畢業(yè)設(shè)計（論文）-攝像機(jī)隨動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

全套圖紙加V信153893706或扣3346389411目錄TOC\o"1-3"\h\u10824摘要 29127Abstract 374901緒論 3123032.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 6187683.俯仰回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計 839103.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計 824893.1.1電機(jī)的選擇 8140973.1.2關(guān)于軸的設(shè)計 950903.1.3驅(qū)動電機(jī)的校核 11240823.1.4蓄電池的選用 15286843.2俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計 16289733.2.1蝸輪蝸桿選擇的材料 16282973.2.2強(qiáng)度計算 16170043.2.3關(guān)于齒面強(qiáng)度的詳細(xì)計算校核 19144163.2.4校核齒根的強(qiáng)度 20168154基于Solidworks的三維建模 22259504.1設(shè)備的三維建模 22307454.2裝置的運(yùn)動仿真 23202254.2.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 24173234.2.2俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 2917783致謝 3131976參考文獻(xiàn) 32

摘要攝像機(jī)固定在上端支架上，通過俯仰機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)前后±90°調(diào)節(jié)，俯仰機(jī)構(gòu)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖、能夠很好的固定位置。在±90°的位置通過接近開關(guān)實現(xiàn)限位，同時采用機(jī)械限位的方式雙重保護(hù)，防止過角度旋轉(zhuǎn)損傷元器件。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過齒輪嚙合的方式驅(qū)動，電機(jī)輸出軸直接固定小齒輪、小齒輪轉(zhuǎn)動帶動大齒輪同時可以增大輸出扭矩，大齒輪連接著旋轉(zhuǎn)工作臺從而整個俯仰機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)360°不間斷旋轉(zhuǎn)，采用24V直流馬達(dá)、蓄電池供電。文中對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計、強(qiáng)度校核等，通過SolidWorks進(jìn)行了三維建模、并通過了仿真分析更加直觀的展示了設(shè)計成果，通過分析得到機(jī)構(gòu)受力均勻、載荷平穩(wěn)、速度穩(wěn)定的結(jié)論。通過對裝置的運(yùn)動仿真，得到俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成的隨動跟蹤系統(tǒng)滿足設(shè)計要求的結(jié)論。關(guān)鍵詞：攝像機(jī)；俯仰機(jī)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)；仿真；隨動跟蹤系統(tǒng)

AbstractThecameraisfixedontheupperbracket,thefrontandback±90°adjustmentcanberealizedbythepitchmechanism,andthepitchmechanismcanberealizedbythewormgearmechanism,whichcanachieveself-lockingandgoodfixedposition.Atthepositionof±90°,limitisrealizedbyproximityswitch,andatthesametime,doubleprotectionisadoptedbymechanicallimittopreventthecomponentsfrombeingdamagedbyoveranglerotation.Therotatingmechanismisdrivenbygearengagement.Theoutputshaftofthemotordirectlyfixesthepinion.Thepinionrotatesanddrivesthebiggeartoincreasetheoutputtorqueatthesametime.Thebiggearisconnectedwiththerotatingworkbenchsothattheentirepitchmechanismcanachieve360°continuousrotation.The24Vdirectcurrentmotorandbatteryareusedforpowersupply.Inthispaper,thedetaileddesignandstrengthcheckofthemechanismarecarriedout,andthe3DmodelingiscarriedoutthroughSolidWorks,andthedesignresultsaredisplayedmoreintuitivelythroughsimulationanalysis，Throughtheanalysis,theconclusionthattheforceisuniform,theloadisstableandthespeedisstableisobtained.Throughthemotionsimulationofthedevice,itisconcludedthattheservotrackingsystemcomposedofpitchmechanismandrotationmechanismcanmeetthedesignrequirements.Keywords:camera;pitchmechanism;rotation;simulation；Trackingsystem

1緒論攝像機(jī)廣泛用于影視行業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、商場監(jiān)控等各行各業(yè)，如果攝像機(jī)僅僅是固定就只能拍攝一個角度的視頻，通過設(shè)計俯仰回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)360度無死角拍攝，能夠達(dá)到更好的效果，俯仰回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如同自動化結(jié)構(gòu)自動化程度很高、定位精度準(zhǔn)確。普通的自動化結(jié)構(gòu)的發(fā)展是在多種社會因素和科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，縱觀改造自然的歷史過程中，人類為了省時省力而不斷創(chuàng)造各種工具，從工具的材質(zhì)上看，從木質(zhì)工具發(fā)展為金屬工具，發(fā)展為機(jī)械工具，都是在不算的發(fā)展和改變的，通過不斷的優(yōu)化和改革，使得生產(chǎn)效率不斷的提升，更加促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和不斷對科學(xué)的探索。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，原有的生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足人們的需求，人們需要更加有效率、更加安全、更加智能的設(shè)備來輔助生產(chǎn)[1]。信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得機(jī)械發(fā)展越來越自動化、智能化。通過將不同的機(jī)構(gòu)組裝起來，通過使用控制系統(tǒng)控制不同的機(jī)構(gòu)完成不同的作業(yè)，更加智能化成為了發(fā)展趨勢，在市場經(jīng)濟(jì)的今天，誰掌握了自動化和智能化誰就掌握了先機(jī)，更加順應(yīng)時代的發(fā)展。自動化結(jié)構(gòu)的概念是上世紀(jì)末提出的，雖說發(fā)展的時間不是很長，但是發(fā)展的進(jìn)程和發(fā)展的速度非?？?，最初的技術(shù)不是很成熟，應(yīng)用的領(lǐng)域和行業(yè)也很有限，但是隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，科技的發(fā)展和應(yīng)用，自動化結(jié)構(gòu)的技術(shù)越來越成熟，也越來越精密，靈活度也非常高，可以應(yīng)用的領(lǐng)域和行業(yè)也越來越多，其在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用效果使得人們更加感受到其在生產(chǎn)效率[2]，生產(chǎn)安全和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方面的優(yōu)勢，也越發(fā)探索在工業(yè)企業(yè)中還有哪些工序是可以應(yīng)用工業(yè)自動化結(jié)構(gòu)來減少和降低人員工作強(qiáng)度和人工成本的。自動化結(jié)構(gòu)的發(fā)展不僅僅得益于機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，還和計算機(jī)技術(shù)，材料科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展密不可分。同時自動化結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也不僅僅是加工制造型企業(yè)，在很多高精度要求的領(lǐng)域也在應(yīng)用。在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用即醫(yī)療自動化結(jié)構(gòu)是自動化結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。