3394 室內數控云臺,室內,數控 XX 大學 XX 學院畢業(yè)設計說明書題 目： 室內數控云臺 專 業(yè)： 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 學 號： XX63229 姓 名： XX 指導教師： XX 完成日期： 2012 年 05 月 30 日 XX 大 學畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 室內數控云臺 學號： XX63229 姓名： XX 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： XX 系主任： XX 一、主要內容及基本要求設計一種數控云臺，該設備主要應用于室內，采用吊裝式，全天候都能進行監(jiān)控，并 且要求設計其控制部分，編出設計程序，使之實現數控化。 具體要求如下： 1.Z 方向行程范圍 0°—355°，X 方向行程范圍－45°— ＋45° 2.Z 方向最小速度 1r/s，最大速度 2r/s；X 方向最小速度 0.5°/s，最大速度90°/s 3.兩個方向的速度從最靜止提高到最大速度的時間為 0.2s 4.設計工作強度為每天 24 小時，每年工作 360 天，工作 20 年 5.云臺外形要美觀，而且有利于攝像機的隱蔽，在工作期間不易于被人發(fā)現 二、重點研究的問題普通云臺的監(jiān)視范圍有限，在云臺的正下方存在死點， 智能高速球云臺在水平方向上怎么可以實現 360 度無極變速掃描； 普通云臺多為勻速云臺，只能以 10RAD/S 左右的固定速度進行掃描，自能高速球云臺怎么實現 0.5 度—125RAD/S 的可變速搜索目標；普通云臺通常沒有預置攝象點的功能，智能高速球云臺怎么確定預置攝象點。 三、進度安排序號 各階段完成的內容 完成時間1 查設計資料，方案分析； 3 月初2 總體方案設計 3 月中3 傳動和總體結構設計 3 月底4 技術要求和技術參數確定 4 月初5 軸的設計 4 月底6 軸承設計 5 月初7 撰寫畢業(yè)設計說明書 5 月中8 畢業(yè)答辯 5 月底四、應收集的資料及主要參考文獻1.鄭緹、唐可洪主編。 《機電一體化設計基礎》 ，北京，機械工業(yè)出版社。2002 年 2.楊磊、李峰主編。 《閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)》 ，機械工業(yè)出版社。1999 年 3.何立民編著， 《單片機高級教程－應用與設計》 ，北京，北京航空航天大學出版社， 2001.6 4.耿長清主編， 《單片機應用技術》 ，北京，化學工業(yè)出版社，2002.7 5.周開勤主編。 《機械零件手冊》第四版，北京，高等教育出版社。1998 年 6.濮良貴、紀名剛主編。 《機械設計》第六版，北京，高等教育出版社。2000年 7.李朝青編著， 《PC 機及單片機數據通信技術 》 ，北京，北京航空航天大學出版社， 200.12 8.孫桓、陳作模主編。 《機械原理》第五版，北京，高等教育出版社。2000 年 9.關振彪編。 《機電綜合設計指導》 ，湛江，湛江海洋大學。2002 年 10.劉鴻文主編。 《材料力學》第三版，北京，高等教育出版社。2000 年 11.王煥庭、李茅、徐善國主編。 《機械工程材料》第四版，大連理工出版社。2000 XX 大學 XX 學院畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 XX63229 姓名 XX 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目 室內數控云臺 評價項目 評 價 內 容選題1.選題符合培養(yǎng)目標，體現學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量適當；3.與生產、科研、社會等實際相結合。能力1.該生有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.有綜合運用知識的能力；3.具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.具備一定的外文與計算機應用能力；5.有工科經濟分析能力。論文（設計）質量1.立論正確，論述充分，結構嚴謹合理；實驗正確，設計、計算、分析處理科學；技術用語準確，符號統(tǒng)一，圖表圖紙完備、整潔、正確，引文規(guī)范；2.文字通順，有觀點提煉，綜合概括能力好；3.有理論價值或實際應用價值，有創(chuàng)新之處。綜合評價論文選題基本符合培養(yǎng)目標要求，能體現學科專業(yè)特點，達到了綜合訓練的目的。該生能在設計中運用所學知識，設計方案基本可行，工作量尚可，論文質量基本符合本科生畢業(yè)設計要求。同意參加答辯評閱人： 年 月 日 XX 大 學畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： XX63229 姓名： XX 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 31 頁 圖 表 6 張論文（設計）題目： 室內設計云臺 內容提要： 設計一種數控云臺，該設備主要應用于室內，采用吊裝式，全天候都能進行監(jiān)控，并且要求設計其控制部分，編出設計程序，使之實現數控化具體要求如下：1. Z 方向行程范圍 0 －355 ，X 方向行程范圍－45 －＋45?? ??2. Z 方向最小速度 1r/s，最大速度 2r/s；X 方向最小速度 0.5 /s，最大速度 90 /s?3. 