【正文】 ??? 中較小的值，根據(jù)（式 38） 3 231 ??????????????td ? ?mm ② 計(jì)算圓周速度 10060? ??? ndV ? （ m/s） (式 311) ?? ????V （ m/s） ③ 計(jì)算齒寬 b td db ??? （ mm） （式 312） ???b （ mm） ④ 計(jì)算齒寬與齒高比 b/h 模數(shù) ： ??? zdm tt （ mm） 齒高： ? ? 7 8 6 9 ????? ?? ta mchh （ mm） ??hb ⑤ 計(jì)算載荷系數(shù) ?? HHVA KKKKK ? （式 313） 根據(jù) smV /? ， 7級(jí)精度，查得動(dòng)載荷系數(shù) ?VK 。 查得使用系數(shù)為，均勻平穩(wěn)狀態(tài)時(shí) 1?AK 。 故，載荷系數(shù) ?????K ⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)校正做得分度圓直徑 3 KtKdd t?（ mm） （式 314） 31 ???d （ mm） ⑦ 計(jì)算模數(shù) ??? zdm （ mm） 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： ? ?3 2112 ??????????? F SFd YYzKTm ?? ?? （式 315） ⑴ 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 ① 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MpaFE 4501 ?? ，大齒輪 MpaFE 4502 ?? ； ② 查得彎曲壽命系數(shù) ?FNK ， ?FNK ； ③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 ? ? sK FEFNF ?? ? （式 316） 取彎曲疲勞安全系數(shù) s= ? ? ???? sK FEFNF ?? ? ?Mpa ? ? ???? sK FEFNF ?? ? ?Mpa ④ 計(jì)算動(dòng)載荷系數(shù) K ?? FFVA KKKKK ? （式 317） 0 7 7 ?????K ⑤ 查取齒形系數(shù) 181?z 時(shí)， ?FaY ； ?SaY 542?z 時(shí)， ?FaY ； ?SaY ⑥ 計(jì)算大、齒輪的 ? ?FSaFaYY? 并加以比較 ? ? 11 ???F SaFa YY ? ? ? 013 47 22 ???F SaFa YY ? 取小值。 按接觸疲勞強(qiáng)度算出： 分度圓直徑： ?d （ mm） 小齒輪齒數(shù)： ??? mdz ，取 181?z 。 驗(yàn)算 311 ????? dTF t N mmNmmNb FK tA /100/ ???? 。 ⑵ 由于該減速器傳動(dòng)功率不大，所以大、小齒輪都選用軟齒面齒論。 ⑶ 選取精度等級(jí)為 7級(jí)（ GB1009588） 。 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)（式 38）設(shè)計(jì)進(jìn)行試算。 廣東海洋大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 － 10 － ④ 查得材料的彈性影響系數(shù) ?EZ 21Mpa ⑤ 查得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 M p aHH 3 8 04lim3lim ?? ?? ⑥ 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （見式 39） 93 6 024133060 ?????????N 9934 ????? jNN ⑦ 根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得接觸疲勞壽命系數(shù)為： ?HNK ； ?HNK 。 ? ? ????? sK imHHNH ?? MPa ? ? ????? sK imHHNH ?? MPa ⑵ 計(jì)算 ① 試算小齒輪分度圓直徑 td3 （見式 38） ,代入中較小的值 3 233 ??????????????td ? ?mm ② 計(jì)算圓周速度 V （見式 311） ?? ????V （ m/s） ③ 計(jì)算齒寬 b （見式 312） ???b （ mm） ④ 計(jì)算齒寬與齒高比 b/h 模數(shù) ??? zdm tt （ mm） 齒高 ? ? ????? ?? ta mchh （ mm） ??hb ⑤ 計(jì)算載荷系數(shù) （見式 313） 根據(jù) smV /? ， 7 級(jí)精度，查得動(dòng)載荷系數(shù) ?VK ； 由于所設(shè)計(jì)的齒輪為直齒輪，假設(shè) mmNbFK tA /100? ，查得 7級(jí)精度未經(jīng)表面硬化齒輪 ?? ?? FH KK ； 查得使用系數(shù)為，均勻平穩(wěn)狀態(tài) 1?AK ； 查得 7級(jí)精度，小齒輪懸臂布置時(shí)； ? ? 2 4 32 ?????? ? bK ddH ??? 