自動化結(jié)構(gòu)是一種高精度的機(jī)電一體化生產(chǎn)裝備，通過氣動、液壓等進(jìn)行控制可以實現(xiàn)自動化結(jié)構(gòu)的高精密度及自動化性能[3]，在自動化結(jié)構(gòu)的設(shè)計和開發(fā)中需要有力矩，材料,強(qiáng)度，傳動等機(jī)械相關(guān)的知識，除此之外，還需要綜合應(yīng)用很多學(xué)科的知識，包括液壓、電子、電路、材料力學(xué)等各學(xué)科，是綜合學(xué)科運(yùn)用的產(chǎn)物。將各學(xué)科先進(jìn)的技術(shù)和前沿的發(fā)展結(jié)果應(yīng)用在自動化結(jié)構(gòu)的設(shè)計和開發(fā)中，可以使自動化結(jié)構(gòu)更智能化，可以完成的作業(yè)項目越多，可以完成的動作更加精準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)可以減少不良產(chǎn)品的發(fā)生，提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平[4]。自動化結(jié)構(gòu)可以完成的動作和操作很多，在很多工作和工位上可以替代人工的操作。減少了人力成本的消耗，同時可以提高生產(chǎn)的效率，提高企業(yè)的生產(chǎn)競爭力。

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計攝像機(jī)固定在上端支架上，通過俯仰機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)前后±90°調(diào)節(jié)，俯仰機(jī)構(gòu)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖、能夠很好的固定位置。在±90°的位置通過接近開關(guān)實現(xiàn)限位，同時采用機(jī)械限位的方式雙重保護(hù)，防止過角度旋轉(zhuǎn)損傷元器件。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過齒輪嚙合的方式驅(qū)動，電機(jī)輸出軸直接固定小齒輪、小齒輪轉(zhuǎn)動帶動大齒輪同時可以增大輸出扭矩，大齒輪連接著旋轉(zhuǎn)工作臺從而整個俯仰機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)360°不間斷旋轉(zhuǎn)。俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了隨動跟蹤系統(tǒng)，通過跟蹤裝置對目標(biāo)定位，兩個機(jī)構(gòu)進(jìn)行360度無死角式定位拍攝。為方便設(shè)計，兩個機(jī)構(gòu)的動力源可以選取相同的電機(jī)，采用24V直流馬達(dá)、蓄電池供電。具體的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，相關(guān)的零部件明細(xì)見表2-1。圖2-1俯仰回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖表2-1零部件明細(xì)表序號名稱數(shù)量材料1攝像機(jī)1組件2俯仰機(jī)構(gòu)裝配1組件3直齒M1X501454電機(jī)1組件5面板1Q235-A6立板2Q235-A7中心軸1458深溝球軸承6203-2Z1組件9轉(zhuǎn)盤1Q235-A10軸承壓座1Q235-A11直齒M1X11014512擋片14513箱體1SUS30414內(nèi)六角圓柱頭螺釘M4×814515固定板1Q235-A16防護(hù)罩1SUS304T=1.0

3.俯仰回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計3.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計3.1.1電機(jī)的選擇根據(jù)使用情況初選型號為東方馬達(dá)AZ系列DC電源輸入內(nèi)藏定位型AZM46MK-HP9+AZD-KD+CC020VZFB2電機(jī)，電機(jī)的具體型號和參數(shù)如表3-1所示，負(fù)載扭矩特性如圖3.1所示，后續(xù)對電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度校核。表3-1AZM46MK-HP9+AZD-KD+CC020VZFB2電機(jī)參數(shù)安裝尺寸40mm軸型單軸電磁制動有電纜線2m（標(biāo)準(zhǔn)電纜線）驅(qū)動器型內(nèi)藏定位型勵磁最大靜止轉(zhuǎn)矩2.5N?m轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量J71×10^-7kg?m^2齒隙3arcmin(0.05°)速度范圍0～600r/min減速比5分辨率000P/R設(shè)定時0.04°/脈沖容許轉(zhuǎn)矩2.5N?m電源輸入電壓DC24V/DC48V電源輸入電壓容許范圍±5%電源輸入電流1.8ACE標(biāo)志是的PC設(shè)定程序MEXE02電動機(jī)部質(zhì)量0.88kg電路部質(zhì)量0.15kg