兩個方向的速度從最靜止提高到最大速度的時間為 0.2s4. 設計工作強度為每天 24 小時，每年工作 360 天，工作 20 年5. 云臺外形要美觀，而且有利于攝像機的隱蔽，在工作期間不易于被人發(fā)現要求完成的圖紙內容及要求：1. 系統(tǒng)裝配圖 A0――――――――――――――――――――――― 1 張；2. 關鍵部件零件圖 A2――――――――――――――――――――― 3 張；3. 關鍵部件零件圖 A3――――――――――――――――――――― 2 張；其它要提交的設計資料：1. 設計說明（論文）書一份，不少于 1.8 萬字；2. 說明（論文）書要求有方案論證分析，必要的理論計算，部件結構設計計算，及選用說明，電氣控制電路，設計分析，計算說明； 3. 包括一個有圖紙和設計說明（論文）書內容的軟盤。指導教師評語：XX 同學在畢業(yè)設計期間不夠積極主動，在設計過程中缺少與指導老師的溝通，表現一般。采用 AutoCAD 軟件對設計的基本原理結構進行設計與繪圖。同意答辯，推薦畢業(yè)設計成績?yōu)椤凹案瘛?。指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語：根據答辯情況，答辯小組同意其成績評定為“ ” 。答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見：經答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為“ ” 。答辯委員會主任： 年 月 日目錄摘要…………………………………………………………………………………………………1前言…………………………………………………………………………………………………2第一章 緒論……………………………………………………………………………………….3第二章 產品的技術指標和技術參數…………………………………………………………….4第一節(jié) 數控云臺的技術指標..……………………………………………….………...4第二節(jié) 可行性論證及技術經濟分析..………………………………………………...4第三章 云臺總體方案的設計…………………...………………………………………………...4第一節(jié) 云臺設計方案的提出………...………………………………………………...4第二節(jié) 云臺設計方案的論述………...………………………………………………...5第四章 機械部分的設計…………………...……………………………………………………...6第一節(jié) 步進電機的選用…...…………………………………………………….…...6第二節(jié) 減速機構傳動系統(tǒng)設計…………………………………………………….....8第三節(jié) 軸的設計……………………………………………………………………...13第四節(jié) 軸承的設計…………………………………………...………………………15第五章 總 結……………….……………………………………………………………………31第六章 外文翻譯…………………………………………………………………………………32第七章 參考資料………………………………..………………………………………………..44第八章 附錄……………………………………..………………………………………………..45目錄摘要…………………………………………………………………………………………………1前言…………………………………………………………………………………………………2第三章 緒論……………………………………………………………………………………….3第四章 產品的技術指標和技術參數…………………………………………………………….4第一節(jié) 數控云臺的技術指標..……………………………………………….………...4第五節(jié) 可行性論證及技術經濟分析..………………………………………………...4第三章 云臺總體方案的設計…………………...………………………………………………...4第一節(jié) 云臺設計方案的提出………...………………………………………………...4第二節(jié) 云臺設計方案的論述………...………………………………………………...5第四章 機械部分的設計…………………...……………………………………………………...6第一節(jié) 步進電機的選用…...…………………………………………………….…...6第二節(jié) 減速機構傳動系統(tǒng)設計…………………………………………………….....8第六節(jié) 軸的設計……………………………………………………………………...13第七節(jié) 軸承的設計…………………………………………...………………………15第五章 總 結……………….……………………………………………………………………31第六章 外文翻譯…………………………………………………………………………………32第七章 參考資料………………………………..