機械-仿真式多自由度云臺結構設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 3a + h 3f =+1=2. 25mm 齒距： p= m? =? mm 齒厚： s= m? /2=0. 5? mm 齒槽寬： e= m? /2=0. 5? mm 頂隙： c= c? m= 1=0. 25mm 標準中心距： a=m(z3 + z4)/2=1 (20+75)/2= （ h?a ：齒頂高系數， c? ：頂隙系數，其數值分別為： h?a =1， c? =） 第三節 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： ca? =Mca /W= 22 TM ? /W≤ [ 1?? ] （其中 W 為抗彎截面系數， [ 1?? ]為許用彎曲應力） W = 3d? /32= ?? 103 10 9? /32= 10 6? m3 所選攝像質量為 m=540g，考慮其附加器件的質量，設總量為 m總 =700g 即 F= m總 g= 10=7N 在 B 處的彎矩 M 為： M=FL=7 = 所選電機的轉矩 T1 = ，折算到 X 軸上， T= T1 i = 3= 因此 ca? = 22 TM ? /W= 22 ?? / 106? = 查表可得 45 號鋼的彎曲許用應力為 [ 1?? ]=100 M Pa 很明顯 ca? =≤ [ 1?? ]=100 M Pa，滿足強度要求 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 AN/?? ≤ [ b? ] （其中 ? 為正應力； N 為軸向力； A 為軸的橫截面積） 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 [ b? ]=598 M Pa 因此 598≥ 30/A 得有效面積為 A≥ 30/598= 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=? （ D2 d2 ） /4= (162 102 )/4= ≥ ， 顯然滿足要求 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 的器件，所以 N=mg= 10=25N 有效面積 A≥ 25/598= mm2 ，從整體結構考慮，下軸軸徑最小處為 10mm，內留一個 ? 8mm 的孔，則有效面積為 S=? （ D2 d2 ） /4=（ 102 82 ） /4= ,滿足要求 對于扭矩作用，其強度條件為： max? = maxT / tW ≤ [? ] （ maxT 為軸承受的最大轉矩， tW 為抗扭截面系數， [? ]為許用剪切應力） 因為 T電 =，所以折算到軸上的扭矩為 maxT = T電 i== = tW = 163D? （ 1 4? ） = 16 1010 93 ???? [1（ 108 ） 4 ]= 10 6? m3 所以 max? = maxT / tW = 10 6? = M Pa 查表可得 45 號鋼的許用剪切應力為 [? ]=60 M Pa ， 很明顯 max? ≤ [? ]，滿足強度要求 第四節 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 ，即軸承所承受的徑向力 2F=mg= 10=7N，即 F= 驗算軸承平均壓力 p p=F/(d? B) ≤ [p] M Pa （ [p]為軸瓦材料的許用應力） 查表 123，可得 [p]=3 M Pa 則 p=F/(d? B)=（ 10 10 3? 10 10 3? ） = M Pa≤ [p] =3 M Pa 驗算軸承的 av 值 軸承的發熱量與其單位面積上的摩擦功耗 fp 成正比（ f 是摩擦系數），限制 av 值就是限制軸承的溫升 av=En/(19100B) ≤ [av] M Pa? m/s 其中： v 為軸頸的圓周速度，即滑動速度（ m/s） [av]為軸瓦材料的 av 許用值（ M Pa? m/s） 因為 nmax =15r/min，查表 123 可得， [av]= M Pa? m/s av=En/(19100B)= 15/19100 10= M Pa? m/s≤ [av]= M Pa? m/s 驗算軸承的滑動速度 V V= )100060/( ?dn? ≤ [V] m/s （ [V]為許用滑動速度） 查表 123，可得 [V]= V= 10 15/60 1000=≤ [V]= 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） 求比值 A/R=25/1=25 根據表 135，角接觸球軸承的最大 e 值為 ，即 A/R＞ e 初步計算當量動載荷 P P=fP (XR+YA) 按照表 136， fP =— ，取 fP = 按照表 135， X= 查表可知該軸承的額定靜載荷 C0 =，所以 A/ C0 =25/5380= 由表 105 可得 Y= 則 P=（ 1+ 25） = 則所需的基本額定動載荷 C 為 C=P（639。