圖3.1負(fù)載扭矩特性圖3.1.2關(guān)于軸的設(shè)計根據(jù)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計及電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，此設(shè)計的預(yù)期使用條件：負(fù)載的重量W=5Kg，通過結(jié)合電機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計校核，最終得出結(jié)論。（1）步進(jìn)距離的設(shè)計步進(jìn)距離的大小取決于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速和行動速度（3.1）式中：L—步進(jìn)距離；Vmax—最大的運(yùn)行速度，參照100mm/s；Nmax—電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，600r/min。（2）軸向負(fù)載的計算①加速時：加速度a為：（3.2）式中：t—加速及減速的時間，0.15s將Vmax=100mm/s，t=0.15s代入得。加速時，軸向負(fù)載為（3.3）式中：μ—線性運(yùn)動零件與零件之間的摩擦系數(shù)，取μ=0.02。勻速運(yùn)動時，軸向負(fù)載為（3.4）②減速時：軸向負(fù)載（3.5）各動作模式1次循環(huán)所需的時間（s）如表3-2所示：表3-2循環(huán)所需時間動作模式A（同時俯視）B（慢）C（快）共需時間所需時間0.31.40.32負(fù)載條件如表3-3所示：表3-3步進(jìn)距離為4的負(fù)載條件動作模式ABC軸向負(fù)載P（N）4.330.982.37轉(zhuǎn)速N300600300所需時間比例t15%70%15%軸向平均負(fù)載及平均轉(zhuǎn)動速度的大小可以根據(jù)上述兩個表格中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算:（3.6）（3.7）動態(tài)額定負(fù)載C的計算與使用壽命相關(guān)，實際使用壽命需要在設(shè)計壽命中去除非運(yùn)行時間，設(shè)計使用壽命Lh=30000h。（在此公式中1代表預(yù)計夾緊的時間，代表上下運(yùn)動的時間）將運(yùn)行系數(shù)帶入公式中（3.8）（3）計算屈曲載荷及危險速度屈曲載荷的公式：（3.9）式中：—開始引起壓曲的負(fù)載；n—由旋轉(zhuǎn)軸的支撐方式?jīng)Q定，鉸支形式—鉸支形式n=1，固定形式—鉸支形式n=2，固定形式—鉸支形式n=4，固定形式—自由形式n=0.25；E—楊氏模量，為常數(shù)；I—旋轉(zhuǎn)軸軸向最小的慣性矩，；—負(fù)載作用點的距離。所以PK=1019.45N。（3.10）式中：—安全系數(shù)，0.5。在此設(shè)計中電機(jī)的運(yùn)行速度較慢，沒有危險，不需要對危險速度進(jìn)行校核。3.1.3驅(qū)動電機(jī)的校核（1）轉(zhuǎn)動慣量的詳細(xì)計算電機(jī)中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，旋轉(zhuǎn)軸的計算轉(zhuǎn)動慣量（3.11）工作臺是可以移動的部件，可以按照如下的公式將工作臺的移動質(zhì)量折算到旋轉(zhuǎn)軸軸上下移動的慣量上：（3.12）式中：L—步進(jìn)距離，cm；M—工作臺的質(zhì)量，kg。將數(shù)據(jù)代入到公式（3.12）中：聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量（2）計算轉(zhuǎn)矩特性為電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，其值可以在資料中查得為電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩，與具有線性關(guān)系，可以表達(dá)為（3.13）在資料中[5]查得。將數(shù)據(jù)代入到公式中：電機(jī)在沒有負(fù)載的情況下啟動，這種情況叫做空載啟動，其具體的扭矩計算為：（3.14）式中—空載啟動時的力矩，N.m；—空載啟動時，可移動部件的速度由0升速到最大時，折算到電機(jī)軸上的加速力矩，N.m；—在電機(jī)上的摩擦力矩（空載啟動時），N.m。計算的各相關(guān)項的力矩值如下：加速力矩（3.15）（3.16）式中：—機(jī)械結(jié)構(gòu)中等效的轉(zhuǎn)動慣量值；—電機(jī)加速度的最大值；—當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動最大速度的時電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速值；T—運(yùn)動機(jī)構(gòu)從靜止?fàn)顟B(tài)下啟動加速到最大快進(jìn)速度所需的時間；—執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大速度；—初選電機(jī)的步距角；—脈沖當(dāng)量；空載摩擦力矩（3.17）式中：M—運(yùn)動部件的總重量；—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；—傳動系統(tǒng)總效率；（）L—旋轉(zhuǎn)軸的最大行程；所以附加摩擦力矩（3.18）式中：—使用的旋轉(zhuǎn)軸的預(yù)緊壓力值（為最大軸向負(fù)載的1/3）；—旋轉(zhuǎn)軸未預(yù)緊時的傳動效率，現(xiàn)取通過以上得到馬達(dá)啟動的空載轉(zhuǎn)矩為：初選電機(jī)型號應(yīng)滿足電機(jī)所需空載啟動力矩小于電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即。