斯坦尼康摄影稳定器设计

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1、 编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)任务书题 目： 斯坦尼康摄影稳定器设计 院 （系）： 机电工程系 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 张行管 学 号： 1053200117 指导教师单位： 桂林电子科技大学 信息科技学院机电工程系 姓 名： 莫荣 职 称： 讲师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 2014年5月20日摘 要随着社会经济的发展，影视行业、娱乐行业等行业日益兴旺。人们随着中国改革开放的雄壮步伐前进，逐渐更有经济能力去享有自己的影视，摄影，娱乐的娱乐和器材。随着各种摄影机、单反相机的普及，微电影、小型晚会录影、小型聚餐记

2、录等摄影需求的出现和普及，对摄影的质量追求的要求也越来越高，越来越奢求。但是单纯手持摄影的一大问题就是不能稳定控制相机，导致影像抖动、粗糙、使观众烦躁、疲劳、和反感，也影响了相机盖发挥的性能。为了提高摄影要求，斯坦尼康稳定器可以满足人们对摄影的追求。利用不锈钢板、塑料板、聚丙烯、45号钢等组装而成，通过改变相机在云板的位置，砝码的位置和重量来使相机和底座重量相近，并有承载和万向节来使相机和支架整体随意移动而有摄影稳定的效果，来使摄影质量大大提高。关键词：斯坦尼康；稳定；摄影质量AbstractWith the development of society and economy, the fi

3、lm industry, entertainment industry and other industries increasingly prosperous. People with the reform and opening up and Chinapace, gradually more economic ability to enjoy their own film, photography, the entertainmentand devices. With the popularization of the camera, camera, micro film, small,

4、 small dinnerparty video recording, photography needs the emergence and popularization of photography,the pursuit of quality requirements are increasingly high, more and more luxury. A big problem but simple handheld photography is not stable control camera, leading to imagejitter, rough, so that th

5、e audience irritability, fatigue, and resentment, also affects theperformance of the camera cover play.In order to improve the photography, Stan Nikon stabilizer can satisfy peoples pursuit ofphotography. The stainless steel plate, plastic plate, polypropylene, No. 45 steel assembly,by changing the

6、camera in the French position, the weight of the position and weight to the camera and the base weight were similar, and the bearing and universal joint to the camera and the support to move freely and photo stable effect, to greatly improve the quality of photography.Key words:Steadicam; stability;

7、 photographic qualityI目 录引言11 斯坦尼康摄影稳定器简介11.1 斯坦尼康摄影稳定器的一般结构11.2 斯坦尼康摄影稳定器的功能21.3 斯坦尼康摄影稳定器的分类和比较32 斯坦尼康摄影稳定器的机械设计32.1 摄影器材承载平台设计32.1.1相机平台设计42.1.2增重平台设计52.2 平衡杆设计62.3 平衡底座设计72.4 万向节设计82.4.1 第一旋转点（支点横向旋转）92.4.2 第二旋转点（支点纵向旋转）102.4.3 第三旋转点（支点自主旋转）102.4.4 支点小爪设计102.4.5 支点把手设计113 斯坦尼康摄影稳定器平衡原理123.1 重心12

8、3.2 万向节效果123.3 斯坦尼康摄影稳定器平面任意力系的受力分析124 斯坦尼康摄影稳定器的组成材料及制作要求134.1 摄影器材承载平台的材料和制作要求134.1.1 相机平台134.1.2 增重平台144.2 平衡杆的材料及制作要求154.3 平衡底座的材料及制作要求164.4 万向节材料及制作要求164.4.1第一旋转点164.4.2第二旋转点174.4.3第三旋转点184.4.4支点小爪184.5 砝码材料及制作要求195 斯坦尼康摄影稳定器中的孔轴配合195.1 平台与螺丝杆配合205.2平衡杆、小爪面板与轴承的配合205.3 砝码与螺丝杆的配合215.4 支点小爪中的连接配合

9、215.5 支点把手与螺丝杆的配合216 斯坦尼康摄影稳定器所需的机械加工方法216.1 切割226.1.1铁锯切割226.1.2普通车床切割226.2 钻孔246.2.1冲击钻钻孔246.2.2普通车床钻孔256.3 焊接257 斯坦尼康摄影稳定器使用的通用方法277.1 相机在平台上固定点的调试277.2 底座砝码的位置和数量的调试287.3 以万向节操纵支点为的微调287.4 调试一般步骤298 结论29谢 辞31参考文献32附录33桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 35 页 共 35 页引言随着当今社会生产力的发展，人们越来越追逐于生活质量的提高，发掘对感性思维的

10、享受方式和享受需求。当今摄影已成为普通人拥有的享受方法和生活方式。但是跟导演水平的摄影质量还是相差甚远，普通人的摄影作品更多的是抖动、摇晃、难以对焦、成像不自然等的情况使摄影质量大大下降，使相机、摄影机的摄影功能大大被削弱。而斯坦尼康摄影稳定器是一种能轻便手持的摄影支架，能和我们的摄影器材通过机器本身自带的通用螺纹和斯坦尼康摄影稳定器固定在一起，使摄影器材和斯坦尼康摄影稳定器整体处于一个支点上下相对平衡，避免摄影器材在上下、左右、前后移动中保持稳定的平滑移动，使摄影质量和效果大大提高。本斯坦尼康摄影稳定器的研究为普通机械设计、工程力学、简单机械加工、互换性技术、焊接技术等范围。在机械设计中研究

11、机件的配合和连接方法；在工程力学中研究平面任意力系的受力分析；在机械加工中实践钻孔、切割、抛光等技术；在互换性的技术中研究孔轴的间隙配合、过度配合、过盈配合；在焊接技术研究的有焊接方法和焊接工艺。通过称重测试来决定平台、平衡杆、底座、砝码大小来完成机械设计；通过平面任意力系的受力分析来熟悉并制定相关的平衡调试方法；通过铁锯、手持冲击钻、车床等工具对各种材料加工成稳定器的配件；通过市面上的普通轴承参数和聚丙烯管的间隙、过度、过盈配合来连接主要配件；利用氩弧焊等焊接技术来连接较困难或者沉重强度高的部位或配件。本课题应解决的主要问题包括承载平台、平衡杆、底座、砝码的大小和材质选取；平面任意力系的作图

