轮与排球之间存在滑动摩擦力，并在该摩擦力作用下，排球向上加速，直到排球脱离飞轮边缘。湖南农业大学谢方平等人也在年进行排球发球机的研究，并于当年底成功申请国家实用新型专利。该发球机的发球机构是曲柄滑块机构，如图所示。图谢方平等人发明的发球器这种发球机构主要结构特点是套筒是用来安装弹簧及击球杆的装置，其两端分别有端盖和法兰盘，击球弹簧安装在击球杆中部的挡块与法兰盘之间，缓冲弹簧安装在端盖与挡块之间。击球杆由三部分组成，前端是击球头，其材料用橡胶制成且形状大小可变换，其目的是用来改变击球的方向和速度。中部有挡块，固联在击球杆上，其作用是用来压缩弹簧。尾部是钩盘，当控制钩运动到定位置时，控制钩就把钩盘钩住，来传递压缩弹簧的力。考虑到装配的关系，前端的击球头和击球杆用螺纹连接，尾部的钩盘和击球杆用螺钉连接。弹簧分为击球弹簧和缓冲弹簧，缓冲弹簧安装在挡块的前端，击球弹簧安装在挡块的后端，这样当击球杆击完球后，挡块对端盖不会有太大的冲击。挡块是用来压缩弹簧的，挡块并不与套筒的内壁相接触，以免增大摩擦甚至在套筒内卡死。端盖用螺钉与套筒连接，这样方便于装配在其中心轴线位置钻孔，与击球杆是孔与轴的配合，采用间隙配合，以便使击球杆在套筒内能前后自由滑动。法兰盘也是用螺钉与导套以及套筒进行连接，在其中心轴线位置钻孔，与击球杆是孔与轴的配合，采用间隙配合，以便使击球杆在套筒内自由移动。导套是用来使导向轴在导套内进行直线运动，从而使夹板和控制钩能按预定的轨道进行运动。导套通过法兰盘与套筒连接。导套中有夹板控制钩导向轴限位块导向盘端盖导向盘与端盖的共同作用使导向轴在导套内作往复直线运动，夹板与导向轴的前端用螺栓进行连接，控制钩通过销轴安装在夹板上，控制钩的前端有弹簧销，用来钩挂拉伸弹簧，控制钩不工作时拉伸弹簧处于自由状态。当导向轴向前运动时，控制钩将要碰到击球杆尾部的钩盘时，通过前端限位块的作用，控制钩将打开，随即当导向轴向后运动时，控制钩在拉伸弹簧的作用下将钩住击球杆尾部的钩盘，击球杆与导向轴起向后运动，从而使套筒内的击球弹簧被压缩，导向轴继续向后运动时，通过安装在预定位置的后端限位块时，控制钩就将击球杆松开，从而随即完成击球动作。导向轴与连杆通过螺栓相连，并与导向盘和端盖之间采用间隙配合。导向轴的前端与夹板用螺钉连接，从而带动夹板起运动。夹板是用来安装控制钩，可以实现力的转化。控制钩放置在夹板上，通过圆柱销将控制钩安装在夹板上。限位块是用来使控制钩脱离击球杆尾部，从而使击球杆击球。导向盘与端盖共同限制导向轴的作直线运动，它们与导向轴之间采用间隙配合。击球曲柄用圆盘将其两边铣平，从而来减轻自身的重量。击球连杆为用圆杆将其铣成扁方，目的是增加强度和减轻重量。转动手柄用来调节整个击球机构的角度，来实现击球方向和落地点的调整。分度盘是用来调节击球机构的击球角度。本文主要研究内容排球运动技术的全面性及高度技巧性的特点要求排球发球机具有发球抛球扣球等多种送球功能，并且速度旋转方向，高度等方面可控，以配合排球日常训练中的各种训练方法，并且能满足多种强度密度节奏的训练方法。因此对排球发球机提出了设计要求新排球发球机种模拟人实现发球抛球和扣球功能，相关参数可控的，集接发球按扣球扣球及拦网技术练习于体并能满足多种训练方法的排球训练设备，以此来有针对性的对运动员的接发球和扣球技能进行训练，从而达到提高运动员水平的目的。本文分析了排球发球中的球的旋转问题，在此基础上主要是研究合肥工业大学课题组所研制出的第代排球发球机器人，对其发球器部分的机械系统进行改进设计与分析，提出用带传动式发球来代替原先的摩擦轮式，并对该系统进行运动学和些简单的受力分析，使其在原有发球精确的基础上提高发球的速度和旋转。第二章排球发球中球的旋转和速度的分析排球发球中的旋转球的几种现象排球发球器若要能真正提高运动员训练效果，就得能模拟国际上优秀排球运动员所发出的球，也就必须能够使发出的球达到定的速度旋转落点及其变化等的性能要求。由此可见，发球器所具有的功能是非常复杂的。但在设计改进发球器之前，我们必须得清楚发出球后，不同旋转的排球的运动情况。假设空气是粘弹性体。由于粘弹性的作用，旋转的排球带动球体周围的空气起旋转，使得球体周围的空气相对于球体的速度大小不等。根据流体力学的伯努利定律式中为空气的压强，为空气相对球体的速度,为空气的密度，为球体周围空气的相对高度，因非常小，且空气的密度也较小，伯努利定律可以表示为由此可见个重要的现象,即马格努斯效应球周围空气速度大的地方压强小，速度小的地方压强较大，由于排球球体周围的压强不等，即球体表面不同位置所受的空气压力不同，排球将改变出球时原定的轨迹。上旋球分析曲线为排球的旋转方向为排球不旋转时，空气相对排球质心的速度，也称来流速度表示由于排球的旋转引起的，排球表面不同位置的空气相对排球质心的速度，也称环流速度。