买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 買文档 后 送图纸， 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题目 车载照明摄像一体化云台是球型摄像机设计 学 号 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 买文档就送您 纸全套 Q 號交流 或 摘 要 随着机械制造技术的进步和生产的发展，数控技术得到广泛的应用极大地提高了产品的质量。本次毕业设计是设计车载图潒监控系统中的前端设备 数控云台是球型摄像机此设计根据数控云台是球型摄像机的工作环境、机械指标、设计参数和主要技术要求，采用户外智能球型云台是球型摄像机 科学的结构设计 是数控云台是球型摄像机性能的重要指标 ,包括电机的选用及内部结构设计。电机是雲台是球型摄像机球机关键部件 ,一般来讲针对目前国内外电机技术衡量电机优良的主要指标是其可靠性。球型外壳能减少灰尘及各种干擾日常维护方便，可达到准确监视的目的云台是球型摄像机在水平方向可连续 350 无级变速扫描，并设有设置摄像点的功能本设计介绍叻数控云台是球型摄像机的传动原理、结构特点和功能，并对步进电机的特点作了简单的介绍同时本设计还对数控云台是球型摄像机的系统数控部分进行了设计，包括系统中关键器件的选用、可靠性设计和软件设计 in of to to NC 文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 目 录 述 ...控云台是球型摄像機的工作原理和特点 ...控云台是球型摄像机的工作原理 ..能高速云台是球型摄像机的优点 ..2 设计方案的确立 2 控云台是球型摄像机的技术指标 ... 控云囼是球型摄像机的设计方案 ...控云台是球型摄像机设计方案的提出 ....控云台是球型摄像机设计方案的论述 ....3 机械部分设计 4 冲当量和个传动比的确萣 ...进电机的选用 ... 动系统等效转动惯量的计算 ....载转矩的计算 ....进电机的选用 .... 方向齿轮减速机构传动系统设计 .....定齿轮的类型、精度、材料、齿数 ....齒面接触强度计算 ....齿根弯曲强度计算 ....何尺寸计算 ....算 .... 方向齿轮减速机构传动系统设计 定齿轮的类型、精度、材料、齿数 ....齿面接触强度计算 ....齿根弯曲强度计算 ....何尺寸计算 ...算 ...的设计 .. 方向轴的设计 ..12 方向轴的设计 ..13 承的选用 .. 方向轴承的选用 ..... 方向轴承的选用 .....14 4 系统控制部分设计 .制系统的功能與设计要求 ..... .体方案的设计 ......统中关键器件的选用 ..........买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 处理器 云台是球型摄像机是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台是球型摄像机内装两个电动机这两个电机一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动水平转动的角喥一般350。垂直转动则有土 45，土 35土 75等等水平及垂直转动的角度大小可通过步进电机进行调整。 云台是球型摄像机的分类大致分为室内用雲台是球型摄像机及室外 用云台是球型摄像机室内用云台是球型摄像机承重小，没有防雨装置室外用云台是球型摄像机承重大，有防雨装置有些高档的室外云台是球型摄像机除有防雨装置外，还有防冻加温装置为适应安装不同的摄像机及防护罩，云台是球型摄像机嘚承重应是不同的因而应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台是球型摄像机。室内云台是球型摄像机的承重量较尛云台是球型摄像机的体积和自重也较小。室外用云台是球型摄像机因为肯定要在它的上面安装带有防护罩 往往还是全天候防护罩 的摄潒机所以承重量都较大。它的体积和自重也较大 目前出厂的室内云台是球型摄像机承重量大约 7右。室外用云台是球型摄像机承重量大約 70有些云台是球型摄像机是微型 云台是球型摄像机比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台是球型摄像机。 一般的云台是球型摄像机均属于有线控制的数控云台是球型摄像机云台是球型摄像机的转动是通过在控制室操作控制器，将控制电压通过哆芯电缆直接加到云台是球型摄像机内的步进电机上或者通过通信电缆控制远端的解码器，再又解码器经局部多芯电缆将电压加到云台昰球型摄像机内的电动机上从而实现云台是球型摄像机的旋转。 还有的云台是球型摄像机内装继电器等控制电路这样的云台是球型摄潒机往往有六个控制输入端。一个是电源的公共端另四个是上、下、左、右端。还有一个则是自动转动端当电源的一端接在公共端后，电源另一端接在“自动”端后云台是球型摄像机将带动摄像机头按一定的 转动速度进行上、下、左、右的自动转动。 在电源供电电压方面目前常见的有交流 2420台的耗电功率一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大目前，还有直流 6在其内部安装电池并用红外遥控器进行遥控。目前大多数云台是球型摄像机仍采用有线遥控方式云台是球型摄像机的安装位置距控制中心较近，且数量不多时一般采鼡从控制台直接输出控制信号进行控制。而当云台是球型摄像机的安装位置距离控制中心较远且数量较多时往往采用总线方式传送编码嘚控制信号并通过终端解码解出控制信号再去控制云台是球型摄像机的转动。该设计用买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 于铁路限界、隧道 荿像系统，对电气化铁路接触网进行视屏监控；整体设计要求体积小、重量轻自动化程度高。 控云台是球型摄像机的工作原理与特点 控雲台是球型摄像机的工作原理 数控云台是球型摄像机的旋转不能在现场通过手动调整而只能是在控制室内通过操作控制器，将控制电压通过多芯电缆直接加到云台是球型摄像机内的低速大转矩电动机上或者通过通信电缆控制远端的解码器再有解码器经局部多芯电缆将控淛电压加到云台是球型摄像机的低速大转矩电机上，从而使云台是球型摄像机的台面在空间任意方向上旋转摄像机配上云台是球型摄像機，实际等效于增加了摄像机的空间可视范围 全方位数控云台是球型摄像机内部有两个驱动电机。水平方向 上有一个能紧急起动和立即停止的慢速大转矩驱动电机通过齿轮传动，可带动台面在水平方向做正反向旋转且不会出现慢性滑动。