12、分析进而生成的稳定器结构设计；稳定器组成所需材料性质和加工方法难易度；钻的孔、轴承内径和和组件配合的配合方法；机械加工中的平台和底座的钻孔、聚丙烯管和不锈钢板的切割、45号钢砝码的车床加工等的实践方法；摄影器材连接和平衡通用方法的制定。1 斯坦尼康摄影稳定器简介斯坦尼康摄影稳定器是在1973年，布朗发明了一个看起来简单，但是却对影视业有划时代意义的机器，刚开始是命名为布朗稳定器（后来更名为斯坦尼康）。斯坦尼康（Steadicam）摄影稳定器是一个和相机、单反等的摄影器材连接在一起，并通过手持、肩负、背负，腰负等方式进行操纵拍摄并保持摄影器材稳定，平稳，拍出的影视效果也稳定，平滑、悬浮的效果，进

13、而达到摄影稳定的效果的摄影装置。本设计为一套斯坦尼康摄影稳定装置。该装置装置承重能力为3kg-4kg的摄影器材并可在拍摄者行走、跑动等移动过程中始终保持摄像装置的稳定，创造出稳定悬浮在空间中的拍摄效果。1.1 斯坦尼康摄影稳定器的一般结构斯坦尼康摄影稳定器一般都是由承载摄影器材的平台、连接平台和底座的平衡杆、改变重量的底座、平衡过渡支点稳定的手持万向节的四个主要组成机件。如图1.1图1.1其中，承载摄影器材的平台一般在上装置的最顶端，用来承载摄影器材和改变摄影器材的位置进而调整或者改变重心，起到了调整和承载的作用；平衡杆是用来连接平台和底座并起到一个使装置的重心平衡到支点的中心杆，起到了连接和

14、平衡的作用；底座是用来承载砝码和改变砝码位置的机件，起到了调整和改变整体重量的作用；万向节由3个可旋转的固定点来是使装置支点达到不会轻易改变支点位置的机件，使承载摄影器材的装置平稳、悬浮的效果。1.2 斯坦尼康摄影稳定器的功能斯坦尼康摄影稳定器是一个能和摄影器材连接并固定成一个装置，通过调整摄影器材的位置，改变整体装置的重量和重心，达到一个以支点为重心的，令操作者能用平稳的万向节操纵支点且随着拍摄过程中的移动，走动甚至跑动都不会使摄影器材造成太大的抖动、晃动，使摄影效果看起来像很平稳，平衡悬浮在空中的功能，使摄影质量大大提高。1.3 斯坦尼康摄影稳定器的分类和比较斯坦尼康摄影稳定器一般分有5类

15、，如表1.3序号类别装置主要部件组成承重用途1大型斯坦尼康承重背心+减震力臂+稳定平衡杆3kg以上拍摄影视剧2陀螺仪斯坦尼康承重背心+减震力臂+稳定平衡杆+陀螺仪滚筒3kg以上拍摄影视剧3低拍版斯坦尼康承重背心+减震力臂+稳定平衡杆+低拍C型架+角度调解器3-6kg拍摄低位置画面4监视器斯坦尼康承重背心+减震力臂+稳定平衡杆+监视器+电池+角度调解器3-6kg自带监视器拍摄5手持版斯坦尼康稳定平衡杆3kg左右个人普通拍摄表1.3序号1-4的斯坦尼康是用穿戴的装置，属于背负支撑的摄影稳定器，并有比较高级的稳定部件如减震力臂等。但是一般只有专业人士才有需要去备有多样化，功能丰富的稳定器，而我们的手

16、持斯坦尼康却适合我们普通用户，成本实惠，效果也可以满足我们的日常需求，是每个摄影爱好的都喜爱的装置。2 斯坦尼康摄影稳定器的机械设计 斯坦尼康摄影稳定器是由相机承载平台、平衡杆、平衡底座、万向节四个主要机件组成的装置。根据这四大机件的工作需求、一般结构、涉及到的运动方式、与其他机件之间的力和能量的传递方式、各个部位的位置、尺寸、工作要求等进行构思、分析和计算并设计出斯坦尼康摄影稳定器如图1.1的一般结构。2.1 摄影器材承载平台设计摄影器材承载平台需要有几个功能，有固定摄影器材、随意改变摄影器材和摄影器材承载平台的固定点、当摄影器材不够重时适当添加砝码来增加平台重量。所以摄影器材承载平台应由两

17、部分组成，一个是承载相机平台，一个是增重平台。如2.1图。图2.12.1.1 相机平台设计从位置上来看。由斯坦尼康摄影稳定器的一般结构和手持版的斯坦尼康中我们得知，摄影器材至于斯坦尼康摄影稳定器的最顶端。从工作需求来看，摄影器材承载平台的工作要求是需要承载并固定摄影器材的一个平台。我们根据普通用户使用的卡片机、单反相机来分析，一般的相机机身都有一个内径5mm的螺纹孔，根据这点，我们就需要设计出一个平台上有孔来和相机固定并承载相机。从工作方式来看。摄影器材承载平台需要能随意改变相机在平台上的固定点，通过改变相机的固定点来调整相机在平台上的重心进而使斯坦尼康摄影稳定器的整体重心更好，更早的调试出来

18、，所以我们可以在平台上按阵列方式排列出多个均匀的孔，这样，我们既可以随意改变固定点，也能固定相机等摄影器材。从尺寸上来看。摄影器材承载平台需要一个能承载一般卡片机和普通单反相机的一个平台，所以平台不能太大，会使平台的身影出现在摄影器材的镜头里，也不能太小，会限制摄影器材在平台上改动固定点的范围。也不能太厚，会使我们使用的螺丝杆距离不够到相机机身的螺纹孔。我们根据一般摄影器材的大小，一般底部为30100mm-80150mm之间；我们所需要钻的孔的大小，根据螺纹孔，我们需要钻内径为7mm的孔；并且我们需要至少9个阵列的孔，所以就设计出了100mm100mm的平台板。从人机关系中来看。我们需要用手在

