機械設(shè)計畢業(yè)論文一種新型航拍云臺設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　一種新型航拍云臺設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及自動化

2、</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p>&l

3、t;p>　　近年來，視頻監(jiān)控的掃了迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也越來越廣。為了擴大監(jiān)控范圍，改善監(jiān)控視野，可以借助于云臺，即把攝像機組裝在云臺上，通過云臺轉(zhuǎn)動帶動攝像機旋轉(zhuǎn)，同上級可以控制攝像機鏡頭的參數(shù)。云臺在監(jiān)控系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，他直接反映監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)。</p><p>　　本文在以下幾個方面進(jìn)行了研究：</p><p>　　1.云臺的應(yīng)用 ：云臺的介紹、云臺應(yīng)用于哪些方面、云

4、臺的發(fā)展的前景;</p><p>　　2.云臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過對云臺的了解，進(jìn)行云臺機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計、云臺的傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計;</p><p>　　3.云臺的材料選擇：通過對各種材料的介紹了解，然后進(jìn)行分析和對比，選擇出最適合制作云臺的材料。</p><p>　　關(guān)鍵詞：云臺，材料選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　Abstra

5、ct</b></p><p>　　In recent years，the development of video surveillance is rapid， the range of applications become widely. In order to expand the scope of monitoring and improve the monitooring of vision

6、，cloud platform can be used，which means to put a camera on a cloud platform and to control the cloud platform camera rotating. At the same time， the parameterts of the camera lens can be controlled.The cloud platform pla

7、y a key role in the monitoring system，it reflects the performance of monitoring systems.</p><p>　　This dissertation includes following aspects:</p><p>　　The application of cloud platform：cloud p

8、latform introduction，what cloud platform used，future development of cloud platform；</p><p>　　The structural design of cloud platform：through understanding of cloud platform，cloud platform design of mechanica

9、l structure and transmission of structure design；</p><p>　　Material selection of cloud platform：through the introduction of various materials to understand, and then make the analysis and comparison, select

10、the most suitable material for making cloud platform.</p><p>　　Keywords:cloud platform ,Material selection,Structural Design</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I<

11、;/b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 背景和意義1</p><p>　　1.2 文獻(xiàn)綜述2</p><p>　　1.2.1 國外綜述2</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)綜述3</p><p>　　第

12、二章 基礎(chǔ)理論5</p><p>　　2.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計5</p><p>　　2.1.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點5</p><p>　　2.1.2 機械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計方法5</p><p>　　2.1.3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求5</p><p>　　2.1.4 機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準(zhǔn)則6</p&

13、gt;<p>　　2.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計6</p><p>　　2.2.1 概述6</p><p>　　2.2.2 機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計7</p><p>　　2.2.3 傳動系統(tǒng)的運動和動力計算7</p><p>　　2.3 云臺的機動原理8</p><p>　　2.3.1 轉(zhuǎn)動原理8

14、</p><p>　　2.3.2 轉(zhuǎn)動角度9</p><p>　　2.3.3 控制原理9</p><p>　　第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.1 方案選擇10</p><p>　　3.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.2 材料選擇14</

15、p><p>　　3.2.1 材料對比14</p><p>　　3.2.2 對比選擇17</p><p>　　第四章 傳動系統(tǒng)設(shè)計20</p><p>　　4.1 方案選擇20</p><p>　　4.1.1 常見的機械傳動有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動20</p><p&g

16、t;　　第二節(jié) 材料選擇22</p><p>　　4.2.1 常用的齒輪材料22</p><p>　　第五章 定位系統(tǒng)設(shè)計25</p><p>　　5.1 相機定位25</p><p>　　5.1.1 相機的選擇25</p><p>　　5.2 相機定位25</p><p

17、><b>　　小結(jié)26</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】28</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 背景和意義</p><

18、;p>　　上世紀(jì)初，法國攝影家納塔赫從熱氣球上拍攝了世界上第一張從天空中俯瞰大地的照片。從此以后，航空拍攝技術(shù)得到了迅猛發(fā)展并被廣泛應(yīng)用到科研、生產(chǎn)乃至日常生活中。 </p><p>　　航拍，給了我們無邊的視野，給了我們闊大的胸襟，給了我們囊括萬物的魄力。航拍，讓我們領(lǐng)略到身心解放的滋味。航拍的魅力就在于它是以徹底解放的視角來面對事物，從而帶給人們異乎尋常的全新體驗。</p><p&g

19、t;　　航拍是展示大型活動、工程建設(shè)、城市變化以及地形測量的最佳方式。航拍涉及城區(qū)發(fā)展、房地產(chǎn)開發(fā)、土地規(guī)劃、大企業(yè)廠房、公共事業(yè)、科學(xué)考察、各政府部門、旅游、大型活動、娛樂場所、廣告制作、空中巡邏等 。也就是說無論是市區(qū)、水面、山區(qū)、林地、田野的低空現(xiàn)場，都可以實施任務(wù)，空中攝影將特別顯出其效用。</p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對航空攝影的需求也越來越大，航空攝影的前景是有目共睹的！航空攝影能以人們一般難

20、于到達(dá)到的高度俯視事物的全貌，給人以整體的形象描述，給人以宏觀的視野，成為實景展示中最有表現(xiàn)力的手段。具有宏觀性、形象性和感染性。</p><p>　　云臺是應(yīng)用航拍系統(tǒng)中不可缺少的配套設(shè)備之一，它與攝像機配套使用能達(dá)到擴大監(jiān)視的目的，提高了攝像機的使用價值。云臺是安裝、固定攝像機的支撐設(shè)備，它分為固定和電動云臺兩種。固定云臺適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺上安裝好攝像機后可調(diào)整攝像機的水平和俯仰的角度，達(dá)到