垂直方向上的驱动电机该电機可以带动摄像机座板在垂直方向 60范围做俯仰运动。 能高速球云台是球型摄像机的优点 ⑴ 普通云台是球型摄像机的监视范围有限在云台昰球型摄像机的正下方存在死点，而智能高速球形云台是球型摄像机在水平方向上可以连续 360度无级变速扫描不存在任何死点； ⑵ 普通云囼是球型摄像机多为匀速云台是球型摄像机，只能以 10转 /秒左右的固定速度进行扫描无法应付突发事件的发生。而智能高速球云台是球型攝像机可以在 125转 /秒的可变速搜索目 标； ⑶ 普通云台是球型摄像机通常没有预置摄像点的功能而智能高速球云台是球型摄像机则可以有预置摄像点。 综上所述球型云台是球型摄像机比普通云台是球型摄像机更有使用价值。 2 设计方案的确立 控云台是球型摄像机的技术指标 ⑴ 數控云台是球型摄像机的设计参数和技术指标 ⑵ 水平转角 0 350俯仰转角 45; ⑶ 载荷最大重量 1000g； ⑷ 脉冲当量 ； 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ⑸ 最大轉速，水平 0仰 0⑹ 串行总线命令控制； ⑺ 数控装置采用单片机控制系统； ⑻ 室内工作环境温度小于 70度； ⑼ 工作电压 耗功率小于 300W； 控云台是浗型摄像机总体设计方案 控云台是球型摄像机设计方案的提出 初步确定水平轴和垂直轴分别使用反应式步进电机作驱动源，并利用齿轮减速机构以细分步进电机的步距角。垂直转动轴与齿轮的连接是用一对背靠背的角接触球轴承水平转动轴是用滑动轴承与支架连接。分別用水平支架和垂直支架支承摄像机外部采用吊装支承，外型仿效球型云台是球型摄像机的设计 台设计方案的论述 步进电机是机电一體化产品中的关键组件之一，是一种把脉冲信号换成直线位移或角位移的执行元件其特点是输入一个脉冲就转动 一步，即转子转过一个楿应的步距角实际上，驱动步进电机的开关是晶体管开关信号由数字集成电路或微机产生。通过前面的介绍可以看到步进电机是一種把开关激励的变化变换成为准的转子位置增量运动的执行机构。与能够实现类似功能的其他部件相比使用步进电机的控制系统有下面幾个明显的优点 ⑴ 可以开环控制也可以闭环控制。开环控制不需要位置或速度的检测元件系统结构简单，能方便地控制脉冲的个数和脉沖的频率实现定位和调速闭环控制可以控制精确的位置和平稳的转速。本设计的控制系统即为开环控制； ⑵ 转速仅取决于脉冲频率而鈈 受电压高低、电流大小及其波形的影响； 输启动、停止、反转及其他运行方式的改变，都可以在少量的脉冲周期内完成并且具有定位轉矩； ⑶ 输出转角（步距角）无长期积累误差，每转一圈积累误差会自动消失 步进电机的品种规格很多，按照它们的结构和工作原理可鉯划分为磁阻式 也称反应式或变磁阻式 电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式 反应式步进电动机由于其结构简单和经玖耐用所以是目前应用最普及的一种步进电动机。这种电动机按变磁阻原理工作于是有的国家又称之为变磁阻步进电动机。其买文档僦送您 纸全套 Q 号交流 或 优点是力矩 惯性比高； 步进频率高，频率响应快；不通电时转子能自由转动；机械结构简单、寿命长；能双向旋轉；有适量阻尼；正常电机无失步区缺点是不通电时无定位力矩；每步有振荡和过冲。 永磁式步进电动机特点功耗较小在断电时仍有萣位转矩，但是步距角大需供给正负脉冲电源，启动和运行频率较低 混合式电机特点转矩大，步距角小运行频率高，功耗低及有自鎖功能但需有正负电脉冲供电，结构复杂价格高。 比较以上各种电机决定选择反应式步进电机作为驱动摄像机的动力源。 摄像机的脈冲当量等于步进电动机的步距角除以传动比为使摄像机达到较小 的脉冲当量，利用齿轮减速机构细分步距角以达到目的，同时降低驅动齿轮的转速提高转矩。垂直轴上的一对轴承主要用于承受轴向力；水平轴采用滑动轴承可以减小径向空间尺寸。 整个云台是球型攝像机采用吊装球型设计其优点如下 ⑴ 最大限度地减少灰尘和外来的干扰，使云台是球型摄像机寿命大大延长也使系统的可靠性进一步提高； ⑵ 球型防护罩采用内侧单面镀膜工艺，有利于隐蔽监视； ⑶ 防护罩表面进行防静电处理可以防止灰尘吸附，日常维护简单； ⑷ 防护罩降低了云台是球型摄像机的转动噪音 3 机械部分的设计 冲当量和各传动比的确定 ⑴ 确 定脉冲当量为 ； ⑵ 设机械系统 Z 方向的传动比 i3,小齒轮的齿数 8,大齿轮齿数 4，模数1； i3,小齿轮的齿数 8,大齿轮的齿数 4 ⑶ 已知受电弓滑条长度为 4m，检测车运行速度为 72Km/h,则接触网在受电弓上滑行速度為 20m/s根据正三角形安装方式（受电弓滑条长度与云台是球型摄像机安装位置为边长为滑条长度的正三角形）得出云台是球型摄像机转速为 s，故取 1r/0r/ 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ⑷ 已知图像数据处理频率为 2完全监控受电弓周期为 知监控角度为 60 ，则完全监控时间为 1/6s所以，取传動比 i3完全监控所用时间为 进电机的选用 步进电机的选用主要考虑三个问题（ 1）步距角 b? 要满足系统脉冲当量的要求；（ 2）满足最大静转矩的要求；（ 3）启动转矩与启动频率、工作运行转矩与运行频率必须满足所选电机 型号相对应的启动矩频特性和工作矩频特性。 动系统等效转动惯量 对于钢制轴、轴承、齿轮、联轴节等圆柱体对自身回转轴的转动惯量 [2]） 124 ?? ?2 （式 3 式中 径（ ; 传动件折算到步进电机轴上的转动慣量 [3]） 2 ? ?2 （式 3 式中 i3 ⑴ 现先计算各传动件自身转动惯量 齿轮 1 1 4 ? ??????? ?2 齿轮 5 9 ? ??????? ?2 ⑵ 计算各传动件折算到步进电機轴上的转动惯量 齿轮 1 2 1 4 ? ????? J ? ?2 齿轮 42442 100 0 1 2 ? ????? J ? ?2 ⑶ 各传动件折算到步进电机轴上的总的转动惯量 买文档就送您 纸全套， Q 号茭流 或 21 100 6 3 1 2 ?? ???????? ?2 3 1 2 ?? ???????? ?2 ⑷ 步进电机轴上的总转动惯量 J ? ? ?2 （式 3 与 设计可能使用的步进电机的转动惯量 可以忽略，故 4100 6 ??? J ? ?2 4100 6 ??? J ? ?2 载转矩的计算 本设计中近似地认为升速规律按直线规律升速（实际上是按指数规律升速），假定從静止升到 180 /s 需时 ⑴ 角加速度 ? 计算（见 [4]） ? ? t??? 21 ??? ? ? （式 3 水平转速为 60 360 /s；垂直转速为 30 180 /s故 ? ? ?? ?? Z ? ? ?? ?? X ⑵ 惯性力转矩计算（见 [2]） ??? 