儀器零件課程設(shè)計(jì)說明書

1、儀器零件課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)院：光電工程學(xué)院班級(jí)：姓名：指導(dǎo)教師： 2013年6月一、課程設(shè)計(jì)的目的1.培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，掌握儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)；培養(yǎng)學(xué)生精度設(shè)計(jì)的能力，掌握典型儀器零件參數(shù)的選擇；2.鞏固加深儀器零件課程的內(nèi)容；3.學(xué)會(huì)翻閱資料和查閱手冊(cè)；4.學(xué)會(huì)撰寫技術(shù)文件的方法；5.培養(yǎng)正確設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。二、設(shè)計(jì)題目：周視瞄準(zhǔn)鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、周視瞄準(zhǔn)鏡相關(guān)參數(shù) 圖1 光學(xué)原理圖四、設(shè)計(jì)任務(wù)1.根據(jù)周視原理設(shè)計(jì)周視瞄準(zhǔn)鏡結(jié)構(gòu)圖；2.繪制零件圖一張；3.結(jié)合總裝圖的繪制進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。a.速比的確定；b.輪系參數(shù)計(jì)算；c.蝸輪及蝸桿幾何尺寸計(jì)算。五、說明書內(nèi)容1.周視瞄準(zhǔn)鏡概

2、述：在軍事上為搜索目標(biāo)，需要大方位觀察，由于受像差限制，望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)不能太大。所以，只能采用光學(xué)手段使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸在水平面內(nèi)掃描，以實(shí)現(xiàn)全方位觀察，這種掃描也稱周視。當(dāng)然，這種具有掃描功能的望遠(yuǎn)系統(tǒng)也可應(yīng)用在某些測(cè)量?jī)x器中。周視望遠(yuǎn)系統(tǒng)可分為二種類型：目鏡不動(dòng)型和目鏡隨主鏡筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)型。前者觀察舒，操作方便。后者將使操作者感到不便。周視瞄準(zhǔn)鏡是一種性能較完善的瞄準(zhǔn)儀器，裝備于各種火炮作間接瞄準(zhǔn)之用。它的目鏡不動(dòng)，而鏡頭能環(huán)視一周，它與標(biāo)定器配合使用實(shí)施間接瞄準(zhǔn)，不受地形、地物和氣候條件的影響。也能進(jìn)行直接瞄準(zhǔn)和標(biāo)定。周視瞄準(zhǔn)鏡是采用差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)直角棱鏡與道威棱鏡繞同一軸旋轉(zhuǎn)，兩者之速比為1：

3、2，并在傳動(dòng)過程中保持速比恒定。差動(dòng)輪系由上太陽(yáng)輪，下太陽(yáng)輪和行星輪組合而成，它是一個(gè)復(fù)雜輪系。從機(jī)械原理可知，采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以證明，當(dāng)下太陽(yáng)輪不固定不動(dòng)時(shí)，上太陽(yáng)輪之角速度與道威棱鏡之角速度之比為2:1上太陽(yáng)輪與直角反射棱鏡連成一體，所以能夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。 圖1表示周視瞄準(zhǔn)鏡應(yīng)有的光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)中的保護(hù)玻璃用以保證瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)部光學(xué)零件免受外部潮氣、灰塵侵入。直角棱鏡的作用是使入射角在棱鏡俯仰時(shí)小于臨界角的光線全部反射，在棱鏡反射面上鍍有銀層。棱鏡的光學(xué)作用是將物像在垂直方向上下改變90°,水平方向不變,使光軸改變90°,同時(shí)直角棱鏡常作掃描元件,可在水平方向和垂直方向分別

4、進(jìn)行掃描。梯形棱鏡又稱道威棱鏡，起補(bǔ)償像傾斜的作用，以保證直角棱鏡作水平方向掃描時(shí)，目鏡中觀察到的像始終是正立的。屋脊棱鏡5的作用是將光軸改變90°，目鏡在垂直方向上下改變90°，左右方向改變180°。物鏡、分劃板、目鏡三者構(gòu)成一瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡。直角棱鏡、道威棱鏡、直角屋脊棱鏡組成棱鏡式正像系統(tǒng)，在進(jìn)行周視時(shí)，使系統(tǒng)獲得正像。2.總體方案選擇：周瞄準(zhǔn)鏡的主要結(jié)構(gòu)包括有鏡身部分、高低機(jī)構(gòu)、方向機(jī)構(gòu)及齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)等。(1)鏡身部分分為鏡頭、上鏡體及下鏡體。它承載全部光學(xué)零件。鏡頭裝有保護(hù)玻璃和直角棱鏡，上鏡體無光學(xué)零件。下鏡頭則承載有梯形棱鏡、物鏡、屋脊棱鏡和目鏡部分。(

