乒乓球自动发球机的设计

张振龙1  通信作者：朱英1

1.山东协和学院 工学院，山东 济南 250109 2.山东协和学院 工学院，山东 济南 250109

摘  要

乒乓球发球机是一种自动控制发球的机器，可用于训练。它通常由一个电动马达驱动，有一个或多个旋转发球轮，轮子上面带有固定的高度和旋转速度的球，可以模拟真实比赛中的发球场景。乒乓球发球机能提高球员的反应能力、击球技术和运动感知能力，使他们的训练更加精确和有效。此外，这种机器也可以用于比赛或娱乐活动，让乒乓球爱好者享受到更有趣的体验。

介绍了乒乓球发球机的种类、优势及存在的问题，并设计了一种以乒乓球发球取球为原理的乒乓球发球机。运用齿轮与弹钩相结合的方法，设计了一种新型的乒乓球发球机，并通过三个收球槽滚子的转动来完成发球。在此基础上，以AutoCAD 为工具，进行了乒乓球发球器零件及装配体的三维图纸设计。这种发球器结构简单，体积适中，拆装方便，可发出不同角度，不同速度，不同转速的球，适合各个年龄段使用。

关键词：乒乓球发球机  设计  结合

1 绪论

1.1 论文选题的根据和研究意义

乒乓球作为一项世界范围内广泛普及的运动，其技术含量和观赏性都得到了人民广泛的认可和喜爱。在乒乓球运动中，发球是取胜的关键之一，尤其在高水平比赛中更是如此。然而，人工发球存在不可避免的局限性，如难以实现高速度和高精度的发球等，这就需要乒乓球发球机来满足这些要求。因此，设计和研究乒乓球发球机具有重要的实际应用价值和研究意义。

乒乓球发球机可以帮助球员在任何时间、任何地点进行训练，提高球员的技术水平和反应能力。同时，发球机还可以让乒乓球爱好者更好地享受乒乓球运动的乐趣，尤其是那些无法找到合适的对手进行训练的人群。此外，乒乓球发球机还可以为乒乓球赛事的比赛、测试等提供可靠的数据支持，可以使比赛更加公正、客观，也为乒乓球技术的研究和发展提供了基础条件。因此，乒乓球发球机的设计和研究具有广泛的应用前景和研究价值。设计出高质量的乒乓球发球机，不仅能满足乒乓球爱好者的需求，也可以为乒乓球竞技运动的进步做出贡献。此外，乒乓球发球机的设计与制造涉及到机械、电子、控制等多个学科领域的综合应用，因此，它还可以为相关学科领域的教学和科研提供实践基础和应用场景。总之，乒乓球发球机的设计和研究是具有重要实际应用价值和研究意义的课题，它不仅可以满足乒乓球爱好者的需求，更可以推动乒乓球运动的发展和相关领域的教学和科研。

本课题所设计的乒乓球发球器，主要采用了机电相结合的方式，能够将发球速度控制在10 m/s 至20 m/s 之间，为更多的业余爱好者或职业选手提供了更多的选择，极大地减少了用户掌握技术所需的训练时间。

1.2 常见的乒乓球发球器的种类

乒乓球发球器是一种用于自动发球的设备，它可以模拟各种发球方式，提高球员的技能和反应速度。在乒乓球训练和比赛中，发球器是一种非常有用的训练工具，因为它可以提供无限的球道，使球员在训练中可以重复练习各种发球动作，磨练技巧，提高水平。以下是一些常见的乒乓球发球器种类。

1.轮式发球器

轮式发球器是最常见的一种发球器，它使用一对轮子作为球的投射器，一个轮子用于发球，另一个用于接球，使球能够以各种速度和旋转方向进行发射。通

过调节轮子的旋转速度、角度和方向，可以创造各种类型的球，包括侧旋球、上

旋球、下旋球、弧线球等。

2.弹簧式发球器

弹簧式发球器是另一种常见的发球器，它使用一个弹簧装置来发射乒乓球。当弹簧压缩后，弹簧会突然释放并将球射出。这种发球器可以模拟各种速度和旋

转方向的球，但与轮式发球器相比，它的发球速度较慢，难以制造大量旋转的球。

3.气压式发球器

气压式发球器使用压缩空气来发射乒乓球，与弹簧式发球器类似，它可以模

拟各种速度和旋转方向的球。但与弹簧式发球器相比，气压式发球器的发球速度

更快，可以制造更多的旋转和弧线球。

4.摆臂式发球器

摆臂式发球器是一种基于电动机和摆臂的发球器，它使用一根可调节的摆臂，将球从一个固定点投向球员。通过调整摆臂的速度和角度，可以创造各种类型的球，包括侧旋球、上旋球、下旋球、弧线球等。