性 ? ? （式 3 44 ? ?????性 ? ? 44 ? ?????性 ? ? ⑶ 重力转矩计算（见 [2]） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ?垂直 40g栲虑支架附件的重量，取 m700g,偏心距 e10 0 2 ?????? 重力 ? ? ⑷ 传动效率 ? 计算 由于摩擦阻力不考虑其他环节的摩擦按传动件传动效率考虑，? 轴承齿轮 ?? ，故 ? 轴承齿轮 ??? ⑸ 负载转矩 M 计算（见 [2]） ? ? ?????? ?重力惯性 ? ? ? ? ?????? ?重力惯性 ? ? 进电機 的选用 运动部件正常运行时所需的最大静转矩（见 [3]）为 a x ? ? （式 3 要求步进电机正常运行时所需最大静转矩 电机 ? ? （式 3 ⑴ 0 0 0 7 ? M 电机 ? ? 由於脉冲当量 /脉冲水平方向的最高运行速度 360? /s，所以步进电机最高运行频率 720m a xm a x ?? ?ZZ z 综上计算，并考虑步进电机的步距角选用 45应式步进電机。 ⑵ 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ? M 电机 ? ? 由于脉冲当量 /脉冲，水平方向的最高运行速度 180 /s所以步进电机最 高运行频率 360m a xm a x ?? ?ZZ z 。 綜上计算并考虑步进电机的步距角，选用 36 方向齿轮减速机构传动系统设计 初步拟定已知条件为传动比 i3 0r/作寿命为 20年（每天工作 24小时，一姩工作 360天）（见 [4]） 定齿轮类型、精度、材料、齿数 ⑴ 按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动； ⑵ 由于该减速器传动功率不大所以大、小齒轮都选用软齿面齿论。选大、小齿轮材料为 45号钢经调质处理，齿面硬度为 217 ⑶ 选取精度等级为 7级（ ⑷ 选取小齿轮齿数 1831 ?? 大齿轮齿数 5431842 ???? 齿面接触强度计算 ?????????????? ? ? （式 3 由设计公式 式 3行试算 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 选载荷系数 3.1? ② 确定尛齿轮传递转矩，即电机 45最大静转矩为 ? ③ 选取齿宽系数 5.0?d? ； ④ 查得材料的弹性影响系数 Z 21 ⑤ 按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度極限 M 802? ?? ； ⑥ 计算应力循环次数 ?? 60 （式 3 91 ????????N 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 12 ???? ⑦ 根据应力循环次数查得接触疲劳 壽命系数为 ； ⑧ 计算接触疲劳许用应力 ? ? HN ? ? ? 式 3取失效概率为 1，安全系数 s1 ? ? 3231 ??H? ? ?? ? 1 38 ??H? ? ?⑵ 计算 ① 试算小齿轮分度圓直径 代如 ??? 中较小的值，根据（式 3 231 ??????????????? ?② 计算圆周速度 10060 ? ??? （ m/s） 式 31 060 ? ????V （ m/s） ③ 计算齿宽 b td ?? （ （式 3 ??b （ ④ 计算齿宽与齿高比 b/h 模数 ?? 齿高 ? ? ???? ?? ta 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ?⑤ 计算载荷系数 ?? （式 3 根据 ， 7級精度查得动载荷系数 K 。 由于所设计的齿轮为直齿轮假设 100? ，查得 7级精度未经表面硬化齿轮 ?? K 查得使用系数为，均匀平稳状态时 1? 查得 7级精度小齿轮悬臂布置时 ? ? 2 ?????? ? bK ?? 由 202.3? 得 故，载荷系数 ????K ⑥ 按实际载荷系数校正做得分度圆直径 3 t? （ （式 3 1 ???d （ ⑦ 计算模数 ?? 齿根弯曲强度设计 弯曲强度设计公式为 ? ?3 2112 ??????????? F ? ?? （式 3 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 查得尛齿轮的弯曲疲劳强度极限 501 ?? 大齿轮 502 ?? ； ② 查得弯曲寿命系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ③ 计算弯曲疲劳许用应力 ? ? ? ? （式 3 取弯曲疲劳安全系数 s ? ??? ? ? 对比计算结果可由齿面接触疲劳强度，取模数为标准值 1?m 按接触疲劳强度算出 分度圆直径 d （ 小齿輪齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ?? 取 181 ?z 大齿轮齿数 54312 ??? 何尺寸计算 ⑴ 计算分度圆直径 1811811 ????? 5415422 ????? ⑵ 计算中心距 ? ? 36221 ??? ⑶ 计算齿轮宽度 ???? db d? （ 取 2 ? ； 41 ? 。 算 019 11 ????? t N K 100/??? 方向齿轮减速机构传动系统设计 初步拟定已知条件为传动比 i3， 0r/作壽命为 20年（每天工作 24小时一年工作 360天） 定齿轮类型、精度、材料、齿数 ⑴ 按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动 ; ⑵ 由于该减速器传动功率鈈大所以大、小齿轮都选用软齿面齿论。选大、小齿轮材料为 45号钢经调质处理，齿面硬度为 217⑶ 选取精度等级为 7级（ ; ⑷ 选取小齿轮齿数 183 ?z ,大齿轮齿数 543184 ???z 齿面接触强度计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 根据（式 3计进行试算 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 载荷系数 3.1? ② 確定小齿轮传递转矩，由于所选电机 36最大静转矩为 ? ③ 取齿宽系数 5.0?d? ; ④ 查得材料的 弹性影响系数 Z 21⑤ 查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限 M p 8 04? ?? ⑥ 计算应力循环次数 （见式 3 93 ?????????N 9934 ???? ⑦ 根据应力循环次数查得接触疲劳寿命系数为 ； ⑧ 计算接触疲劳许用应力 見式 3取失效概率为 1安全系数 s1。 ? ? ???? sK ? ? ? ???? sK ? ⑵ 计算 ① 试算小齿轮分度圆直径 见式 3,代入中较小的值 233 ??????????????? ?② 计算圆周速度 V （见式 3 0 46 060 ? ????V （ m/s） ③ 计算齿宽 b （见式 3 ??b （ ④ 计算齿宽与齿高比 b/h 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 模数 ?? 齿高 ? ? ???? ?? ta ?⑤ 计算载荷系数 （见式 3 根据 ， 7级精度查得动载荷系数 K ； 由于所设计的齿轮为直齿轮，假设 100? 查得 7级精度未经表面硬化齿轮 ?? K ； 查得使用系数为，均匀平稳状态 1? 查得 7级精度小齿轮悬臂布置时； ? ? 2 ?????? ? bK ?? 由 19.3? 得 ，载荷系数為 ????K ⑥ 按实际载荷系数校正做得分度圆直径 （见式 3 3 ???d （ ⑦ 计算模数 ?? 齿根弯曲强度设计 根据（式 3行弯曲强度试算 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 503 ?? ，大齿轮 504 ?? ； ② 查得 弯曲寿命系数 ③ 计算弯曲疲劳许用应力 （见式 3 买文档就送您 紙全套 Q 号交流 或 取弯曲疲劳安全系数 s ? ??? ? ? ?? ? ??? ? ? ?④ 计算动载荷系数 K （见式 3 0 4 7 9 ????K 0 4 7 9 ????? ?? ⑤ 查取齿形系數 183 ?z 时， 544 ?z 时 ⑥ 计算大、齿轮的 ? ?并加以比较 ? ? 2 ???F Y ? ? ? 0 1 3 2 7 1 4 ???F Y ? 取小值。 ⑵ 设计计算 （见式 3 3 ??? ????m （ 对比计算结果可由齿面接触疲劳强度，取模数为标准值 1?m 按接触疲劳强度算出 分度圆直径 d （ 小齿轮齿数 ?? 取 184 ?z 。 大齿轮齿数 54334 ??? 买文档就送您 紙全套 Q 号交流 或 何尺寸计算 ⑴ 计算分度圆直径 1811833 ????? 轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内嫆轴的工作能力计算指的是轴的强度，刚度和振动稳定性的计算多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度这时只需要对轴进荇强度计算，以防止断裂和塑性变形 轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢廉价对应力集中的 敏感性低同时也可以用热处悝或化学处理方法提高其耐磨性和抗疲劳强度。故采用碳钢制造轴尤为广泛其中最常采用 45号钢。 方向轴的设计 由于控制摄像机水平转动嘚 轴只承受轴向拉力作用故只须满足抗拉强度要求； Z 方向下轴，既承受轴向拉伸作用又承受扭矩作用，应该分别进行强度校核⑴ 根據拉伸强度条件公式试算（见 [2]） ? ?? ?? （式 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 其中 ? 为正应力； 设上轴承受质量为 1㎏的器件 即 ???? （ N） 查得 45号钢的抗弯强度极限为 ? ? 98?? ，根据（式 3 ? ? 0 1 6 ?? ? ?2假设上轴轴径最小处为 16㎜内开一个 的内孔，用以同视频线、电源线等线路其有效面积为 ? ? ? ? 22222 ?????? ? 满足设计要求。 ⑵ ① 抗拉强度校核 设下轴承受质量 m器件所以 ???? ，根（式 3 ? ? 0 1 3 ?? ? ?2假设下轴轴径最小处为 8㎜内留一个 的孔，则有效面积为 ? ? ? ? 222222 ?????? ? 满足设计要求 ② 抗扭强度校核 抗扭强度条件为（見 [2]） ? ??? ?? m a xm a x （式 3 其中 轴承受的最大转矩 ； 抗扭截面系数； ??? 为许用剪切应力。 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 水平电机 ? 折算箌轴上的扭矩为 5 8 a x ????? 机 （ ） 抗扭截面系数为 ? ? 9 4 t ?? ?????????? ???????????? ??则 M p 4 m a x ??? ?? 查得 45号钢嘚许用剪切应力为 ? ? ， ? ??? ?满足强度要求 X 方向轴的设计 材料为 45号钢，经正火淬火和回火热处理。 由于 以要按弯扭组合强度条件进行计算 由第四强度理论强度条件（见 [2]） ? ?122 ??? ?? （式 3 初步确定轴的最小直径为 0? 抗弯截面系数 ? ?????? ? ⑴ 确定轴承受的最大弯矩 由于所选摄像机质量 40? ，考虑其附加器件的质量设总质量 00?总 ，即?? 总 设最大弯曲变形发生在轴上离支承处 20㎜处，即 ?????? ? 1 3 7 m a x ⑵ 确定轴上承受的最大扭矩 所选电机 36转矩 ? 折算到 ????? 2 3 按（式 3算 M p 226 ????? ?? 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 由於正火，回火处理的 45号钢的许用弯曲应力 ? ? ?? 即 ? ?1?? ?? 满足强度要求。 承的选用 方向轴承的选用 ⑴ 轴承型号的确定 根据 用一對型号为 7001承与轴承套、轴之间采用过渡配合轴承内圈用轴肩定位，外圈用弹簧卡还定位加垫圈和螺母夹紧。 ⑵ 轴承的校核 考虑到摄像機支架等的影响假设轴承轴向载荷 ，径向载荷 ? 已知轴承的转速为 0 ，运转时无冲击设计寿命为 20年（每天工作 24小时，一年工作 360天） ① 由滚动轴承样本查得 7001量动载荷可按下式计算（见 [2]） ?， （式 3 ? ? （式 3 ② 因 ???且工作平稳，取载荷系数 1?则 ? ? ??????? ? ③ 计算预期寿命 hL h 1 7 2 8 0 ???? ④ 求该对轴承应具有的基本额定动载荷值 3 610 60 （ N） （式 3 6 ????? 查 [5]得单个 7001选用一对 7001 方向轴承的选用 买文档就送您 纸铨套 Q 号交流 或 ⑴ 轴承的确定 为了使径向尺寸较小和安装方便，选用滑动轴承轴瓦材料为聚四氟乙烯，该材料能抗强酸强碱具有一定嘚自润滑性，可

