【正文】 的攝象機(jī)及防護(hù)罩，云臺(tái)的承重應(yīng)是不同的。室內(nèi)云臺(tái)的承重量較小，云臺(tái)的體積和自重也較小。它的體積和自重也較大。室外用云臺(tái)承重量大約 7KG—50KG 左右。 一般的云臺(tái)均屬于有線控制的數(shù)控云臺(tái)。 還有的云臺(tái)內(nèi)裝繼電器等控制電路，這樣的云臺(tái)往往有六個(gè)控制輸入端。還有一個(gè)則是自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)端。 在電源供電電壓方面，目前常見(jiàn)的有交流 24V 和 220v 兩種。目前，還有直流 6V 供電的室內(nèi)用小型云臺(tái)，可在其內(nèi)部安裝電池，并用紅外遙控器進(jìn)行遙控。云臺(tái)的安裝位置距控制中心較近，且數(shù)量不多時(shí)，一般采用從控制臺(tái)直接輸出控制信號(hào)進(jìn)行控制。 第二章 產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)參數(shù) 第一節(jié) 數(shù)控云臺(tái)的技術(shù)指標(biāo) 云臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)： （ 1） 控制軸：兩旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)位控制，水平 Z 軸，垂直 X 軸 。 （ 3） 速度： Z 軸 350? /s— 700? /s,X 軸 15? /s－ 90? /s （ 4） 供電： AC220V 或 DC12V （ 5） 負(fù)載： 3kg （ 6） 脈沖當(dāng)量： 度 /脈沖 第二節(jié) 可行性論證及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 智能高速球云臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）普通云臺(tái)的監(jiān)視范圍有限，在云臺(tái)的正下方存在死點(diǎn)，而智能高速球云臺(tái)在水平方向上可以連續(xù) 360 度無(wú)級(jí)變速掃描，不存在任何死點(diǎn)。而智能 高速球云臺(tái)可以在 度 — 125RAD/S 的可變速搜索目標(biāo)。 （ 4）普通云臺(tái)通常沒(méi)有預(yù)置攝象點(diǎn)的功能，而智能高速球云臺(tái)則可以有預(yù)置攝象點(diǎn)。垂直轉(zhuǎn)動(dòng)軸與齒輪的連接是用一對(duì)背靠背的角接觸球軸承，水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸是用與支架連滑動(dòng)軸承接。外部采用吊裝支承，外型仿效球型云臺(tái)的設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)是輸入一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角 。通過(guò)前面的介紹可以看到，步進(jìn)電機(jī)是一種把開(kāi)關(guān)激勵(lì)的變化變換成為梢確的轉(zhuǎn)子位置增量運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (2) 位置誤差不會(huì)積累。 步進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格很多，按照它們的結(jié)構(gòu)和工作原理可以劃分為磁阻式 (也稱反應(yīng)式或變磁阻式 )電機(jī)、混合式電機(jī)、永磁式電機(jī)和特種電機(jī)等四種主要型式。這種電動(dòng)機(jī)按變磁阻原理工作，于是有的國(guó)家又稱之為變磁阻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)是：不通電時(shí)無(wú)定位力矩；每步有振蕩和過(guò)沖。 混合式電機(jī)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩大，步距角小，運(yùn)行頻率高，功耗低及有自鎖功能，但需有正負(fù)電脈沖供電，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。 攝象機(jī)的脈沖當(dāng)量等于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角除以傳動(dòng)比，為使攝象機(jī)達(dá)到較小的脈沖當(dāng)量，利用齒輪減速機(jī)構(gòu)，細(xì)分步距角以達(dá)到目的，同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)矩。 整個(gè)云臺(tái)采用吊裝球型設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1） 最大限度地減少灰塵和外來(lái)的干擾，使云臺(tái)壽命大大延長(zhǎng)，也使系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高。 （ 3） 防護(hù)罩表面進(jìn)行防靜電處理，可以防止灰塵吸 附，日常維護(hù)簡(jiǎn)單 （ 4） 防護(hù)罩降低了云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)噪音。 