攝影車上的升降機構

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1、課程設計說明書 設計題目：攝影車上的升降機構 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班級：機設11-1班 設 計 人： 杜明超 學號：201101041810 山東科技大學 2013年 12月 19 日 課程設計任務書 學院 機械電子工程學院 專業(yè)機設專業(yè) 班級2011-1 姓名 杜明超 一、課程設計題目：攝影車上的升降機構 二、課程設計主要參考資料 [1] 齊秀麗，《機械原理》，中國電力出版社，2010

2、 [2] 孫桓，陳作模.機械原理[M].7版. 北京：高等教育出版社，2006 [3] 梁崇高.平面連桿機構的計算設計[M]．北京：高等教育出版社,1993 [4] 鄒慧君，傅祥志等．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1999 [5] 申永勝.機械原理教程[M]．北京：清華大學出版社,1999 三、課程設計應解決主要問題 （1）通過機構設計滿足機構的運動要求 （2）優(yōu)化結構設計，提高可行性以及機構工作的穩(wěn)定性

3、 （3） 四、課程設計相關附件（如：圖紙、軟件等） （1）課程設計說明書一份 （2）cad繪圖軟件 （3） 簡單的原理圖和傳動系統(tǒng)圖 五、任務發(fā)出日期：2013.

4、12. 任務完成日期：2013.12. 指導教師簽字： 系主任簽字： 指導教師對課程設計的評語 指導教師簽字： 年 月 日 目錄 第一章 課程設計任務 1 1.1設計題目 1 1.2設計背景 1 1.3設計要求 3 第二章 機械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖 4 2.1功能描述 4 2.2機械系統(tǒng)運動分析

5、4 第三章 系統(tǒng)方案擬定與比較 5 3.1方案一 5 3.2方案二 9 3.3方案三 10 3.4方案四 11 3.5方案五 13 3．6方案六 3．7 方案七 3.8方案優(yōu)化 14 第四章 選定方案運動尺寸確定 15 第五章 系統(tǒng)運動學分析 16 第六章 課程設計總結 17 第七章 參考文獻 18 第一章 課程設計任務 1.1設計題目 攝影車上的升降機構 1.2設計背景 目前國內生產(chǎn)的攝影車上的升降機構大多數(shù)為人工操作實現(xiàn)的，廣泛應用的有兩種，一種是需要兩個人來完成攝影工作的，一個操作員，通過攝影師的指示，對攝影機進行方位操

6、作，而攝影師則在攝影車座斗上進行拍攝工作；另一種攝影師兼操作員，將攝影機懸掛在座斗上，而攝影師通過對攝影機進行方位操作來實現(xiàn)拍攝工作，這就對攝影師和操作員有較高的技術要求?，F(xiàn)在，一種基于簡單的機械原理而設計的機械升降機構的構思出來了，它的臂是可伸縮的，并且通過簡單的齒輪齒條機構實現(xiàn)升降，以及旋轉副來實現(xiàn)360度轉動。 1.3設計要求 1）該升降機構應該具有一般升降機的功能，如圖1所示，安裝在汽車車身A上，座斗B可以升降3米。 圖1 2）座斗B升降過程中應保持水平狀態(tài)。左右移動過程中也應該保持水平狀態(tài)。并且在升降和移動過程通過簡單的遙控操作，可實現(xiàn)穩(wěn)定的運動，避免了人工出現(xiàn)顫動，影響

7、攝影效果。 圖2為座斗B的部分數(shù)據(jù) 圖2數(shù)據(jù)記錄 3）結構盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動力傳遞性能 圖3傳統(tǒng)人工攝影機 圖4 改進自動升降機 第二章 機械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖 2.1功能描述 這種基于簡單機械原理的新型升降機是在原有升降機的基礎上，通過添加齒輪齒條傳動機構來實現(xiàn)機械升降，取代了繁瑣的人工勞動，解決掉拍攝過程人工操作不穩(wěn)定現(xiàn)象。通過添加齒輪齒條機構，做出簡單的操作系統(tǒng)，將座斗的升降和旋轉通過控制鍵實現(xiàn)，