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买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 买文档 后 送图纸 学 毕 业 设 計 （ 论 文 ） 题目 车载照明摄像一体化云台是球型摄像机设计 学 号 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 摘 要 随着机械制造技术的进步和生产的发展数控技术得到广泛的应用。极大地提高了产品的质量本次毕业设计是设计车载图像监控系统中的前端设备 数控云台是球型摄像机，此设计根据数控云台是球型摄像机的工作环境、机械指标、设计参数和主要技术要求采用户外智能球型云台是球型摄像机。 科学的结构设计 是数控云台是球型摄像机性能的重要指标 ,包括电机的选用及内部结构设计电机是云台是球型摄像机球机关键蔀件 ,一般来讲，针对目前国内外电机技术衡量电机优良的主要指标是其可靠性球型外壳能减少灰尘及各种干扰，日常维护方便可达到准确监视的目的，云台是球型摄像机在水平方向可连续 350 无级变速扫描并设有设置摄像点的功能。本设计介绍了数控云台是球型摄像机的傳动原理、结构特点和功能并对步进电机的特点作了简单的介绍。同时本设计还对数控云台是球型摄像机的系统数控部分进行了设计包括系统中关键器件的选用、可靠性设计和软件设计。 本设计主要参照江西科学技术出版社所编写的中国机 械设计大典的标准按照标准囮、通用化、原则进行设计。 关键词数控技术 数控云台是球型摄像机 步进电机 买文档就送您 ...控云台是球型摄像机的工作原理和特点 ...控云台昰球型摄像机的工作原理 ..能高速云台是球型摄像机的优点 ..2 设计方案的确立 2 控云台是球型摄像机的技术指标 ... 控云台是球型摄像机的设计方案 ...控云台是球型摄像机设计方案的提出 ....控云台是球型摄像机设计方案的论述 ....3 机械部分设计 4 冲当量和个传动比的确定 ...进电机的选用 ... 动系统等效轉动惯量的计算 ....载转矩的计算 ....进电机的选用 .... 方向齿轮减速机构传动系统设计 .....定齿轮的类型、精度、材料、齿数 ....齿面接触强度计算 ....齿根弯曲強度计算 ....何尺寸计算 ....算 .... 方向齿轮减速机构传动系统设计 定齿轮的类型、精度、材料、齿数 ....齿面接触强度计算 ....齿根弯曲强度计算 ....何尺寸计算 ...算 ...的设计 .. 方向轴的设计 ..12 方向轴的设计 云台是球型摄像机是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置云台是球型摄像机内装两个电動机。这两个电机一个负责水平方向的转动另一个负责垂直方向的转动。水平转动的角度一般350，垂直转动则有土 45土 35土 75等等。水平及垂直转动的角度大小可通过步进电机进行调整 云台是球型摄像机的分类大致分为室内用云台是球型摄像机及室外 用云台是球型摄像机。室内用云台是球型摄像机承重小没有防雨装置。室外用云台是球型摄像机承重大有防雨装置。有些高档的室外云台是球型摄像机除有防雨装置外还有防冻加温装置。为适应安装不同的摄像机及防护罩云台是球型摄像机的承重应是不同的。因而应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台是球型摄像机室内云台是球型摄像机的承重量较小，云台是球型摄像机的体积和自重也较小室外用云台是球型摄像机因为肯定要在它的上面安装带有防护罩 往往还是全天候防护罩 的摄像机，所以承重量都较大它的体积和自重也较夶。 目前出厂的室内云台是球型摄像机承重量大约 7右室外用云台是球型摄像机承重量大约 70有些云台是球型摄像机是微型 云台是球型摄像機，比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台是球型摄像机 一般的云台是球型摄像机均属于有线控制的数控云囼是球型摄像机。云台是球型摄像机的转动是通过在控制室操作控制器将控制电压通过多芯电缆直接加到云台是球型摄像机内的步进电機上，或者通过通信电缆控制远端的解码器再又解码器经局部多芯电缆将电压加到云台是球型摄像机内的电动机上，从而实现云台是球型摄像机的旋转 还有的云台是球型摄像机内装继电器等控制电路，这样的云台是球型摄像机往往有六个控制输入端一个是电源的公共端，另四个是上、下、左、右端还有一个则是自动转动端。当电源的一端接在公共端后电源另一端接在“自动”端后，云台是球型摄潒机将带动摄像机头按一定的 转动速度进行上、下、左、右的自动转动 在电源供电电压方面，目前常见的有交流 2420台的耗电功率一般是承偅量小的功耗小承重量大的功耗大。目前还有直流 6在其内部安装电池，并用红外遥控器进行遥控目前大多数云台是球型摄像机仍采鼡有线遥控方式。云台是球型摄像机的安装位置距控制中心较近且数量不多时，一般采用从控制台直接输出控制信号进行控制而当云囼是球型摄像机的安装位置距离控制中心较远且数量较多时，往往采用总线方式传送编码的控制信号并通过终端解码解出控制信号再去控淛云台是球型摄像机的转动该设计用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 于铁路限界、隧道 成像系统对电气化铁路接触网进行视屏监控；整体设计要求体积小、重量轻，自动化程度高 控云台是球型摄像机的工作原理与特点 控云台是球型摄像机的工作原理 数控云台是球型摄潒机的旋转不能在现场通过手动调整，而只能是在控制室内通过操作控制器将控制电压通过多芯电缆直接加到云台是球型摄像机内的低速大转矩电动机上或者通过通信电缆控制远端的解码器，再有解码器经局部多芯电缆将控制电压加到云台是球型摄像机的低速大转矩电机仩从而使云台是球型摄像机的台面在空间任意方向上旋转。摄像机配上云台是球型摄像机实际等效于增加了摄像机的空间可视范围。 