5、2)高低機(jī)構(gòu)位于鏡頭部分，采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)，并用偏心筒調(diào)整低蝸桿與蝸輪間的吻合程度，消除空回。蝸輪與直角棱鏡固定在一起，當(dāng)高低轉(zhuǎn)螺帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過高低蝸輪帶動(dòng)直角棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，由于瞄準(zhǔn)鏡是借助直角棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行高低瞄準(zhǔn)的，根據(jù)平面鏡旋轉(zhuǎn)角，出射光線與入射光線改變2角的特性，直角棱鏡實(shí)際上旋轉(zhuǎn)角度只有高低機(jī)構(gòu)所示分劃的一半。這是本儀器高低機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。(3)方向機(jī)構(gòu)位于上鏡體部分，采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)，利用偏心機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向解脫。(4)差動(dòng)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)周視原理的要求。周視原理要求是直角棱鏡和梯形棱鏡繞同一光軸同時(shí)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且梯形棱鏡與直角棱鏡的角速度之比為1/2。齒輪傳動(dòng)具有瞬時(shí)角速度固定不變的特殊性，另

6、外上面的速比要求在差動(dòng)輪戲中又能實(shí)現(xiàn)。為此，在瞄準(zhǔn)鏡中采用差動(dòng)輪系來實(shí)現(xiàn)周視的要求。圖中，齒輪6、7為太陽(yáng)輪，齒輪8為行星輪，梯形棱鏡相當(dāng)于差動(dòng)輪系中的系桿。設(shè)齒輪6、7的角速度分別為1、2，系桿的角速度為H。我們知道，差動(dòng)輪系是一個(gè)復(fù)雜輪系，不能直接寫出它的傳動(dòng)比，必須采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)來研究。即給整個(gè)差動(dòng)輪系加上一個(gè)與系桿角速度H大小相等而方向相反的角素度-H，則各機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系仍然保持不變。但是，由于加上-H后，系桿可視為靜止不動(dòng)，于是差動(dòng)輪系可視為簡(jiǎn)單的定軸輪系。在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，齒輪6、7的角速度為1H=1-H,2H=2-H.系桿的角速度HH=0（即梯形棱鏡）。有定輪系傳動(dòng)比計(jì)算方法，

7、可求得轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比iH/6、7為iH/6、7=1/2H=1-H/2-H=-Z7/Z6式中：Z6、Z7分別為齒輪6和7的齒數(shù)，負(fù)號(hào)表示齒輪7的實(shí)際角速度與圖2-25示2的方向相反。在差動(dòng)輪系中，通常取Z6=Z7,則 1-H/2-H=-1 1-H=-（2-H） H=1/2（1+2）周視瞄準(zhǔn)鏡中，齒輪7與下鏡體相連不能轉(zhuǎn)動(dòng)，故2=0，所以H=1/2。直角棱鏡與齒輪6連接在一起，梯形棱鏡的角速度為H，因此利用這種差動(dòng)輪系可實(shí)現(xiàn)上述周視原理。3.主要參數(shù)的確定與計(jì)算，選材原則。(1)差動(dòng)輪系太陽(yáng)輪：錐齒輪6 Z1 錐齒輪7 Z3 Z1= Z3=60 m=0.6 行星輪：錐齒輪8 Z2=22 m=0.

8、6 壓力角：=20° 分度圓錐角：1=arctg Z1/Z2=70° 錐齒輪6、7：分度圓直徑 d1=mZ1=0.6×60=36外錐距 R=0.5m=19.2齒寬系數(shù) r =0.3齒寬 b=r·R=0.3×19.2=5.76齒頂高系數(shù) ha*=1 頂隙系數(shù) C*=0.2齒頂高 ha=ha*·m=0.6齒根高 hf=( ha*C*)m=1.2×0.6=0.72 全齒高 h=hahf=2.2m=1.32 齒頂圓直徑 da1=d1+2hacos1=36+2×0.6×cos70°=36.4 齒根圓直徑