………………………………………………..44第八章 附錄……………………………………..………………………………………………..45摘要：本次畢業(yè)設計是設計閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中的前端設備——數控云臺，此設計根據數控云臺的工作環(huán)境、機械指標、設計參數和主要技術要求，采用室內智能球型云臺。球型外殼能減少灰塵及各種干擾，日常維護方便，可達到隱蔽監(jiān)視的目的，云臺在水平方向可連續(xù) 350 無級變速掃描，并設有設置攝像點的功能。本設計介紹了數控云臺的傳動原理、結構特點和功能，并對步進電機的特點作了簡單的介紹。關鍵詞：閉路電視系統(tǒng) 數控云臺 步進電機ABSTRACT：This graduation project is to design a numerical control (NC) sputnik of the closed-circuit video tape system.The project based on the workung cinditions、the mechanical guideline、the design parameter and the primary technical repuirements.The intellectual spherical sputnik for indoor was applied to the project.The spherical husk can reduce dust and all kinds of disturb,it is easy to maintain,it can spy in hidden place.In horizon,it can successively scan a round in stepless timing,and have the function of Preset Positions.The project introduce druvung principle construction features and the function of NC sputnik.It simply introduce repeating motor.KEYWORDS: Closed-circuit videotape system, Numerical control sputnik, stepping motor 前 言隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們已經不滿足于電話通信，對信息傳輸的要求，不但要求聽到對方的聲音，更希望看到對方的形象，而且還要看到對方活動的現場。黑白圖像早己不能滿足人們的要求，人們希望看到的是對方的彩色圖像。監(jiān)控電視主要是對機要部門、商場、貨場、生產等部門的監(jiān)視、控制和報警。最簡單地監(jiān)控系統(tǒng)是由一架攝像機和一臺監(jiān)視器，中間饋線連接而組成。一般的監(jiān)控系統(tǒng)都是比較復雜的。它可以完成的功能也是比較多的。目前，圖像通信與監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸普及到了文化教育、工農業(yè)生產、交通運輸管理、醫(yī)療衛(wèi)生、水下作業(yè)、鐵路現場、公安系統(tǒng)等國民經濟的各個部門。由于圖像通信與監(jiān)控系統(tǒng)，具有形象直觀．安全可靠，效率高等一系列優(yōu)點，它在我國現代化建設中，特別在通信現代化，管理現代化中無疑將會日益發(fā)揮重要作用。第一章 緒論云臺是承載攝象機進行水平和垂直兩個方向轉動的裝置。云臺內裝兩個電動機。這兩個電動機一個負責水平方向的轉動，另一個負責垂直方向的轉動。水平轉動的角度一般350。 ，垂直轉動則有土 45。 ，土 35。 、土 75。等等。水平及垂直轉動的角度大小可通過限位開關進行調整。云臺的分類大致分為室內用云臺及室外用云臺。室內用云臺承重小，沒有防雨裝置。室外用云臺承重大，有防雨裝置。有些高檔的室外云臺除有防雨裝置外，還有防凍加溫裝置。為適應安裝不同的攝象機及防護罩，云臺的承重應是不同的。因而應根據選用的攝象機及防護罩的總重量來選用合適承重的云臺。室內云臺的承重量較小，云臺的體積和自重也較小。室外用云臺因為肯定要在它的上面安裝帶有防護罩(往往還是全天候防護罩) 的攝象機，所以承重量都較大。它的體積和自重也較大。目前出廠的室內云臺承重量大約 1.5KG—7KG 左右。室外用云臺承重量大約 7KG—50KG 左右。還有些云臺是微型云臺，比如與攝象機一起安裝在半球型防護罩內或全天候防護罩內的云臺。一般的云臺均屬于有線控制的數控云臺。云臺的轉動是通過在控制室操作控制器，將控制電壓通過多芯電纜直接加到云臺內的步進電機上，或者通過通信電纜控制遠端的解碼器，再又解碼器經局部多芯電纜將電壓加到云臺內的電動機上，從而實現云臺的旋轉。還有的云臺內裝繼電器等控制電路，這樣的云臺往往有六個控制輸入端。一個是電源的公共端，另四個是上、下、左、右端。還有一個則是自動轉動端。當電源的一端接在公共端后，電源另一端接在“自動”端后，云臺將帶動攝象機頭按一定的轉動速度進行上、下、左、右的自動轉動。在電源供電電壓方面，目前常見的有交流 24V 和 220v 兩種。