5.人工智能发球器

人工智能发球器是一种最新的发球器，它可以通过计算机程序来模拟各种球的发射。通过对球员的技术水平进行评估，人工智能发球器可以提供个性化的训练，根据球员的需要调整发球模式。

2 乒乓球发球器的总体设计要求

2.1 乒乓球发球器原理

设计的乒乓球发球器是一种可以模拟对手发球的机器，它是训练乒乓球技能的重要辅助工具。其中，发射装置是乒乓球发球器的核心部分。下面将详细介绍这个发射装置的工作原理和乒乓球飞行过程的力学分析计算。

发射装置是乒乓球发球器中的关键组件之一，它由齿轮和滚子组成，并由两个直流电动机来驱动。发射装置的主要功能是控制乒乓球的速度、发射角度和频率。

在发球的过程中，发射装置必须保持稳定，确保乒乓球能够以稳定的速度和角度发射出

去，而不会出现不必要的偏差或变化。为此，发射装置的组件和齿轮之间需要有足够的密合度和精确的加工工艺，以确保当乒乓球从发射器中发射出去后，符合乒乓球在飞行过程中的力学行为。在乒乓球的飞行过程中，其运动遵循牛顿力学的规律。在空气中，乒乓球受到重力和空气阻力的作用。乒乓球的初速度和发射角度会决定其轨迹和落点。因此，在设计乒乓球发球器时需要考虑到这些因素。

可以通过数学模型来计算乒乓球的初速度、发射角度、飞行轨迹和落点等。这些计算可以帮助设计师优化乒乓球发球器的设计，以实现更好的性能和控制效果。

3.2 乒乓球发球器过程

1）发射装置固定在出球口由上下两个摩擦轮组成，可以发射上下旋球和不旋

球；

2）输球机构，漏球口有搅拌机构，采用叶片轮输送球；

3）采用齿轮带动输球管上的啮合的齿盘，实现机头摇摆；

4）用了丝杠与螺母的配合其工作的原理实现机头的升降；

5）底座设计方案四个滚轮；

3.3 整体方案

乒乓球发球器是一种机械设备，通过机械传动和控制系统，可以自动发射乒乓球。其工作原理是利用齿轮传动力的作用，本发明是一种将贮球装置中的乒乓球经由输球装置传送至发射装置，然后由发射装置进行发射。在这些设备中，发射装置是最重要的部件之一，它由上下两个组合管组成，可以发射乒乓球。

为了确保输球过程的稳定和顺畅，发射器中还包括输球机构。输球机构主要由漏球口、搅拌机构、输球管、齿轮和叶片轮等组成。漏球口有搅拌机构，采用叶片轮输送球。在输球机构的帮助下，乒乓球可以通过漏斗进入输球装置，然后，经过输球管道输送到发射机构。同时，采用齿轮带动输球管上的啮合的齿盘，实现机头摇摆，从而确保乒乓球能够平稳地输送到发射机构。

发射机构是乒乓球发球器的核心部分，采用了弹勾与滚子相配合的工作原理实现发球。弹勾是一个可以弯曲和伸展的金属弹簧，滚子则是在齿轮上安装的小滚珠。当齿轮开始运动时，滚子经过弹勾的时候带动弹勾受力，完全脱离时弹勾在力的作用下将乒乓球弹出。乒乓球在弹勾的作用力下获得一定初速度，从而实现发射。除了以上核心部分之外，乒乓球发球器的底座也需要设计得合理稳固。

在底座设计方案中，可以增加四个滚轮实现结构的运动，从而提高发球器的移动性和稳定性。

5结束语

本论文研究了乒乓球发球器的设计和传动部分的计算,通过综合国内外研究现状和乒乓球发球器的要求和准则，提出了整体方案，并给出了乒乓球发球器的整体参数。

参考文献

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通讯作者：朱英，硕士研究生，讲师。论文来源：2023届本科毕业设计（论文）