假设排球由右向左发排球在空气中上前旋转飞行时，球体上部空气的环流速度与来流速度，可以看出挤压力在竖直方向上的分力与排球的速度方向相同，使得排球受到的摩擦力继续加大，即排球的加速度越来越大，排球仍然处于加速的过程之中。可以从图中观察到，如果两摩擦轮的轮廓之间的最短距离远小于排球的直径，那么这个时候排球会被压缩的很厉害，即排球的变形量会很大。图排球球心超过两摩擦轮球心连线排球完全进入带传动时速度当排球运动到完全进入传动带的挤压时，阴影部分表示此时的排球的变形形状。如图所示。图排球完全进入传动带在忽略皮带的影响下，我们可以根据对称性做出排球刚好完全进入挤压区的排球的球心位置。此时的，。和排球刚进入挤压区的计算方法类似，我们计算此时的排球的球速中间其中，这样可以计算出完全挤压，由于式子过于冗长，暂不写结果。排球在带中的运动情况如果排球进入完全挤压区时的速度小于皮带的传动速度，那么这时候皮带还会给排球在运动方向上的摩擦力，即此时排球在与皮带传动起运动的同时，相对皮带还有稍许滑动。直到排球加速到球速与皮带的速度相同为止，从这以后皮带就夹着球传动，连为体，直至输送排球到末端的从动轮的边缘，将排球以皮带的速度发射出去。小结当带传动的传动比为时，且两主动摩擦轮的转速相同时，排球从初始位置进入皮带传动装置，排球的速度直不断的增加，直到与皮带的速度相同为止，最终以此速度射出。两个主动摩擦轮的转速不同时排球的速度分析当两主动摩擦轮的转速不同的时候，排球的运动过程相对复杂，先做如下的简单推理说明。先假设，即右边的主动摩擦轮的转速比左边的主动摩擦轮的转速要快，如图所示。图主动摩擦轮的转速不同排球也是从初始位置即与两主动摩擦轮相切的地方进入挤压区，因为所以排球刚进入挤压区时受到右边摩擦轮的冲击大于左边摩擦轮，将使排球在前进的同时有向左运动的趋势，故经过短暂的时间后，排球的球心会随着排球运动向左偏定的距离。从排球开始进入挤压区到整体全部进入挤压区这个过程中，排球受到的挤压力是右边的摩擦轮大，可以推出排球受到的摩擦力也是右半部分的比较大。这里做下简化处理，由定轴转动的微分方程可得其中为排球的转动惯量，得出排球有逆时针方向的角加速度。所以刚开始的时候，排球在大小不等的摩擦力的作用下是既有沿着皮带传动方向上的滑动，又有绕球心的逆时针的转动。随着时间的推移，抛球完全进入皮带挤压区后，速度达到定值时，排球将可以看成与皮带是个整体起运动，即不出现排球在皮带上的滑动，但由于排球两侧与皮带相接触的部位受到的瞬时速度，所以排球还是得绕球心转动。最终从从动轮上发射出球时的排球的状态分析如图所示。图排球最终出球时状态根据理论力学中的求物体速度的基点法的计算方法得到其中线速度，，相对速度。所以那么球心的速度排球射出的速度为两从动轮线速度之和的半，且有定的角速度旋转，排球为右旋排球，在撞向挡板的飞行过程中，球有向左偏转的情况，经过挡板的撞击反弹后最终排球是以上旋形式发出。两带传动传动比不为的时候排球的速度分析如图所示，假设此时带传动比不为，而带传动的传动比为，他若两传送带均竖直放置，则由下往上看，两个带传动之间的皮带的距离会越来越窄，排球在两皮带中被压缩的程度也越来越大。所以，为了防止排球的损坏或疲劳，两带轮之间距离不能远小于排球的直径，即带传动的传动比不能很大，粗略估计。假设两主动摩擦轮的转速相同，排球在运动中的速度变化与排球在传动比为的带传动中的情况大致样，只不过在起始条件相同的情况下，排球受到摩擦轮和皮带的挤压力比后者更大些。图传动比不为时的情况小结从上面的推导可以得出，当带传动的中心距足够长时，排球的最终出球速度与传动带的速度相同若中心距较小，则排球还没有被完全加速到传动带的速度时即被甩出，排球的最终速度与均有密切的关系。当中心距时，就是摩擦轮式发球器的情况，显然排球还没到完全被压缩时就被发射出去了，出球速度相对就偏慢了些。得出发旋转球的规律就是如果发球器右边的主动轮的转速高于左边主动轮转速，排球最终以右旋的方式出球，反之即以左旋方式出球。与摩擦轮式发球器相比，带传动式发出排球的角速度更加稳定，适当增大两主动轮的转速差，排球的角速度会越来越大，即发出的排球更转。为发球器选择带型号及参数翻阅机械零件手册，了解到普通带而对于窄带，。所以这里选择窄带来作为传送排球的载体。选择电机，额定功率为，转速，电压为，频率为。确定计算功率查得工作情况系数，故。选取窄带带型根据确定选用型。确定带轮的基准直径取主从动轮的直径。验算带的速度确定窄带的基准长度和传动中心距根据，初步确定中心距根据公式计算带所需要的基准长度。根据查表所得带的基准长度现计算实际中心距主动轮的包角为，合适。计算窄带的根数，查表计算取根。计算预紧力，查表计算得带轮结构的设计可以选用腹板式或者轮辐式。设计带发球器装置的参数，计算排球的速度图带发球器简图设计的带轮发球器的机构简图如图所示，具体用到的参数数