1. 研究目的与意义
一、选题背景和意义：
随着人民生活质量的不断提高，运动在当代生活中受到了越来越多人的关注。从最早的三大球，到今天网球，羽毛球，乒乓球，甚至高尔夫球，都以其自身的特点，在其不同的受众群体中呈现出蓬勃发展的局面，而这就孕育了对运动设施的强大需求和开放的市场。网球运动，作为新兴运动的一种，以其特有的动感和魅力，受到了许多青少年乃至中年人的追捧和热爱。特别是我国李娜在国际赛场上屡创佳绩，更是带动了我国网球事业的发展。
2. 课题关键问题和重难点
1.发出球的运动形式为平动：
对于初学者来说，旋转球的处理较有难度，因此力求由本装置发出的球为旋转较小或接近不旋转的球。
3. 国内外研究现状（文献综述）
根据调查，现在市面上占有率最大的网球发球器主要有美国TUTOR（天陀）网球发球机和美国LOSBTER（龙虾）网球发球机。前者利用双轮对转原理，靠两个反向高速旋转的轮，其间距略小于球的直径，当球经过中间时通过与球的摩擦将球高速发出，双轮通过直流电动机控制，改变两电机的转速则可发出不同特点的球，如上旋球，下旋球等；后者是利用压缩空气原理将球发出，在被压缩空气推出以前，球被固定在一个比球直径略小的窄口之中。利用空气压缩机产生压缩空气，将球从窄口中发出。以这种方法发出的球，其上旋和下旋是通过出球管道来实现的：当球的下部与管道发生摩擦时，就产生了上旋；当球的上部与管道发生摩擦时，就产生了下旋。
值得一提的是，除了机械结构巧妙设计之外，这两种产品在控制环节上的优秀之处也是其完成产品功能，贴近用户的一大法宝。通过对电机和空气压缩机的精确控制，产品可实现对发球速度的调控，而其超过七八十公里每时的变速范围则让产品更能满足用户在不同条件下的需要。
另外，这两种产品都采用了远程遥控和键盘按键控制两种形式，方便用户随时调整球速及方向，更能适应实际训练的要求。
4. 研究方案
| 三、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：
本次设计的工作内容如下： （1） 网球发球机的机械结构设计； （2） 发球机的工作原理； （3） 轴和其他机械零件的设计和选择的计算； （4） 检查各部分的设计和选择的强度； （5） 绘制零件加工图纸的和整体装配图； （6） 整体装配以及整体调试。 设计方案的选择和确定 纯机械结构的确立 经过研究与调查发现，现有网球发球器都采用交流电或蓄电池供电。但是，这种供电方式在户外具有很大的局限性，因为户外网球场基本找不到外插电源，如果需要交流供电只能从室内用长电线连接，非常地不方便；而电线拖在人数较多的训练场也一定程度上增大了安全隐患。相比于交流电，蓄电池供电虽然能避免以上的不足，在器械使用较频繁的各大高校，蓄电池需要经常充电。另外，更换蓄电池也会产生新的费用，废旧的电池也会加重现有的环境问题。因此我决定放弃这两种供能方式，从纯机械的角度入手实现供能，以人力作为驱动，最终选用用自行车车架作为供能机构，以人力为驱动。
发球方式的选择和确定 由国内外现有的产品和研究论文可以看出，发球方式的选择是多样的，主要有双轮对滚式，单轮式等。现将其原理及优缺点介绍如下： 双轮对滚式发球 这种发球方式在现今市场上的网球发球器中占主导地位，以其稳定的性能和多样的出球方式而倍受设计师们的喜爱。这一类发球机的发球部分由两个高速旋转的摩擦轮组成，两摩擦轮的旋转方向相反，之间留下一个略小于网球直径的空隙。网球通过轨道下落至接触到两摩擦轮，在高速旋转的摩擦轮带动下挤入两轮之间的空隙。进入空隙的网球受到两个摩擦轮的摩擦力作用，获得一定的初速度，从而将网球发射出去[9]。 在设计本次发球机的初期阶段，我也很倾向于这种发球原理，用齿轮箱将两轮连接起来并使之能用一个动力输入轴控制方向，由于本次设计不需要发出上旋或者下旋球，用同一轴输入动力可以满足两轮速度相同，发出的球应该为平动。但是，齿轮箱的引入会大大增加设计难度和装置的复杂度，这与我们意想中结构简单，易于操作的思路相违背，另外，这种双轮式发球器两轮之间的距离要掌握得非常合理，但在户外网球教学中，由于有相当数量的球被多次使用，可能出现上面绒毛脱落，表面粗糙度降低的情况，球的直径也会随着使用时间的增加而变小，就有可能出现双轮与球摩擦得不充分导致球脱落或者发球的距离、速度不够的情况，降低了装置的可靠性，所以最后我没有选择这种发球方式。 单轮式发球 从以往的研究论文和成果来看，这种发球方式虽然在实际生产中未得到广泛的应用，但其简洁的设计和稳定的功能仍然值得我们考虑，原理图[12]如图2-1所示：
图2-1 单轮式网球发球机发球原理图 这种发球器用一个摩擦轮单向摩擦网球，网球的另外一边与轨道接触，当球由供球筒进入滚道时，高速旋转的摩擦轮就将网球在滚道中击出。这种发起方式简单可靠，成本低廉，但是由于网球只有一边与摩擦轮摩擦，网球被击出后在空中会有旋转，而且摩擦轮旋转的速度越快，网球的旋转也会越强烈，这会令初学者感到不适应，不适用于网球训练初期阶段的练习和现今各大高校网球教学中零基础的同学较多的实际情况，因此我最后没有选择这种发球方式，但是这种方式也为我之后的设计提供了灵感。于是，我提出了叶片式击球的设想。 2.2.3 叶片式发球 由于摩擦轮与网球的摩擦势必会带来旋转，而且施加摩擦力的充分与否对网球的表面情况的依赖很大，既然需要网球平动发出，我想到直接用叶片将球击出，原理图如图2-2所示。
图2-2叶片发球方式原理图 网球从入口进入后，叶片高速旋转将球击出。叶片的直径比网球的直径大，击球点可近似看成是网球的中心，将球击出后为球大体为平动飞行，符合初期教学的实际需要。 |
5. 工作计划
| 起止日期 | 工作内容 | 备 注 |
| 2023.1.2～2023.1.15 | 第一周收集资料（包括有关网球发球器的论文，机械设计手册，有关具体零件选择的材料）、市场调研（通过网络等形式查看市面上已有的网球发球器，了解其主要的结构功能，怎样实现其功能的）、第二周整理材料并与老师交流，补充已有资料，对英文文献进行翻译 | 2周 |
| 2023.1.16～2023.2.3 | 第3周对上两周所做的调研做出总结，完成开题报告。第四周结合已有的发球器结构，加入自己的思路方案设计，并与老师交流修正 | 2周 |
| 2023.2.6～2023.3.17 | 针对已有的方案进行结构设计，将结构分解，结合资料对各个部件进行选择。根据所需发球条件进行计算 | 3周 |
| 2023.3.20～2023.3.24 | 绘制零件图，确定尺寸，公差等参数 | 2周 |
| 2023.3.27～2023.4.28 |
绘制装配图，试验修改完善。 | 4周 |
| 2023.4.24～2023.5.6 | 撰写毕业设计论文 | 2周 |
| 2023.5.6～2023.5.12 | 答辩 | 1周 |
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