8、并有一個遠程遙控器，可通過按鍵來實現(xiàn)座斗3米升降和360度旋轉。這樣操作員只需要拿著遙控器站在一邊操作即可，不需要手動來調整方向，減少了勞動力，節(jié)約了成本。 2.2機械系統(tǒng)運動分析 圖5 機械系統(tǒng)運動分析 如圖五所示，采用“雙齒輪單齒條”升降機構，可以減緩齒輪的受力，延長使用壽命；控制盒控制步進電動機，電動機左右伸出兩個傳動軸分別接傘齒輪，傘齒輪接齒輪帶動齒條，通過控制盒對步進電動機的控制，可實現(xiàn)電動機的準確、快速的啟動和停車。這里采用的傘齒輪可以實現(xiàn)使一個電動機分出兩個傳動軸，分別帶動兩個齒輪同步轉動，以實現(xiàn)齒輪齒條同步嚙合，達到穩(wěn)定傳動的目的，還

9、能節(jié)省電機。之后，齒輪齒條的運動帶動杠桿左端上下移動，右端懸掛的攝影機也得以上下移動，并通過一定的旋轉來實現(xiàn)拍攝工作。 第三章 運動方案擬定比較 3.1方案一 如圖6所示 圖6 電動升降機 1工作原理 如圖六所示，通過對1控制盤或者是遙控器進行操作，可以實現(xiàn)左邊2齒輪3齒條運動來帶動桿架上下運動，從而使右邊懸掛攝影機的長臂4運動，通過各相關桿件的長度計算和一定的調整，可以實現(xiàn)攝影機6上下移動3米，同時，遙控8- 360°旋轉副實現(xiàn)攝影機360度旋轉。另外，長臂4設計為可伸縮式，能夠實現(xiàn)水平方向上的位移移動，滿足基

10、本的設計要求 2起升機構及相關尺寸 采用齒輪齒條機構實現(xiàn)上下移動，360°旋轉副實現(xiàn)360°轉動，可伸縮長臂能夠改變水平方向上的位移，機構整體坐落在攝影車上，可實現(xiàn)隨走隨拍，相關桿件尺寸如下圖所示 圖7 相關尺寸標注 通過遙控，實現(xiàn)齒條在齒輪的帶動下上下0.5米運動，由杠桿原理知，若短臂長1米，長臂長6米，則攝影機可以實現(xiàn)上下3米的運動，其中長臂為可伸縮型，在滿足升降的基礎上，可以實現(xiàn)水平方向上的位移，從而達到設計的基本要求 3動力系統(tǒng)分析 圖8 動力系統(tǒng) 控制盒控制步進電動機，電動機左右伸出兩個傳動軸分別接傘齒

11、輪，傘齒輪接齒輪帶動齒條，通過控制盒對步進電動機的脈沖控制，可實現(xiàn)電動機的準確、快速的啟動和停車。這里采用的傘齒輪可以實現(xiàn)使一個電動機分出兩個傳動軸，分別帶動兩個齒輪同步轉動，以實現(xiàn)齒輪齒條同步嚙合，達到穩(wěn)定傳動的目的，還能節(jié)省電機。 4優(yōu)缺點 1> 優(yōu)點： 1） 節(jié)省勞動力，可以只讓攝影師操作，利用改進的攝影機將拍攝到的圖像傳送到操作盤的屏幕上，這樣攝影師只需要盯著操作盤屏幕就可以進行拍攝工作了。 2） 提高操作的穩(wěn)定性，齒輪齒條運動可以實現(xiàn)穩(wěn)定的上下傳動，避免了人為操作時晃動，影響拍攝效果。 2>缺點 1） 同時實現(xiàn)升降、旋轉時對攝影師的操作要求較高，而且操作時對于快速鏡頭跟進

12、速度可能達不到標準要求。 2） 所占空間較大，設備成本制造較高。 3.2方案二 方案2是利用剪式升降機構來實現(xiàn)升降，如圖9所示 圖9剪式升降機 剪叉式：強度高，外形美觀，性能穩(wěn)定、操作簡單、載重量大、寬大的作業(yè)平臺，可以適合多人作業(yè)，效率高，安全可靠 缺點：但凈升高在10米以上，支桿的層數(shù)自然要多，相對來說保養(yǎng)起來要麻煩一些，可以加上方管或槽鋼做導軌，減小晃動。但成本可能要比同參數(shù)的導軌式成本高點。? 1.造價是一方面，長行程，絲杠和皮帶，鏈條，液壓缸比起來貌似都要貴些； 2.結構設計難易度，絲杠不如鏈條，液壓缸簡單； 3.如果需要

