排球大力发球机结构设计毕业设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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作者签名：日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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涉密论文按学校规定处理。

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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：（签名）
年月日
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
1 绪论 (3)
1.1课题来源 (3)
1.2研究意义 (3)
1.3国内外现状及开发前景 (5)
1.4本文主要研究内容 (7)
1.5排球相关专业数据 (8)
2 发球机的总体方案设计 (8)
2.1设计方法及设计思想 (8)
2.2方案论证 (11)
2.2.1机构的选型 (11)
2.2.2技术要求 (11)
2.2.3 方案确定 (11)
2.2.4传动方式的选择与确定 (12)
2.2.5源动力系统的选择与确定 (17)
3主要机构结构设计 (21)
3.1 移动机构设计 (21)
3.2 喂球机构设计 (23)
3.3 击球机构设计 (23)
3.4 输球机构设计 (24)
3.5 导向机构设计 (25)
3.6其他零部件设计 (26)
3.6.1检修口连接零件的选则 (26)
3.6.2过渡管道设计 (26)
3.6.3主轴设计 (26)
3.6.4减速器的选用 (26)
3.6.5挡球板、托球板设计 (27)
4机器使用说明及注意事项 (27)
4.1机器使用说明 (27)
4.2注意事项 (28)
5结论及工作展望 (28)
5.1本设计结论 (28)
5.2工作展望 (29)
参考文献 (32)
摘要
如今是体育大时代，对一些人来说体育是一种精神，对另外一些人来说，体育是一种信仰，总而言之，体育已经深深地融入而的生活，成为人们不可缺的娱乐追求。

随着姚明、李娜、刘翔等人取得的成绩，已经将体育事业推向了高潮，全民掀起了体育热潮。

排球是世界三大球之一，我国女排曾经取得了辉煌的成绩。

一种新型排球发球机的成功设计应用一定程度上可以帮助排球运动员训练。

根据市场调研，目前市场上暂时没有排球发球机出售，本机器具有非常好的发展趋势。

由此参考我明确了本次设计的主要任务。

本次设计任务包括比较本机器与同类产品的差别，介绍排球发球机的基本运行原理，各零部件的选材、安装及操作配合，机器效率及其实用效果的初步确定，提出进一步完善本机器的科学构想。

在本次设计过程中，本人参照以往设计的设计经验，基本完成了预期任务，使得该设备的特点鲜明，排球时速在18-30米每秒之内，发射距离约为20米，并具有上下左右调节装置。

结构严谨，造价低廉，移动便利，操作简单。

关键词：原创，排球，发球机，训练，效率
Volleyball serve 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, become a indispensable for our entertainment. With yao, li and liu's achievements, has the undertakings of physical culture and sports to the climax, the raised a hot wave of sports. V olleyball is one of the three big ball, Chinese women'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 compare 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 complete 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
排球大力发球机结构设计
马鸿宾 011111432
1 绪论
1.1 课题来源
如今是体育发展的大时代，体育发展和科技发展的相互联系越来越密切，体育训练正逐步地时代走向科学时代。