云臺的耗電功率一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。目前，還有直流 6V 供電的室內用小型云臺，可在其內部安裝電池，并用紅外遙控器進行遙控。目前大多數云臺仍采用有線遙控方式。云臺的安裝位置距控制中心較近，且數量不多時，一般采用從控制臺直接輸出控制信號進行控制。而當云臺的安裝位置距離控制中心較遠且數量較多時，往往采用總線方式傳送編碼的控制信號并通過終端解碼解出控制信號再去控制云臺的轉動。第二章 產品的技術指標和技術參數第一節(jié) 數控云臺的技術指標云臺的設計參數和技術指標：（1） 控制軸：兩旋轉軸，點位控制，水平 Z 軸，垂直 X 軸;（2） 行程：Z 軸，0 —350 ；X 軸，－45 —45 ;????（3） 速度：Z 軸 350 /s—700 /s,X 軸 15 /s－90 /s（4） 供電：AC220V 或 DC12V（5） 負載：3kg（6） 脈沖當量：0.5 度/脈沖第二節(jié) 可行性論證及技術經濟分析智能高速球云臺的優(yōu)點：（1）普通云臺的監(jiān)視范圍有限，在云臺的正下方存在死點，而智能高速球云臺在水平方向上可以連續(xù) 360 度無級變速掃描，不存在任何死點。（2）普通云臺多為勻速云臺，只能以 10RAD/S 左右的固定速度進行掃描，無法應付突發(fā)事件的發(fā)生。而智能高速球云臺可以在 0.5 度—125RAD/S 的可變速搜索目標。（3）普通云臺過于暴露，往往給被監(jiān)視者以反感，且使人輕而易舉得發(fā)現當前攝象機的位置；而智能高速球云臺采用的是球型液態(tài)金屬鍍膜單反防護罩，使人根本看不到里面的攝象機，它既隱藏了攝象機，又具有極好的裝飾效果，特別適合銀行、機場、商店、廣場等隱蔽性的監(jiān)視和跟蹤。（4）普通云臺通常沒有預置攝象點的功能，而智能高速球云臺則可以有預置攝象點。綜上所述，球型云臺比普通云臺更有使用價值！第三章 云臺總體方案的設計第一節(jié) 云臺設計方案的提出初步確定水平軸和垂直軸分別使用反應式步進電機作驅動源，并利用齒輪減速機構，以細分步進電機的步距角。垂直轉動軸與齒輪的連接是用一對背靠背的角接觸球軸承，水平轉動軸是用與支架連滑動軸承接。分別用水平支架和垂直支架支承攝象機。外部采用吊裝支承，外型仿效球型云臺的設計。第二節(jié) 云臺設計方案的論述步進電機是機電一體化產品中的關鍵組件之一，是一種性能良好的數字化執(zhí)行元件。其特點是輸入一個脈沖就轉動一步，即轉子轉過一個相應的步距角。實際上，驅動步進電機的開關是晶體管，開關信號由數字集成電路或微機產生。通過前面的介紹可以看到，步進電機是一種把開關激勵的變化變換成為梢確的轉子位置增量運動的執(zhí)行機構。與能夠實現類似功能的其他部件相比，使用步進電機的控制系統(tǒng)有下面幾個明顯的優(yōu)點：(1) 通常不需要反饋就能對位置或速度進行控制。(2) 位置誤差不會積累。(3) 與數字設備兼容。步進電機的品種規(guī)格很多，按照它們的結構和工作原理可以劃分為磁阻式(也稱反應式或變磁阻式)電機、混合式電機、永磁式電機和特種電機等四種主要型式。反應式步進電動機由于其結構簡單和經久耐用，所以是目前應用最普及的一種步進電動機。這種電動機按變磁阻原理工作，于是有的國家又稱之為變磁阻步進電動機。其優(yōu)點是；力矩—慣性比高；步進頻率高，頻率響應快；不通電時轉子能自由轉動；機械結構簡單、壽命長；能雙向旋轉；有適量阻尼；正常電機無失步區(qū)。缺點是：不通電時無定位力矩；每步有振蕩和過沖。永磁式步進電動機特點：功耗較小，在斷電時仍有定位轉矩，但是步距角大，需供給正負脈沖電源，啟動和運行頻率較低?；旌鲜诫姍C特點：轉矩大，步距角小，運行頻率高，功耗低及有自鎖功能，但需有正負電脈沖供電，結構復雜，價格高。比較以上各種電機，決定選擇反應式步進電機作為驅動攝象機的動力源。攝象機的脈沖當量等于步進電動機的步距角除以傳動比，為使攝象機達到較小的脈沖當量，利用齒輪減速機構，細分步距角以達到目的，同時降低驅動齒輪的轉速，提高轉矩。垂直軸上的一對軸承主要用于承受軸向力；水平軸采用滑動軸承，可以減小徑向空間尺寸。整個云臺采用吊裝球型設計，其優(yōu)點如下：（1） 最大限度地減少灰塵和外來的干擾，使云臺壽命大大延長，也使系統(tǒng)的可靠性進一步提高。（2） 球型防護罩采用內側單面鍍膜工藝，有利于隱蔽監(jiān)視。（3） 防護罩表面進行防靜電處理，可以防止灰塵吸附，日常維護簡單（4） 防護罩降低了云臺的轉動噪音。 第四章 機械部分的設計第一節(jié) 步進電機的選用步進電機的選用主要考慮三個問題：（1）步距角 要滿足系統(tǒng)脈沖當量的要求；b?（2）滿足最大靜轉矩的要求；（3）啟動轉矩與啟動頻率、工作運行轉矩與運行頻率必須滿足所選電機型號相對應的啟動矩頻特性和工作矩頻特性。一、 垂直 X 軸步進電機的選擇設計參數和技術要求：行程-45 ——45 ，最大速度 90 /s。???（1）計算負載轉矩M =M +M +M垂 直 慣 性 重 力 摩 擦其中：M 為垂直方向上的轉矩； M 為慣性轉矩； M 為重力方向上的轉垂 直 慣 性 重 力矩 ；M 為摩擦力產生的轉矩摩 擦步進電機的速度控制，實際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或者換相的周期。步進電機的加減速控制，對于點——位控制系統(tǒng)，從起點到終點的運行速度都有一定的要求。