13、自鎖性能的話，絲杠也會麻煩一些，有自鎖的，效率低；? 4.出力，這個可能是最重要的一點，絲杠要提高更大推力，幾乎只能在前端增加齒輪減速，而鏈條皮帶還可以通過設計合適的鏈輪來實現(xiàn)，液壓缸的出力就更大了。 3.3方案三 凸輪機構實現(xiàn)升降功能，如圖10所示 圖10 凸輪式攝影機升降機構 工作原理（通用）： 簡介： 機構動力由電動機（圖示凸輪處）提供，并應用凸輪機構實現(xiàn)小范圍的升降運動，通過橫桿傳遞到另一側的坐斗升降機構。橫桿處應用杠桿原理，實現(xiàn)右側小范圍升降轉化為右側大范圍的升降。坐斗連接到單獨的升降桿上，用于保證坐斗升降過程始終保持水平，橫桿左端設計

14、成滾輪機構，保證傳遞運動的可靠以及減小傳遞過程的摩擦損失，折彎處是保證坐斗在升降過程中不會碰到橫桿。 優(yōu)點： 機構使用過程中平穩(wěn)，可實現(xiàn)坐斗的大幅度升降，應用杠桿可將右側大幅度升降變?yōu)檩^小的升降距離，即凸輪大小可控制在一定的范圍內，對動力機構要求相對較小。升降范圍可通過調節(jié)橫桿的長度實現(xiàn)，可以滿足不同情境下的使用要求。 缺點： 橫向長度比較長，使用時有一定的條件限制，不易于運輸。由于坐斗升降桿的限制，實現(xiàn)某些特定場景的拍攝。 3.4方案四 利用液壓和四桿機構來實現(xiàn)升降的曲臂升降機，如圖11所示 圖11曲臂升降機 工作原理

15、1為固定架與卡車相連，1,2構成移動副，使升降機可實現(xiàn)左右來回運動，3為液壓千斤頂，可讓桿件4，5, 6上下移動，從而帶動座斗作上下移動，最終達到所要設計的要求. 優(yōu)缺點:在外觀上相比于其他的設計比較美觀，可進行多點拍攝，座斗載重量比較大，可供兩個人或多人同時拍攝并搭載一定的除攝影機之外的設備，升降座斗移動性較好，轉移拍攝場地比較方便，采用優(yōu)質結構鋼。座斗安全可靠，總體性能比較好，不過制造成本比較高 3.5方案五 該升降機構是采用曲柄滑塊實現(xiàn)上下運動，如圖12所示 圖12 輪盤升降機構 工作原理（通用）： 簡介：最下方的輪盤可以與電動機相連，通過電機的轉動帶動輪盤的轉動

16、。因為輪盤上有一個凸起，所以可以通過這個凸起將輪盤的圓周運動轉化為豎直方向上桿架的直線運動。圓盤的在豎直方向上的位移就可以傳遞到桿架上。這樣就可以實現(xiàn)托盤的豎直運動，托盤的設計是為了穩(wěn)定托盤上的機構。而固定框架的設計則是為了固定桿架的運動軌跡，防止桿架偏離預定的軌道。 優(yōu)點：電機的動力可以持續(xù)作用進而傳遞到輪盤上，輪盤的旋轉是非常有規(guī)律，因此凸起的轉動也是有規(guī)律的，有固定的周期。因此桿架的上升高度就等于輪盤的直徑。整個運動都有固定周期的。 缺點：因為桿架的上升高度就等于輪盤的直徑，所以需要一個很大的圓盤才能滿足題目的要求，而在實際中這種大圓盤是很難制作的 3.6方案六 利用液壓

17、三桿機構來實現(xiàn)升降，如圖13所示 圖13 液壓三桿升降機構 工作原理: 有桿1上的液壓機構1推動桿2做旋轉運動，可以使桿2和桿3從而帶動攝像機所在的平臺做升降及左右運動，桿2的液壓機構同樣可以使桿3及平臺做升降和左右運動。從而實現(xiàn)攝像機平臺的多級運動，從而實現(xiàn)攝像機的豎直及水平方向的運動。 優(yōu)點：該機構可以實現(xiàn)攝像機的升降和水平運動，利用兩級的傳動裝置實現(xiàn)攝像機平臺的不同高度和長度的豎直和水平的運動，這樣，相同的高度如3米，每個桿只需運動高度為1.5米即可，從而將運動長度以此方式縮短二分之一。 缺點：因為桿1與桿2之間由一個斜桿連接