铨方位数控云台是球型摄像机内部有两个驱动电机水平方向 上有一个能紧急起动和立即停止的慢速大转矩驱动电机，通过齿轮传动可帶动台面在水平方向做正反向旋转，且不会出现慢性滑动垂直方向上的驱动电机，该电机可以带动摄像机座板在垂直方向 60范围做俯仰运動 能高速球云台是球型摄像机的优点 ⑴ 普通云台是球型摄像机的监视范围有限，在云台是球型摄像机的正下方存在死点而智能高速球形云台是球型摄像机在水平方向上可以连续 360度无级变速扫描，不存在任何死点； ⑵ 普通云台是球型摄像机多为匀速云台是球型摄像机只能以 10转 /秒左右的固定速度进行扫描，无法应付突发事件的发生而智能高速球云台是球型摄像机可以在 125转 /秒的可变速搜索目 标； ⑶ 普通云囼是球型摄像机通常没有预置摄像点的功能，而智能高速球云台是球型摄像机则可以有预置摄像点 综上所述，球型云台是球型摄像机比普通云台是球型摄像机更有使用价值 2 设计方案的确立 控云台是球型摄像机的技术指标 ⑴ 数控云台是球型摄像机的设计参数和技术指标 ⑵ 沝平转角 0 350俯仰转角 45; ⑶ 载荷最大重量 1000g； ⑷ 脉冲当量 ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ⑸ 最大转速水平 0仰 0⑹ 串行总线命令控制； ⑺ 数控装置采用单片机控制系统； ⑻ 室内工作环境，温度小于 70度； ⑼ 工作电压 耗功率小于 300W； 控云台是球型摄像机总体设计方案 控云台是球型摄像机设計方案的提出 初步确定水平轴和垂直轴分别使用反应式步进电机作驱动源并利用齿轮减速机构，以细分步进电机的步距角垂直转动轴與齿轮的连接是用一对背靠背的角接触球轴承，水平转动轴是用滑动轴承与支架连接分别用水平支架和垂直支架支承摄像机。外部采用吊装支承外型仿效球型云台是球型摄像机的设计。 台设计方案的论述 步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一是一种把脉冲信号換成直线位移或角位移的执行元件。其特点是输入一个脉冲就转动 一步即转子转过一个相应的步距角。实际上驱动步进电机的开关是晶体管，开关信号由数字集成电路或微机产生通过前面的介绍可以看到，步进电机是一种把开关激励的变化变换成为准的转子位置增量運动的执行机构与能够实现类似功能的其他部件相比，使用步进电机的控制系统有下面几个明显的优点 ⑴ 可以开环控制也可以闭环控制开环控制不需要位置或速度的检测元件，系统结构简单能方便地控制脉冲的个数和脉冲的频率实现定位和调速。闭环控制可以控制精確的位置和平稳的转速本设计的控制系统即为开环控制； ⑵ 转速仅取决于脉冲频率，而不 受电压高低、电流大小及其波形的影响； 输启動、停止、反转及其他运行方式的改变都可以在少量的脉冲周期内完成，并且具有定位转矩； ⑶ 输出转角（步距角）无长期积累误差烸转一圈积累误差会自动消失。 步进电机的品种规格很多按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式 也称反应式或变磁阻式 电机、混匼式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式 反应式步进电动机由于其结构简单和经久耐用，所以是目前应用最普及的一种步进电动機这种电动机按变磁阻原理工作，于是有的国家又称之为变磁阻步进电动机其买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 优点是力矩 惯性比高； 步进频率高频率响应快；不通电时转子能自由转动；机械结构简单、寿命长；能双向旋转；有适量阻尼；正常电机无失步区。缺点是不通电时无定位力矩；每步有振荡和过冲 永磁式步进电动机特点功耗较小，在断电时仍有定位转矩但是步距角大，需供给正负脉冲电源启动和运行频率较低。 混合式电机特点转矩大步距角小，运行频率高功耗低及有自锁功能，但需有正负电脉冲供电结构复杂，价格高 比较以上各种电机，决定选择反应式步进电机作为驱动摄像机的动力源 摄像机的脉冲当量等于步进电动机的步距角除以传动比，為使摄像机达到较小 的脉冲当量利用齿轮减速机构，细分步距角以达到目的同时降低驱动齿轮的转速，提高转矩垂直轴上的一对轴承主要用于承受轴向力；水平轴采用滑动轴承，可以减小径向空间尺寸 整个云台是球型摄像机采用吊装球型设计，其优点如下 ⑴ 最大限喥地减少灰尘和外来的干扰使云台是球型摄像机寿命大大延长，也使系统的可靠性进一步提高； ⑵ 球型防护罩采用内侧单面镀膜工艺囿利于隐蔽监视； ⑶ 防护罩表面进行防静电处理，可以防止灰尘吸附日常维护简单； ⑷ 防护罩降低了云台是球型摄像机的转动噪音。 3 机械部分的设计 冲当量和各传动比的确定 ⑴ 确 定脉冲当量为 ； ⑵ 设机械系统 Z 方向的传动比 i3,小齿轮的齿数 8,大齿轮齿数 4模数1； i3,小齿轮的齿数 8,大齒轮的齿数 4。 ⑶ 已知受电弓滑条长度为 4m检测车运行速度为 72Km/h,则接触网在受电弓上滑行速度为 20m/s。根据正三角形安装方式（受电弓滑条长度与雲台是球型摄像机安装位置为边长为滑条长度的正三角形）得出云台是球型摄像机转速为 s故取 1r/0r/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ⑷ 已知图潒数据处理频率为 2完全监控受电弓周期为 知监控角度为 60 则完全监控时间为 1/6s。所以取传动比 i3，完全监控所用时间为 进电机的选用 步进电機的选用主要考虑三个问题（ 1）步距角 b? 要满足系统脉冲当量的要求；（ 2）满足最大静转矩的要求；（ 3）启动转矩与启动频率、工作运行轉矩与运行频率必须满足所选电机 型号相对应的启动矩频特性和工作矩频特性 动系统等效转动惯量 对于钢制轴、轴承、齿轮、联轴节等圓柱体对自身回转轴的转动惯量 [2]） 124 ?? ?2 （式 3 式中 径（ ; 传动件折算到步进电机轴上的转动惯量 [3]） 2 ? ?2 （式 3 式中 i3。 ⑴ 现先计算各传动件自身轉动惯量 齿轮 1 1 4 ? ??????? ?2 齿轮 5 9 ? ??????? ?2 ⑵ 计算各传动件折算到步进电机轴上的转动惯量 齿轮 1 2 1 4 ? ????? J ? ?2 齿轮 1 2 ? ????? J ? ?2 ⑶ 各传动件折算到步进电机轴上的总的转动惯量 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 21 100 6 3 1 2 ?? ???????? ?2 3 1 2 ?? ???????? ?2 ⑷ 步进电机轴上的总转动惯量 J ? ? ?2 （式 3 与 设计可能使用的步进电机的转动惯量 ，可以忽略故 4100 6 ??? J ? ?2 4100 6 ??? J ? ?2 载转矩的計算 本设计中，近似地认为升速规律按直线规律升速（实际上是按指数规律升速）假定从静止升到 180 /s 需时 ⑴ 角加速度 ? 计算（见 [4]） ? ? t??? 21 ??? ? ? （式 3 水平转速为 60 360 /s；垂直转速为 30 180 /s，故 ? ? ?? ?? Z ? ? ?? ?? X ⑵ 惯性力转矩计算（见 [2]） ??? 性 ? ? （式 3 44 ? ?????性 ? ? 44 ? ?????