9、df1=d1-2hfcos1=35.5 齒頂角 a1=arctan ha/R=arctan 0.6/19.2=1.79° 齒根角 f1=arctan hf/R=arctan 0.72/19.2=2.15° 頂錐角 a1=1+a1=70°+1.79°=71.79° 根錐角 f1=1-f1=70°-2.15°=67.85° 分度圓錐角 2=arctan Z3/Z2=20° 錐齒輪8： 分度圓直徑 d2=mZ2=0.6×22=13.2 外錐距 R=19.2 齒寬系數(shù) R=0.3 齒寬 b=R·

10、;R=0.3×19.2=5.76 齒頂高系數(shù) ha*=1 頂隙系數(shù) C*=0.2 齒頂高 ha=ha*m=0.6 齒根高 hf=(ha*+C*) 全齒高 h=ha+hf=2.2m=1.32 齒頂圓直徑 da2=d2+2hacos2=14.3 齒根圓直徑 df2=d2-2hfcos2=11.8 齒頂角 a2=arctan ha/R=1.79° 齒根角 f2=arctan hf/R=2.15° 頂錐角 a2=2+a2=20°+1.79°=21.79° 根錐角 f2=2-f2=20°-2.15°=17.85°(

11、2)水平回轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿模數(shù)m=1 速比確定： 蝸桿回轉(zhuǎn)1周，蝸輪轉(zhuǎn)一格，即100mil=6° Z1/Z2=6°/360°=1/60 蝸桿軸向齒距 Px1=m=3.14×1=3.14 蝸桿導(dǎo)程 Pz1=mZ1=3.14×1×1=3.14 蝸桿分度圓直徑 d1=qm=8 蝸桿齒頂圓直徑 da1=d1+2ha*m=82×1×1=10 蝸桿齒根圓直徑 df1=d1-2m(ha*+C*)=82×1×(10.25)=5.5 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 =tan mZ1/d1=7.12° 蝸桿齒寬 b1=2m

12、=15.62 蝸輪分度圓直徑 d2=mZ2=1×60=60 蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2mha*=602×1×1=62 蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2m(ha*+C*)=60-2×1×(0.251)=57.5 蝸輪外徑 de2=da2+m=621=63 蝸輪齒寬 b2=2m(0.5+)=2×1（0.5）=7 蝸輪齒寬角 =2arcsin b2/d1=2·arcsin7/q=122° 中心距 a=1/2(d1+d2)=1/2(60+8)=34 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a-da2/2=34-62/2=3(3)俯仰

13、機(jī)構(gòu)調(diào)整范圍±18°，由于平面鏡轉(zhuǎn)，光線轉(zhuǎn)2，蝸輪蝸桿只需轉(zhuǎn)±9°即可。 蝸桿 Z1=1 q=12.5 d1=6.25 蝸輪 Z2=120 m=0.5 蝸桿軸向齒距 Px1=m=3.14×0.5=1.57 蝸桿導(dǎo)程 Pz1=mZ1=3.14×0.5×1=1.57 蝸桿分度圓直徑 d1=qm=12.5×0.5=6.25 蝸桿齒頂圓直徑 da1=d1+2ha*m=6.25+2×1×0.5=7.25 蝸桿齒根圓直徑 df1=d1-2m(ha*+C*)=6.25-2×（1+0.25）×

14、;0.5=5 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 =tanmZa/d1=4.57° 蝸桿齒寬 b1=2m=2×0.5×+1=10 蝸輪分度圓直徑 d2=mZ2=0.5×120=60 蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2mha*=60+2×0.5×1=61 蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2m(ha*+C*)=60-2×0.5(1+0.25)=58.75 蝸輪外徑 de2=da2+m=61+0.5=61.5 蝸輪齒寬 b2=2m(0.5)=2×0.5(0.5)=4.17 蝸輪齒寬角 =2arcsinb2/d1=2·arcsin4.

15、17/6.25=83.7° 中心距 a=1/2(d1d2)=1/2×(6.2560)=33.125 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a-da2/2=28.125-51/2=2.63六、選材原則：1.選擇小模數(shù)齒輪材料應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：a.材料的加工性能。b.材料的穩(wěn)定性。c.材料表面光潔性能。d.剛度。e.耐磨損性能。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼適合于制造精密傳動(dòng)各種齒輪，要求抗腐蝕和更高的耐磨損性，可用合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)點(diǎn)有：比優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有更高的耐磨性能；抗腐蝕性能高，；熱處理性能好；強(qiáng)度、硬度等性能好，是首選材料。有色金屬中某些鋁合金得到廣泛的應(yīng)用，也應(yīng)給予。黃銅與青銅的加工性能