19、平台板下面装置螺丝杆，才能使摄影器材能固定在平台板上，所以根据我们手五指曲弓的高度大致为50mm，所以我们即可以在平台板周围钻4个孔，用四根硬质支柱来固定平台板和增重平台板，从而使两板之间产生一个能用我们手在之间活动的间隙。根据以上构思设计思路，我们设计出相机承载平台的CAD工程图设计，如图2.1.1图2.1.12.1.2 增重平台设计从位置上来看。增重平台位于相机承载平台之下。从工作需求来看，当相机不够重时（不能和斯坦尼康摄影稳定器支点以下部分重量相当并平衡），我们就需要在增重平台上加砝码来增重，又考虑到在增重平台上加的砝码需要对称，才能使平台更平衡，所以增重平台上至少需要两个孔。从连接方式

20、来看。增重平台需要和相机承载平台连接又与斯坦尼康摄影稳定器的平衡杆连接，所以需要在增重平台周围钻四个和相机承载平台一样的孔并在增重平台中心钻一个能与平衡杆配合的孔。从尺寸来看。因为要和相机承载平台连接，所以大小也和相机平台一样为100mm100mm。根据以上构思设计思路，我们设计出增重承载平台的CAD工程图设计，如图2.1.2图2.1.22.2 平衡杆设计平衡杆是斯坦尼康摄影稳定器的结构中心，它上连接摄影器材承载平台，下连接底座，中镶嵌万向节，是平衡的前提机件。它支撑起摄影器材、摄影承载平台、底座、并又支点操纵。如图2.2.1图2.2.1 从位置来看，平衡杆位于斯坦尼康摄影稳定器的结构中心。从

21、工作需求来看，平衡杆是一个保持笔直并且需要一定距离来和摄影器材承载平台和底座配合固定在一起，并受支点操纵的机件。从尺寸来看。平衡杆需要和摄影承载平台中的增重平台的中心孔配合，也要和底座的孔配合，这样也确定了平衡杆的外径，为16mm。从人机关系来看。平衡杆之中需要镶嵌万向节，而万向节是由把手的，从人手把握住的高度大约为100mm，而预留出把手的高度为150mm，加上摄影承载平台和底座的配合需求从而预算处平衡杆的长度，需250mm。为了工作加工中的耗材需要，我们定位为260mm。根据以上构思设计思路，我们设计出相机平衡杆的CAD工程图设计，如图2.2.2图2.2.22.3 平衡底座设计平衡底座是一

22、个在斯坦尼康摄影稳定器的平衡核心，平衡底座一般增加斯坦尼康摄影稳定器重量和改变底座重心的一个机件。我们需要在底座上放相应砝码来增重，并且方砝码位置能根据调试过程所需而改变。如图2.3.1图2.3.1 从工作位置来看。底座位于斯坦尼康摄影稳定器最底端。从工作需求来看。底座需要有能砝码的位置，所以我们就可以在底座上钻孔，并和承载相机平台一样用同型号螺丝杆来贯穿并固定。进而得出我们需要在底座上钻6mm内径的孔。从工作性质来看。底座上的增重砝码需要在调试过程中改变砝码的位置，我们就可以借鉴相机承载平台上固定相机的方式采用多孔的方法来改变砝码的位置。所以我们不妨多钻几个孔来需求更多的调试方法，提高稳定调

23、试的几率，所以定为在底座中心对称等距的各钻四个孔。从连接方式上来看。底座需要和平衡杆配合，所以我们底座的中心孔内径应为16mm。从尺寸上来看。根据45号钢的重量而定出砝码的尺寸，为40mm外径左右，即可以根据孔内径和孔间距加成和中心孔的对称预算为155mm长，50mm宽的底座。根据以上构思设计思路，我们设计出底座的CAD工程图设计，如图2.3.2图2.3.22.4 万向节设计万向节是斯坦尼康摄影稳定器的一个辅助机件。并令使用者利用万向节来操纵斯坦尼康摄影稳定器的支点。万向节需要有3个旋转点并有把手来使使用者更平稳、过渡无法避免的抖动操纵斯坦尼康摄影稳定器的支点。起到了一个使摄影呈悬浮效果的有效

24、辅助能力。其设计大致结构如图2.4.1。图2.4.12.4.1 第一旋转点（支点横向旋转）第一旋转点是一个嵌套在平衡杆上的轴承。是万向节的第一个旋转点，也是万向节和平衡杆连接的点，提供着相对于平衡杆的万向节横向旋转。 从位置上看，第一旋转点位于摄影器材承载平台中的增重平台正下方50mm的平衡杆处。从万向节的工作要求来看。万向节需要平稳，润滑的旋转，所以选用轴承。从尺寸来看。这个轴承的内径需配合平衡杆的外径，而轴承的外径需要与支点小爪的宽度相对应，所以这个轴承选用FAG 1203的轴承，命名为轴承A。根据以上构思设计思路，我们设计出轴承A的CAD工程图设计，如图2.4.2图2.4.22.4.2

25、第二旋转点（支点纵向旋转）第二旋转点是支点绕轴承A进行上下旋转，其结构是在轴承A两端通过焊接技术各焊上一个螺母，再用与螺母相配合的螺丝杆穿过支点小爪上孔与螺母相配合并固定的，并实现了万向节中的支点小爪与第一旋转点的纵向旋转，实现了第二旋转点绕着第一旋转点旋转的功能，逐渐实现了万向节的旋转功能。从位置来看，第二旋转点位于第一旋转点的轴承A的两侧，位高与第一旋转点和平衡杆支点一致。从万向节的工作要求来看。万向节需要万向节需要平稳，润滑的旋转，所以用焊接技术把螺母固定住，用螺丝杆并穿过支点小爪固定住支点小爪，令支点小爪上的孔稍大于螺丝杆，并能实现平滑旋转，实现万向节的旋转功能。2.4.3 第三旋转点

