張振龍1 通信作者：朱英1

　　1.山東協(xié)和學(xué)院 工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250109 2.山東協(xié)和學(xué)院 工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250109

　　摘 要

　　乒乓球發(fā)球機(jī)是一種自動(dòng)控制發(fā)球的機(jī)器，可用于訓(xùn)練。它通常由一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，有一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)發(fā)球輪，輪子上面帶有固定的高度和旋轉(zhuǎn)速度的球，可以模擬真實(shí)比賽中的發(fā)球場(chǎng)景。乒乓球發(fā)球機(jī)能提高球員的反應(yīng)能力、擊球技術(shù)和運(yùn)動(dòng)感知能力，使他們的訓(xùn)練更加精確和有效。此外，這種機(jī)器也可以用于比賽或娛樂(lè)活動(dòng)，讓乒乓球愛(ài)好者享受到更有趣的體驗(yàn)。

　　介紹了乒乓球發(fā)球機(jī)的種類、優(yōu)勢(shì)及存在的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了一種以乒乓球發(fā)球取球?yàn)樵�理的乒乓球發(fā)球機(jī)。運(yùn)用齒輪與彈鉤相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了一種新型的乒乓球發(fā)球機(jī)，并通過(guò)三個(gè)收球槽滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成發(fā)球。在此基礎(chǔ)上，以AutoCAD 為工具，進(jìn)行了乒乓球發(fā)球器零件及裝配體的三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。這種發(fā)球器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積適中，拆裝方便，可發(fā)出不同角度，不同速度，不同轉(zhuǎn)速的球，適合各個(gè)年齡段使用。

　　關(guān)鍵詞：乒乓球發(fā)球機(jī) 設(shè)計(jì) 結(jié)合

　　1 緒論

　　1.1 論文選題的根據(jù)和研究意義

　　乒乓球作為一項(xiàng)世界范圍內(nèi)廣泛普及的運(yùn)動(dòng)，其技術(shù)含量和觀賞性都得到了人民廣泛的認(rèn)可和喜愛(ài)。在乒乓球運(yùn)動(dòng)中，發(fā)球是取勝的關(guān)鍵之一，尤其在高水平比賽中更是如此。然而，人工發(fā)球存在不可避免的局限性，如難以實(shí)現(xiàn)高速度和高精度的發(fā)球等，這就需要乒乓球發(fā)球機(jī)來(lái)滿足這些要求。因此，設(shè)計(jì)和研究乒乓球發(fā)球機(jī)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

　　乒乓球發(fā)球機(jī)可以幫助球員在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練，提高球員的技術(shù)水平和反應(yīng)能力。同時(shí)，發(fā)球機(jī)還可以讓乒乓球愛(ài)好者更好地享受乒乓球運(yùn)動(dòng)的樂(lè)趣，尤其是那些無(wú)法找到合適的對(duì)手進(jìn)行訓(xùn)練的人群。此外，乒乓球發(fā)球機(jī)還可以為乒乓球賽事的比賽、測(cè)試等提供可靠的數(shù)據(jù)支持，可以使比賽更加公正、客觀，也為乒乓球技術(shù)的研究和發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。因此，乒乓球發(fā)球機(jī)的設(shè)計(jì)和研究具有廣泛的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的乒乓球發(fā)球機(jī)，不僅能滿足乒乓球愛(ài)好者的需求，也可以為乒乓球競(jìng)技運(yùn)動(dòng)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。此外，乒乓球發(fā)球機(jī)的設(shè)計(jì)與制造涉及到機(jī)械、電子、控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，因此，它還可以為相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)和科研提供實(shí)踐基礎(chǔ)和應(yīng)用場(chǎng)景�？傊�，乒乓球發(fā)球機(jī)的設(shè)計(jì)和研究是具有重要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和研究意義的課題，它不僅可以滿足乒乓球愛(ài)好者的需求，更可以推動(dòng)乒乓球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)和科研。

　　本課題所設(shè)計(jì)的乒乓球發(fā)球器，主要采用了機(jī)電相結(jié)合的方式，能夠?qū)�發(fā)球速度控制在10 m/s 至20 m/s 之間，為更多的業(yè)余愛(ài)好者或職業(yè)選手提供了更多的選擇，極大地減少了用戶掌握技術(shù)所需的訓(xùn)練時(shí)間。

