基于不完全齿轮的移动式毽球发球机设计

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摘 要：文章首先对发球机的基本原理进行了简单的介绍，其后对移动式发球机的工作原理以及重要结构的组成及作用进行了简要的阐述，随后对该产品的特点和作用进行一个简单的说明，最后针对目前毽球发球机的市场情况，作出了大胆预测。

关键词：毽球发球机；发球机构；发球原理；不完全齿轮；特点；应用

引言

随着社会的发展，人们的生活水平不断提高，人们更加关注健康的生活方式，多种多样的体育锻炼已经成为人们追求健康的生活方式的手段并且越来越受到重视。但是由于场地和成本的原因很多流行的体育运动的发展受到影响，近年来，乒乓球发球机和网球发球机的技术日益成熟，但是极流行在广场和大街小巷的毽球却并没有专业的毽球发球机，由此，作者设计了一种移动式毽球发球机，文章将着重对于发球机构的研究。

1 产品设计方案

1.1 基本工作原理

本毽球发球机以间歇运动――不完全齿轮（如图1）机构为基础。主动轮与电动机连接，主动轮1是只有几个齿的不完全齿轮，从动轮2是由正常齿和带锁止弧的厚齿彼此相间组成，当主动轮1上的齿与轮2的大齿啮合时，驱使从动轮2转动，当轮1的圆弧部分与轮2接触时，从动轮停歇不动。所以当主动轮作连续转动时，从动轮作间歇运动。从动轮2与齿轮3啮合，齿轮3与直齿条啮合，通过齿轮与齿条的啮合运动将齿轮的圆周运动转换为直线运动，从而能够压缩弹簧产生形变带动球拍将球击打出去。

由于不完全齿轮机构的周期性停歇状态的运动特点，从而传递给弹簧的力也是周期性变化，由此可以实现连续间断的发球。并且不完全齿轮机构适合在低俗，轻载和要求间歇匀速传动的情况下使用。

1.2 产品结构设计

1.2.1 总体结构

毽球发球机如图2所示。该发球机由储球机构（箱式储球，毽球属于不规则形状球类，所以收集的毽球将暂时储存在箱式储球箱中。）、分球机构（梯形挡板夹分球机构）、发球机构（涡轮传动与弹簧拨片）、水平（俯仰）角度改变机构、机架及控制系统组成，电力带动发球机构。

该毽球发球机预设高度在45cm-55cm，顶部储球机构长、宽、高分别为20cm、30cm、10cm。本发球机设置高度较低主要考虑到捡球运动的实际性，发球管道设置45°向上斜抛，毽球经发出后，作抛物线运动，使触脚位置更合理。底部装有可隐藏滚轮，满足携带时可推可拉，在使用时将滚轮隐藏，以便于放置时稳固，不会影响发球机的稳定性。

1.2.2 发球机构

如图3所示发球机构由齿轮、齿条、弹簧拨爪、球拍、发射弹簧、发射座、弹簧底座、齿条导轨等主要部件组成。只从运动的角度来看，毽球发射包含三个运动组合：发射管道的上下摆动、支撑机架筒身的左右摆动和发射毽球的弹簧收缩与弹出运动，并且每个运动又由小的运动单元组成。（前两个运动组合不再详细介绍）

图3所示发起机构左下角与机架角度调节机构相连，机架支撑发射管道。发射管道上方有一管口是分球机构与发球管道相通之处，经分离调速的毽球由此进入发球管道预设位置，在预设位置设置定位卡槽，定位卡槽进一步确定毽球的位置以便于能够正常的将毽球弹射出。齿轮间歇性周期运动，运动时齿轮与齿轮条啮合，这样就将齿轮的圆周运动转变为齿轮条的直线运动，齿轮条向下传递，压缩弹簧在齿轮条的驱动下被压缩，控制压缩形变量到一定行程，弹性势能足够将毽球正常发射出，使弹簧的弹性势能最大转变为毽球的动能，以节约成本。

2 产品特点与应用

该设备外观简约大方，发球机构由机械构造组成，结构简单，操作简单。该发球机设计发球频率在2-10秒/球，出球速度控制在20-160km/h，预设装球容量在30-50球，使用温度参考常用低速电机的标准，适应环境为-5℃～40℃，湿度为85%以下，室内海拔1000公尺以下，寿命设计在三年以上。

该发球机与市场上常见的羽毛球发球机和乒乓球发球机体型大小相同，在满足功能的基础上充分节约了空间，即使在场地有限的情况下也可以使用，同时便于携带进出。毽球运动仍是人们喜爱的运动项目之一，市场上仍未出现成熟的毽球发球机，本毽球发球机可以满足陪练需求，节省了高昂的陪练员劳务成本。

3 结束语

毽球发球机要求发球机构能够做间歇性周期运动，因此以间歇运动机构为基础，采用不完全齿轮机构完成间歇性周期运动，发球过程以机械臂作仿真运动，该发球机更加可靠。除此以外，本毽球发球机总结乒乓球发球机和羽毛球发球机的特点，针对毽球的特殊之处进行了调整，比如毽球的形状不规则和质量较大等。

随着人们生活水平的提高，健康的生活方式越来越受到重视，目前市场上多样化的健身运动器材广受大众欢迎，但是毽球发球机的研究仍有待研究。毽球作为一项广受欢迎的传统体育运动项目，毽球发球机也将会有广阔的市场。本毽球发球机具有结构简单，工作可靠，效率高，制作成本低，体积小的优点，适合专业运动员和健身馆的使用，也可以在家庭锻炼中使用。另外，除了在机械上的研究，我们还注重对于发球机的外形设计，简单时尚大方的外形也是提高其竞争力的手段之一。

作者简介：高海英（1995-），本科，研究方向：包装结构设计。

*通讯作者：翟震（1968-），男，副教授，研究方向：包装容器设计。