26、（支点自主旋转）第三旋转点是对着平衡杆的支点自主旋转，而三个旋转点都与平衡杆的支点的有关。第三旋转点是通过一个轴承镶嵌在支点小爪的一个面板上。实现了第三旋转点对平衡杆支点的自主旋转，大大提高了万向节的灵活性，使万向节给斯坦尼康摄影稳定器提供该有的平稳辅助效果。从位置来看。第三旋转点位于平衡杆支点的一小段距离，位高与第一旋转点、第二旋转点和平衡杆支点一致。从万向节的工作要求来看。万向节需要平稳，润滑的旋转，所以选用轴承。从尺寸来看。这个轴承的内径需配合支点小爪上的孔的内径，所以这个轴承选用FAG 108TV的轴承，命名为轴承B。根据以上构思设计思路，我们设计出轴承B的CAD工程图设计，如图2.4

27、.3图2.4.32.4.4 支点小爪设计支点小爪是由3个有一定厚度的板组成的，支点小爪是用于连接第二旋转点和第三旋转点之间支架。是3个旋转点都能旋转自如地达到万向节的工作要求。从位置上来看。支点小爪有两块板与轴承A上两端焊接的螺母平行，与第三旋转点镶嵌轴承B的面板垂直。从尺寸来看。与轴承A螺母平行的板的长度需要超过螺母直径加轴承A的半径，宽度需为螺母直径的两倍；而与第三旋转点轴承B配合的面板的长要与轴承A的外径加螺母高度相等，宽度需要大于轴承B的外径。从与面板连接方式来看，需要在两块相同的与螺母平行的板上钻两个内径为3mm小孔，用来和面板配合；横向面板的长度两侧的厚度上需要各钻2个直径为3mm

28、的孔，用来和另外两个面板配合。根据以上构思设计思路，我们设计出支点小爪的其中两块的CAD工程图设计，如图2.4.4(a)；与轴承B配合的横向面板的CAD工程图设计如图2.4.4(b)。 （a） （b）2.4.5 支点把手设计支点把手是一个长臂，并与轴承B相固定。起到了能通过控制万向节来操纵平衡杆支点的作用。使使用者使用把手就能轻松控制平衡杆的支点以至于能控制整个斯坦尼康摄影稳定器。在位置上，把手的顶端的固定点和第三旋转点等高，即位高和平衡杆支点一致。在尺寸上。根据人机关系，把手需要能让一般使用者用手握住。即设计为长度为150mm，外径为20mm的把手。根据以上构思设计思路，我们设计出把手的CA

29、D工程图设计，如图2.4.5图2.4.53 斯坦尼康摄影稳定器平衡原理斯坦尼康摄影稳定器平衡原理是通过调整摄影器材和斯坦尼康摄影稳定器整体的重重量，致平衡杆支点以上的重量和支点以下部分的重量相当，使重心在平衡杆支点稍向下，并有万向节的平稳过渡作用相辅助，致使摄影器材和斯坦尼康摄影稳定器呈现出平稳的状态，拍摄质量呈悬浮效果的工作原理。下面我们将对斯坦尼康摄影稳定器的机件逐个分析。3.1 重心合力的作用线有一个特性，即不论物体相对于地球如何放置，合力作用线总通过一点，这个点称为物体的重心。如图3.1图3.1而我们把斯坦尼康摄影稳定器以支点为界分为两段，当支点两段的重量相当，重心就位于支点附近了，而

30、我当我们控制支点的随意移动，相当于控制重心随意移动，而非重心位置就不会出现太多的移动，斯坦尼康摄影稳定器的平衡就是让使用者控制重心移动的原理。重心即平衡点，每个物体都有重心，而我们操纵物体移动的时候对着平衡点操纵是最省力的，所以斯坦尼康摄影稳定器使使用者使用起来更省力。3.2 万向节效果我们在拍摄过程中，镜头可能会左右移动，上下移动，甚至忽然移动，在移动过程中会会改变我们斯坦尼康摄影稳定器的垂直位置，从而影响拍摄效果。当我们有了万向节就可以消除我们在走动、上下移动，甚至跑动过程中影响斯坦尼康摄影稳定器的垂直状态的顾虑。万向节有三个旋转点来缓冲我们的握住把手的左右，上下，原地转动的抖动，有效地维

31、持斯坦尼康摄影稳定器的垂直状态。3.3 斯坦尼康摄影稳定器平面任意力系的受力分析 斯坦尼康摄影稳定器的平面任意力系的受力分析如图3.3图3.3如图3.3，我们设支点往上的力F1为我们人为给出的支撑力，而F2为摄影器材承载平台和摄影器材的重力，F3为底座和底座上砝码的重力，经过我们的调试，F1略大于F2+F3时，即当F1F2+F3时，重心在支点稍下面一点，这样就可以使我们的摄影器材保持在上了，而通过万向节，我们能控制支点的移动的方向仅为上下或者如图的Fx1、Fx2方向移动了，而这些移动皆不会改变斯坦尼康摄影稳定器保持垂直的状态，所以根据斯坦尼康摄影稳定器的平面任意力系的受力分析图中我们也更加了解

32、了斯坦尼康摄影稳定器的平衡原理了。4 斯坦尼康摄影稳定器的组成材料及制作要求斯坦尼康摄影稳定器由摄影器材承载平台、平衡杆、底座、万向节四大机件组成，并有两个轴承和若干个砝码组成，至于螺丝杆和螺母等的小零件请见附录。斯坦尼康摄影稳定器的组成机件由受力的不同、工作需求和性质的不同、结合自己本身的经费情况的限制等原因而采用塑料板、不锈钢板等的各种材料进行加工和制作。斯坦尼康摄影稳定器的组成机件的制作方法及要求是由斯坦尼康摄影稳定器机械设计的CAD工程图和规定的尺寸去加工而制作的，这样才能更好的把机件配合在一起。4.1 摄影器材承载平台的材料和制作要求摄影器材承载平台因为在相机承载平台上要改变相机的位