21、最好的工作姿態(tài)后只要鎖定調(diào)整機構(gòu)就可以了。電動云臺適用于對大范圍進(jìn)行掃描監(jiān)視，它可以擴大攝像機的監(jiān)視范圍。電動云臺高速姿態(tài)是由兩臺執(zhí)行電動機來實現(xiàn)，電動機接受來自控制器的信號精確地運行定位。在控制信號的作用下，云臺上的攝像機既可自動掃描監(jiān)視區(qū)域，也可在監(jiān)控中心值班人員的操縱下跟蹤監(jiān)視對象。云臺根據(jù)其回轉(zhuǎn)的特點可分為只能左右旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)云臺和既能左右旋轉(zhuǎn)又能上下旋轉(zhuǎn)的全方位云臺。一般來說，水平旋轉(zhuǎn)角度為0°～350°

22、，垂直旋轉(zhuǎn)角度為+90°。恒速云臺的水平旋轉(zhuǎn)速度一般在3°～10°/s，垂直速度為4°/s左右。變速云臺的水平旋轉(zhuǎn)速度一般在0°～32°/s，垂直旋轉(zhuǎn)速度在0°～16°/s左右。在一些高速攝像系統(tǒng)中，云臺的水平旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)480°/s以上，垂直旋轉(zhuǎn)速度在120°/s以上。其實云臺就是兩個交流電機組成的安裝平臺，可以</p>

23、<p>　　云臺按使用環(huán)境分為室內(nèi)型和室外型，主要區(qū)別是室外型密封性能好，防水、防塵，負(fù)載大。按安裝方式分為側(cè)裝和吊裝，就是把云臺是安裝在天花板上還是安裝在墻壁上。按外形分為普通型和球型，球型云臺是把云臺安置在一個半球形、球形防護(hù)罩中，除了防止灰塵干擾圖像外，還隱蔽、美觀、快速。按照可以運動功能分為水平云臺和全方位（全向）云臺。按照工作電壓分為交流定速云臺和直流高變速云臺。 按照承載重量分為輕載云臺、中載云臺和重載云臺。按照負(fù)

24、載安裝方式分為頂裝云臺和側(cè)裝云臺。根據(jù)使用環(huán)境分為通用型和特殊型。</p><p>　　云臺在功能上主要是控制攝像頭的轉(zhuǎn)向、景深、焦距等，某些高檔或特殊的云臺還會提供雨刷、照明等功能。 云臺在功能上是和攝像頭分離的，在結(jié)構(gòu)上既可以是分離的，也可以是一體的，球體式的云臺大多是一體式， 壁裝式的一般為分離式。但不管是何種構(gòu)造方式，在通訊方式上都是采用RS232或RS485方式。云臺的軟件控制部分無需修改即可投入使用，

25、硬件上也無須做特殊處理， 只需將通訊線路接入無線模塊即可。 RS232的接口方式下需要將云臺和控制端的GND、RXD、TXD和無線模塊的相應(yīng)接口相連接， RS485方式下則只需要將A、B和無線模塊的A、B連接即可。甚至可以一端使用485， 一端使用232也可以正常通訊。最后將無線模塊正確設(shè)置并接入電源，即可投入使用。 既可以適用于新系統(tǒng)的安裝，也可以適用于已使用系統(tǒng)的改裝和升級。</p><p><b>

26、;　　1.2 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　隨著集計算機、自動控制、通信等技術(shù)于一體的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，原先固定不動的攝像機由于只能監(jiān)視固定方向的圖像，而那些工作環(huán)境惡劣，監(jiān)控復(fù)雜的場合要求攝像機能夠隨時根據(jù)現(xiàn)場情況改變監(jiān)控方向，實現(xiàn)三維立體空間監(jiān)視，因此電動云臺發(fā)展起來。云臺是一種能夠承載攝像機進(jìn)行水平和垂直兩個方向旋轉(zhuǎn)，并能夠控制攝像機的焦距，變倍，光圈等參數(shù)的一種裝置。云臺里面除

27、機械傳動結(jié)構(gòu)外，還有電動機、繼電器以及相應(yīng)的控制電路，這個控制電路通常被稱為云臺控制器。在監(jiān)控系統(tǒng)中云臺的旋轉(zhuǎn)不能在現(xiàn)場手動調(diào)整，可以通過控制室內(nèi)的操作臺遠(yuǎn)程通訊控制其轉(zhuǎn)動，從而滿足全方位的監(jiān)視要求，通過云臺控制攝像機的焦距，變倍，光圈等參數(shù)，以使得監(jiān)控視野更清晰。</p><p>　　1.2.1 國外綜述</p><p>　　下面介紹幾個國外的云臺：</p><p&g

28、t;　　1.Tazor-3X云臺有雙葉6聲道2.4千兆赫發(fā)射器/接收器。陀螺能夠平移，傾斜和滾動。陀螺儀由雙葉穩(wěn)定，發(fā)射機經(jīng)過設(shè)置就能投入使用。 </p><p>　　圖1.1 Tazor-3X云臺</p><p>　　2.copteworks云臺由單軸陀螺、三軸分別控制，沒有具體的型號，經(jīng)過實地了解出來效果很是不錯，但是鏡頭控制范圍沒有網(wǎng)上的大，只有roll軸鏡頭控制范圍大，只是小角度

29、傾斜大概60°左右的樣子。價格：國內(nèi)代理3萬多（不帶光電控制控制設(shè)備）、配置完全4萬多（帶控制器+各電子元器件）；國外購買2750D。</p><p>　　圖1.2 copteworks云臺</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)綜述</p><p>　　下面介紹幾個國內(nèi)的云臺：</p><p>　　1.SS3-01遙控云臺。該云臺采

