基于不完全齒輪的移動(dòng)式毽球發(fā)球機(jī)設(shè)計(jì)

摘 要：文章首先對(duì)發(fā)球機(jī)的基本原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，其后對(duì)移動(dòng)式發(fā)球機(jī)的工作原理以及重要結(jié)構(gòu)的組成及作用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，隨后對(duì)該產(chǎn)品的特點(diǎn)和作用進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明，最后針對(duì)目前毽球發(fā)球機(jī)的市場(chǎng)情況，作出了大膽預(yù)測(cè)。

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

引言

隨著社會(huì)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(lái)越受到重視。但是由于場(chǎng)地和成本的原因很多流行的體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展受到影響，近年來(lái)，乒乓球發(fā)球機(jī)和網(wǎng)球發(fā)球機(jī)的技術(shù)日益成熟，但是極流行在廣場(chǎng)和大街小巷的毽球卻并沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的毽球發(fā)球機(jī)，由此，作者設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)式毽球發(fā)球機(jī)，文章將著重對(duì)于發(fā)球機(jī)構(gòu)的研究。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案

1.1 基本工作原理

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

由于不完全齒輪機(jī)構(gòu)的周期性停歇狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，從而傳遞給彈簧的力也是周期性變化，由此可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)間斷的發(fā)球。并且不完全齒輪機(jī)構(gòu)適合在低俗，輕載和要求間歇?jiǎng)蛩賯鲃?dòng)的情況下使用。

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1 總體結(jié)構(gòu)

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

該毽球發(fā)球機(jī)預(yù)設(shè)高度在45cm-55cm，頂部?jī)?chǔ)球機(jī)構(gòu)長(zhǎng)、寬、高分別為20cm、30cm、10cm。本發(fā)球機(jī)設(shè)置高度較低主要考慮到撿球運(yùn)動(dòng)的實(shí)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(yùn)動(dòng)，使觸腳位置更合理。底部裝有可隱藏滾輪，滿足攜帶時(shí)可推可拉，在使用時(shí)將滾輪隱藏，以便于放置時(shí)穩(wěn)固，不會(huì)影響發(fā)球機(jī)的穩(wěn)定性。

1.2.2 發(fā)球機(jī)構(gòu)

如圖3所示發(fā)球機(jī)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(yùn)動(dòng)的角度來(lái)看，毽球發(fā)射包含三個(gè)運(yùn)動(dòng)組合：發(fā)射管道的上下擺動(dòng)、支撐機(jī)架筒身的左右擺動(dòng)和發(fā)射毽球的彈簧收縮與彈出運(yùn)動(dòng)，并且每個(gè)運(yùn)動(dòng)又由小的運(yùn)動(dòng)單元組成。（前兩個(gè)運(yùn)動(dòng)組合不再詳細(xì)介紹）

圖3所示發(fā)起機(jī)構(gòu)左下角與機(jī)架角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，機(jī)架支撐發(fā)射管道。發(fā)射管道上方有一管口是分球機(jī)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(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)齒輪與齒輪條嚙合，這樣就將齒輪的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪條的直線運(yùn)動(dòng)，齒輪條向下傳遞，壓縮彈簧在齒輪條的驅(qū)動(dòng)下被壓縮，控制壓縮形變量到一定行程，彈性勢(shì)能足夠?qū)㈦η蛘０l(fā)射出，使彈簧的彈性勢(shì)能最大轉(zhuǎn)變?yōu)殡η虻膭?dòng)能，以節(jié)約成本。

2 產(chǎn)品特點(diǎn)與應(yīng)用

該設(shè)備外觀簡(jiǎn)約大方，發(fā)球機(jī)構(gòu)由機(jī)械構(gòu)造組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單。該發(fā)球機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)在三年以上。

該發(fā)球機(jī)與市場(chǎng)上常見(jiàn)的羽毛球發(fā)球機(jī)和乒乓球發(fā)球機(jī)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(chǎng)地有限的情況下也可以使用，同時(shí)便于攜帶進(jìn)出。毽球運(yùn)動(dòng)仍是人們喜愛(ài)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一，市場(chǎng)上仍未出現(xiàn)成熟的毽球發(fā)球機(jī)，本毽球發(fā)球機(jī)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(yǔ)

毽球發(fā)球機(jī)要求發(fā)球機(jī)構(gòu)能夠做間歇性周期運(yùn)動(dòng)，因此以間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)完成間歇性周期運(yùn)動(dòng)，發(fā)球過(guò)程以機(jī)械臂作仿真運(yùn)動(dòng)，該發(fā)球機(jī)更加可靠。除此以外，本毽球發(fā)球機(jī)總結(jié)乒乓球發(fā)球機(jī)和羽毛球發(fā)球機(jī)的特點(diǎn)，針對(duì)毽球的特殊之處進(jìn)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(lái)越受到重視，目前市場(chǎng)上多樣化的健身運(yùn)動(dòng)器材廣受大眾歡迎，但是毽球發(fā)球機(jī)的研究仍有待研究。毽球作為一項(xiàng)廣受歡迎的傳統(tǒng)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，毽球發(fā)球機(jī)也將會(huì)有廣闊的市場(chǎng)。本毽球發(fā)球機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，效率高，制作成本低，體積小的優(yōu)點(diǎn)，適合專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)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(jī)械上的研究，我們還注重對(duì)于發(fā)球機(jī)的外形設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單時(shí)尚大方的外形也是提高其競(jìng)爭(zhēng)力的手段之一。

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

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