现代科学技术已悄然渗透到体育训练中，潜移默化的的影响着各个环节，有着举足轻重的影响效果。

为全面提高运动员的训练质量和比赛成绩，辅助体育事业的发展，体育界与科研界联合提出了设计制造排球训练装置的基本科学构想。

排球类发球机的课题来源源自2005年后科技奥运，大力发展体育事业的国家号召，本课题源自渤海大学马勇教授的专利项目，是设计思想与生产制造的直接相关联系。

本人本科专业学习的是机械工程自动化，所谓职业病可能就是看待每一件事物都会跟专业相联系。

就会经常好奇所见机构的运行原理，即使水平有限，弄不懂某些机器的精妙之处，也总是试图搞清楚基本的运行原理。

在学习了机械设计，机电传动等一系列课程后小试牛刀的想法愈发强烈，本次毕业设计联系本人所钟爱的体育项目，设计一种新型击打式排球发球机。

1.2 研究意义
排球运动作为世界体坛的重要赛事在我国比较流行具有较为广泛的群众础，是一种大众化的体育项目。

相比于足球和篮球两项运动，排球的受关注程度并不低，但在国内的普及情况远不如足球和篮球。

排球基础设施十分有限，专业从业人数较少。

客观来看我国女排取得了傲人成绩，但近来成绩不佳，男排水平在世界上处于中等地位，相比于世界顶尖强队相比还有一定的差距。

1953年我国成立了自己的排球组织中国排球协会，并于1956年八月首次以国家队的形式参加了巴黎排球世界锦标赛。

我国有固定的排球联赛，1996年由中国排球协会组织创立了排球超级联赛，发展至今，时间尚短，中国的体育联赛存在许多问题。

在联赛中外援起到了极为重要的作用，对于与国内球员来说接不到外援发出的大力高速旋转的发球，这是短期内无法解决的硬伤。

由此可见提高训练质量迫在眉睫，
科学高效的训练已经成为各专业相关人士探索的终极目标。

在日常的排球运动训练中，接发球训练和拦网训练是最重要的训练科目，通常是聘请退役运动员或者教练员辅助练习。

即陪练员作为对手，与队员进行对战模拟。

事实上，长期保持一定强度的发扣球动作是非常消耗体力的。

对于陪练员来说工作强度太大，工作情绪也不高，这其实比较乏味枯燥。

而且身体素质，运动天赋十分有限，陪练员在发扣球高度、球速、出球方向以及稳定性方面较难长时间达到欧美强队优秀球员的水平。

也就是说靠人力来模拟高水平对手是不现实的。

当人力难以完成时，我们试图通过机器设备来解决这种问题，缓解陪练员的压力，排球发球机也就应运而生了。

在现代排球比赛中发球有十分重要的作用，接发球的成功率直接影响比赛的趋势走向，从众多比赛记录中可以清楚看到这点。

发球是正常比赛的开始环节，对于进攻方来说，大力的发球可以打乱布置好的战术起到先发制人、敲山震虎的功效。

大力告诉的攻击性发球，不仅能给对方创造心理压力暗示，还能给本方队友争取时间营造组织反攻的机会。

对于防守方来说，接发球也是极为关键，若对方大力发球直接获得分数，本方的队友很难实现有效的防守反击,就会陷入被动失去比赛信心。

综合了上述的理由，本文归纳出如下的具体研究意义
1）设计出大力高速的发球器，次发球机能够代替人力保持一定强度频率稳定地的发扣球，使得模拟强度达到世界一流水平，由此在大大提高我国专业排球运动员的训练水平和比赛成绩的同时，解放人体劳动力。

2）设置调速调频装置，满足主流专业队员训练的同时，使得业余排球爱好者也可参与其中，享受体育带来的快乐。

3）本文参照比较了其他球类发球机的差异，球类发球器的设计是有相通之处的（本文就重点参考了气喷式、摩擦式发球机的原理），因而，此排球发球器的设计对其它球类发球器今后的研发具有广泛的借鉴意义。

4）将本科机械专业的许多课程联系到一起，可以说一部成型的机器就是对各门专业课的集中展示，理论联系实际，可以作为范例应用到教学中具有一定的说服力。

1.3 国内外现状及开发前景
早至19世纪末20世纪初，中国受到洋务学潮的影响不断地吸纳西方文化，体育作为一种文化输出被集中体现了出来。

很多在西方流行的竞技运动项目悄然地在中国蔓延开来，排球运动就是在这个时间段发展成型的。

回顾漫长的体育发展历史，最早有记录排球运动是在1905年首次登陆中国的。

排球运动刚传入我国时，我们只是对这种形式有个基本概念，甚至没有统一的叫法，有些地区称其为“队球”。

我国最初开展这项运动是在华东和华北地区，以山东地区为首，上海也是排球发展较好的城市之一，上海的球队也取得了不错的成绩。

排球大力发球机在国内外均没有成型固定生产的产品，渤海大学的马勇，毛毅钢等人设计申请并获得了国家专利（本设计经专利获得者马勇教授的准许及指导），合肥工业大学的刘正士教授早期也有相关项目在研发，合肥工业大学在整个相关机器的研发中出于领先地位，刘教授自2005年以来，为响应北京奥运会科技奥运的指示思想开始着手排球发球机相关项目的研发，着重参考了乒乓球，足球发球器的运行原理，于2006年至今相继指导几位学生丁峰、杨飞、王健等完成了创新，改进等一系列的相关硕士论文并且有样机制造完成（目前并无本科论文涉及此机器）。