30、用高速大扭矩伺服機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)部分，通過專用遙控設(shè)備可使云臺可完成水平旋轉(zhuǎn)320度，垂直旋轉(zhuǎn)180度，橫側(cè)30度。并通過配套的微波傳送設(shè)備將取景圖像傳至地面。它可搭載市售攝照設(shè)備。 </p><p>　　圖1.3 SS3-01遙控云臺</p><p>　　2.陀螺增穩(wěn)云臺由鋁合金材質(zhì)制成，360度旋轉(zhuǎn)軸+720度俯仰軸+60度橫滾軸。有4個液壓桿和4個O圈共同為云臺減震。雖是自制云臺但實際拍攝

31、時能很好的修正飛機側(cè)傾角度，保證畫面水平線的正確。</p><p>　　圖1.4 陀螺增穩(wěn)云臺</p><p>　　3.LZC-2000V型航拍云臺，LZC-2000V型航拍云臺由兩個陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)和一個磁羅盤組成的三軸穩(wěn)定云臺。應(yīng)用于飛艇或大型無人機為載體的對地正投射視頻航拍，圖像實時傳輸并始終指北，應(yīng)用于測繪和監(jiān)控。系統(tǒng)基于先進(jìn)的ARM-7TDMI平臺，針對任務(wù)而開發(fā)的實時操作系統(tǒng)。成本

32、低、性能穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。</p><p>　　圖1.5 LZC-2000V型航拍云臺</p><p><b>　　第二章 基礎(chǔ)理論 </b></p><p>　　2.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.1.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點</p><p>　　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點有：（1）它

33、是集思考、繪圖、計算（有時進(jìn)行必要的實驗）于一體的設(shè)計過程，是機械設(shè)計中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個機械設(shè)計過程中，平均約80%的時間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計，對機械設(shè)計的成敗起著舉足輕重的作用。（2）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的多解性，即滿足同一設(shè)計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。（3）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計階段是一個很活躍的設(shè)計環(huán)節(jié)，常常需反復(fù)交叉的進(jìn)行。為此，在進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須了解從機器的整體出發(fā)對機械結(jié)構(gòu)的基本要求。</p&g

34、t;<p>　　2.1.2 機械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計方法</p><p>　　（1） 結(jié)構(gòu)件的幾何要素</p><p>　　機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關(guān)系實現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面。零件的

35、功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接</p><p>　　在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中除了研究零件本身的功能和其它特征外，還必須

36、研究零件之間的相互關(guān)系。</p><p>　　零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運動相關(guān)兩類。位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運動相關(guān)是指一零件的運動軌跡與另一零件有關(guān)，如車床刀架的運動軌跡必須平行于于主軸的中心線

37、，這是靠床身導(dǎo)軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導(dǎo)軌之間位置相關(guān)；而刀架與主軸之間為運動相關(guān)。</p><p>　　2.1.3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求</p><p>　　機械產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和要求也是千差萬別，但都有相同的共性部分。下面就機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的三個不同層次來說明對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。</p><p>　?。?） 功能設(shè)計滿足主要機械功能

38、要求，在技術(shù)上的具體化。如工作原理的實現(xiàn)、工作的可靠性、工藝、材料和裝配等方面。</p><p>　?。?） 質(zhì)量設(shè)計兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能價格比，它是現(xiàn)代工程設(shè)計的特征。具體為操作、美觀、成本、安全、環(huán)保等眾多其它要求和限制。在現(xiàn)代設(shè)計中，質(zhì)量設(shè)計相當(dāng)重要，往往決定產(chǎn)品的競爭力。那種只滿足主要技術(shù)功能要求的機械設(shè)計時代已經(jīng)過去，統(tǒng)籌兼顧各種要求，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，是現(xiàn)代機械設(shè)計的關(guān)鍵所在。與考慮

39、工作原理相比，兼顧各種要求似乎只是設(shè)計細(xì)節(jié)上的問題，然而細(xì)節(jié)的總和是質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量問題不僅是工藝和材料的問題，提高質(zhì)量應(yīng)始于設(shè)計。</p><p>　?。?）優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計用結(jié)構(gòu)設(shè)計變元等方法系統(tǒng)地構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計空間，用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法和其它科學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)選和創(chuàng)新。對產(chǎn)品質(zhì)量的提高永無止境，市場的競爭日趨激烈，需求向個性化方向發(fā)展。因此，優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計在現(xiàn)代機械設(shè)計中的作用越來越重要，它們將是未來技術(shù)產(chǎn)品

40、開發(fā)的競爭焦點。</p><p>　　2.1.4 機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準(zhǔn)則</p><p>　　機械設(shè)計的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品。所以，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和壽命。因此，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作

41、。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機器達(dá)不到設(shè)計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則。</p><p>　　1.實現(xiàn)預(yù)期功能的設(shè)計準(zhǔn)則</p><p>　　2.滿足強度要求的設(shè)計準(zhǔn)則</p><p>　　3.滿足剛度結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則</p><p>　　4.考慮加工工藝的

42、設(shè)計準(zhǔn)則</p><p>　　5.考慮裝配的設(shè)計準(zhǔn)則</p><p>　　6.考慮造型設(shè)計的準(zhǔn)則</p><p>　　2.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　2.2.1 概述</b></p><p>　　機器組成:原動機、傳動系統(tǒng)和工作機。原動機:完成工作任務(wù)的動力來源，最常用的是電動

43、機。工作機:直接完成生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行裝置，可以通過選擇合適的機構(gòu)或其組合來實現(xiàn)。傳動系統(tǒng):把原動機的運動和動力轉(zhuǎn)化為符合執(zhí)行機構(gòu)需要的中間傳動裝置原動機的運動和動力與工作機所要求的差距，主要表現(xiàn)在：</p><p>　?。?）工作機所需的速度、轉(zhuǎn)矩與原動機提供的不一致；</p><p>　?。?）原動機的輸出軸通常只作勻速單方向回轉(zhuǎn)運動，而工作機所要求的運動形式往往是多種多樣的;</p