對于云臺在點——位控制過程中，運行速度都需要有一個加速—恒速—減速--（低恒速）--停止過程并要求加減速過程時間盡量短，而恒速時間盡量長。本設計中，近似認為地認為升速規(guī)律按直線規(guī)律升速（實際上按指數規(guī)律升速） ，設定從靜止升到 90 /s 用 0.2s。?M =J慣 性 ??角加速度 =（ - ）/ =（ /2-0）0.2=7.85 rad/s1?0t??考慮支架等附件的重量，取 m=700g, L=110mm, H=80mm攝像機及其框架在垂直轉動時的轉動慣量為：J=m(L +H )/12=0.7 (0.11 +0.08 )/12=10.79 10 kg.m2?2?4?2所以 M =J =10.79 10 7.85=0.0085N.m慣 性 ??4?本設計中，將轉動中心定于重心附近，即重心產生的轉矩可忽略不計，即 M ≈0 N.m重 力M 難以計算，可將 M 乘以一個修正系數后，得到 M ，取修正系數為 1.3摩 擦 慣 性 垂 直則 M =1.3 M =1.3 0.0085=0.011N.m垂 直 ?慣 性將負載轉矩折算到步進電機的主軸上：M = M /i=0.011/3=0.0037 N.m'垂 直 垂 直根據 M ≤（0.3-0.5）M Lmax其中： M ：折算到電機軸上的力矩；M ：最大靜轉矩max即： M ≥M /0.3=0.0037/0.3=0.0123 N.mL（2）步進電機的最高運行頻率取脈沖當量 為： =0.5 /脈沖L?L?最高運行速度： n =90 /smax?所以 f = n / =90/0.5=180 HzaxL因此，從步進電機步距角考慮，在 X 方向上選用 36BF003 反應式步進電機二、 水平 Z 軸步進電機的選擇設計參數和技術要求： 行程： 0 -355 ； 最高速度： 2 r/s?（1） 、計算負載轉矩M =M +M水 平 慣 性 摩 擦其中： M 為水平方向上的轉矩水 平M 為慣性轉矩；慣 性M 為摩擦力產生的轉矩摩 擦同前述道理，設定攝像機從靜止升到最高速用 0.2sM =J慣 性 ??角加速度 =（ - ）/ =（4 -0）/0.2=20 rad/s1?0t??將水平移動部分看成為矩形實體，其中 m=2.5kg，L=100mm，H=100mm即水平移動的總體轉動慣量為：J=m(L +H )/12=2.5 （0.1 +0.1 ）/12=0.00417kg.m2?2 2所以 M =J =0.00417 20 =0.2617 N .m慣 性 ???M 難以計算，可將 M 乘以一個修正系數后，得到 M ，由于采用的是摩 擦 慣 性 水 平滾動軸承，摩擦系數遠小于滑動軸承，所以選修正為 1.1M =1.1 M =1.1 0.2619=0.288 N .m水 平 ?慣 性折算到電機軸上 M = M / i =0.288/3.75=0.0768 N .m'水 平 水 平 M ≤（0.3-0.5） MLmax所以 M ≥M / 0.4 = 0.0768 / 0.4 = 0.192 N .maxL（2）步進電機的最高運行頻率取脈沖當量 為： =0.5 /脈沖L?L?最高運行速度： n =720 /smax?所以 f = n / =720 / 0.5=1440 HzaxL綜上計算，并考慮步進電機的步距角，選用 45BF006 反應式步進電機。第二節(jié) 減速機構傳動系統(tǒng)設計一、 垂直 X 軸減速齒輪機構設計初步擬定已知條件： i= 3， n =15r/min，m=1mm, 工作壽命為 20 年（每天max2工作 24 小時，一年工作 360 天）以下計算過程選自《機械設計》：選定齒輪類型、精度、材料及齒數1） 、按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動2） 、考慮該減速器傳動功率不大，所以大、小齒輪都選用軟齒面，由表 10-1 選大、小齒輪材料為 45 號鋼，經常化處理，齒面硬度為 162-217HBS3） 、選取精度等級：選 7 度等級（GB10095-88 ）4）選小齒輪齒數 z =18 ,大齒輪齒數 z = z i=3 16=54.所以大、小齒輪分度圓直121?徑分別為 d =m z =18 1=18mm, d =m z =54 1=54mm?21、 按齒根彎曲疲勞強度校核校核公式為： = ≤[ ] M PaF?bmYKSat?Fm≥（ ） mmFaYdSzT][12??3/1計算載荷系數 K ： K = K K K K （其中 K 為使用系數；K 為動載AV??AV系數；K 為齒間載荷分配系數； K 為齒向載荷分布系數）?由表 10-2 查得 K =1.00；A因為 n =0.25 r/s， 所以 v =2 n d/2=2 0.25 18/2=14.13mm/smaxmax?ax?? 而且屬于 7 級精度，由圖 10-8 查的 K =1.02；V因為 F = 2T /d = 2 0.078/18 10 =8.7N，t1?3?所以 K F /b = 1.00 8.7/0.5 18=0.97 N/mm ( 齒寬系數 =0.5 )At ?d由表 10-3 可查的 K = K =1.0?HF由表 10-4 可查的 K =1.26, 由圖 10-13 可查的 K =1.2? ?F所以 K = K K K K =1.00 1.02 1.0 1.2 = 1.224AV??