例如杨飞学长关于排球移动机器人的介绍，他的设计借鉴了国外体育设备的开发思想。

机器人学的发展已经有了重大突破，取得了长足进步，人们对移动机器人的追捧已达到了前所未有的高度。

自二十世纪九十年代以来，移动机器人的研究十分活跃，国际有许多机器人比赛，国内也有定期举办机器人比赛的活动，每年十月是机器人比赛的高峰阶段。

体育设备移动机器人需求量增多在此背景下得到发展空间。

该行业的迅速发展主要得益于两方面的优势：第一，移动机器人的应用范围十分广泛，特殊行业如核原料的存取，工业如制造系统的日常生产，服务性行业如清洁机器人等。

第二，移动机器人的兴起是社会发展需要和相关领域技术发展的共同结果，是一个时代发展的特征产品、衍生产品。

其中最重要的一个作用因素就是计算机技术的发展，有了高水平计算机技术作为支撑，移动机器人技术已成为众多高新技术的产物，同时也为其他相关技术的发展提供了丰富
的研究素材和应用。

合肥工业大学设计的排球发球机成型产品为气动摩擦式发球机，运行机理简单明了，在速度，方向，高度等多方面都能有效控制。

其样机如图1.1。

图1.1气动摩擦式发球机
湖南农业大学,谢方平等人于2006年申请并获得了关于排球发球机实用新型的国家专利,其机器为曲柄滑块机构，此发球器对后续的发球器研究起到了重要参考作用。

如图1.2
图1.2曲柄滑块发球器
1为击球头 2为击球杆 3为缓冲弹簧 4为套筒 5为挡块 6为击球弹簧 7为钩盘 8为夹板 9为控制钩 10为导向轴 11为导向盘 12为导套 13为导套 14为击球曲柄 29为限位块。

其主要优点在于机器规格小，操作方便，可以说是物美价廉性价比可观，其缺点也十分明显，机器运作连续性不稳定，需要人力一直监管处理机器运作，粗略看来没有成型生产的必要，这恐怕也是目前市场上限制此类产品的主要不利因
素。

大连大学的李传森先生于2004年也研发了一种活塞式排球发球机，反响一般。

本机器可以在进一步完善后后连续运作，克服了同类设计产品的缺陷，十分适合运动队伍做训练装备，相信目前在体育事业飞速发展的时段里，可以占据一定的市场本文只作单球运作属于半自动化装置。

通过以上资料可以显示，球类发球机的设计为期较早，且都没有批量生产出售，然而球类发球设备的研究一直在继续，在国内具有非常好的发展前景。

国外有类似的智能反馈系统应用于排球运动中，其主体思想是设计机器人验证可行性，连接计算机系统，主要目的是为了详细的数据统计分析，它的特点是智能，应用电脑游戏开发模拟。

在国外利用计算机游戏模拟的方法极为普遍，包括橄榄球、冰球等，几乎每一项体育运动都有对应的智能系统，机械设备仅仅是其中的一个环节。

国内大多情况是使用仿真软件进行动画仿真模拟，国外则是更为具体，各方面信息详尽，将其制作成计算机游戏，通过大量专业，非专业玩家进行模拟体验，用于采集数据进行分析，例如篮球行业，NBA2k系列，既满足大众娱乐，也为篮球相关技术提供数据保证。

在美国，圣安东尼奥AT@T体育中心出现过供篮球迷们体验的击打式篮球发球机，与本排球发球机的设计类似。

此机器其实质是可以制作精良用作训练的，但是美国人把它做得极为简单，用于娱乐大众和展示体育文化。

他们还是习惯于利用计算机开发游戏，充分利用大量玩家的游戏数据，进行分析。

篮球实战训练全部真人上阵，只要把数据分析结果告诉陪练员就可以了，这样的训练效果明显。

当然，这有可能是因为身体素质或者科技水平的领先，我们未必模仿得来。

或许我们国家以后也会将智能系统广泛的应用于体育项目中，但是此设备的设计理念是将机器应用于实地强度训练，而不仅仅是提供数据采集的样本机。

其本质目的相差甚远，设计思路就全然不同了。

1.4 本文主要研究内容
本文主要研究内容如下：
(l)初步设计出大力高速的新型排球发球器，时速在18-30米每秒之间，由此可以充分发挥本发球机的作用，帮助提高我国专业排球运动员提高训练质量和比赛成绩。

(2)设计一套击球系统，保证顺利击球使排球和执行机构的运动学、力学要求均可以得到满足，同时提高能量的转换效率，尽量使击球元件的机械能转化为排
球的动能，节省资源。

(3)选择适当的源动力系统，分析液压、气动和电气传动等传动方式的传动特点选择适当的传动系统，分析排球发球器的具体工作条件和环境，选择适合排球发球器的动力源，主要考虑生产成本及使用安全性等因素。