44、><p>　?。?）很多工作機在工作中需要變速，如果采用調(diào)整原動機速度的方法來實現(xiàn)往往很不經(jīng)濟，甚至難以實現(xiàn)；</p><p>　?。?）某些情況下，需要一個原動機帶動若干個裝置并輸出不同的運動形式和速度。</p><p>　　2.2.2 機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 </p><p>　　(1) 傳動路線的選擇</p><p>

45、;　　根據(jù)能量從原動機到工作機之間的傳遞型式不同，傳動路線可分為單流傳動、分流傳動和匯流傳動三種基本形式。 </p><p>　　(2) 傳動機構(gòu)類型的選擇</p><p><b>　　選擇的基本原則：</b></p><p>　　1.小功率宜選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動，以降低制造費用；</p><p>

46、　　2.大功率宜優(yōu)先選用傳動效率高的傳動，以節(jié)約能源、降低生產(chǎn)費用；</p><p>　　3.速度低、傳動比大時，可選用單級蝸桿傳動、多級齒輪傳動、帶—齒輪傳動、帶—齒輪—鏈傳動等多種方案，需要綜合分析比較，選出合適的傳動方案；</p><p>　　4.工作中可能出現(xiàn)過載的設(shè)備，宜在傳動系統(tǒng)中設(shè)置一級摩擦傳動 ，以便起到過載保護(hù)作用。但摩擦有靜電發(fā)生，在易燃、易爆的場合，不能采用摩擦傳動；

47、</p><p>　　5. 工作環(huán)境惡劣、粉塵較多時，應(yīng)盡量采用閉式傳動，以延長使用壽命， 或采用鏈傳動；</p><p>　　6. 生產(chǎn)批量較大時，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的傳動裝置（如各種標(biāo)準(zhǔn)減速器），以降低成本，縮短制造周期；</p><p>　　7. 載荷經(jīng)常變化、頻繁換向的傳動，宜在傳動系統(tǒng)中設(shè)置一級具有緩沖、 吸振功能的傳動（如帶傳動）；</p>&

48、lt;p>　　8. 傳動的噪聲要求嚴(yán)格控制時，應(yīng)優(yōu)先選用帶傳動、蝸桿傳動、摩擦傳動或螺旋傳動。如需要采用其他傳動機構(gòu)，應(yīng)從制造和裝配精度、結(jié)構(gòu)等方 面采取措施，力求降低噪聲。</p><p>　　傳動機構(gòu)的布置順序選擇,合理布置各機構(gòu)的順序考慮以下幾方面：</p><p>　?。?） 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減小振動</p><p>　?。?） 提高傳動系統(tǒng)的效率&l

49、t;/p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于加工制造</p><p>　?。?） 承載能力大，使用壽命長 </p><p>　?。?） 有利于傳動系統(tǒng)潤滑和密封 </p><p>　?。?） 無級變速的布置要合理</p><p>　　2.2.3 傳動系統(tǒng)的運動和動力計算</p><p>

50、;　　傳動方案的運動參數(shù)計算</p><p><b>　　（1） 傳動比分配</b></p><p>　　串聯(lián)傳動系統(tǒng)的總傳動比</p><p>　　式中 nd——原動機輸出軸轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　nw ——工作機輸入軸轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　i1、i2、…

51、in 、——傳動系統(tǒng)中的各級裝置的傳動比。</p><p><b>　　應(yīng)考慮以下原則</b></p><p>　　一、各級傳動比應(yīng)在合理的范圍內(nèi)選?。?lt;/p><p>　　二、應(yīng)使各級傳動零件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，不會產(chǎn)生干涉碰撞；</p><p>　　三、盡量減小外廓尺寸和整體重量。由同類傳動機構(gòu)組成的傳動系統(tǒng)（如

52、多級齒輪傳動），分配傳動比時，若為減速傳動，一般應(yīng)按傳動比逐級減小的原則分配；反之，若為增速傳動，應(yīng)按逐級增大分配；</p><p>　　四、設(shè)計減速器時，應(yīng)盡量使各級大齒輪直徑接近相等，浸油深度大致相同（低速級大齒輪浸油稍深），以確保潤滑良好。</p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)速和線速度計算</p><p>　　——主動軸轉(zhuǎn)速，r/min。</p>&

53、lt;p>　　在選擇潤滑方式和齒輪精度選取時，需要計算傳動零件的線速度，其計算公式為</p><p>　　——傳動零件計算直徑，mm； </p><p>　　——傳動零件轉(zhuǎn)速，r/min。</p><p>　?。?） 傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)計算</p><p>　　1. 傳動系統(tǒng)的總效率計算 </p><p>　　常

54、用的單流傳動系統(tǒng)的總效率為各環(huán)節(jié)效率的乘積，即 </p><p>　　——各傳動機構(gòu)、聯(lián)軸器、每對軸承、齒輪副等的傳動效率 。</p><p>　　2.3 云臺的機動原理</p><p>　　2.3.1 轉(zhuǎn)動原理</p><p>　　云臺內(nèi)裝兩個電動機。這兩個電動機一個負(fù)責(zé)水平方向的轉(zhuǎn)動，另一個負(fù)責(zé)垂直方向的轉(zhuǎn)動。水平轉(zhuǎn)動的角度一般為350