計算齒形系數 Y 及應力校正系數 Y ：FaSa由表 10-5 可查的 Y =2.91 ； Y =1.5311Y =2.32+ （54-50）=2.3442Fa60532.8.??Y =1.70+ （54-50 ）=1.712S7所以 = = =4.25MPa1F?bmKat 3310105.928.4.???= = =3.83MPa2FYSat 337..7.??而 [ ] = MPa?FKEN計算應力系數 N =60n jL =60 15 3 1 (24 360 20)=0.47 101h???9N = N /3=0.47 10 /3=0.16 10299由圖 10-18 可查的彎曲疲勞壽命系數 K 為：FNK =0.88； K = 0.891FN2按硬度中間值 189.5HBS，由圖 10-20b 可查的 = =310MPa1FE?2取安全系數 S=1，所以 [ ] = =272.8 MPa?1F308.?[ ] = =275.9 MPa29取 中最大值，即 =4.25 MPa； 取[ ] 中最小值，即[ ] =272.8 MPaF?FF?F很明顯 ≤[ ] ，滿足要求F?m≥（ ） ≥ =0.29 mm，滿足要求FaYdSzKT][12??3/1 8.275319165.0.24??2、 按齒面接觸疲勞強度校核=2.5Z ≤[ ] MPaH?EubdKt1??H?d ≥2.32× mm13 2)][(HEdZT??大、小齒輪都是鍛鋼，由表 10-6 可查的材料的彈性影響系數為 Z =188.9EMPa載荷系數 K = K K K K =1.00 1.02 1.0 1.26=1.2852AV???所以 =2.5×188.9× =0.12 MPaH?310180.7256.3???計算接觸疲勞許用應力： [ ] =?HsNlim由于工作應力循環(huán)次數 N =0.47 10 ，N =0.16 101?92?9所以由圖 10-19，可得 K =0.915； K =0.92 （不允許出現點蝕）HH由硬度中間值 189.5HBS，圖 10-21c 可得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限為 =1limH?=380 MPa2limH?取安全系數 S=1，則[ ] = =347.7 MPa?1H38095.?[ ] = =349.6 MPa2取最小值即 [ ] =347.7 MPa，很明顯 =0.12 MPa≤[ ] =347.7 MPa，安全HH??Hd ≥2.32× ≥2.32× =4.62mm13 21)][(EdZuKT???? 3 2)7.34918(5.07281??因為 d =20mm，所以也滿足要求1因為垂直 X 軸的運動范圍是 ，所以該減速機構中大齒輪定為齒扇結構，角度為?45?120 ?二、 水平 Z 軸減速齒輪機構設計初步擬定已知條件： i= 3.75， n =2r/min，m=1mm,工作壽命為 20 年（每天工max2作 24 小時，一年工作 360 天）1、選定齒輪類型、精度、材料及齒數1） 、按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動2） 、考慮該減速器傳動功率不大，所以大、小齒輪都選用軟齒面，由表 10-1 選大、小齒輪材料為 45 號鋼，經?；幚?，齒面硬度為 162-217HBS3） 、選取精度等級：選 7 度等級（GB10095-88 ）4）選小齒輪齒數 z =20 ,大齒輪齒數 z = z i=3.75 20=75.所以大、小齒輪分度121?圓直徑分別為 d =m z =20 1=20mm, d =m z =75 1=75mm?22、 齒根彎曲疲勞強度校核校核公式為： = ≤[ ] M PaF?bmYKSat?Fm≥（ ） mmFaYdSzT][12??3/1參照垂直 X 軸的計算方法，得載荷系數 K=1.224計算齒形系數 Y 及應力校正系數 Y ：FaSa由表 10-5 可查的 Y =2.8 ； Y =1.5511Y =2.23 ； Y =1.7752Fa2SaF =2T /d=2×0.196/20×10 =19.6Nt13?所以 = = =10.4MPa1?bmKSaFt 3310105.86.94.???= = =9.5 MPa2FYSat 337.2.2.??同理可得： [ ] =272.8 MPa 取 中最大值即 =10.4MPa?F?F很明顯 =10.4MPa≤[ ] =272.8 MPa 故安全Fm≥（ ） ≥（ ） =0.3 mm FaYdSzKT][12???3/1 8.275105.96.24??3/滿足要求3、 按齒面接觸疲勞強度校核 =2.5Z ≤[ ] MPaH?EubdKFt1??H?d ≥2.32× mm13 21)][(HEdZT??同上 =2.5Z =2.5×188.9×H?EubKFt1?? 75.311006.985.3?????=0.19 MPa由上計算得 [ ] =347.7 MPa， 顯然 =0.19 MPa≤[ ] =347.7 MPaHH??Hd ≥2.32× ≥2.3213 21)][(EdZuKT???? 3 2)7.34918(5.5.01968???≥1.32mm綜上所述，該齒輪機構滿足要求三、 各齒輪參數 1、 垂直 X 軸齒輪參數分度圓直徑： d =m z =18 1=18mm 1?d =m z =54 1=54mm2齒頂高： h = h = h m=1×1=1mm1a?a齒根高： h = h =( h + c )m=(1+0.25) ×1=1.25mmf2f齒全高： h = h = h + h =1.25+1=2.25mm11af齒距： p= = mmm?