0.6，軸的計算應(yīng)力σ= ＝3.6( ??????332?????(?????)22??)2+4( ????????316?????(?????)22??)2易知 3.630～38鍵的公稱尺寸丨(h8)h(11): 0.4～0.6鍵的公稱尺寸丨 L（h14）： 22～110每 100mm 重量/kg： 0.063鍵槽丨軸槽深 t 丨基本尺寸： 5.0鍵槽丨軸槽深 t 丨公差： （+0.2,0）鍵槽丨轂槽深 t1 丨基本尺寸： 3.3鍵槽丨轂槽深 t1 丨公差： （+0.2,0）鍵槽丨圓角半徑 r 丨 min： 0.25鍵槽丨圓角半徑 r 丨 max： 0.4鍵的校核：對鍵進行校核鍵的尺寸為 b×h×1=10mm×8mm×22mm鍵和軸的材料都是鋼，由機械設(shè)計書表 4—1 查得鋼的許用擠壓應(yīng)力 [σp]=100～120Mpa，取其平均值 [σp]=110MPa ，即[σp]=110MPa鍵的工作長度 1=L-b=12mm接觸高度 K=0.5h=0.5×8=4mm又 ∵T=12.35N·m則 σp=2T×1000/K1d≈17.1MPa[σp]可見鍵的擠壓強度合適。同理，可校核其他鍵的擠壓強度7 傳送機構(gòu)上升機構(gòu)采用傳送帶方式的上升傳送機構(gòu)，此類型的機構(gòu)可以保證傳送的連續(xù)性和穩(wěn)定性。其圖形結(jié)構(gòu)如下：22圖 11 傳動機構(gòu)上升機構(gòu)主要包括：（1） 傳送支架（2） 上升軸（3） 軸承（4） 傳送滾筒（5） 傳送帶本機構(gòu)是以傳送支架作為主體，配合傳送帶以仿輸送帶式的結(jié)構(gòu)將乒乓球源源不斷的上升傳送，并通過出口將兵乓球輸送到收球箱中。7.1 輸送支架為了減輕整機的重量，本支架的材料采用塑料板切割加工完成，主要起固定和支撐作用。7.2 軸承初步確定選擇對開式二螺柱正滑動軸承（JB/T 2561-1991）其參數(shù)見表 5滑動軸承的計算;（1）驗算軸承的平均壓力 P23P= ＝ ＝0.54MPa BFd34×057（20）查 選用耐磨鑄鐵材料符合要求。表 [20]（2）驗算軸承的 PνPν＝ · ＝ ＝ ＝0.084≤0.3 BFd10×6pnB9F34×1057（21）（3）算滑動速度 vν＝ ＝0.16≤0.3 10×6pdn（22）所以型號的滑動軸承符合要求7.3 傳送滾筒傳送滾筒是連接上升軸和傳送帶之間的，用來傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動傳送帶轉(zhuǎn)動。其材料為橡膠材質(zhì)。7.4 傳送帶傳送帶采用橡膠注塑而成，其具體尺寸見零件圖。8 傳動系統(tǒng)此傳動系統(tǒng)主要是由主電機通過鏈傳動分別帶動收球機構(gòu)的軸和傳送機構(gòu)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)其相應(yīng)的動作。鏈傳動是由固聯(lián)于主動軸上的鏈輪、固聯(lián)于從動軸上的鏈輪和緊套在兩輪上的鏈條組成的。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于鏈和鏈輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。鏈傳動具有傳遞功率大、傳遞效率高以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應(yīng)用。8.1 主電機與收球滾筒之間的鏈傳動設(shè)計(1)選擇鏈輪齒數(shù)取小鏈輪齒數(shù) =19，大鏈輪的齒數(shù)為 =i· =3.2×19=61。??1 ??2 ??1(2)確定計算功率24由表 5—18 查得 =1.0KA由圖 9-13 查得 =1.52，單排鏈Z則計算功率為 ＝ P＝1.0×1.52×3KW＝2.28KW caZA（23）（3）擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù) =2.28KW 及 =100r/min 查機械設(shè)計書圖 5-21，可選 16A-1. 查機械Pcan1設(shè)計書表 5-14，鏈條節(jié)距為 p=25.4mm。（4）初定中心距 和計算鏈節(jié)數(shù) 0LP初選中心距 =（30~50）×25.4mm=761.6~1269.6mm。