16、、抗腐蝕性能、耐磨性能、防磁性能及機(jī)械性能也適合制作精度高的精密齒輪，但是重量達(dá)，成本較高，我們應(yīng)合理使用。蝸桿大多采用碳素鋼或合金鋼。蝸輪常采用材料是錫青銅ZCuSn10Pb1. 2.裝配技術(shù)條件擬定周視瞄準(zhǔn)鏡是一種用于直接瞄準(zhǔn)和間接瞄準(zhǔn)的，能周視并且保持目鏡不動(dòng)的光學(xué)測(cè)角儀器。其技術(shù)要求可歸納為：(1)在水平方向周視360°，目鏡不動(dòng)。(2) 觀察距離：3km左右。(3) 潛望高度：H不小于180mm。(4) 出瞳距離：不小于20mm。(5) 蝸輪蝸桿裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)靈活。(6) 分劃板刻劃面在公共焦點(diǎn)處。(7)物鏡目鏡光軸垂直。(8)三棱鏡主截面應(yīng)平行。(9)入射、出射光面平行時(shí)（

17、面對(duì)正前方木目標(biāo)）高低與水平分劃標(biāo)記應(yīng)為0位。(10)分劃標(biāo)記中心應(yīng)位于目鏡光軸上。 3.結(jié)論及改進(jìn)意見周視瞄準(zhǔn)鏡是通過差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)直角棱鏡與道威棱鏡繞同一軸旋轉(zhuǎn)，且兩者的角速度之比為2：1，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中保持角速度之比恒定，這樣就保證了上鏡體在周視過程中得到像永遠(yuǎn)都是正立的。俯仰機(jī)構(gòu)主要用于炮兵光學(xué)儀器和大地測(cè)量?jī)x器，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高低瞄準(zhǔn)和測(cè)量高低角，通過高低分角，通過高低分劃劃圈讀出高低角，這樣的裝置使用周視瞄準(zhǔn)鏡的測(cè)量范圍得到放大?？梢岳脝蜗蜃饔昧Γ谜{(diào)整螺母和塑料螺母消除空回，消除或減小空回的方法。a.利用彈簧力。b.固定雙片齒輪。c.利用接觸游絲。d.調(diào)整中心距。e.蝸桿傳

18、動(dòng)側(cè)隙的消除，也可采用部分蝸輪。4.具體要求：(1)裝配圖：a. 結(jié)構(gòu)合理，裝配方便，滿足使用及工藝要求，成本低廉。b.視圖選擇正確，投影關(guān)系清楚，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)。c.裝配圖上要標(biāo)注主要尺寸：裝配尺寸，特性尺寸，輪廓尺寸，主要配合尺寸及配合種類。d.裝配技術(shù)要求必須合理。e.引出件號(hào)，列出明細(xì)表及標(biāo)題欄。(2)零件圖：a.結(jié)構(gòu)合理，工藝性好。b.視圖完整，比例合適，符合制圖要求。c.標(biāo)出尺寸公差，形位公差，粗糙度，材料，熱處理及表面處理要求七、設(shè)計(jì)感想周視瞄準(zhǔn)鏡的裝配圖，經(jīng)過一周多的努力，在老師的指導(dǎo)，同學(xué)的合作討論以及自己的努力下，終于完成，變成實(shí)物放在我們手中了，心中的成就感和滿足感是不言而喻的。在老師的講解下，我們了解到了我們需要做的事。在把圖紙固定在制圖板之前，大家一起去老師辦公室研究了我們所需要研究的物件-周視瞄準(zhǔn)鏡，在大一的時(shí)候?qū)W習(xí)機(jī)械制圖都是紙上談兵，根本不明白自己畫的是什么，可是在見到物件之后，仿佛突然意識(shí)到理論與實(shí)踐結(jié)合的重要性。在幾名同學(xué)和田老師的介紹下，我在這個(gè)期間有了大致的了解，在一些參考圖的幫助下，我們開始了設(shè)計(jì)草圖的工作。大大的圖紙，看上去確實(shí)很讓人發(fā)愁，可是見到大家努力的在畫圖，自己的心中也覺得有一股說不出來的力量，讓自己也要去追趕，去超越。以前接觸的圖形都是有明確的尺寸，可是這次卻不同，所有的尺寸要去實(shí)物上去測(cè)量，