55、度。垂直轉(zhuǎn)動則有45度、35度、75度等等。水平及垂直轉(zhuǎn)動的角度大小可通過限位開關(guān)進(jìn)行調(diào)整。其工作電壓的不同也決定了該云臺的整體工作電壓，一般有交流 24V、交流220V及直流24V。當(dāng)接到上、下動作電壓時，垂直電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱帶動垂直傳動輪盤轉(zhuǎn)動；當(dāng)接到左、右動作電壓時，水平電機轉(zhuǎn)動并經(jīng)減速箱帶動云臺底部的水平齒輪盤轉(zhuǎn)動。需要說明的是云臺都有水平、垂直的限位栓，云臺分別由兩個微動開關(guān)實現(xiàn)限位功能。當(dāng)轉(zhuǎn)動角度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的限位栓時，微

56、動開關(guān)動作切斷電源，云臺停止轉(zhuǎn)動。限位裝置可以位于云臺外部，調(diào)整過程簡單，也可以位于云臺內(nèi)部，通過外設(shè)的調(diào)整機構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過程相對復(fù)雜。但外置限位裝置的云臺密封性不如內(nèi)置限位裝置的云臺。</p><p>　　2.3.2 轉(zhuǎn)動角度</p><p>　　云臺的轉(zhuǎn)動角度尤其是垂直轉(zhuǎn)動角度與負(fù)載（防護(hù)罩/攝像機/鏡頭總成）安裝方式有很大關(guān)系。云臺的水平轉(zhuǎn)動角度一般都能達(dá)到355°，因

57、為限位栓會占用一定的角度，但會出現(xiàn)少許的監(jiān)控死角。當(dāng)前的云臺都改進(jìn)了限位裝置使其可以達(dá)到360°甚至365°（有5°的覆蓋角度），以消除監(jiān)控死角。用戶使用時可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行限位設(shè)置。例如安裝在墻壁上的壁裝式，即使云臺具有360°的轉(zhuǎn)動角度，實際上只需要監(jiān)視云臺正面的180°角度，即使轉(zhuǎn)動到后面方向的180°也只能看到安裝面（墻壁），沒有實際監(jiān)控意義。因此壁裝式只需要監(jiān)

58、視水平180°的范圍，角裝式只需監(jiān)視270°的范圍。這樣避免云臺過多地轉(zhuǎn)動到無需監(jiān)控的位置，也提供了云臺的使用效率。頂裝式云臺的垂直轉(zhuǎn)動角度一般為+30°至-90°，側(cè)裝的垂直轉(zhuǎn)動角度可以達(dá)到±180°，不過正常使用時垂直轉(zhuǎn)動角度在+20°至-90°即可載重量。</p><p>　　2.3.3 控制原理</p><

59、p>　　一般的云臺均屬于有線控制的電動云臺?？刂凭€的輸入端有五個，其中一個為電源的公共端，另外四個分為上、下、左、右控制端。如果將電源的一端接在公共端上，電源的另一端接在“上”時，則云臺帶動攝像機頭向上轉(zhuǎn)，其余類推。 　　還有的云臺內(nèi)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(zhuǎn)動端。當(dāng)電源的一端接在公共端，電源另一端接在“自動”端，云臺將帶攝像機頭按一定的轉(zhuǎn)動

60、速度進(jìn)行上、下、左、右的自動轉(zhuǎn)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</p><p>　　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(nèi)用小型云臺，可在其內(nèi)部安裝電池，并用紅外遙控器進(jìn)行遙控。目前大多數(shù)云臺仍采用有線搖控方式。云臺的安裝位置距控制中心較近，且數(shù)量不多時，一般從控制臺直接輸出控制信號進(jìn)行控制。而當(dāng)云臺的安裝位置距離控制中心較遠(yuǎn)且數(shù)量較多

61、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器解出控制信號再去控制云臺的轉(zhuǎn)動。云臺的鍵盤控制器通過計算機串口發(fā)出數(shù)據(jù)信息，通過碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成485信號，通過解碼器解碼成機械的上下左右運動、以及鏡頭的變焦，雨刷的開關(guān)。</p><p>　　第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1 方案選擇</p><p>　　云臺既要操作方便、又要承重性能高，由

62、于重量和空間有限制，所以重量越輕，體積越小越好。三維云臺通過三個不同方向的鎖扣來確定相機的方向，優(yōu)點是承重性能好，即能夠以較輕的云臺固定相對較重的相機和鏡頭，而且能夠比較精確地調(diào)整角度；缺點是操作上比較慢，不能一步到位。與三維云臺相反，球型云臺操作非常方便、快捷，任意確定好一個角度，只要一個鎖緊操作，就可以固定相機；缺點是它的承重能力比三維云臺弱得多，而且在構(gòu)圖微調(diào)方面也不比三維云臺。此外，球型云臺活動的球體部分很容易磨損或跑進(jìn)灰塵，對

63、于沒有時間或不善于保養(yǎng)腳架的人來說，三維云臺更實用一些。 球體同樣表面積的情況下，體積最小，因此球形結(jié)構(gòu)最省空間，本設(shè)計采用球型云臺。</p><p>　　3.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　功能要求，可以俯仰、偏航和內(nèi)外圈旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　u型板，兩片，鋁合金，需加工</p><p><b>　　圖3.1 U型板

64、</b></p><p>　　u型板的連接件，用以連接緊固兩塊板，連接件由軸和緊固螺釘組成。</p><p>　　圖3.2 U型板軸承座</p><p>　　3.外圈板，兩片，鋁合金。加工圓形，未考慮減重孔，最后加上，上面一些附件為齒輪軸和牛眼軸承</p><p>　　外圈板連接件，軸和緊固螺釘。</p><p