齒厚： s= /2=0. 5 mm齒槽寬： e= /2=0. 5 mm頂隙： c= c m=0.25×1=0. 25mm?標準中心距： a=m(z + z )/2=1×(18+54)/2=36mm122、 水平 Z 軸齒輪參數 分度圓直徑： d =m z =20 1=20mm 3?d =m z =75 1=75mm 4齒頂高： h = h = h m=1×1=1mm3a4?a齒根高： h = h =( h + c )m=(1+0.25) ×1=1. 25mm3f4f?a齒全高： h = h = h + h =1.25+1=2. 25mm3f齒距： p= = mmm?齒厚： s= /2=0. 5 mm齒槽寬： e= /2=0. 5 mm 頂隙： c= c m=0.25×1=0. 25mm?標準中心距： a=m(z + z )/2=1×(20+75)/2=47.5mm34（h ：齒頂高系數，c ：頂隙系數，其數值分別為：h =1，c =0.25）?a? ?a第三節(jié) 軸的設計一、 垂直 X 軸的設計因為 X 方向的軸同時承受轉矩和彎曲作用，所以按彎扭組合強度條件進行計算（材料為 45 號鋼，經退火、淬火和回火處理）強度條件為： =M /W= /W≤[ ] ca?2275.0TM?1??（其中 W 為抗彎截面系數，[ ]為許用彎曲應力） 1?W = /32= 10 ×10 /32=0.098×10 m3d??3963所選攝像質量為 m=540g，考慮其附加器件的質量，設總量為 m =700g總即 F= m g=0.7×10=7N總在 B 處的彎矩 M 為：M=FL=7×0.02=0.14N.m所選電機的轉矩 T =0.078 N.m，折算到 X 軸上，T= T i =0.078×3=0.234 N.m1 1因此 = /W= /0.098×10 =2.51MPaca?2275.0?2234.07514.0??6?查表可得 45 號鋼的彎曲許用應力為[ ]=100 MPa??很明顯 =2.51MPa≤[ ]=100 MPa，滿足強度要求ca1?垂直 X 軸左右兩邊各一條，而且作成階梯軸，均用螺釘和齒扇、攝像機連接在一起，起定位和傳遞轉矩作用。二，水平 Z 軸的設計由于水平 Z 軸有上下兩根，上軸只承受軸向拉力作用，故只須滿足抗拉強度要求，即 ≤[ ] （其中 為正應力；N 為軸向力；A 為軸的橫截面AN/??b?積）設上軸承受質量為 3kg 的器件，即 N=mg=3×10=30N由《材料力學》P33 可查的 45 號鋼的抗彎強度極限為[ ]=598 MPab?因此 598≥30/A 得有效面積為 A≥30/598=0.25mm 2現從總體結構上考慮，上軸軸徑最小處為 16mm，內開一個 10mm 的內孔，用以?通視頻線、電源線等線路，其有效面積為：S= （D -d ）/4=3.14×(16 -10 )/4=122.46mm ≥0.25mm ， 顯然滿足要?2222求對于 Z 方向下軸，除承受軸向拉伸外，還有承受扭矩作用，應分別進行強度校核。設下軸承受質量為 2.5kg 的器件，所以 N=mg=2.5×10=25N有效面積 A≥25/598=0.04 mm ，從整體結構考慮，下軸軸徑最小處為 10mm，內2留一個 8mm 的孔，則有效面積為 S= （D -d ）/4=3.14×（10 -8 ）/4=28.26mm ,??222滿足要求對于扭矩作用，其強度條件為： = / ≤[ ]max?TtW?（ 為軸承受的最大轉矩， 為抗扭截面系數，[ ]為許用剪切應力）maxTt因為 T =0.196N.m，所以折算到軸上的扭矩為 = T ×i==0.196×3.75=0.735 電 max電N.m= （1- ）= [1-（ ） ]=0.12×10 mtW163D?4?16093???1846?3所以 = / =0.735/0.12×10 =6.15 MPamax?TtW6?查表可得 45 號鋼的許用剪切應力為[ ]=60 MPa ， 很明顯 ≤[ ]，滿足強度要求?max?第四節(jié) 軸承的設計一、垂直 X 軸軸承的選用為使徑向尺寸較小和安裝方便，選用滑動軸承，軸瓦材料為聚四氟乙烯（PTFE） ，該材料能抗強酸強堿，具有一定的自潤滑性，可以在無潤滑條件下工作，在高溫條件下具有一定的潤滑能力，具有包容異物的能力（嵌入性好） ，不易擦傷配偶表面，減磨性及耐磨性都比較好。初選軸徑為 d=10mm，軸瓦寬度 B=10mm，攝像機及支架的重量約為 0.7kg，即軸承所承受的徑向力 2F=mg=0.7×10=7N，即 F=3.5N1、 驗算軸承平均壓力 pp=F/(d B) ≤[p] MPa （[p]為軸瓦材料的許用應力）?查表 12-3，可得[p]=3 MPa則 p=F/(d B)=3.5/（10×10 ×10×10 ）=0.035 MPa≤[p] =3 MPa3?3?2、 驗算軸承的 pv 值軸承的發(fā)熱量與其單位面積上的摩擦功耗 fpv 成正比（f 是摩擦系數） ，限制 pv 值就是限制軸承的溫升pv=Fn/(19100B) ≤[pv] MPa m/s ?