由 ?hb ， ??HK 查得 ??FK 故，載荷系數(shù)為： ?????K ⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)校正做得分度圓直徑 （見式 314 ） 廣東海洋大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 － 11 － 33 ???d （ mm） ⑦ 計(jì)算模數(shù) ??? zdm （ mm） 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)（式 315）進(jìn)行彎曲強(qiáng)度試算。 ⑵ 設(shè)計(jì)計(jì)算 （見式 315） 2 3 ??? ????m （ mm） 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，可由齒面接觸疲勞強(qiáng)度，取模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值 1?m 。 大齒輪齒數(shù) 54334 ??? zz 幾何尺寸計(jì)算 廣東海洋大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 － 12 － ⑴ 計(jì)算分度圓直徑 1811833 ????? mzd （ mm） 5415444 ????? mzd （ mm） ⑵ 計(jì)算中心距 ? ? 36243 ??? dda （ mm） ⑶ 計(jì)算齒輪寬度 ????? db d? （ mm） 取 mmB 94 ? ； mmB 143 ? 。 注：考慮云臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)是 45176。取齒扇為 122176。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度，剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算。這時(shí)只需要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂和塑性變形。由于碳鋼比合金鋼廉價(jià)，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。 Z 方向軸的設(shè)計(jì) 由于控制攝像機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)的 Z軸有上下兩根軸，上軸只承受軸向拉力作用，故只須滿足抗拉強(qiáng)度要求； Z方向下軸，既承受軸向拉伸作用，又承受扭矩作用，應(yīng)該分別進(jìn)行強(qiáng)度校核。 設(shè)上軸承受質(zhì)量為 1㎏的器件，即： ????? gmF （ N） 查得 45號(hào)鋼的抗彎強(qiáng)度極限為 ? ? Mpab 598?? ，根據(jù)（式 317）得： ? ? 0 16 ??? bFA ? ? ?2mm 假設(shè)上軸軸徑最小處為 16㎜，內(nèi)開一個(gè) mm10? 的內(nèi)孔，用以同視頻線、電源線等線路，其有效面積為： ? ? ? ? )( 222222 mmmmdDS ??????? ? 滿足設(shè)計(jì)要求。 ② 抗扭強(qiáng)度校核 抗扭強(qiáng)度條件為（見 [2]）： ? ??? ?? tWTm axm ax （式 319） 其中： maxT 為軸承受的最大轉(zhuǎn)矩； tW 為抗扭截面系數(shù)； ??? 為許用剪切應(yīng)力。 X 方向軸的設(shè)計(jì) 材料為 45 號(hào)鋼，經(jīng)正火，淬火和回火熱處理。 由第四強(qiáng)度理論強(qiáng)度條件（見 [2]）： ? ?122 ???? ?? TMWca （式 320） 初步確定軸的最小直徑為： mmd 10? 抗彎截面系數(shù)： 36933 mdW ?? ?????? ? ⑴ 確定軸承受的最大彎矩 由于所選攝像機(jī)質(zhì)量 gm 540? ，考慮其附加器件的質(zhì)量，設(shè)總質(zhì)量 gm 700?總 ，即NmF ??? 總 。 軸承的選用 Z 方向軸承的選用 ⑴ 軸承型號(hào)的確 定 根據(jù) Z方向下軸的軸徑和工作要求，選用一對(duì)型號(hào)為 7001AC 的角接觸球軸承。軸承內(nèi)圈用軸肩定位，外圈用彈簧卡還定位，加墊圈和螺母夾緊。已知軸承的轉(zhuǎn)速為 min/60rn? ，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無沖擊，設(shè)計(jì)壽命為 20年（每天工作 24 小時(shí)，一年工作 360天）。 hL h 172800203602439。60 hnLPC ? （ N） （式 323） NC 3 6 ????? 查 [5]得單個(gè) 7001AC軸承的基本額定動(dòng)載荷為 ，故選用一對(duì) 7001AC軸承合適。軸 瓦材料為聚四氟乙烯，該材料能抗強(qiáng)酸強(qiáng)堿，具有一定的自潤(rùn)滑性，可以在無潤(rùn)滑條件下工作。減摩性及耐磨性比較好?？紤]攝像機(jī)及支架重量約為 700g，即軸承所承受的徑向力 NFNmgF ????? ，即。 查得聚四氟乙烯的 ? ? Mpap ? ，即 ? ?pMpap ???? ② 驗(yàn)算軸承的 pv值 軸承的發(fā)熱量與單位面積上的摩擦功耗 pvf 成正比（ f 是摩擦系數(shù)）。 由于本設(shè)計(jì) min/30max rn ? smMpaBnFpv / ??????? 查得聚四氟乙烯的 ? ? Mpapv ? ，即 ? ?ppv? 。 smndv / ?????? ? 查得聚四氟乙烯的 ? ? smv /? ，即： ? ?vsmv ?? / 綜上驗(yàn)算，滑動(dòng)軸承適用。 