所以電機(jī)初步滿足要求。（3）校核電機(jī)的啟動矩頻特性通常情況下說的啟動速度是指電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)啟動時候的速度，很少會使用到電機(jī)的跳轉(zhuǎn)啟動[6]。電機(jī)啟動后，其速度在一段時間內(nèi)是有規(guī)律的，當(dāng)電機(jī)的的工作轉(zhuǎn)速會在結(jié)束啟動時達(dá)到最高。圖3.2為電機(jī)的啟動力矩與頻率特性之間的關(guān)系曲線。圖3.2矩頻特性圖在此圖中，縱軸為空載啟動力矩，單位為N.cm,橫軸為對應(yīng)的啟動頻率，單位為KHz.根據(jù)以上的計算可知空載啟動力矩。在圖3.3中可以查的對應(yīng)的允許啟動頻率。其相應(yīng)的啟動頻率，符合設(shè)計要求，可以選用。（4）運(yùn)行矩頻特性校核電機(jī)的最高快進(jìn)運(yùn)行頻率fkz（3.19）式中：—機(jī)構(gòu)運(yùn)動的最大速度柱；—脈沖當(dāng)量；快進(jìn)力矩為：（3.20）式中：—快進(jìn)時，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；—附加摩擦力矩。由圖3.3可知對應(yīng)的允許快進(jìn)頻率；所以東方馬達(dá)AZ系列DC電源輸入內(nèi)藏定位型AZM46MK-HP9+AZD-KD+CC020VZFB2電機(jī)滿足快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性要求，可以使用。3.1.4蓄電池的選用裝置使用可以用蓄電池供電、使用更隨機(jī)可以不用考慮現(xiàn)場電源的問題，很方便。為滿足裝置在室內(nèi)外均能使用的要求，為了實現(xiàn)自主供電，需要在裝置上安裝電池，本設(shè)計中的電源為可充電池。在選擇電池時需要充分考慮成本價格、使用壽命、電壓大小、電池容量等要素。就市面上現(xiàn)有的蓄電池來看，其常見的有：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、金屬氧化物鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池、鋅銀蓄電池、鋅鎳蓄電池和鋰離子蓄電池[8]。從節(jié)省成本方面考慮，選用鉛酸蓄電池最為合算，但缺點也很明顯。比能量低，在電動汽車中所占的質(zhì)量和體積較大，一次充電后的行駛里程短。使用壽命短，導(dǎo)致了使用成本高。充電時間長。鉛是重金屬，存在污染。比較而言，鋰電池可以算作是更好的選擇。鋰電池的優(yōu)點有超長的壽命、使用安全、能夠?qū)崿F(xiàn)大電流快速充電、容量大行程長、體積小質(zhì)量輕以及綠色環(huán)保等優(yōu)點。電池成本隨著鋰液提純技術(shù)的提高也能夠接受。因此，本裝置選用高效環(huán)保的鋰電池作為供電能源。電源采用24V充電式電源，充滿一次電可連續(xù)24個小時使用。3.2俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計俯仰機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿傳動方式，該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖，能夠很好的鎖定位置、保證精度[7]。3.2.1蝸輪蝸桿選擇的材料結(jié)合使用情況選擇兩齒輪材料為：40Cr，加工工藝都為：調(diào)質(zhì)處理、表面淬火硬度為HRC46-55，為滿足使用需要加工等級定位六級[9]。取其最低值保證滿足使用需要，的MQ級質(zhì)量指標(biāo)查得；查機(jī)械設(shè)計手冊圖8－3－9（d）中的MQ級質(zhì)量指標(biāo)查得；。3.2.2強(qiáng)度計算蝸輪蝸桿的計算需要計算中心距、模數(shù)齒數(shù)等，具體步驟如下所示。