　　1.2 常見(jiàn)的乒乓球發(fā)球器的種類

　　乒乓球發(fā)球器是一種用于自動(dòng)發(fā)球的設(shè)備，它可以模擬各種發(fā)球方式，提高球員的技能和反應(yīng)速度。在乒乓球訓(xùn)練和比賽中，發(fā)球器是一種非常有用的訓(xùn)練工具，因?yàn)樗�可以提供無(wú)限的球道，使球員在訓(xùn)練中可以重復(fù)練習(xí)各種發(fā)球動(dòng)作，磨練技巧，提高水平。以下是一些常見(jiàn)的乒乓球發(fā)球器種類。

　　1.輪式發(fā)球器

　　輪式發(fā)球器是最常見(jiàn)的一種發(fā)球器，它使用一對(duì)輪子作為球的投射器，一個(gè)輪子用于發(fā)球，另一個(gè)用于接球，使球能夠以各種速度和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行發(fā)射。通過(guò)調(diào)節(jié)輪子的旋轉(zhuǎn)速度、角度和方向，可以創(chuàng)造各種類型的球，包括側(cè)旋球、上旋球、下旋球、弧線球等。

　　2.彈簧式發(fā)球器

　　彈簧式發(fā)球器是另一種常見(jiàn)的發(fā)球器，它使用一個(gè)彈簧裝置來(lái)發(fā)射乒乓球。當(dāng)彈簧壓縮后，彈簧會(huì)突然釋放并將球射出。這種發(fā)球器可以模擬各種速度和旋轉(zhuǎn)方向的球，但與輪式發(fā)球器相比，它的發(fā)球速度較慢，難以制造大量旋轉(zhuǎn)的球。

　　3.氣壓式發(fā)球器

　　氣壓式發(fā)球器使用壓縮空氣來(lái)發(fā)射乒乓球，與彈簧式發(fā)球器類似，它可以模擬各種速度和旋轉(zhuǎn)方向的球。但與彈簧式發(fā)球器相比，氣壓式發(fā)球器的發(fā)球速度更快，可以制造更多的旋轉(zhuǎn)和弧線球。

　　4.擺臂式發(fā)球器

　　擺臂式發(fā)球器是一種基于電動(dòng)機(jī)和擺臂的發(fā)球器，它使用一根可調(diào)節(jié)的擺臂，將球從一個(gè)固定點(diǎn)投向球員。通過(guò)調(diào)整擺臂的速度和角度，可以創(chuàng)造各種類型的球，包括側(cè)旋球、上旋球、下旋球、弧線球等。

　　5.人工智能發(fā)球器

　　人工智能發(fā)球器是一種最新的發(fā)球器，它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)模擬各種球的發(fā)射。通過(guò)對(duì)球員的技術(shù)水平進(jìn)行評(píng)估，人工智能發(fā)球器可以提供個(gè)性化的訓(xùn)練，根據(jù)球員的需要調(diào)整發(fā)球模式。

　　2 乒乓球發(fā)球器的總體設(shè)計(jì)要求

　　2.1 乒乓球發(fā)球器原理

　　設(shè)計(jì)的乒乓球發(fā)球器是一種可以模擬對(duì)手發(fā)球的機(jī)器，它是訓(xùn)練乒乓球技能的重要輔助工具。其中，發(fā)射裝置是乒乓球發(fā)球器的核心部分。下面將詳細(xì)介紹這個(gè)發(fā)射裝置的工作原理和乒乓球飛行過(guò)程的力學(xué)分析計(jì)算。

　　發(fā)射裝置是乒乓球發(fā)球器中的關(guān)鍵組件之一，它由齒輪和滾子組成，并由兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。發(fā)射裝置的主要功能是控制乒乓球的速度、發(fā)射角度和頻率。