1060hnL ） ?/1 = 3610 203602412060 ????= （取 3?? ） 查表得該軸承的額定動載荷為 C0 = 很明顯 C=≤ C0 =，滿足要求 使用壽命： Lh =106 （ C/P） ? /（ 60n） =106 （ 8380/） 3 /60 120= 108 h 設計使用壽命： L=24 360 20= 106 h 滿足要求 第五章 總結 歲月匆匆，很快大學四年時 光就快過去了！這次畢業設計是大學四年最大、最正規的一個設計，也是大學四年最后一個設計！多少有點標志性意義，很高興自己能全力去做完這個設計。這次設計的題目是多自由度云臺結構設計，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，幸虧李明富老師的悉心指導，我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，所以我在設計中充分考慮了各方面的因素，我覺得這對我來說是最重要的，以前在做畢業設計的時候，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 方面對于我來說是最難的，因為對于通信和程序方面，我比較弱，為了完善自己的設計，我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。但是最后也沒能設計出控制程序，這是比較遺憾的事情。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，經過一段長時間的工作，最后還是把畢業設計完成了。通過這次畢業設計，讓我對自己的所學有了更深刻的理解和認識。 隨著最后一項任務的完成，我的畢業設計也完成了，也就意味著我們校園生活最后一次作業也完成了，很感謝培養我們的老師們，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。根據質量和產量兩個方面，產生了兩個最優化方法。為了滿足這兩個方面，我們的任務是設計運動學形成過程中考慮到該進程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個優先線輔助運作所需的時間短周期的時間。 2. 壓力機的要求 一個生產周期 ,這相當于一個沖程來回壓的過程 ,大致經歷了三個階段 :加載、成型和移除零件。相反 ,在加載和移除零件階段，我們經常發現送料的薄板 ,尤其是在純粹的切割時候。為此，壓力泵必須要一個確定時間的最小高度。成型周期中桿應該有一個特別速度曲線 ,它將會降到最低。這個轉變期之間應盡快來確保短周期時間。 短周期的要求是事件的原因 ,以確保通過高產量低成本的部分。基于這個原因，關于對大型汽車車身沖壓片機和自動 1200/min、拉深 24/min 的沖程數是標準的做法。增加沖程數是為了減少設計的周期變化導致增加的壓實機械應變率 , 然而，這對成形過程有很明顯影響 ,使它必須考慮參數確定過程和被它所影響。 在拉深成形過程中 ,當敲打板塊時的撞擊速度應盡量避免產生了深遠 影響。一方面 ,速度成形時必須充分潤滑。另一方面 ,我們必須要考慮提高產量的相應的壓力來增加造成更大的應變速率力 ,這可能導致沖床半徑一側的一部分過渡疲勞而導致斷裂。在鍛造時，停留時間短的壓力是可取的。隨著停留時間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結果是熱磨損。這是提高抵消了由于機械磨損形成更大的力量，但由于增加的應變率是較低的，因為較低的部分冷卻屈服應力補償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析法萊分析。此外 ,避免由于成本降低磨損、短壓住時間也是一個重要的技術要求的精密鍛造，近凈形部分有一個光明的未來。 高質 量的要求和高產量將只能通過一個機技術 ,考慮到金屬成形過程的考察要求等同于減少工作的目標成本。以前按設計已經不能同時滿足這些技術要求和經濟的充分程度，或他們是非常昂貴的設計和制造，例如鏈接驅動壓力機。這就需要尋找對泵創新設計的解決方案，它的設計應主要標準化，模塊化，以降低成本。 3．非圓齒輪的壓力傳動 原則 使用非圓齒輪傳動機械曲柄壓力機，它提供了一種新方式的技術和經濟需求的壓力桿運動。一對非圓齒輪有不變的中心距 , 因此采用了電動馬達，或由飛輪、曲柄和驅動機制本身。制服驅動器的速度傳送是通過一對非圓 齒輪傳遞給非均勻的偏心軸