65、><b>　　5.內(nèi)圈。</b></p><p><b>　　圖3.3 內(nèi)圈</b></p><p>　　6.內(nèi)圈連接件。同2</p><p>　　7.內(nèi)圈齒輪。內(nèi)圈齒輪為一個直徑略大于內(nèi)圈的大齒輪，用以完成內(nèi)外圈的相對轉(zhuǎn)動。之后齒輪夾在兩個內(nèi)圈之間。</p><p><b>　　圖

66、3.4 內(nèi)圈齒輪</b></p><p>　　8.內(nèi)外圈相對運動和固定件。</p><p>　　內(nèi)外圈的相對運動由牛眼軸承配合，同時四個軸齒輪也和大齒輪配合。預(yù)留舵機安裝位置。</p><p>　　9.機頭和u型架連接 </p><p>　　同樣也是板結(jié)構(gòu)，由連接件緊固。</p><p>　　圖3.8 機頭

67、連接1 </p><p>　　10．舵機及舵機安裝片</p><p>　　圖3.10 舵機1 圖3.11 舵機2</p><p>　　圖3.12 舵機安裝片 圖3.13 舵機安裝</p><p><b>　　11.軸系

68、</b></p><p>　　軸系包括偏航軸系、俯仰軸系和相對轉(zhuǎn)對軸系，驅(qū)動各自的轉(zhuǎn)動。原理大概相同，換成皮帶或其他傳動也可以較為方便。</p><p><b>　　12.軸系組件</b></p><p><b>　　軸承：</b></p><p><b>　　圖3.14軸系&

69、lt;/b></p><p><b>　　牛眼軸承：</b></p><p>　　圖3.15 牛眼軸承</p><p><b>　　內(nèi)圈固定軸：</b></p><p>　　除了固定外圈的板外還和內(nèi)圈配合大齒輪轉(zhuǎn)動</p><p>　　圖3.16 外圈旋轉(zhuǎn)軸1

70、 圖3.17 外圈旋轉(zhuǎn)軸2</p><p>　　圖3.18 齒輪軸 </p><p>　　圖3.19 小齒輪旋轉(zhuǎn)軸 </p><p><b>　　驅(qū)動主軸：</b></p><p>　　俯仰和轉(zhuǎn)動軸，要承一定的載荷、其上安裝軸承和鍵之類的東西。</p><p><b>

71、;　　連接主軸：</b></p><p>　　連接機頭，承擔(dān)平臺所有載荷、其上安裝軸承和鍵之類的驅(qū)動件。</p><p><b>　　3.2 材料選擇</b></p><p>　　3.2.1 材料對比</p><p>　　為了節(jié)省重量，所以對云臺結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行優(yōu)化選擇。常見的材料有45#、40Cr、35#

72、、Q235A、鋁合金、工程塑料、鈦合金等輕合金。下面是各種材料的屬性介紹：</p><p>　?。?）45# 屬鋼材中的一種材質(zhì)。屬優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。大量的模具生產(chǎn)公司會用到，做模具鋼使用。45，指此種材質(zhì)中碳的含量，大概在0.45%左右。此種材質(zhì)，相對于其他的優(yōu)碳鋼，也較普遍。45鋼:平均含碳量為0.42-0.50%,平均含硅量為0.17-0.37%,平均含錳量為0.50-0.80%,平均含硫量<=0.03

73、5%,平均含磷量<=0.035%,平均含鉻量<=0.25%,平均含鎳量<=0.25%，45鋼 含碳0.45%左右，推薦熱處理溫度 ：正火：850 ，淬火：840 ，回火：600 ，抗拉強度：不小于600Mpa ，屈服強度：不小于355Mpa ，伸長率：16% ，收縮率：40% ，沖擊功：39J 。應(yīng)用舉例：用于制造齒輪、齒條、鏈輪、軸、鍵、銷、蒸汽透平機的葉輪、壓縮機泵的零件。</p><p>

74、　?。?）40Cr是我國我國GB的標(biāo)準(zhǔn)鋼號，40Cr鋼是機械制造業(yè)使用最廣泛的鋼之一。調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。鋼的淬透性良好，水淬時可淬透到Ф28～60mm,油淬時可淬透到Ф15～40mm。這種鋼除調(diào)質(zhì)處理外還適于氰化和高頻淬火處理。切削性能較好，當(dāng)硬度為HB174～229時，相對切削加工性為60%。該鋼適于制作中型塑料模具。特性：中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽?/p>

75、理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進(jìn)組織球化，改進(jìn)硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550~570℃進(jìn)行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。用途：這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等；經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵

76、轉(zhuǎn)子、滑塊、套環(huán)等；經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造承受重負(fù)荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實體厚度在25mm以下的零件，如蝸桿、主</p><p>　?。?）35號鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有良好的塑性和適當(dāng)?shù)膹姸?，工藝性能較好，焊接性能尚可，大多在正火狀態(tài)和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。 35號鋼廣泛用于制造各種鍛件和熱壓件、冷拉和頂鍛鋼材，無縫鋼管、機械制造中的零件，如曲軸、轉(zhuǎn)軸、軸銷、杠桿、連桿、橫梁、套筒、輪圈、墊圈以及螺釘、螺母等。

77、抗拉強度σb(MPa)：≥530，屈服強度σs (MPa)：≥315，伸長率δ(％)：≥20，斷面收縮率ψ(％)：≥45，沖擊功Akv (J)：≥55，沖擊韌性值αkv (J/cm2)：≥69，硬度：未熱處理≤197HB，試樣尺寸：試樣尺寸為25mm。</p><p>　?。?）Q235A韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性。Q235A一般在熱軋狀態(tài)下使用，用其軋制的型鋼、鋼筋、鋼板、鋼管

78、可用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)件、橋梁及一般不重要的機器零件，如螺栓、拉桿、鉚釘、套環(huán)和連桿等。抗拉強度 σb (MPa)：375～460 。</p><p>　　（5）鋁合金是以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對鋁