　　在發(fā)球的過(guò)程中，發(fā)射裝置必須保持穩(wěn)定，確保乒乓球能夠以穩(wěn)定的速度和角度發(fā)射出

　　去，而不會(huì)出現(xiàn)不必要的偏差或變化。為此，發(fā)射裝置的組件和齒輪之間需要有足夠的密合度和精確的加工工藝，以確保當(dāng)乒乓球從發(fā)射器中發(fā)射出去后，符合乒乓球在飛行過(guò)程中的力學(xué)行為。在乒乓球的飛行過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓力學(xué)的規(guī)律。在空氣中，乒乓球受到重力和空氣阻力的作用。乒乓球的初速度和發(fā)射角度會(huì)決定其軌跡和落點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)乒乓球發(fā)球器時(shí)需要考慮到這些因素。

　　可以通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算乒乓球的初速度、發(fā)射角度、飛行軌跡和落點(diǎn)等。這些計(jì)算可以幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化乒乓球發(fā)球器的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更好的性能和控制效果。

　　3.2 乒乓球發(fā)球器過(guò)程

　　1)發(fā)射裝置固定在出球口由上下兩個(gè)摩擦輪組成，可以發(fā)射上下旋球和不旋球;

　　2)輸球機(jī)構(gòu)，漏球口有攪拌機(jī)構(gòu)，采用葉片輪輸送球;

　　3)采用齒輪帶動(dòng)輸球管上的嚙合的齒盤，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭搖擺;

　　4)用了絲杠與螺母的配合其工作的原理實(shí)現(xiàn)機(jī)頭的升降;

　　5)底座設(shè)計(jì)方案四個(gè)滾輪;

　　3.3 整體方案

　　乒乓球發(fā)球器是一種機(jī)械設(shè)備，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)和控制系統(tǒng)，可以自動(dòng)發(fā)射乒乓球。其工作原理是利用齒輪傳動(dòng)力的作用，本發(fā)明是一種將貯球裝置中的乒乓球經(jīng)由輸球裝置傳送至發(fā)射裝置，然后由發(fā)射裝置進(jìn)行發(fā)射。在這些設(shè)備中，發(fā)射裝置是最重要的部件之一，它由上下兩個(gè)組合管組成，可以發(fā)射乒乓球。

　　為了確保輸球過(guò)程的穩(wěn)定和順暢，發(fā)射器中還包括輸球機(jī)構(gòu)。輸球機(jī)構(gòu)主要由漏球口、攪拌機(jī)構(gòu)、輸球管、齒輪和葉片輪等組成。漏球口有攪拌機(jī)構(gòu)，采用葉片輪輸送球。在輸球機(jī)構(gòu)的幫助下，乒乓球可以通過(guò)漏斗進(jìn)入輸球裝置，然后，經(jīng)過(guò)輸球管道輸送到發(fā)射機(jī)構(gòu)。同時(shí)，采用齒輪帶動(dòng)輸球管上的嚙合的齒盤，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭搖擺，從而確保乒乓球能夠平穩(wěn)地輸送到發(fā)射機(jī)構(gòu)。

　　發(fā)射機(jī)構(gòu)是乒乓球發(fā)球器的核心部分，采用了彈勾與滾子相配合的工作原理實(shí)現(xiàn)發(fā)球。彈勾是一個(gè)可以彎曲和伸展的金屬?gòu)椈桑瑵L子則是在齒輪上安裝的小滾珠。當(dāng)齒輪開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾子經(jīng)過(guò)彈勾的時(shí)候帶動(dòng)彈勾受力，完全脫離時(shí)彈勾在力的作用下將乒乓球彈出。乒乓球在彈勾的作用力下獲得一定初速度，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射。除了以上核心部分之外，乒乓球發(fā)球器的底座也需要設(shè)計(jì)得合理穩(wěn)固。

　　在底座設(shè)計(jì)方案中，可以增加四個(gè)滾輪實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，從而提高發(fā)球器的移動(dòng)性和穩(wěn)定性。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　本論文研究了乒乓球發(fā)球器的設(shè)計(jì)和傳動(dòng)部分的計(jì)算,通過(guò)綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和乒乓球發(fā)球器的要求和準(zhǔn)則，提出了整體方案，并給出了乒乓球發(fā)球器的整體參數(shù)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　通訊作者：朱英，碩士研究生，講師。論文來(lái)源：2023屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

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