一、 垂直 X 軸步進(jìn)電機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求 ：行程 45 ? —— 45? ，最大速度 90? /s。 步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，對(duì)于點(diǎn) —— 位控制系統(tǒng)，從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)行速度都有一定的要求。 本設(shè)計(jì)中，近似認(rèn)為地認(rèn)為升速 規(guī)律按直線規(guī)律升速（實(shí)際上按指數(shù)規(guī)律升速），設(shè)定從靜止升到 90? /s 用 。垂直 = M垂直 /i=根據(jù) ML ≤（ ） Mmax 其中： ML ：折算到電機(jī)軸上的力矩； Mmax ：最大靜轉(zhuǎn)矩 即： Mmax ≥ ML /=（ 2）步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率 取脈沖當(dāng)量 L? 為： L? = ? /脈沖 最高運(yùn)行速度： nmax =90 ? /s 所以 fmax = nmax / L? =90/=180 Hz 因此，從步進(jìn)電機(jī)步距角考慮，在 X 方向上選用 36BF003 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 二、 水平 Z 軸步進(jìn)電機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求： 行程： 0? 355? ； 最高速度： 2 r/s （ 1） 、計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩 M水平 =M慣性 +M摩擦 其中： M水平 為水平方向上的轉(zhuǎn)矩 M慣性 為慣性轉(zhuǎn)矩； M摩擦 為摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 同前述道理，設(shè)定攝像機(jī)從靜止升到最高速用 M慣性 =J? ? 角加速度 ? =（ 1? ? 0 ） / t? =（ 4? 0） /=20? rad/s 將水平移動(dòng)部分看成為矩形實(shí) 體，其中 m=， L=100mm， H=100mm 即水平移動(dòng)的總體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J=m(L2 +H2 )/12=? （ + ） /12= 所以 M慣性 =J? ? =? 20? = N .m M摩擦 難以計(jì)算，可將 M慣性 乘以一個(gè)修正系數(shù)后，得到 M水平 ，由于采用的是滾動(dòng)軸承，摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于滑動(dòng)軸承，所以選修正為 M水平 = ? M慣性 =? = N .m 折算到電機(jī)軸上 M39。 第二節(jié) 減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、 垂直 X 軸減速齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步擬定已知條件： i= 3， n max2 =15r/min， m=1mm,工作壽命為 20 年（每天工作 24 小時(shí)，一年工作 360 天） 以下計(jì)算過(guò)程選自《機(jī)械設(shè)計(jì)》： 選定齒輪類(lèi)型、精度、材料及齒數(shù) 1）、按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2）、考慮該減速器傳動(dòng)功率不大，所以大、小齒輪都選用軟齒面，由表 101 選大、小齒輪材料為 45 號(hào)鋼，經(jīng)常化處理，齒面硬度為 162217HBS 3）、選取精度等級(jí)：選 7 度等級(jí)（ GB1009588） 4）選小齒輪齒數(shù) z1 =18 ,大齒輪齒數(shù) z2 = z1 i=3? 16=、小齒輪分度圓直徑分別為 d1 =m z1 =18? 1=18mm, d2 =m z2 =54? 1=54mm 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 校核公式為： F? =bmYYKF SaFat≤ [? ]F M Pa m≥（FFaYdSaYzKT ][12 21 ??? ） 3/1 mm 計(jì)算載荷系數(shù) K ： K = KA KV K? K? （其中 KA 為使用系數(shù)； KV 為動(dòng)載系數(shù)； K? 為齒間載荷分配系數(shù)； K? 為齒向載荷分布系數(shù)） 由表 102 查得 KA =； 因?yàn)?nmax = r/s， 所以 vmax =2? nmax ? d/2=2? ? ? 18/2= 而且屬于 7 級(jí)精度，由圖 108 查的 KV =； 因?yàn)? Ft = 2T 1 /d1 = 2? ? 103? =， 所以 KA Ft /b = ? ? 18= N/mm ( 齒寬系數(shù) ? d = ) 由表 103 可查的 K ?H = K ?F = 由表 104 可查的 K ?H =, 由圖 1013 可查的 K ?F = 所以 K = KA KV K? K? =? ? ? = 計(jì)算齒形系數(shù) YFa 及應(yīng) 力校正系數(shù) YSa ： 由表 105 可查的 Y 1Fa = ； Y 1Sa = Y 2Fa =+ 6050 ?? ? （ 5450） = Y 2Sa =+ 5060 ?? ? （ 5450） = 所以 1F? = bmYYKF SaFat =33 1011010 ?? ??? ???