79、合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點之一。</p><p>　　純鋁的密度小(ρ=2.7g/cm3），大約是鐵的 1/3，熔點低（660℃），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性（δ:32～40%，ψ:70～90%），易于加工，可制成各種型材、板材。抗腐蝕性能好；但是

80、純鋁的強度很低，退火狀態(tài) σb 值約為8kgf/mm2，故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點的同時還能具有較高的強度，σb 值分別可達(dá) 24～60kgf/mm2。這樣使得其“比強度”（強度與比重的比值σb/ρ）勝過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面，飛機的機身

81、、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。鋁合金分兩大類：鑄造鋁合金，在鑄態(tài)下使用；變形鋁合金，能承受壓力加工?？杉庸こ筛鞣N形態(tài)、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空</p><p>　?。?）鈦是一種新型金屬，鈦的性能與所

82、含碳、氮、氫、氧等雜質(zhì)含量有關(guān)，最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過0.1％，但其強度低、塑性高。99.5％工業(yè)純鈦的性能為：密度ρ=4.5g/cm3，熔點為172 5℃，導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(m.K)，抗拉強度σb=539MPa，伸長率δ=25％，斷面收縮率ψ=25％，彈性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60％，純鈦的強度才接近普通鋼的強度，一些高強度鈦合金超過了

83、許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，見表7-1，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機的發(fā)動機構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450～500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃～500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強度，而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃，鋁合金則在200℃以下。鈦

84、合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強；</p><p>　　鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8％的增長速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬余

85、噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）。鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。中國于19

86、56年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比強度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機上用作后</p><p>　?。?）工程塑料英文名為：engineering-plastics，工程塑料是指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強度、耐沖擊性、

87、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃ 以上，主要運用在工業(yè)上”。工程塑料具有高強度、高機械模數(shù)、低潛變性、強耐磨損及耐疲勞性，耐化學(xué)藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。工程塑料是指一類可以作為結(jié)構(gòu)材料，在較寬的溫度范圍內(nèi)承受機械應(yīng)力，在較為苛刻的化學(xué)物理環(huán)境中使用的高性能的高分子材料。一般指能承受一定的外力作用，并有良好的機械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫

88、下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程結(jié)構(gòu)件的塑料。</p><p>　　3.2.2 對比選擇</p><p>　　一般用“強度”和“剛性”都表示機械的結(jié)實程度。但兩者是不同的概念。所謂強度指機械或材料到被破壞為止所能承受的應(yīng)力。機械和材料基本上是強度越高越理想。即使機械、材料發(fā)生變形、只要它不壞、即強度高。而剛性則指機械或材料在受到外力作用時所發(fā)生的變形的量。高剛性指變形量小。如果說強度是

89、外力對破壞的關(guān)系的話、那么剛性就是外力與變形的關(guān)系。 云臺一般對剛性的要求大于對強度。幾乎所有的云臺在強度指標(biāo)上都是綽綽有余。那么高剛性的云臺有什么效果呢? 剛性高表示相機鏡頭等重量與云臺變形之間的關(guān)系不緊密亦即變形小。變形小的效用首先是減少機振、另外就是減少相機的構(gòu)圖偏移（俗稱鞠躬或點頭)。相反、剛性低的云臺會怎樣呢？相信很多人都有過體驗。最典型的是、將云臺各部位鎖緊后、把支撐相機或鏡頭的手松開時、固定好的構(gòu)圖會往

90、鏡頭的重力方向偏移。偏移量在縱位置尤為明顯。這種現(xiàn)象的原因在于（云臺、腳架等）的剛性不足。這種現(xiàn)象往往被誤認(rèn)為是鎖緊力不夠。如果真是鎖緊力不足的話、那么不應(yīng)該是相機構(gòu)圖偏移、而應(yīng)該是相機一直在動、停不住。很多場合、剛性是由于云臺的設(shè)計決定的。不是云臺的某一處剛性低、而是各部位微小變</p><p>　　材料 比重 縱彈性系數(shù)（kgf/mm2）</p><p>　　鋼 7.8 2692

91、鈦 4.5 2317鋁 2.7 2611鎂 1.7 2688 從單位比重來看、各種材料的縱彈性系數(shù)基本上沒有差別。也就是說同一形狀的東西、材料與剛性的比例為一固定值。比如、用鋁合金設(shè)計了一個300g的云臺。同時用鎂合金設(shè)計一個形狀大小一摸一樣的云臺、但重量只有189g。那么這個鎂合金云臺重量為鋁合金云臺的65％左右、同時它的剛性也只有鋁合金云臺的65%左右。就是說重量減少了、同時剛性也降低了。

92、 機械的剛性中有一個叫“moment of inertia of area（斷面二次力矩）”的概念。說通俗點就是決定剛性的形狀特征。</p><p>　　設(shè)計高剛性的云臺的基本點在于以下3點：</p><p>　　1、 采用高縱彈性系數(shù)的材料。2、 使”斷面二次力矩”達(dá)到最大的形狀。3、 選擇比重小的材料、同時在設(shè)計上消除與2無關(guān)的部分使之輕量化。 本著以上設(shè)計原則，我采用了

93、縱彈性系數(shù)和比重之間比較平衡的鋁合金材料、同時采用了使斷面二次運動極大化的形狀設(shè)計、并對無關(guān)斷面二次力矩的部分進(jìn)行徹底減肥、使重量和剛性達(dá)到了高度平衡。 那么使用鈦作云臺是否更好。我的理解是這樣的。鋁的比重為2.71，鈦為4.5。論強度、鈦比鋁強約6倍。理論上用鈦合金制作云臺在強度上可以作得很小。但我要說的是、實際上所有云臺在強度上都是過剩的。以強度指標(biāo)判斷云臺的好壞沒有任何意義。云臺的好壞由剛性決定。比如、汽車的前板的材料由