(4)设计传动系统，保证击球元件能够准确击中排球球，并且使得击球后球的运行轨迹在可控范围内。

主要是喂球的时间间隔问题，这关系到排球能否及时而准确地送达预定位置，与各零部件配合得当，以达到稳定运输的效果。

(5)工艺造型设计，尺寸设计合理，尽量节约空间，无明显浪费或者缺陷。

1.5 排球相关专业数据
（1）排球标准直径20.69-21.32cm之间，标准圆周在65-67cm之间。

（2）从专业队伍了解到我国男女排最高水平发球速度26m|s，女排国际高水平发球28m|s，男排国际最高水平时速可达到惊人的33m|s。

（3）击球点高度在2-3.2m。

（4）排球的标准质量为260-280g。

（5）标准排球场地尺寸为长18m宽9m，两端线外无障碍区至少5m，上空无障碍区至少12.5m。

（6）排球拦网高度女排为2.24米，男排为2.43米。

2 发球机的总体方案设计
2.1 设计方法及设计思想
设计方法学是一门新兴科学，是现代设计方法的重要组成部分，已经得到了足够的重视。

工业产品设计属于人类创造性活动，设计结果直接影响产品质量和企业经济效益其重要性不言而喻。

各国在研究方法上各有侧重，但有共通之处，就是总结设计规律，激发创造性，我国自二十世纪八十年代以来，不断吸收国外研究成果，开展了设计方法学的理论和应用研究机器的设计阶段是决定机器好坏的关键根据人们设计机器的长期经验，一部机器的设计程序基本上可以如图2.1
图2.1设计机器步骤表
在大学本科4年的学习中，学生已经接触了一些设计产品的方法，本次毕业设计在整体构思方法上与机械设计课的课程设计十分相似，可以说《机械设计》、《机电传动》课程设计的训练为本次毕业设计做了充分的铺垫。

根据过往经验和查阅资料本文讨论总结了几种常用机构的特性和设计方法，以便于更好的开发新产品。

根据对新产品的要求差异，设计的思路也有所不同，大致可以分为三种为:全新设计，改进设计，系列设计。

本设计不属于系列设计。

本人参与了全新设计的部分工作，有一些细节设计是在团队获得专利之后为完成毕业论文所作的必要的补充与整改。

（1）全新设计:也称开发型设计，硬性规定从基本原理到各零部件功能特点都需要有一定的创新性。

一般来说，设计一种机器全新设计的难度最大，根据经验我们可以按以下步骤完成:
步骤1进行初步产品规划，提出机器的功能要求，明确设计任务。

步骤2作具体功能分析，选择机器工作原理，确定源动力、传动方式。

步骤3列出各子系统应完成的独立运动，相互搭配运动确定实现该运动的构件(执行构件)。

步骤4选择和组合能实现各执行构件所需运动的机构。

步骤5确定机器各执行机构的运动协调关系，验证可行性。

（一般做动画仿真模拟）
步骤6根据各机构运动规律、动力条件、安全等级要求等确定机构尺寸和各机构间的相对尺寸。

步骤7构形设计，选则各主要零部件的材料（非标准件需要考虑加工方式）确定结构、外形和尺寸。

步骤8总体协调设计;
步骤9零、部件设计，构图;
步骤10编写技术文件。

步骤(1)至(2)是产品的规划阶段，其中功能要求包含机器规格、执行、使用和制造等有关要求。

有需要才有被需要，前两部分就是明确究竟需要什么样的机器。

步骤(3)至(5)便是机械运动方案的拟定阶段，主要实现机器的执行功能，并有承上启下的作用，此过程即是理论阶段，运用专业知识来设计满足需求。

步骤(6)至(10)是详细设计阶段，确定了实现机器全部功能的具体构形，是机器设计的最后成果。

此过程是准备阶段，即是用一种通用形式语言把理论转述出来，用来指导后续的生产装配。

纵观全过程可以初步提高设计效率和为新的机器赋予不错的市场竞争力。

因此，拟定机械运动方案在整部机器设计中的重要性显而易见，拟定方案在设计方法学中也有重要章节介绍。

（2）改进设计:也称适应性设计，产品的子系统要有明显的的改进和变化，仅仅是设计风格和大量辅助装置沿用原来机器。

改进设计需特别突出改进的必要性，改进结果包括在功能性，经济性以及技术要求等方面。

（3）系列设计:也称变型设计，产品仅在功能方面微调，规格上肯能有量的变化，其核心思想及主要功能无本质差别。

系列设计适用于技术成型，产品信誉可靠，有较为稳定市场消费保障的产品。