18、，在桿上升的同時會有水平方向的運動，從而使攝影機的位置調整較為困難，精度不夠。同時因為將高度的縮短為二分之一，導致該機構在水平方向長度增加，使該機構所占的面積也有所增加。 3.7方案七 利用四桿機構，行星輪機構以及皮帶輪來實現(xiàn)攝影機的拍攝工作，如圖14所示 圖14力臂式自動及手動升降攝像機 工作原理：本機構由電動機提供動力，通過減速箱減速達到較為合適的轉速，然后再通過皮帶傳送給周轉輪系，周轉輪系上配有輪轂，通過線的纏繞實現(xiàn)最左側攝像機的升降，而且也可以通過手動搖桿的角度調動來實現(xiàn)升降，通過這兩個的配合共同實現(xiàn)攝像機的升降。

19、 優(yōu)點：既能通過電動機帶動繩索實現(xiàn)一部分升降，也可通過手動操作實現(xiàn)一部分升降，兩者結合更容易、更便捷的實現(xiàn)升降。同時也可以通過底座的旋轉實現(xiàn)攝像機的最大方位拍攝。 缺點：由于運用繩索，故存在摩擦，需要定期更換繩索，并且此升降機構比較重，需要人員較多來實現(xiàn)本機械的操作。 3.8方案優(yōu)化 綜合以上所有的方案，最終選定方案一為最佳方案，對方案一進行一定的簡化、修改，去掉繁雜作用不大的部分，并通過三維繪圖軟件繪制出這款新式的自動升降機，最終再通過仿真實現(xiàn)新式攝影機的拍攝工作，觀察拍攝過程是否按預想的效果進行。 第四章 選定方案運動尺寸確定 在方案一中已經(jīng)對方案

20、的尺寸進行了確定，其中座斗簡化為360°旋轉副，對尺寸方面沒有要求了，其他各部件尺寸參照下圖按比例做出，通過簡單的計算，實現(xiàn)規(guī)定的設計要求。 如圖15 各部分尺寸 第五章 系統(tǒng)運動學分析 此部分內容主要是分析機械系統(tǒng)運動的位移、速度、加速度與原動件轉角（轉速）的關系，建議用仿真軟件完成，也可以用解析法，圖解法作為最后的方法。仿真軟件包括：Adams、各種自編小軟件，如四桿機構仿真軟件、凸輪仿真軟件等。 通過仿真驗證各桿件、各部分的運動情況，是否有咬齒，脫齒現(xiàn)象，機構傳動是否穩(wěn)定。對油壓泵與各桿件的速度與加速度關系進行分析，對凸輪機構進行有限元分析。 第六章 課程

21、設計總結 本次課程設計是我進入大學以來第一次對自己所學知識和動手能力的綜合檢測，使我感觸頗多、獲益匪淺。 首先，通過此次課程設計，進一步鞏固所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力。對平面連桿機構、搖桿、齒輪、槽輪等一些課本上獨立的知識有了更加深刻的理解和聯(lián)系，要使這些基本結構能組成功能強大的各種機構，我的學習還有待于更深入。 其次，這次課程設計過程中，使我了解到團隊的力量是無限的。與同學們激烈討論，團結合作，共同努力，最終完美的實現(xiàn)了機構的設計，是本次課程設計中珍貴的體驗。 再有，在設計過程中，遇到的問題通過網(wǎng)絡搜索基本得到

22、解決 ，讓我再一次意識到網(wǎng)絡的重要性，并且通過網(wǎng)絡開闊了眼界，在課程設計中，不止應用學過的知識，還從網(wǎng)絡上了解到了別的可以用來實現(xiàn)升降的機構，例如液壓傳動等。 此外，希望我們能有更多的機會參與課程設計，提高自主創(chuàng)新能力。這次課程設計我投入了很多的時間和精力，我覺得這是完全值得的。在我看來，課程設計比考試更能檢測出學習的深度和精度。獨立思考，勇于創(chuàng)新，動手能力都得到了進一步的加強。 最后，衷心感謝齊秀麗老師這個學期的悉心教導與鼓勵，在課堂上為我們補充了很多知識，帶領我們走進了奇妙的機械世界。在齊老師的耐心指導下，我們才能完成了這次的課程設計 ，并從中學到了更多的知識。 第七章參考文獻 [1] 齊秀麗，《機械原理》，中國電力出版社，2010 [2] 孫桓，陳作模.機械原理[M].7版. 北京：高等教育出版社，2006 [3] 梁崇高.平面連桿機構的計算設計[M]．北京：高等教育出版社,1993 [4] 鄒慧君，傅祥志等．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1999 [5] 申永勝.機械原理教程[M]．北京：清華大學出版社,1999 [6] 鄧宗全，張朋，胡明，高海波.輪式行星探測車移動系統(tǒng)研究狀況綜述及發(fā)展態(tài)勢[J]. 機械設計，2008，25（1）：1-5 [7] 課程設計指導書