33、置，所以就考虑要用透明的材料来作为相机承载平台。而增重平台不需要透明效果而需要有一定强度的材料，所以相机承载相机和增重平台的材料就不一样。4.1.1 相机平台 材料选取。从需受压力分析。相机承载平台需要能承载一个卡片机或者普通单反相机的重量，所以需承载重量不需很重，可以考虑强度一般的材料。从工作需求分析。相机承载平台需要能使相机更方便地在平台上移动位置，所以可以考虑用透明的材料。从经费情况分析。如果用铁或者钢等金属材料会比较不合适，所以考虑买塑料材料以得更高的性价比。综上分析，决定采用市面上的塑料板。塑料板有两个优点，一个是刚买过来的时候双面有纸包层，可以有利于我们在板上根据CAD工程图来画我

34、们的加工要求；另一个是塑料板把包层纸给撕掉了，就可以看到塑料板是透明，可以满足我们相机平台的工作需求的透明要求。采用的塑料板如图4.1.1图4.1.1制作方法。把从市面上买来的塑料板很据已经画好的CAD图纸画加工线条和需钻的孔。准备好锯条和相应的钻头去实验室根据线条锯，用实验室的手持冲击钻钻孔，并对孔和边界进行抛光。4.1.2 增重平台材料选取。从所受的力分析。增重平台所需要承受的压力为相机承载平台和摄影器材的重量，还会受到由于底座的重力而产生支点的拉力，并去增重平台自身还得装载砝码，所以增重平台需要采用强度高一点的材料。从工作需求分析。增重平台需要和四根螺丝杆固定才能相机承载平台产生一定间隙

35、，所以需采用能和螺丝杆高强度连接的材料，所以需要采用能进行焊接的金属材料。从经费和加工难度分析。采用一定规格的铁或者钢将会需要比较大的费用，加工难度也比较繁琐，如果是成品的薄一点的金属材料就比较理想了。综上分析，决定采用装修门店里做门的不锈钢板。不锈钢板有三个优点，第一是可以进行焊接，满足和相机承载平台固定的需求；第二是不易生锈，可以使斯坦尼康摄影稳定器拥有更久的续航能力；第三是较高的强度，可以满足相机的压力和底座的拉力。采用的不锈钢板如图4.1.2图4.1.2制作方法。把从市面上买来的塑料板很据已经画好的CAD图纸画加工线条和需钻的孔。准备好锯条和相应的钻头去实验室根据线条锯，用实验室的手持

36、冲击钻钻孔，并对孔和边界进行抛光。4.2 平衡杆的材料及制作要求材料选取。从所受的力分析。平衡杆所需要承受的压力为摄影器材承载平台和摄影器材的重量，还会受到由于底座和底座上砝码的重力而产生的拉力，并受到万向节的操纵控制，所以平衡杆需要采用不易变形，具有一定强度的材料。从工作需求分析。平衡杆需要和增重平台中心孔、万向节的第一旋转点的轴承、底座中心孔配合，所以平衡杆需要呈圆柱形不容易被不锈钢板切断的材料。从经费和加工难度分析。如果采用金属材料会使经费不足，并且经过调查金属材料只购买一小段也很少销售者会出售，再加上金属材料加工过程比较繁琐，所以考虑用非金属材料，如果是有挑选的尺寸的材料就很理想。综上

37、分析。决定采用聚丙烯管来作为平衡杆。聚丙烯管有3个优点，第一是拥有足够的强度来承受斯坦尼康摄影稳定器所需的压力和拉力要求，满足结构要求；第二是能更容易的和胶布进行粘合以增大平衡杆的直径来达到与支点承载A配合的目的，满足连接需求；第三是材料轻便，能减少调试误差，增大调试成功率，满足工作需求。采用的聚丙烯管如图4.2制作方法。把从市面上买来的聚丙烯管、先前设计好的机械CAD工程图和锯条进行切割加工。图4.24.3 平衡底座的材料及制作要求材料选取。从所受力的分析。底座会受到平衡杆的拉力和底座上砝码的压力。所以要选取强度稍微高一点的材料。从工作需求分析。底座上需要加放砝码，并用钻孔螺丝杆固定，所以底

38、座用金属材料合适。从加工难易度分析。根据之前设计的CAD工程图，底座上需要钻8个孔，在孔上还得承受砝码的重力，采购成品小块的金属面板比较困难，且加工过程复杂，如果有成品的金属面板就比较理想。综上分析。决定采用和相机承载平台的增重平台一样的材料，不锈钢板。不锈钢板在这里有两个优点，第一是不易生锈，可以使斯坦尼康摄影稳定器拥有更久的续航能力；第二是较高的强度，可以满足底座的砝码的压力和平衡杆的拉力。制作方法。把从市面上买来的塑料板很据已经画好的CAD图纸画加工线条和需钻的孔。准备好锯条和相应的钻头去实验室根据线条锯，用实验室的手持冲击钻钻孔，并对孔和边界进行抛光。4.4 万向节材料及制作要求万向节

39、是有第一旋转点的轴承A、第二旋转点螺丝杆和螺母、第三旋转点轴承B、支点小爪和把手五个零件组成的机件。制作材料也不相同，我们经过承受力的、工作需求、加工难易度的方面分析来选取决定的材料。4.4.1 第一旋转点材料选取。因为第一旋转点是镶嵌在平衡杆支点上的轴承，这里就直接可以选取轴承作为第一旋转点的材料了。而我们根据机械设计的CAD工程图的决定符合尺寸要求的的FAG 1203轴承。如图4.4.1。图4.4.1制作方法。采购成品。4.4.2 第二旋转点材料选取。从所受力的分析。第二旋转点是在旋转点的轴承A两侧上。并且需要承受平衡杆的支点，即承受斯坦尼康摄影稳定器整个的重力。所以需要高强度的材料。从工

40、作需求分析。第二旋转点点需固定两个支点杂轴承A两侧，而轴承是是金属材料，能和金属材料进行连接方法的最好是焊接，所以最好是用金属材料。从加工难度和经费分析。如果是采用金属材料的原料，将要进行大量的金属加工，而这样就会造成大量的浪费，而且加工难度比较复杂，如果有成品的金属材料就比较理想。综上分析。决定用普的六角螺母用焊接技术焊接在轴承A两侧，这样就形成两个可以固定的支点，然后再采用螺丝杆穿过支点小爪来螺母配合。这样就形成了两个固定而可以供旋转的支点。用螺母和螺丝杆配合有两个优点，一个是加工简单，只需焊接上去就行，一个螺丝杆大致是圆柱形的，可以满足旋转的工作需求。螺母和螺丝杆如图4.2.2图4.2.