取 =1000mm，a0由于鏈節(jié)數(shù) ＝ ＋ ＋ ( )2LP0p2az21p012所以， =2× ＋ ＋（ ）2× ≈118.7 P04.2569π904.5（24）取 圓整為 120LP查 9-7 得到中心距計算系數(shù) =0.24467，則鏈傳動的最大中心距為表 [19] ??1a= p[2 ]=0.24476×25.4×[2×118-（19+61）]mm≈970mm ??1 ?????（ ??1+??2）（25）（5）計算鏈速 v，確定潤滑方式由 ν＝ ，得 ν=0.8m/s 10×6pnz（26）由 v=0.8m/s 和鏈號 16A-1，查機械設(shè)計書圖 5—22 可知應(yīng)采用滴油潤滑。（6） 計算軸壓力有效圓周力為： =1000 =1875N ????????25鏈輪水平不止時的壓軸力系數(shù) =1.15,則壓軸力為 ≈ =1.15×1875≈2156N?? ???? ???? ?? ????????（7）鏈條標(biāo)記設(shè)計結(jié)果為，采用節(jié)距為 19.05mm、A 系列、單排 120 節(jié)滾子鏈，標(biāo)記為：12A—1×120 GB1243.1—2006有張緊裝置。 （看書）鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時殘生嚙合不良和鏈條的震動現(xiàn)象，同時也是為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角。當(dāng)中心線與水平線的夾角大于 60°時。通常設(shè)有張緊裝置。張緊的方法有很多。當(dāng)中心距可調(diào)時，可通過調(diào)節(jié)中心距來控制張緊程度;當(dāng)中心距不可調(diào)時，可設(shè)置張緊輪。如圖所示，或在鏈條磨損變長后從中去掉一、二個鏈接，以恢復(fù)原來的張緊程度。張緊輪可以是鏈輪，也可以是滾輪。張緊輪的直徑應(yīng)與笑臉論的直徑相近。張緊有自動張緊如圖 a、b 和定期張緊如圖 c，前者多用彈簧、吊重等自動張緊裝置，吼著可用螺旋、偏心等調(diào)整裝置。（a ）自動張緊 126（b）自動張緊 2（C）定期張緊圖 12 張緊裝置8.2 主電機與傳送滾筒之間的帶傳動因為收球機構(gòu)與傳送機構(gòu)的速度要求一致，所以選擇鏈輪齒數(shù)相同，鏈條節(jié)數(shù)相同，中心距不變。但是由于位置不同，所以選取張緊方式不同.最終結(jié)合實際情況選用 c 圖張緊裝置。9 主電機選擇由于乒乓球的質(zhì)量很小，兩鏈傳動所帶動的滾筒和傳送帶并無太多負(fù)載，所以27選用電機的功率不大，ＤＣ－８０直流減速電機經(jīng)過實驗，基本符合收球要求，故選用此型號的電機。電機參數(shù)見表 6表 6 電機參數(shù)表型號 額定電壓 輸出轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩（kg·cm） 齒輪減速比DC-80 DC12V 100r/min 3.2 1:6-1:50010 控制部分控制部分主要包括電機控制和報警系統(tǒng)。其功能是電機控制部分控制行走電機的正反轉(zhuǎn)和主電機的轉(zhuǎn)動和停止。報警系統(tǒng)的功能是當(dāng)球箱內(nèi)球收滿時，蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒工作人員球已收滿。10.1 電源 該系統(tǒng)的供電采用三端集成穩(wěn)壓器 7805 和 7812 能給系統(tǒng)提供+5V 和+12V 穩(wěn)壓電源（也可以采用蓄電池供電） 。如圖 13圖 13 電源模塊10.2 電機控制模塊該控制模塊采用單片機 Mega32 控制，下面主要介紹其接口及主要性 。能 [3][5]Mega32 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM——Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CM0S8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指