= 2F? = bmYYKF SaFat =33 1011010 ?? ??? ???= 而 [? ]F = SK FEFN? M Pa 計(jì)算應(yīng)力系數(shù) N1 =60n1 AL h =60? 15? 3? 1? (24? 360? 20)=? 109 N2 = N1 /3=? 109 /3=? 109 由圖 1018 可查的彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN 為： K 1FN =； K 2FN = 按硬度中間值 ，由圖 1020b 可查的 1FE? = 2FE? =310MPa 取安全系數(shù) S=1，所以 [? ] 1F = ?= M Pa [? ] 2F = 1 ? = M Pa 取 F? 中最大值，即 F? = M Pa； 取 [? ]F 中最小值，即 [? ]F = M Pa 很明顯 F? ≤ [? ]F ，滿足要求 m≥（FFaYdSaYzKT ][12 21 ??? ） 3/1 ≥ 3 2 ??? ?? = mm，滿足要求 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 H? =uubdKFt 11 ??≤ [ H? ] M Pa d1 ≥ 3 21 )][(1HEdZuuKT ?? ?? mm 大、小齒輪都是鍛鋼，由表 106 可查的材料的彈性影響系數(shù)為 ZE = MPa 載荷系數(shù) K = KA KV K? K? =? ? ? = 所以 H? = 3 1310181010 33 ????? ? ??= M Pa 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： [? ]H = sK HHN lim? 由于工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1 =? 109 ， N2 =? 109 所以由圖 1019，可得 K 1HN =； K 2HN = （不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕） 由硬度中間值 ，圖 1021c 可得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為1limH? = 2limH? =380 M Pa 取安全系數(shù) S=1，則 [? ] 1H =1 ?= M Pa [? ] 2H =1 ?= M Pa 取最小值即 [? ]H = M Pa，很明顯 H? = M Pa≤ [? ]H = M Pa，安全 d1 ≥ 3 21 )][(1HEdZuuKT ?? ?? ≥ 3 2) (3 ???? = 因?yàn)?d1 =20mm，所以也滿足要求 因?yàn)榇怪?X 軸的運(yùn)動(dòng)范圍是 ?45? ，所以該減速機(jī)構(gòu)中大齒輪定為齒扇結(jié)構(gòu)，角度為120? 二、 水平 Z 軸減速齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步擬定已知條件： i= ， n max2 =2r/min， m=1mm,工作壽命為 20 年（每天工作 24 小時(shí)，一年工作 360 天） 選定齒輪類(lèi)型、精度、材料及齒數(shù) 1）、按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2）、考慮該減速器傳動(dòng)功率不大，所以大、小齒輪都選用軟齒面，由表 101 選大、小齒輪材料為 45 號(hào)鋼，經(jīng)?；幚?，齒面硬度為 162217HBS 3）、選取精度等級(jí)：選 7 度等級(jí)（ GB1009588） 4）選小齒輪齒數(shù) z1 =20 ,大齒輪齒數(shù) z2 = z1 i=? 20=、小齒輪分度圓直徑分別為 d1 =m z1 =20? 1=20mm, d2 =m z2 =75? 1=75mm 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 校核公式為： F? = bmYYKF SaFat ≤ [? ]F M Pa m≥（FFaYdSaYzKT ][12 21 ??? ） 3/1 mm 參照垂直 X 軸的計(jì)算方法，得載荷系數(shù) K= 計(jì)算齒形系數(shù) YFa 及應(yīng)力校正系數(shù) YSa ： 由表 105 可查的 Y 1Fa = ； Y 1Sa = Y 2Fa = ； Y 2Sa = Ft =2T 1 /d=2 10 3? = 所以 1F? =bmYYKF SaFat=33 1011010 ?? ??? ???= 2F? =bmYYKF SaFat=33 1011010 ?? ??? ???= M Pa 同理可得： [? ]F = M Pa 取 F? 中最大值即 F? = 很明顯 F? =≤ [? ]F = M Pa 故安全 m≥（FFaYdSaYzKT ][12 21 ??? ） 3/1 ≥（ 2 ??? ?? ） 3/1 = mm 滿足要求 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 H? =uubdKFt 11 ??≤ [ H? ] M Pa d1 ≥ 3 21 )][(1HEdZuuKT ?? ?? mm 同上 H? =uubdKFt 11 ??= 33 ????? ? ?? = M Pa