41、2 制作方法。从学校门口购买的螺母和螺丝杆，买好氩弧焊相关的材料去学校的板房进行焊接。4.4.3 第三旋转点材料选取。因为第三旋转点是镶嵌在支点小爪横面板上的轴承，这里就直接可以选取轴承作为第三旋转点的材料了。而我们根据机械设计的CAD工程图的决定符合尺寸要求的的FAG 108TV轴承。如图4.4.3。 图4.4.3 制作方法。 采购成品。4.4.4 支点小爪 材料选取。从受到的力分析。支点小爪需要对第二旋转点和第三旋转点连接，所以需要承受平衡杆的支点所受到的压力，所以支点小爪需要一定强度的材料制作。从工作需求分析。支点小爪需要固定旋转点间的距离，并在连接过程需要在厚度上钻孔，所以材料要一定的

42、厚度。从加工难度和经费分析。如果采用金属材料将需要承受昂贵的花费和需要繁琐的加工过程，所以就考虑用非金属材料。综上分析。决定采用之前相机承载平台使用的塑料板。塑料板有3个优点，第一是有足够的强度承受斯坦尼康摄影稳定器的重力；第二是有一定的厚度至支持我们对厚度上的钻孔加工。第三是材料便宜，在加工过程难免会失败，而塑料板加工简单，可以进行不断尝试，做出最满意的产品。制作方法。把从市面上买来的塑料板很据已经画好的CAD图纸画加工线条和需钻的孔。准备好锯条和相应的钻头去实验室根据线条锯，用实验室的手持冲击钻钻孔，并对孔和边界进行抛光。4.5 砝码材料及制作要求 材料选取。工作需求分析。砝码是需要体积不

43、能太大，重量却要求够重的材料，所以考虑金属材料。从加工难度和经费分析。从板房老师了解到，硬度太高的金属板房的车床加工不了，而且很损耗钻头，而且硬度太高的金属单价更贵。所以考虑一般金属材料。综上分析。决定用45号钢。45号钢有两个优点，一个是更易于普通车床的加工；一个有足够的重量来实现对斯坦尼康摄影稳定器的调试。45号钢的材料和加工后的砝如图4.5。图4.5制作方法。从市面上买来的45号材料，买好相应尺寸的钻头，根据之前机械设计好的CAD工程图到板房的普通车床加工。5 斯坦尼康摄影稳定器中的孔轴配合 配合是基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系。孔的尺寸减去相配轴的尺寸所得的代数差称为间

44、隙或过盈。此差值为正时是间隙，为负时是过盈。按间隙或过盈及其变动的特征，配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合。所以配合类型有三种，分别为间隙配合、过盈配合、过渡配合。如图5.1图5.1斯坦尼康摄影稳定器中的各组件之间的配合类型会根据配合位置、工作需求、配合需求来分析并决定用什么配合方式来进行配合并有制作细节。在斯坦尼康摄影稳定器中有平台与螺丝杆平衡杆、小爪面板与轴承的配合、砝码与螺丝杆的配合、支点小爪中的连接配合、支点把手与螺丝杆的配合。5.1.1 平台与螺丝杆配合从配合位置分析。相机承载平台上在周围的四个角钻四个孔来配合固定在增重平台上的四根支柱。而相机承载平台的材料是塑料板。所以需要考虑能

45、固定相机承载平台。从工作需求分析。相机承载平台上需要固定摄影器材，所以需要稳固的配合来固定相机承载平台和支柱。从配合需求分析。在相机承载便宜和支柱的配合需要固定并可适当调试平台高度和倾斜度。综上分析，决定采用一定长度的螺丝杆和两个螺母来固定相机承载平台，所以选择支柱和孔之间的配合为过渡配合。这样就满足调整平台高度，也可以保证相机承载平台的稳固。配合细节。在细节承载平台上钻孔的要均匀，不允许有破角等失误出现，否则将会出现螺丝杆和螺母拧不紧的现象。5.1.2 平衡杆、小爪面板与轴承的配合从配合位置分析。平衡杆和轴承A是轴承A的内径和平衡杆外径配合；小爪面板和轴承B配合是小爪面板中心孔的外径和轴承B

46、的外径配合。从工作需求分析。平衡杆、小爪面板与轴承的配合都需稳固不动并能承受一定压力或者拉力的支点。所以需要紧固的配合。从配合需求分析。平衡杆、小爪面板与轴承的配合需要满足固定的效果，并且不能横向转动，否则会影响万向节的效果。综上分析。平衡杆、小爪面板与轴承的配合应选用过盈配合，才能满足和平衡杆或者支点小爪面板的固定，并保持固定一个方向不动。制作细节。在平衡杆上加贴一圈电工胶布，增大过盈配合的程度。5.1.3 砝码与螺丝杆的配合 从配合位置分析。砝码与螺丝杆的配合有两处，一个是在相机承载平台上，一个是在底座。从工作需求分析。螺丝杆是需要穿过砝码中心的孔，串起砝码然后和螺母配合。从配合需求分析。