中心距a的計算（3.21）式中：參數(shù)具體查閱機(jī)械設(shè)計手冊得到如下修正系數(shù)Cm＝1.2（配材料）螺旋角系數(shù)Aa＝454載荷系數(shù)K＝1.5高度端齒輪的扭矩計算是：（3.22）齒寬的補(bǔ)償參數(shù)＝0.5齒數(shù)比u=i=2.5查閱國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力為所以為了安全起見這里取a＝80mm(2)關(guān)于模數(shù)m的確定m=(0.007~0.02)a=0.56~1.6,取m=1.5mm(3)確定齒數(shù)z,z螺旋角度的初始確認(rèn)＝13z===29.4（3.23）取整這里按照z=30z=μz=2.530=75，這里就按照z=75關(guān)于螺旋角的重新計算如下部分（3.24）(4)其他主要幾何尺寸的計算z/cos=1.530/cos=45.7mm（3.25）d=mz/cos=1.5*75/cos=114.3mm（3.26）齒頂圓直徑d=d+2h=45.7+21.6=48.9mmd=d+2h=114.3+21.6=117.5mm（3.27）壓力角（端面）（3.28）分度圓直徑d=dcos=cos20.292=40.2mmd=dcos=348cos20.292=107.2mm壓力角（齒頂圓）=arccos=34.365=arccos=23.951端面重合度=[z（tg-tg）+z(tg-tg)]=1.9（3.29）齒形寬度b=.a＝0.4*80＝32（3.30）取b＝32mm；b＝40mm齒寬系數(shù)===0.7（3.31）縱向重合度=1.2（3.32）當(dāng)量齒數(shù)＝31.45＝78.628（3.33）3.2.3關(guān)于齒面強(qiáng)度的詳細(xì)計算校核齒面的強(qiáng)度校核非常重要，基于強(qiáng)度條件：[]關(guān)于應(yīng)力的校核：=ZZZZZ（3.34）=（3.35）式中：切向力F===2034N（3.36）使用系數(shù)K=1動載系數(shù)=（）式中V=A=83.6B=0.4C=6.57=1.2齒間載荷分配系數(shù)節(jié)點區(qū)域系數(shù)=1.5重合度的系數(shù)螺旋角系數(shù)彈性系數(shù)單對齒齒合系數(shù)Z=1=＝＝245.5MPa許用應(yīng)力：[]=（3.37）式中：極限應(yīng)力=1120MPa最小安全系數(shù)=1.1壽命系數(shù)=0.92潤滑劑系數(shù)=1.05（按油粘度等于350）速度系數(shù)=0.96（按）粗糙度系數(shù)=0.9齒面工作硬化系數(shù)=1.03（按齒面硬度45HRC）尺寸系數(shù)=1則：[]==826MPa滿足[]3.2.4校核齒根的強(qiáng)度強(qiáng)度條件：[]許用應(yīng)力：=（3.38）（3.39）式中：齒形系數(shù)=2.61，=2.2應(yīng)力修正系數(shù)，重合度系數(shù)=1.9螺旋角系數(shù)=1.0齒向載荷分布系數(shù)==1.3（其中N=0.94）齒間載荷分配系數(shù)=1.0則=94.8MPa==88.3MPa許用應(yīng)力：[]=（按較小齒輪值檢驗）式中：極限應(yīng)力=350MPa安全系數(shù)=1.25應(yīng)力修正系數(shù)=2壽命系數(shù)=0.9齒根圓角敏感系數(shù)=0.97齒根表面狀況系數(shù)=1尺寸系數(shù)=1則[]=滿足，〈〈[]通過計算是符合要求的，合格。

4基于Solidworks的三維建模4.1設(shè)備的三維建模Solidworks是目前機(jī)械行業(yè)的主流軟件，相比較于平面二維設(shè)計軟件，Solidworks更加直觀。工程師使用Solidworks進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，操作簡單便捷，因為在Solidworks中自帶一些模型和結(jié)構(gòu)，可以在設(shè)計的時候直接調(diào)用，也可以通過簡單的數(shù)字修改使其變更自己需要的模型，同時用戶還可以將自己平時經(jīng)常使用的模型等保存在數(shù)據(jù)庫中，備平時的調(diào)用[10]。設(shè)計出的零部件，在加工的過程中就不會因為結(jié)構(gòu)的不良，反復(fù)反復(fù)不斷的回去確認(rèn)產(chǎn)品的設(shè)計，提高零部件的加工效率。零件設(shè)計生產(chǎn)的符合要求，也會在很大程度上方便產(chǎn)品的組裝和加工，使得產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)周期大大的縮短。同時在設(shè)計圖完成以后也方便業(yè)務(wù)人員與客戶方進(jìn)行溝通，更加直觀的展示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀，還可以通過給客戶演示產(chǎn)品的運(yùn)行，確認(rèn)是否滿足客戶的需求。做客戶滿足的產(chǎn)品，才能增強(qiáng)企業(yè)的競爭力，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[11]。通過Solidworks對每個零件進(jìn)行三維建模，然后將每個零部件組裝起來，具體如下圖4-1所示。圖4-1三維裝配圖圖4-2三維裝配透視圖Solidworks最受歡迎的一個原因就是可以三維立體的展示產(chǎn)品，設(shè)計師設(shè)計完結(jié)構(gòu)后可以在Solidworks通過計算和演示操作，確認(rèn)機(jī)械結(jié)構(gòu)合理性[12]，通過演示實際的操作確認(rèn)是否有設(shè)計的不夠完善的地方，是一個可以自檢的工具，通過使用Solidworks軟件，設(shè)計師可以提早的發(fā)現(xiàn)在設(shè)計過程中考慮不周到的地方，及時的發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，這樣可以有效的的減少產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。