周氏瞄准镜

周视瞄准镜结构设计姓名：学号：指导老师：学院：光电工程学院专业：测控技术与仪器2016年7月11日1一、课程设计的目的1.掌握仪器结构设计特点及仪器零件参数的选择；培养结构设计的能力。2.巩固加深仪器零件课程的基本内容。3.学会查阅资料和查阅手册。4.学会撰写技术文件的方法。二、设计题目周视瞄准镜结构设计。三、工作原理1.周视瞄准镜结构图及其结构原理：周瞄准镜的主要结构包括有镜身部分、俯仰机构、方向机构及齿轮差动机构等。见图1所示。图1周视瞄准镜结构图21-下部2-上部3-镜头本体4-旋转蜗轮筒5-旋转蜗杆6-上圆锥齿轮7-下圆锥齿轮8-行星轮9-旋转手轮10-棱镜筒11-目镜外筒12-目镜筒13-棱镜托架14-道威棱镜筒15-直角棱镜16-俯仰蜗杆17-俯仰蜗轮18-俯仰手轮19-道威棱镜20-刻度筒镜身部分分为镜头、上镜体及下镜体。它承载全部光学零件。镜头装有保护玻璃和直角棱镜，上镜体无光学零件。下镜头则承载有梯形棱镜、物镜、屋脊棱镜和目镜部分。（1）周视瞄准镜中的俯仰机构，见图2所示。图2俯仰机构图2所示俯仰机构位于镜头部分。采用蜗杆蜗轮传动，用来实现对目标的高低瞄准和测量高低角。它由齿弧2、蜗杆1、直角棱镜筒3组成。偏心套筒12用来消除啮合间隙。蜗轮与直角棱镜筒连接固定在一起，蜗杆由下向上插入偏心套筒内，上端通过销钉等零件与高低分划手轮相联接。转动高低分划手轮13时，蜗杆1带动齿弧2和直角棱镜筒3，使直角棱镜绕水平轴线转动，进行高低瞄准，并由高低分划圈上读出高低角。（2）周视瞄准镜中的解脱机构。解脱机构位于上镜体部分，采用蜗杆蜗轮传动，利用偏心机构进行方向解脱。见图3所示，与实物略有不同。图3解脱机构解脱机构原理：在未解脱状态，蜗秆靠偏心套筒和扭簧的作用与蜗轮紧密啮合。转动磁辅助分划手轮时，由子蜗轮固定不动，蜗杆一方面绕自身轴线转动．同时又带动方向盘本体部分，以垂直轴为中心，绕蜗轮回转，进行方向瞄准，并可读出磁方位角和方位角的分划值。压下解脱手柄时，偏心套筒旋转，扭簧也产生扭转，使蜗杆与蜗轮脱离，此时仪器可作大角度回转。放开解脱手柄，偏心套筒靠扭簧的恢复力矩，重使蜗杆与蜗轮啮合。3(3)差动机构是实现周视原理的要求。周视原理要求是直角棱镜和道威棱镜绕同一光轴同时同向转动，并且道威棱镜与直角棱镜的角速度之比为1/2。齿轮传动具有瞬时角速度固定不变的特殊性，另外上面的速比要求在差动轮系中实现。差动轮系由上圆锥齿轮6、下圆锥齿轮7和行星轮8组合而成一个复杂轮系。从机械原理可知，采用转化机构可以证明，当下圆锥齿轮7固定不动时，上圆锥齿轮6之角速度与道威棱镜19之角速度之比为2:1，上圆锥齿轮6与直角棱镜15连成一体，实现上述要求。旋转手轮格值1密位（60003600），圆周100格；读数刻度筒格值100密位（60），旋转蜗杆转动一周，蜗轮转动100密位（60），即传动比i=601图4差动轮系原理图图中，齿轮6、7为太阳轮，齿轮8为行星轮，道威棱镜相当于差动轮系中的系杆。设齿轮6、7的角速度分别为ω1、ω2，系杆的角速度为ωH。差动轮系是一个复杂轮系，须采用转化机构来研究。在转化机构中，齿轮6、7的角速度为ω1H=ω1-ωH,ω2H=ω2-ωH.系杆的角速度ωHH=0（即道威棱镜）。可求得转化机构的传动比iH/6、7为iH/6、7=ω1/ω2H=ω1-ωH/ω2-ωH=-Z7/Z6式中：Z6、Z7分别为齿轮6和7的齿数，负号表示齿轮7的实际角速度与图2-25示ω2的方向相反。在差动轮系中，通常取Z6=Z7,则ω1-ωH/ω2-ωH=-1ω1-ωH=-（ω2-ωH）ωH=1/2（ω1+ω2）周视瞄准镜中，齿轮7与下镜体相连不能转动，故ω2=0，所以ωH=ω1/2。直角棱镜与齿轮6连接在一起，道威棱镜的角速度为ωH，因此利用这种差动轮系可实现上述周视原理。2、光学原理周视瞄准镜光学原理图，如图5所示。4图5光学原理图四、周视瞄准镜指标要求（1）在水平方向周视360°，目镜不动。（2）测角范围：方向角360°，测角精度010，高低角18°，测角精度0-02。（3）观察距离3km左右。