基于不完全齒輪的移動式毽球發(fā)球機設(shè)計

摘 要：文章首先對發(fā)球機的基本原理進行了簡單的介紹，其后對移動式發(fā)球機的工作原理以及重要結(jié)構(gòu)的組成及作用進行了簡要的闡述，隨后對該產(chǎn)品的特點和作用進行一個簡單的說明，最后針對目前毽球發(fā)球機的市場情況，作出了大膽預(yù)測。

關(guān)鍵詞：毽球發(fā)球機；發(fā)球機構(gòu)；發(fā)球原理；不完全齒輪；特點；應(yīng)用

引言

隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，人們更加關(guān)注健康的生活方式，多種多樣的體育鍛煉已經(jīng)成為人們追求健康的生活方式的手段并且越來越受到重視。但是由于場地和成本的原因很多流行的體育運動的發(fā)展受到影響，近年來，乒乓球發(fā)球機和網(wǎng)球發(fā)球機的技術(shù)日益成熟，但是極流行在廣場和大街小巷的毽球卻并沒有專業(yè)的毽球發(fā)球機，由此，作者設(shè)計了一種移動式毽球發(fā)球機，文章將著重對于發(fā)球機構(gòu)的研究。

1 產(chǎn)品設(shè)計方案

1.1 基本工作原理

本毽球發(fā)球機以間歇運動——不完全齒輪（如圖1）機構(gòu)為基礎(chǔ)。主動輪與電動機連接，主動輪1是只有幾個齒的不完全齒輪，從動輪2是由正常齒和帶鎖止弧的厚齒彼此相間組成，當主動輪1上的齒與輪2的大齒嚙合時，驅(qū)使從動輪2轉(zhuǎn)動，當輪1的圓弧部分與輪2接觸時，從動輪停歇不動。所以當主動輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動輪作間歇運動。從動輪2與齒輪3嚙合，齒輪3與直齒條嚙合，通過齒輪與齒條的嚙合運動將齒輪的圓周運動轉(zhuǎn)換為直線運動，從而能夠壓縮彈簧產(chǎn)生形變帶動球拍將球擊打出去。

由于不完全齒輪機構(gòu)的周期性停歇狀態(tài)的運動特點，從而傳遞給彈簧的力也是周期性變化，由此可以實現(xiàn)連續(xù)間斷的發(fā)球。并且不完全齒輪機構(gòu)適合在低俗，輕載和要求間歇勻速傳動的情況下使用。

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.1 總體結(jié)構(gòu)

毽球發(fā)球機如圖2所示。該發(fā)球機由儲球機構(gòu)（箱式儲球，毽球?qū)儆诓灰?guī)則形狀球類，所以收集的毽球?qū)簳r儲存在箱式儲球箱中。）、分球機構(gòu)（梯形擋板夾分球機構(gòu)）、發(fā)球機構(gòu)（渦輪傳動與彈簧撥片）、水平（俯仰）角度改變機構(gòu)、機架及控制系統(tǒng)組成，電力帶動發(fā)球機構(gòu)。

該毽球發(fā)球機預(yù)設(shè)高度在45cm-55cm，頂部儲球機構(gòu)長、寬、高分別為20cm、30cm、10cm。本發(fā)球機設(shè)置高度較低主要考慮到撿球運動的實際性，發(fā)球管道設(shè)置45°向上斜拋，毽球經(jīng)發(fā)出后，作拋物線運動，使觸腳位置更合理。底部裝有可隱藏滾輪，滿足攜帶時可推可拉，在使用時將滾輪隱藏，以便于放置時穩(wěn)固，不會影響發(fā)球機的穩(wěn)定性。

1.2.2 發(fā)球機構(gòu)

如圖3所示發(fā)球機構(gòu)由齒輪、齒條、彈簧撥爪、球拍、發(fā)射彈簧、發(fā)射座、彈簧底座、齒條導(dǎo)軌等主要部件組成。只從運動的角度來看，毽球發(fā)射包含三個運動組合：發(fā)射管道的上下擺動、支撐機架筒身的左右擺動和發(fā)射毽球的彈簧收縮與彈出運動，并且每個運動又由小的運動單元組成。（前兩個運動組合不再詳細介紹）

圖3所示發(fā)起機構(gòu)左下角與機架角度調(diào)節(jié)機構(gòu)相連，機架支撐發(fā)射管道。發(fā)射管道上方有一管口是分球機構(gòu)與發(fā)球管道相通之處，經(jīng)分離調(diào)速的毽球由此進入發(fā)球管道預(yù)設(shè)位置，在預(yù)設(shè)位置設(shè)置定位卡槽，定位卡槽進一步確定毽球的位置以便于能夠正常的將毽球彈射出。齒輪間歇性周期運動，運動時齒輪與齒輪條嚙合，這樣就將齒輪的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪條的直線運動，齒輪條向下傳遞，壓縮彈簧在齒輪條的驅(qū)動下被壓縮，控制壓縮形變量到一定行程，彈性勢能足夠?qū)㈦η蛘０l(fā)射出，使彈簧的彈性勢能最大轉(zhuǎn)變?yōu)殡η虻膭幽埽怨?jié)約成本。

2 產(chǎn)品特點與應(yīng)用

該設(shè)備外觀簡約大方，發(fā)球機構(gòu)由機械構(gòu)造組成，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單。該發(fā)球機設(shè)計發(fā)球頻率在2-10秒/球，出球速度控制在20-160km/h，預(yù)設(shè)裝球容量在30-50球，使用溫度參考常用低速電機的標準，適應(yīng)環(huán)境為-5℃～40℃，濕度為85%以下，室內(nèi)海拔1000公尺以下，壽命設(shè)計在三年以上。

該發(fā)球機與市場上常見的羽毛球發(fā)球機和乒乓球發(fā)球機體型大小相同，在滿足功能的基礎(chǔ)上充分節(jié)約了空間，即使在場地有限的情況下也可以使用，同時便于攜帶進出。毽球運動仍是人們喜愛的運動項目之一，市場上仍未出現(xiàn)成熟的毽球發(fā)球機，本毽球發(fā)球機可以滿足陪練需求，節(jié)省了高昂的陪練員勞務(wù)成本。

3 結(jié)束語

毽球發(fā)球機要求發(fā)球機構(gòu)能夠做間歇性周期運動，因此以間歇運動機構(gòu)為基礎(chǔ)，采用不完全齒輪機構(gòu)完成間歇性周期運動，發(fā)球過程以機械臂作仿真運動，該發(fā)球機更加可靠。除此以外，本毽球發(fā)球機總結(jié)乒乓球發(fā)球機和羽毛球發(fā)球機的特點，針對毽球的特殊之處進行了調(diào)整，比如毽球的形狀不規(guī)則和質(zhì)量較大等。

隨著人們生活水平的提高，健康的生活方式越來越受到重視，目前市場上多樣化的健身運動器材廣受大眾歡迎，但是毽球發(fā)球機的研究仍有待研究。毽球作為一項廣受歡迎的傳統(tǒng)體育運動項目，毽球發(fā)球機也將會有廣闊的市場。本毽球發(fā)球機具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高，制作成本低，體積小的優(yōu)點，適合專業(yè)運動員和健身館的使用，也可以在家庭鍛煉中使用。另外，除了在機械上的研究，我們還注重對于發(fā)球機的外形設(shè)計，簡單時尚大方的外形也是提高其競爭力的手段之一。

作者簡介：高海英（1995-），本科，研究方向：包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計。

*通訊作者：翟震（1968-），男，副教授，研究方向：包裝容器設(shè)計。