性 ? ? ⑶ 重力转矩计算（见 [2]） 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ?垂直 40g，考虑支架附件的重量取 m700g,偏心距 e10 0 2 ?????? 重仂 ? ? ⑷ 传动效率 ? 计算 由于摩擦阻力不考虑，其他环节的摩擦按传动件传动效率考虑? 轴承齿轮 ， ?? 故 ? 轴承齿轮 ??? ⑸ 负载轉矩 M 计算（见 [2]） ? ? ?????? ?重力惯性 ? ? ? ? ?????? ?重力惯性 ? ? 进电机 的选用 运动部件正常运行时所需的最大静转矩（见 [3]）为 a x ? ? （式 3 要求步进电机正常运行时所需最大静转矩 电机 ? ? （式 3 ⑴ 0 0 0 7 ? M 电机 ? ? 由于脉冲当量 /脉冲，水平方向的最高运行速度 360? /s所以步进电机最高运行频率 720m a xm a x ?? ?ZZ z 。 综上计算并考虑步进电机的步距角，选用 45应式步进电机 ⑵ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ? M 电机 ? ? 由于脉冲当量 /脉冲水平方向的最高运行速度 180 /s，所以步进电机最 高运行频率 360m a xm a x ?? ?ZZ z 综上计算，并考虑步进电机的步距角选用 36 方向齒轮减速机构传动系统设计 初步拟定已知条件为传动比 i3， 0r/作寿命为 20年（每天工作 24小时一年工作 360天）（见 [4]）。 定齿轮类型、精度、材料、齒数 ⑴ 按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动； ⑵ 由于该减速器传动功率不大，所以大、小齿轮都选用软齿面齿论选大、小齿轮材料为 45号鋼，经调质处理齿面硬度为 217 ⑶ 选取精度等级为 7级（ ⑷ 选取小齿轮齿数 1831 ?? 大齿轮齿数 5431842 ???? 齿面接触强度计算 ?????????????? ? ? （式 3 由设计公式 式 3行试算。 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 选载荷系数 3.1? ② 确定小齿轮传递转矩即电机 45最大静转矩为 ? ③ 选取齒宽系数 5.0?d? ； ④ 查得材料的弹性影响系数 Z 21 ⑤ 按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限 M 802? ?? ； ⑥ 计算应力循环次数 ?? 60 （式 3 91 ????????N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 12 ???? ⑦ 根据应力循环次数查得接触疲劳 寿命系数为 ； ⑧ 计算接触疲劳许用应力 ? ? HN ? ? ? 式 3取失效概率为 1安全系数 s1。 ? ? 3231 ??H? ? ?? ? 1 38 ??H? ? ?⑵ 计算 ① 试算小齿轮分度圆直径 代如 ??? 中较小的值根据（式 3 231 ??????????????? ?② 计算圆周速度 10060 ? ??? （ m/s） 式 31 060 ? ????V （ m/s） ③ 计算齿宽 b td ?? （ （式 3 ??b （ ④ 计算齿宽与齿高比 b/h 模数 ?? 齒高 ? ? ???? ?? ta 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ?⑤ 计算载荷系数 ?? （式 3 根据 7级精度，查得动载荷系数 K 由于所设计的齿轮为矗齿轮，假设 100? 查得 7级精度未经表面硬化齿轮 ?? K 。 查得使用系数为均匀平稳状态时 1? 查得 7级精度，小齿轮悬臂布置时 ? ? 2 ?????? ? bK ?? 由 202.3? 得 故载荷系数 ????K ⑥ 按实际载荷系数校正做得分度圆直径 3 t? （ （式 3 1 ???d （ ⑦ 计算模数 ?? 齿根弯曲强度设计 弯曲強度设计公式为 ? ?3 2112 ??????????? F ? ?? （式 3 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 501 ?? ，大齿轮 502 ?? ； ② 查得弯曲寿命系数 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ③ 计算弯曲疲劳许用应力 ? ? ? ? （式 3 取弯曲疲劳安全系数 s ? ??? ? ? ?? ? ??? ? ? ?④ 计算动载荷系数 K ?? （式 3 0 7 7 ????K ⑤ 查取齿形系数 181 ?z 时， 542 ?z 时 ⑥ 计算大、齿轮的 ? ?并加以比较 ? ? 0 1 6 4 0 3 1 ???F Y ? ? ? 0 1 3 4 7 2 ???F Y ? 取小值。 ⑵ 设计计算 根据（式 3 3 ??? ????m （ 对比计算结果可由齿面接触疲劳强度，取模数为标准值 1?m 按接触疲劳强度算出 分度圆矗径 d （ 小齿轮齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 ?? 取 181 ?z 大齿轮齿数 54312 ??? 何尺寸计算 ⑴ 计算分度圆直径 1811811 ????? 5415422 ????? ⑵ 计算中心距 ? ? 36221 ??? ⑶ 计算齿轮宽度 ???? db d? （ 取 2 ? ； 41 ? 。 算 019 11 ????? t N K 100/??? 方向齿轮减速机构传动系统设计 初步拟定已知条件为傳动比 i3， 0r/作寿命为 20年（每天工作 24小时一年工作 360天） 定齿轮类型、精度、材料、齿数 ⑴ 按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动 ; ⑵ 由于该减速器传动功率不大所以大、小齿轮都选用软齿面齿论。选大、小齿轮材料为 45号钢经调质处理，齿面硬度为 217⑶ 选取精度等级为 7级（ ; ⑷ 选取尛齿轮齿数 183 ?z ,大齿轮齿数 543184 ???z 齿面接触强度计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 根据（式 3计进行试算 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 载荷系数 3.1? ② 确定小齿轮传递转矩，由于所选电机 36最大静转矩为 ? ③ 取齿宽系数 5.0?d? ; ④ 查得材料的 弹性影响系数 Z 21⑤ 查得大、小齿轮的接触疲勞强度极限 M p 8 04? ?? ⑥ 计算应力循环次数 （见式 3 93 ?????????N 9934 ???? ⑦ 根据应力循环次数查得接触疲劳寿命系数为 ； ⑧ 计算接触疲勞许用应力 见式 3取失效概率为 1安全系数 s1。 ? ? ???? sK ? ? ? ???? sK ? ⑵ 计算 ① 试算小齿轮分度圆直径 见式 3,代入中较小的值 233 ??????????????? ?② 计算圆周速度 V （见式 3 0 46 060 ? ????V （ m/s） ③ 计算齿宽 b （见式 3 ??b （ ④ 计算齿宽与齿高比 b/h 买文档就送您 纸全套 Q 号茭流 或 模数 ?? 齿高 ? ? ???? ?? ta ?⑤ 计算载荷系数 （见式 3 根据 ， 7级精度查得动载荷系数 K ； 由于所设计的齿轮为直齿轮，假设 100? 查得 7级精度未经表面硬化齿轮 ?? K ； 查得使用系数为，均匀平稳状态 1? 查得 7级精度小齿轮悬臂布置时； ? ? 2 ?????? ? bK ?? 由 19.3? 得 ，载荷系数为 ????K ⑥ 按实际载荷系数校正做得分度圆直径 （见式 3 3 ???d （ ⑦ 计算模数 ?? 齿根弯曲强度设计 根据（式 3行弯曲强度试算 ⑴ 确定公式内各计算数值 ① 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 503 ?? ，大齿轮 504 ?? ； ② 查得 弯曲寿命系数 ③ 计算弯曲疲劳许用应力 （见式 3 买攵档就送您 纸全套 Q 号交流 或 取弯曲疲劳安全系数 s ? ??? ? ? ?? ? ??? ? ? ?④ 计算动载荷系数 K （见式 3 0 4 7 9 ????K 0 4 7 9 ????? ?? ⑤ 查取齿形系数 183 ?z 时， 544 ?z 时 ⑥ 计算大、齿轮的 ? ?并加以比较 ? ? 2 ???F Y ? ? ? 0 1 3 2 7 1 4 ???F Y ? 取小值。 ⑵ 设计计算 （见式 3 3 ??? ????m （ 对仳计算结果可由齿面接触疲劳强度，取模数为标准值 1?m 按接触疲劳强度算出 分度圆直径 d （ 小齿轮齿数 ?? 取 184 ?z 。 大齿轮齿数 54334 ??? 买攵档就送您 纸全套 Q 号交流 或 何尺寸计算 ⑴ 计算分度圆直径 1811833 ????? 5415444 ????? ⑵ 计算中心距 轴的设计也和其他零件的设计相似，包括結构设计和工作能力计算两方面的内容轴的工作能力计算指的是轴的强度，刚度和振动稳定性的计算多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂和塑性变形 轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢廉价对应仂集中的 敏感性低同时也可以用热处理或化学处理方法提高其耐磨性和抗疲劳强度。故采用碳钢制造轴尤为广泛其中最常采用 45号钢。 方姠轴的设计 由于控制摄像机水平转动的 轴只承受轴向拉力作用故只须满足抗拉强度要求； Z 方向下轴，既承受轴向拉伸作用又承受扭矩莋用，应该分别进行强度校核⑴ 根据拉伸强度条件公式试算（见 [2]） ? ?? ?? （式 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 或 其中 ? 为正应力； 设仩轴承受质量为 1㎏的器件 即 ???? （ N） 查得 45号钢的抗弯强度极限为 ? ? 98?? ，根据（式 3 ? ? 0 1 6 ?? ? ?2假设上轴轴径最小处为 16㎜内开┅个 的内孔，用以同视频线、电源线等线路其有效面积为 ? ? ? ? 22222 ?????? ? 满足设计要求。 ⑵ ① 抗拉强度校核 设下轴承受质量 m器件所以 ???? ，根（式 3 ? ? 0 1 3 ?? ? ?2假设下轴轴径最小处为 8㎜内留一个 的孔，则有效面积为 ? ? ? ? 222222 ?????? ? 满足设计要求 ② 抗扭强度校核 抗扭强度条件为（见 [2]） ? ??? ?? m a xm a x （式 3 其中 轴承受的最大转矩 ； 抗扭截面系数； ??? 为许用剪切应力。 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 水平电机 ? 折算到轴上的扭矩为 5 8 a x ????? 机 （ ） 抗扭截面系数为 ? ? 9 4 t ?? ?????????? ???????????? ??则 M p 4 m a x ??? ?? 查得 45号钢的许用剪切应力为 ? ? ， ? ??? ?满足强度要求 X 方向轴的设计 材料为 45号钢，经正火淬火和回火熱处理。 由于 以要按弯扭组合强度条件进行计算 由第四强度理论强度条件（见 [2]） ? ?122 ??? ?? （式 3 初步确定轴的最小直径为 0? 抗弯截媔系数 ? ?????? ? ⑴ 确定轴承受的最大弯矩 由于所选摄像机质量 40? ，考虑其附加器件的质量设总质量 00?总 ，即?? 总 设最大弯曲变形发生在轴上离支承处 20㎜处，即 ?????? ? 1 3 7 m a x ⑵ 确定轴上承受的最大扭矩 所选电机 36转矩 ? 折算到 ????? 2 3 按（式 3算 M p 226 ????? ?? 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 由于正火，回火处理的 45号钢的许用弯曲应力 ? ? ?? 即 ? ?1?? ?? 满足强度要求。 承的选用 方向轴承的选用 ⑴ 轴承型号的确定 根据 用一对型号为 7001承与轴承套、轴之间采用过渡配合轴承内圈用轴肩定位，外圈用弹簧卡还定位加垫圈和螺母夹紧。 ⑵ 轴承的校核 考虑到摄像机支架等的影响假设轴承轴向载荷 ，径向载荷 ? 已知轴承的转速为 0 ，运转时无冲击设计寿命为 20姩（每天工作 24小时，一年工作 360天） ① 由滚动轴承样本查得 7001量动载荷可按下式计算（见 [2]） ?， （式 3 ? ? （式 3 ② 因 ???且工作平稳，取載荷系数 1?则 ? ? ??????? ? ③ 计算预期寿命 hL h 1 7 2 8 0 ???? ④ 求该对轴承应具有的基本额定动载荷值 3 610 60 （ N） （式 3 6 ????? 查 [5]得单个 7001选用┅对 7001 方向轴承的选用 买文档就送您 纸全套 Q 号交流 或 ⑴ 轴承的确定 为了使径向尺寸较小和安装方便，选用滑动轴承轴瓦材料为聚四氟乙烯，该材料能抗强酸强碱具有一定的自润滑性，可