（4）观察范围：物方视场2尽量大些。（5）潜望高度：H不小于180mm（6）出瞳距离：不小于20mm（7）尺寸限制：瞄准镜之镜筒外径均匀，最粗处不超过30mm（中部方向机构除外）。（8）像质清晰，像倾斜不超过1°五、主要参数计算已知条件：1）潜望高度H=185mm2）周氏直角棱镜口径=25mm3）道威棱镜口径=16mm4）入射面到出射面距离50mm1、周视瞄准镜参数及选型：将已知带入公式5tan2物分fD求得物f=91.9mm由公式Γ=D/D可求得D=14.8mm从而物镜的初始数据确定，即f=91.9mm;相对口径D/f=14.8/91.9=1/6.2;视场角2ω=8.4°。2、计算目镜焦距、2ω´由公式Γ=目物ff/计算出目f=24.83mm由公式Γ=tanω´/tanω计算出2ω´=30.4°从而物镜的初始数据确定，即目f=24.83mm;视场角2ω´=30.4°。根据以上计算结果，物镜焦距不大，相对孔径较小，可选物镜选择简单的双胶合物镜即可。目镜焦距接近25毫米，视场角30.4度，视场角不大，可选对称目镜结构（对称目镜可承担的视场角可以达到40度）。表1物镜结构参数序号半径厚度有效口径实际口径1（stop）663.514.86182-32.71.814.9183-96.337.215184Infinity43.314.26255Infinity20.9213.7256Infinity313.28157Infinity13.46153、机械部分结构设计参数：（1）俯仰机构参数调整范围±18°，由于平面镜转α，光线转2α蜗轮蜗杆只需转±9°即可6蜗杆：Z1=1,q=12.5,m=0.5mm蜗轮：Z2=120,ha*=1,c*=0.25蜗杆分度圆直径：25.61qmd蜗杆齿顶圆直径：25.7*211mhadda蜗杆齿根圆直径：5*)*(211mChaddf蜗轮分度圆直径：6022mZd蜗轮齿顶圆直径：61*222mhadda蜗轮齿根圆直径：75.58*)*(222mChaddf中心距：125.332121dda（2）旋转机构参数蜗杆分度圆直径81qmd蜗杆齿顶圆直径：10*211mhadda蜗杆齿根圆直径：5.5*)*(211mchaddf蜗轮分度圆直径：6022mZd蜗轮齿顶圆直径：62*222mhadda蜗轮齿根圆直径：5.57*)*(222mChaddf中心距：342121dda偏心距：d=212)(21addaa（3）差动轮系参数锥齿轮6Z1=22，m=0.6锥齿轮7Z3=22，行星轮：锥齿轮8Z2=60201，702，1ha*，0.2c*锥齿轮6、7：分度圆直径：2.1311mZd7齿顶高：6.0*mhaha齿根高：72.06.02.1**1mChah齿顶圆直径：33.14cos2111hadda齿根圆直径：85.11cos2111ffhdd锥齿轮8：分度圆直径：3622mZd齿顶圆直径：41.36cos2222hadda齿根圆直径：51.352cos222ffhdd六、结论与心得周视瞄准镜是通过差动轮系实现直角棱镜与道威棱镜绕同一轴旋转，且两者的角速度之比为2：1，并且在转动过程中保持角速度之比核定，这样就保证了上镜体在周视过程中得到像永远都是正立的。俯仰机构主要用于炮兵光学仪器和大地测量仪器，用来实现对目标的高低瞄准和测量高低角，通过高低分角，通过高低分划圈读出高低角，这样的装置使用周视瞄准镜的测量范围得到放大可以利用单向作用力，利用调整螺母和塑料螺母消除空回，消除或减小空回的方法。a.利用弹簧力b.固定双片齿轮c.利用接触游丝d.调整中心距七、参考资料1）《瞄准仪器原理与设计》，王中民蔡俊春孙培加编著，北京理工大学出版社出版2）《齿轮传动设计手册》，朱孝录主编，化学工业出版社出版3）《机械零件课程设计图册》，龚溎义主编，人民教育出版社出版4）《机械制图》（第四版），刘朝儒，彭福荫，高政一主编，高等教育出版社出版5）《精密机械设计》，裘祖荣主编，机械工业出版社出版6）《机械原理》（第六版），孙桓陈作模主编，高等教育出版社出版7）《工程光学》，郁道银谈桓英主编，高等教育出版社出版