本控制系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)如下： ⑴ 上位機(jī) (單片機(jī)或 PC 機(jī) )實(shí)現(xiàn)多機(jī)集中控制，云臺(tái)控制器通過與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、鏡頭等控制； ⑵ 采用 RS485 通信接口，可以滿足遠(yuǎn)距離控制的需要；串行通訊口采用電源隔離供電，并且與主機(jī)之間采用了光電隔離技術(shù)； 廣東海洋大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 － 16 － ⑶ 云臺(tái)動(dòng)作：產(chǎn)生上、下、左、右、自動(dòng) 5種控制動(dòng)作 并實(shí)現(xiàn)勻速、變速控制； ⑷ 云臺(tái)攝像頭控制 ：實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭的變倍、焦距、光圈的大、小控制； ⑸ 選用硬件 WDT 實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行監(jiān)視； ⑹ 其他功能：燈光控制、防盜 、狀態(tài)顯示、急停等。從圖中可以看出，系統(tǒng)由微處理器 圖 41 控制器功能框圖 模塊、串行通信模塊、時(shí)鐘模塊、以及鏡頭、云臺(tái)等控制模塊組成。 系統(tǒng)中關(guān)鍵器件的選用 微處理器 在方案中已確定使用 MCS51 系列單片機(jī) 89C51。 AT89C51 具有下列主要功能： ⑴ 4KB Flash 程序存儲(chǔ)器（可寫入 /擦除 1000 次）； ⑵ 全靜態(tài)工作 0Hz~24Hz。 看門狗電路 看門狗（ watchdog）的作用是強(qiáng)迫單片機(jī)（ CPU）進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，使之從硬件或軟件故障中解脫出來。 微處理器 RS485 串行 通信接口 CD4060 看門狗電路 攝像鏡頭控制 云臺(tái)控制 廣東海洋大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 － 17 － 本設(shè)計(jì)由計(jì)數(shù)器 CD4060 組成的看門狗電路如圖 42 所示。選 ?? KR 1301 、 pFC 1001 ? 時(shí) ，振蕩頻率經(jīng)內(nèi)部１４級(jí)二分頻后，從 14Q 端可輸出約 Hz2 的頻率信號(hào)。正常情況下 89C51 沒隔一段時(shí)間 1t 就將 CD4060 復(fù)位一次。 3R 與 2C 組成微分電路，可將 口輸出的復(fù)位電平變成復(fù)位脈沖。 可靠性設(shè)計(jì) 容錯(cuò)設(shè)計(jì)的一般思想 眾所周知，一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否正常工作是由很多因素決定的， 其外因?yàn)楦黝惛蓴_，其內(nèi)因?yàn)樵撓到y(tǒng)本身的素質(zhì)。共分為 2個(gè)方面，一方面是系統(tǒng)的自檢設(shè)計(jì)，另一方面是系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。診斷過程是“檢查 思考 判斷”的過程；因此一個(gè)系統(tǒng)的硬件容錯(cuò)能力在很大程度上是先天的，系統(tǒng)定型后，硬件容錯(cuò)的極限也就定下來了。 系統(tǒng)的自診斷設(shè)計(jì) 硬件自診斷的 常用方法 自診斷又稱為“自檢”，通過自檢功能了解系統(tǒng)的狀況。 ⑵ 定時(shí)自檢 由系統(tǒng)時(shí)鐘定時(shí)啟動(dòng)自檢功能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行周期性在線檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的故障。 本解碼器主要運(yùn)用了上電自檢的自檢方法。 ⑴ CPU 的診斷 CPU 是微機(jī)系統(tǒng)的核心，如果 CPU 出了問題，可想而知，系統(tǒng)是肯定無法正常工作的。由于沒有檢測(cè)電路，因此，本解碼器實(shí)際只進(jìn)行了前 4項(xiàng)的診斷工作。 ROM 的自檢常采用“檢驗(yàn)和”的方法。干擾既可以從線路侵入系統(tǒng)，也可以以場(chǎng)形式從空間侵入系統(tǒng)。任何一種干擾都有可能使系統(tǒng)工作失常，尤其是在比較惡劣的現(xiàn)場(chǎng)，這種可能性就更大；因此一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)不能忽視這種干擾的存在，必須采取一定的抗干擾措施。 ⑴ 硬件抗干擾措施 首先，加大電源的濾波電容。 其次，在關(guān)鍵元件中串入無感瓷片電容、云母電容或 CBB 電容，這在很大程度上削弱了高頻干擾。 另外，采用金屬外殼也可使系統(tǒng)在一定程度上屏蔽掉一些雜散的場(chǎng)干擾。 在本解碼器的軟件設(shè)計(jì)過程中主要采用了軟件陷阱技術(shù)，即： ① 在程序區(qū)的斷層（即不使用的區(qū)域），以 NOP 指令填空，以保證因干擾而造成彈飛的程序盡快步入正常的運(yùn)行軌 道。就是用一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指