其中：v 為軸頸的圓周速度，即滑動速度（m/s）[pv]為軸瓦材料的 pv 許用值（MPa m/s）因為 n =15r/min，查表 12-3 可得，[pv]=0.04 MPa m/smax ?pv=Fn/(19100B)=3.5×15/19100×10=0.00027 MPa m/s≤[pv]=0.04 MPa m/s?3、驗算軸承的滑動速度 VV= ≤[V] m/s （[V] 為許用滑動速度）)106/(?d?查表 12-3，可得[V]=1.3m/sV=3.14×10×15/60×1000=0.00785m/s≤[V]=1.3m/s 綜上計算所得，可知該滑動軸承滿足要求二、水平 Z 軸軸承的選用根據水平 Z 軸下軸的軸徑和工作要求，選用一對型號為 36203 的角接觸球軸承（背靠背放置） 。軸承與軸承套、軸都采用間隙配合，軸承內圈用軸肩定位，上加墊圈和螺母夾緊。已知條件：軸承軸向載荷 A=25N，徑向載荷 R=1N，軸承轉速 n=120r/min，運轉時無沖擊，設計壽命為 20 年（每天工作 24 小時，一年工作 360 天）1、 求比值A/R=25/1=25根據表 13-5，角接觸球軸承的最大 e 值為 1.14，即 A/R＞e2、 初步計算當量動載荷 PP=f (XR+YA)P按照表 13-6，f =1.0—1.2，取 f =1.2P按照表 13-5，X=0.44查表可知該軸承的額定靜載荷 C =5.38KN，所以 A/ C =25/5380=0.004600由表 10-5 可得 Y=1.90則 P=1.2×（0.44×1+1.9×25）=57.53N則所需的基本額定動載荷 C 為C=P（ ） =57.53× =618.76N （取6'10hnL?/136102342??）3??查表得該軸承的額定動載荷為 C =8.38KN0很明顯 C=618.76N≤C =8.38KN，滿足要求0使用壽命：L =10 （C/P ） /（60n）=10 ×（8380/57.53） /60×120=4.29×10 hh6?638設計使用壽命：L=24×360× 20=1.296×10 h 滿足要求6第五章 總 結歲月匆匆，很快大學四年時光就快過去了！這次畢業(yè)設計是大學四年最大、最正規(guī)的一個設計，也是大學四年最后一個設計！多少有點標志性意義，很高興自己和同伴們能全力去做完這個設計。這次設計的題目是室內數控云臺設計，云臺是一個比較現代化和電子化的東西，以前都沒有接觸過，剛開始的幾個星期雖然一直在拼命查找相關的資料，看了很多相關的書，但都摸不著頭緒，幸虧張健老師和林菁老師的悉心指導，我們的設計才得以進行下去。由于這是最后一次設計了，是對我們大學四年的學習的總結，所以我們在設計中充分考慮了各方面的因素，我覺得這對我們來說是最重要的，以前在做畢業(yè)設計的時候，都是只會畫圖，其余的加工、裝配等問題就沒有去考慮，現在就不同了，每做一步我們都盡量考慮各個步驟。該設備主要是對機要部門、商場、貨場、生產等部門的監(jiān)控，所以對其在實際情況中的應用性有很大要求，在設計當中，我們通過上網或者去圖書館等方式查閱了當前社會實際中運用的各種云臺的外型、參數、結構等，結合自己設計中的參數和要求設計出了自己的設計作品，而且在球罩的內部涂了一層特殊的材料，使外界看不到云臺內部的運作情況，而攝像機卻能正常的進行監(jiān)控，使該設備具有一定的隱蔽性。所以，從這方面來說，該設備已經基本達到了滿足社會需求的要求！控制方面對于我們來說是最難的，因為對于通信和程序方面，我們比較弱，為了完善自己的設計，大家都努力去看相關的書籍，把設計的內容都補了回來，使我們對這方面的課外內容多少了解了一點。在設計過程中，雖然其結構不是很大，但是設計內容相對來說比較多，要求組內各同學之間的配合要很融洽，而且進度要基本保持一致，在數據方面也要及時交流?？梢哉f，這個畢業(yè)設計能順利完成，是組內各位同學共同努力的結果。隨著最后一項任務的完成，我們的畢業(yè)設計也完成了，也就意味著我們校園生活最后一次作業(yè)也完成了，很感謝培養(yǎng)我們的老師們，沒有老師們的辛勤栽培，就不會有我們的今天！感謝所有老師，我們一定不辜負老師們的辛勤汗水，到工作崗位上努力工作，為我們的國家貢獻自己的力量！祝老師們一生平安！第六章 翻譯附錄一：英文文獻翻譯非圓齒輪與機械壓力機運動學優(yōu)化1997 年 1 月 8 日研制摘要：使用金屬成形方法來加工生產零件的質量很大取決于壓力桿。在機械壓力傳動時，有一種依賴于驅動旋轉角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動作時間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機床的使用原型原則，它就是目前運動學以及在原型產生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機械傳動機構的非圓齒輪。關鍵詞：壓力，齒輪，運動學。1. 簡介提高質量的要求在生產工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產經濟。日益增長的市場定位要求技術和經濟條件都得到滿足。提高質量、生產力、生產手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來維持和擴大的市場地位的關鍵所在。所生產的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過程和處理零件所需的時間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據