4.2裝置的運(yùn)動仿真Animator是SolidWorks軟件中自帶的一個插件，是需要在SolidWorks環(huán)境中應(yīng)用的，用來進(jìn)行運(yùn)動仿真的一種插件。使用Animator做出的動畫效果，可以將設(shè)計的機(jī)構(gòu)動態(tài)的展示出，讓三維的模型動態(tài)的展示出，使機(jī)構(gòu)可視化，可以在模型出來未投產(chǎn)的時候給客戶展示產(chǎn)品的性能與產(chǎn)品的外觀，對于客戶端非技術(shù)的人員也可以很直觀的看到產(chǎn)品的使用效果，并可以直接與設(shè)計人員進(jìn)行交流。同時此插件還可以將模擬出來的裝配及拆卸過程錄制下來，發(fā)給客戶及相關(guān)的人員進(jìn)行了解，可以與相關(guān)的設(shè)計人員交流設(shè)計的思路，組裝的要點等。在進(jìn)行運(yùn)動仿真的過程中，還可以發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計中考慮不足的地方，如干涉、包含等[13]~[16]。發(fā)現(xiàn)問題后可以精準(zhǔn)的找出需要改善的地方，避免在生產(chǎn)中的材料和時間浪費，可以更有效的節(jié)省成本。下圖4-3為進(jìn)行運(yùn)動仿真的流程圖。新建運(yùn)動仿真新建運(yùn)動仿真環(huán)境設(shè)置創(chuàng)建模型定義材料創(chuàng)建運(yùn)動副添加載荷和接觸創(chuàng)建驅(qū)動指定封裝選項創(chuàng)建解算方案求解執(zhí)行分析工作圖4-3運(yùn)動仿真流程圖4.2.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真打開裝配模型，左下角選擇運(yùn)動算例，進(jìn)入后可進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如圖4-4所示。圖4-4選擇運(yùn)動算例選擇Motion分析，然后可進(jìn)行動畫仿真、參數(shù)設(shè)置等，如圖4-5所示。圖4-5選擇Motion分析打開Motion分析后選擇添加馬達(dá)按鈕，如圖4-6所示。圖4-6選擇馬達(dá)選擇小齒輪為馬達(dá)旋轉(zhuǎn)中心，選擇轉(zhuǎn)速為10RPM，也就是10轉(zhuǎn)/分鐘，6秒/轉(zhuǎn)的角速度。具體如圖4-7所示。圖4-7設(shè)定馬達(dá)參數(shù)設(shè)定阻尼如圖4-8所示，負(fù)載為5Kg，相當(dāng)于49N，阻尼主要是兩個齒輪之間的嚙合。圖4-8設(shè)定阻尼完成之前的設(shè)置之后，可以點擊結(jié)果和圖解進(jìn)行相關(guān)的圖表輸出，如圖4-9。圖4-9選擇結(jié)果和圖解這里以角位移為例，先選擇“位移/速度/加速度”大項，然后選擇下面子項目角位移，選擇分析幅值，并選擇需要分析的項目（這里為攝像頭前端中心點），相關(guān)設(shè)置完成后、確定完成。具體如圖4-10所示。圖4-10設(shè)定角速度運(yùn)動仿真的界面如圖4-11，通過輸出視頻功能可以保存為仿真運(yùn)動視頻，見視頻文件。圖4-11運(yùn)動仿真截圖各種圖表可通過結(jié)果中查詢、并輸出見圖4-12、圖4-13。圖4-12圖解位置

圖4-13回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)角位移圖4.2.2俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真根據(jù)相同方法進(jìn)行俯仰機(jī)構(gòu)的仿真，設(shè)置最終截圖如下所示。圖4-14俯仰機(jī)構(gòu)仿真截圖具體的俯仰機(jī)構(gòu)角速度關(guān)系見圖4-15，通過數(shù)據(jù)分析可知：機(jī)構(gòu)受力均勻、載荷平穩(wěn)、速度穩(wěn)定。具體的俯仰機(jī)構(gòu)線性位移Z分量見圖4-16所示，通過Z分量線性位移圖可知線性位移平穩(wěn)過度、機(jī)構(gòu)穩(wěn)定。圖4-15俯仰機(jī)構(gòu)角速度圖圖4-16俯仰機(jī)構(gòu)線性位移Z分量圖通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)的仿真，對整個裝置的隨動跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了校驗，結(jié)論是設(shè)備能夠完成360度無死角式轉(zhuǎn)動，滿足設(shè)計要求，后續(xù)可通過生產(chǎn)加工出實物進(jìn)行實驗。

致謝畢業(yè)設(shè)計是一次系統(tǒng)地對大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識的梳理和檢測的過程，在平時的學(xué)習(xí)過程中一些學(xué)科的知識是相對分散的，很多知識我們學(xué)習(xí)了，但在實際的設(shè)計活動中需要在什么階段使用什么樣的方法進(jìn)行分析，我們經(jīng)驗不是很足。通過畢業(yè)設(shè)計可以更系統(tǒng)地將所學(xué)的相關(guān)知識聯(lián)系起來，