47、砝码与螺丝杆的配合是需要砝码在螺丝杆上不能产生比较大距离位于，并能用螺母固定住。综上分析。螺丝杆和砝码中心孔的配合类型为间隙配合就可以了，这样就能满足砝码在螺丝杆上不能产生比较大距离位于，并能用螺母固定住。制作细节。每个砝码的中心需保持一样的尺寸，这样才能被同一根螺丝杆贯穿。5.1.4 支点小爪中的连接配合从配合位置分析。支点小爪由2块一样的塑料板纵向板和一块横向面板共三块塑料板组成，两块纵向板相互平行，并和横向板垂直。三块板的中点都位于平衡杆支点。从工作需求分析。支点小爪需要支撑起三个旋转点并能实现稳固的效果。而纵向板需要和第二旋转点固定并能上下自由转动，横向面板和纵向板之间需要固定并能不移

48、动或者转动。从配合需求分析。支点小爪中的纵向板和第二旋转点的螺丝杆之间的配合需要能自由转动，而横向面板和纵向板之间连接必须固定才能实现万向节的效果。综上分析。决定在纵向板与第二旋转点的螺丝杆配合为间隙配合，才能实现自由转动的效果，而纵向板和横向板连接中的螺丝杆和板上的孔的配合应为过渡配合。5.1.5 支点把手与螺丝杆的配合从配合位置分析。用螺丝杆穿过轴承B再穿过把手。穿过的支点和平衡杆的支点一致。从工作需求分析。把手是需要使用者握住并操纵平衡杆支点来控制斯坦尼康摄影稳定器的运作的。所以需要稳固的效果。从配合需求分析。把手上的孔和穿过轴承B的螺丝杆需要保持不能前后移动和左右滚动，所以需要紧密的配

49、合。综上分析。决定在螺丝杆穿过轴承B再穿过把手之间的螺丝杆和轴承B与把手上的孔使用过盈配合，这样才能满足螺丝杆需要保持不能前后移动和左右滚动而且使用者能轻松使用把手控制斯坦尼康摄影稳定器。6 斯坦尼康摄影稳定器所需的机械加工方法斯坦尼康摄影稳定器经过设计而画出CAD工程图，并通过选取材料和加工计划。在加工斯坦尼康摄影稳定器各个组件中需要用到几个加工，如切割、钻孔、焊接等技术。在加工过程中我们需要学习一般的加工准备、加工方法、加工后期处理和加工注意事项。6.1 切割切割是一种物理动作。切割是一般是指用刀或者锯利器将物体（如食材、木头、金属等的物体）切开。斯坦尼康摄影稳定器所涉及的切割方法为普通铁

50、锯切割和普通车床切割。6.1.1 铁锯切割加工准备。首先需要购买锯条，铅笔一枝。锯条有很多种，如双金属锯条、碳化砂锯条、高速钢锯条、碳钢锯条等。其中考虑到斯坦尼康摄影稳定器所需要切割的材料为塑料、聚丙烯和不锈钢板，所以，仅用碳钢锯条就可以了，价格实惠，又满足切割要求。碳钢锯条如图6.1.1。图6.1.1 在经过检查锯条完好无损，不产生严重变形就可以正常使用了。加工方法。把需要加工的材料如斯坦尼康摄影稳定器所需材料塑料板或者不锈钢板放在椅子上，用脚踩住，先用拇指指甲定在加工线上，用锯条紧靠着指甲来保持材料吃刀方向，平稳来回割锯。加工后期处理。用锉刀处理被割的表面，进行抛光处理，去除碎渣。加工注意

51、事项。进刀要平稳，避免锯条冲击性的快速接触工件材料，导致锯条断裂，还会使锯条飞出，可能造成对人的危险伤害；切割较硬的材料时，如果长时间连续切割，会影响锯条的使用寿命和切割效果。6.1.2 普通车床切割加工准备。观察车床上的润滑图标添加相关的润滑油脂，检查车床的电气设备是否正常，传动设备是否可靠，灵活；对机床的刀架位置调整、对丝杠、光杠的润滑检查、对冷却装置的状态检查；这样才能保证车床的安全运行，工件的准确加工。车床如图6.1.2图6.1.2加工方法。装上工件，选择相应的切断刀具，将刀具装在刀架上，对刀；移动尾座套筒至固定工件，满足平稳加工要求；调整主运动变速手柄，达到相应的速度要求；开启冷却装

52、置；启动具有主轴正反转及停止功能的手柄，然后控制刀架手动移动手柄，直至切断工件；退刀，关闭主轴运转，关闭冷却装置。这样就能完成切断工件。如图6.1.3。其中，1、2、6主运动变速手柄，3、4进给运动变速手柄，5刀架左右移动的换向手柄，7刀架横向手动手柄，8方刀架锁紧手柄，9小刀架移动手柄，10尾座套筒锁紧手柄，11尾座锁紧手柄，12尾座套筒移动手轮，13主轴正反转及停止手柄，14“开合螺母”开合手柄，15刀架横向自动手柄，16刀架纵向自动手柄，17刀架纵向手动手轮，18光杠、丝杠更换使用的离合器。图6.1.3加工后期处理。用锉刀处理被割的表面，进行抛光处理，去除碎渣、切屑。清理车床碎渣，保持车

53、床干净整洁，为下次使用做好准备。加工注意事项。在车床运转时不能触摸工件或者刀架，避免烫伤或者撞伤；如果听到切削声音很大或者发出奇怪的声音需退刀检查或者紧急停机核实情况；切削时注意观察冷却液的位置，用防护挡板阻挡切削时产生的切屑，必要时佩戴墨镜，以防切屑甩出伤人。6.2 钻孔钻孔是用钻头在实体材料上加工成孔的操作。斯坦尼康摄影稳定器所涉及的钻孔方法为冲击钻钻孔和普通车床钻孔。6.2.1 冲击钻钻孔加工准备。准备符合原设计所需大小的钻头，并准备直径很小的打样孔的钻头。在需钻孔的位置画上十字中心线，准备能固定被加工工件的台虎钳如图6.2.1（a）、手持冲击钻如图6.2.1（b）。 （a） （b）图6