94、鋼板改為鋁合金板會怎樣？參照以上的資料可以知道、各種金屬單位比重的剛性基本一樣、重量與剛性是一個背反的命題。與鋼板同樣厚度的鋁合金板顯然是剛性不足的，所以必須增加厚度。其結(jié)果是增加鋁合金的使用量。另一個問題是加工難度和成本，鈦合金很難加工、成本為鋁合金的10倍以上。球臺的高度基本上是固定的，那么維持原有的剛性就意味著必須增加“斷面二次力矩”、也就是必須增加厚度，結(jié)果是意義不大。所</p><p>　　綜上所述，所

95、以本設(shè)計選擇用鋁合金作為云臺的制作材料。</p><p>　　第四章 傳動系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　4.1 方案選擇</b></p><p>　　4.1.1 常見的機械傳動有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動</p><p>　　下面介紹各種傳動的優(yōu)缺點：</p><p>　　

96、帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。</p><p>　　（1）帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點，在近代機械傳動中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動比不準(zhǔn)確（滑動率在2%以下

97、）；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸送物料、進(jìn)行零件的整列等。</p><p>　　根據(jù)用途不同，有一般工業(yè)用傳動帶、汽車用傳動帶、農(nóng)業(yè)機械用傳動帶和家用電器用傳動帶。摩擦型傳動帶根據(jù)其截面形狀的不同又分平帶、V帶和特殊帶（多楔帶、圓帶）等。 傳動帶的種類通常是根據(jù)工作機的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。若有多種傳動帶滿足傳

98、動需要時，則可根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)的緊湊性、生產(chǎn)成本和運轉(zhuǎn)費用，以及市場的供應(yīng)等因素，綜合選定最優(yōu)方案。</p><p>　　優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用維護(hù)方便、 有良好的撓性和彈性、過載打滑。缺點：傳動比不準(zhǔn)確、帶壽命低、軸上載荷較大、傳動裝置外部尺寸大、效率低。因此，帶傳動常適用于大中心距、中小功率、帶速v =5～25m/s，i≤7的情況。</p><p>　?。?）鏈傳動是通過鏈

99、條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。 鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力?。荒茉诟邷?、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動的缺點主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速

100、反向的傳動中。</p><p>　　鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準(zhǔn)確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用。 　　</p><p>　　齒形鏈由許多沖壓而成

101、的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應(yīng)有導(dǎo)</p><p>　　向板(分為內(nèi)導(dǎo)式和外導(dǎo)式)。齒形鏈板的兩側(cè)是直邊，工作時鏈板側(cè)邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。與滾子鏈相比，齒形鏈運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、也較重，所以它的應(yīng)用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達(dá)40m/s)或運動精度要求較高的傳動。<

102、;/p><p>　　特點與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低；中心距較大時其傳動結(jié)構(gòu)簡單。瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，因此傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲。鏈傳動平均傳動比準(zhǔn)確,傳動效率高，軸間距離適應(yīng)范圍較大，能在溫度較高、

103、濕度較大的環(huán)境中使用；但鏈傳動一般只能用作平行軸間傳動，且其瞬時傳動比波動，傳動噪聲較大。 由于鏈節(jié)是剛性的，因而存在多邊形效應(yīng)（即運動不均勻性），這種運動特性使鏈傳動的瞬時傳動比變化并引起附加動載荷和振動，在選用鏈傳動參數(shù)時須加以考慮。鏈傳動廣泛用于交通運輸、農(nóng)業(yè)、輕工、礦山、石油化工和機床工業(yè)等。 </p><p>　?。?）齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平

104、行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點。齒輪傳動是指用主、從動輪輪齒直接、傳遞運動和動力的裝置。在所有的機械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠(yuǎn)的兩軸之間的運動和動力。齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪

105、需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。齒輪傳動有良好的工作條件，是應(yīng)用最廣泛的齒輪傳動。齒輪傳動可按其軸線的相對位置分類。齒輪傳動按齒輪的外形可分為圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、非圓齒輪傳動、齒條傳動和蝸桿傳動。按輪齒的齒廓曲線可分為漸開線齒輪傳動、擺線齒輪傳動和圓弧齒輪傳動等。由兩個以上的齒輪組成的傳動稱為輪系。根據(jù)輪系中是否有軸線運動的齒輪可將齒輪傳動分為普通齒輪傳動和行星齒輪傳動，輪系中有軸線運動的齒輪就稱為行星齒輪。齒輪傳動按其工作

106、條件又可分為閉式、開式和半開式</p><p>　?。?）蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動用于在交錯軸間傳遞運動和動力。蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)

107、一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個齒。 </p><p><b>　　蝸桿傳動特點：</b></p><p>　　傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿頭數(shù)用Z1表示（一般Z1=1~4），蝸輪齒數(shù)用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，當(dāng)Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉(zhuǎn)Z2轉(zhuǎn)蝸輪才轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，因而可得到很大傳動比，一般在動力傳動中，取傳動比I=10-80；在分度機構(gòu)中，I可達(dá)1000。這樣大的

108、傳動比如用齒輪傳動，則需要采取多級傳動才行，所以蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕。</p><p>　　2. 傳動平穩(wěn)，無噪音。因為蝸桿齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進(jìn)入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音小。</p><p>　　3. 具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。 </p>&

109、lt;p>　　4. 蝸桿傳動效率低，一般認(rèn)為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。</p><p>　　5. 發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高。</p><p>　　蝸桿傳動常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當(dāng)要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取Z1＝2～4。此外，由于當(dāng)γ1較小時傳動具有自鎖