54、.2.1加工过程。将需加工的工件固定在台虎钳上，将打样孔的钻头装载冲击钻上；对好工件的基准面，开始打样孔；打完样孔确定样孔都在十字中心线中点，我们就可以开始试钻；试钻感觉良好即可以完成钻孔。这样逐一的将需加工的工件钻完孔。加工后期处理。用锉刀处理被钻的孔，进行表面抛光处理和毛边修整，去除碎渣。加工注意事项。打样孔的时候先打一小点，确认打孔位置无误后再扩大钻孔深度和宽度；当试钻的时候发现钻歪了，可以从工件背面重新画十字中心线重新钻；钻孔将钻透时，手动进给用力必须减小，以防进给量突然过大、增大切削抗力，造成钻头折断、使工件随着钻头转动、钻头冲钻台虎钳等造成事故。6.2.2 普通车床钻孔加工准备。观

55、察车床上的润滑图标添加相关的润滑油脂，检查车床的电气设备是否正常，传动设备是否可靠，灵活；对机床的刀架位置调整、对丝杠、光杠的润滑检查、对冷却装置的状态检查；这样才能保证车床的安全运行，工件的准确加工。加工方法。将工件装上三爪卡盘，选择相应的钻头和打眼钻头，将钻头装在尾座上；移动尾座套筒至固定好的工件，满足平稳加工要求；调整主运动变速手柄，达到相应的速度要求；开启冷却装置；启动具有主轴正反转及停止功能的手柄，然后控制尾座上的移动手轮慢慢地移动手柄，直至钻至要求深度；退出钻头，关闭主轴运转，关闭冷却装置。这样就能完成钻孔工件。如图6.2.2.。图6.2.2加工后期处理。用锉刀处理被钻的孔，进行抛

56、光处理和毛边修整，去除碎渣、切屑。清理车床碎渣，保持车床干净整洁，为下次使用做好准备。加工注意事项。钻孔前确认打眼的样孔是否在符合工作图相同；安装钻头需确认选择了尺寸正确的钻头，避免造成不必要的浪费；钻削时削屑勿太长，需常退刀让削屑断掉，可减少摩擦，也避免长度旋甩致使不必要的危险。6.3 焊接焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。依具体的焊接工艺，焊接可细分为气焊、电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等其他特殊焊接。而氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成熔池，使被焊金属和焊材

57、达到冶金结合的一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，因此可以焊接不锈钢、铁类五金金属。因为斯坦尼康摄影稳定器需要焊接的部位的材料为不锈钢，所以就采用的焊接方法为电弧焊中的氩弧焊。加工准备。租借焊机大致结构如图6.3（a）、电焊条如图6.3（b）、氩气如图6.3（c）；检查焊机电源线、引出线等线路是否安全，牢固；准备好电焊防护面具如图6.3（d）。 （a） （b） （c） (d)加工过程。检查完毕打开电源、气源；放置好并固定需焊接的工件，将喷嘴和电焊条对准工件间的需连接处，等熔池烧红了即可以让工件连在一起并等冷却。如图6.4图6.4加

58、工后期处理。加工后的工件可能会因为温度太高产生的形变，需要及时用物理方法修正；焊接轴承时需要把轴承上的塑料圈先撤下并在焊接后马上用液体冷却，避免轴承内的油脂蒸发影响轴承的润滑效果。加工注意事项。焊接时会产生大量的臭氧和氧氮化物，需要采取有效的通风措施，避免对人体健康产生危害；记得佩带口罩，在焊接时记得通过电焊防护面具来观察焊接过程；加工工作完成后关闭相关电源、气源，收拾好氩弧焊喷嘴和电焊并要洗净手脸。7 斯坦尼康摄影稳定器使用的通用方法斯坦尼康摄影稳定器能固定摄影器材，并稳定的结合成一体。斯坦尼康摄影稳定器会根据摄影器材的重量、大小来进行调整，直至整个装置的稳定，拍摄效果的平稳、悬浮。在面对一

59、个很多调节部位的器材时，我们或者会疑惑而导致下手比较难，所以我们要有思路的，有顺序地进行斯坦尼康摄影稳定器的使用调试。在装有摄影器材的斯坦尼康摄影稳定器一般有三个位置需要调整。第一是摄影器材在相机承载平台上固定点的调试；第二所受底座砝码的位置和数量的调试；第三个是以万向节操纵支点的微调。在这三个位置我们讨论根据事实反映来得出调试方法进而得到调试结果，最终得出调试步骤。7.1 相机在平台上固定点的调试 事实反映。一般单反相机的底部都有一个螺纹孔如图7.1（a），我们用相应尺寸的螺丝杆穿过相机承载平台上的孔来配合单反的螺纹孔而固定单反相机。但是单反相机不是一个规矩的重物如图7.1（b），可能会因为

60、镜头的重量或者相机本身材料分布不均匀引起的重心不定，所以重心一般不在螺纹孔上。 （a） （b） 图7.1调试方法。所以我们需要改变固定位置来使单反相机的重心而相机承载平台上有以阵列型排列的孔，我们可以根据预测相机的重心并尝试改变螺丝杆的位置来固定单反相机，试出并用手感受最佳位置为宜。调试结果。单反相机的重心更靠近平衡杆支点竖直对上来在相机承载平台的点。举着平衡杆感觉相机在相机承载平台的中心完成调试。7.2 底座砝码的位置和数量的调试事实反映。当我们把单反相机固定在相机承载平台上，以平衡杆支点为界，装有相机的一端即支点上端的重量大大超过支点的另一端，即还没装砝码的底座的支点下端，这样是无法实现平衡的。调试方法。我们需要根据支点支点上端的重量而选择加装不同型号的砝码来减少支点两端的重量差，当我们发现支点下端的重量超过上端，也可以在支点上端的增重平台适当加小砝码促进平衡。调试结果。举着支点，将两端呈水平放置，然后松开，以下端在下降至地心的方向2-3秒为宜。7.3 以万向节操纵支点为的微调实时反映。当我们用把手控制万向节来操纵平衡杆支点来回移动时，支点两端还是会产生较明显的晃动，是因为相机在承载平台上的重心还是和底座的重心有所出入这样拍摄效果还是没有悬浮的效果的。调试方法。适当改变砝码在底座固定的位置、或者改变相机的固