仪器零件课程设计说明书.docx

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仪器零件课程设计说明书

仪器零件课程设计说明书

学院：

光电工程学院

班级：

姓名：

指导教师：

2013年6月

一、课程设计的目的

1.培养学生结构设计的能力，掌握仪器结构设计的特点；培养学生精度设计的能力，掌握典型仪器零件参数的选择；

2.巩固加深仪器零件课程的内容；

3.学会翻阅资料和查阅手册；

4.学会撰写技术文件的方法；

5.培养正确设计思想及严谨的科学作风。

二、设计题目：

周视瞄准镜结构设计

三、周视瞄准镜相关参数

图1光学原理图

四、设计任务

1.根据周视原理设计周视瞄准镜结构图；

2.绘制零件图一张；

3.结合总装图的绘制进行必要的设计计算。

a.速比的确定；

b.轮系参数计算；

c.蜗轮及蜗杆几何尺寸计算。

五、说明书内容

1.周视瞄准镜概述：

在军事上为搜索目标，需要大方位观察，由于受像差限制，望远镜的视场不能太大。

所以，只能采用光学手段使望远镜的视准轴在水平面内扫描，以实现全方位观察，这种扫描也称周视。

当然，这种具有扫描功能的望远系统也可应用在某些测量仪器中。

周视望远系统可分为二种类型：

目镜不动型和目镜随主镜筒一起转动型。

前者观察舒，操作方便。

后者将使操作者感到不便。

周视瞄准镜是一种性能较完善的瞄准仪器，装备于各种火炮作间接瞄准之用。

它的目镜不动，而镜头能环视一周，它及标定器配合使用实施间接瞄准，不受地形、地物和气候条件的影响。

也能进行直接瞄准和标定。

周视瞄准镜是采用差动轮系实现直角棱镜及道威棱镜绕同一轴旋转，两者之速比为1：

2，并在传动过程中保持速比恒定。

差动轮系由上太阳轮，下太阳轮和行星轮组合而成，它是一个复杂轮系。

从机械原理可知，采用传动机构可以证明，当下太阳轮不固定不动时，上太阳轮之角速度及道威棱镜之角速度之比为2:

1上太阳轮及直角反射棱镜连成一体，所以能够实现上述要求。

图1表示周视瞄准镜应有的光学系统

光学系统中的保护玻璃用以保证瞄准镜内部光学零件免受外部潮气、灰尘侵入。

直角棱镜的作用是使入射角在棱镜俯仰时小于临界角的光线全部反射，在棱镜反射面上镀有银层。

棱镜的光学作用是将物像在垂直方向上下改变90°,水平方向不变,使光轴改变90°,同时直角棱镜常作扫描元件,可在水平方向和垂直方向分别进行扫描。

梯形棱镜又称道威棱镜，起补偿像倾斜的作用，以保证直角棱镜作水平方向扫描时，目镜中观察到的像始终是正立的。

屋脊棱镜5的作用是将光轴改变90°，目镜在垂直方向上下改变90°，左右方向改变180°。

物镜、分划板、目镜三者构成一瞄准望远镜。

直角棱镜、道威棱镜、直角屋脊棱镜组成棱镜式正像系统，在进行周视时，使系统获得正像。

2.总体方案选择：

周瞄准镜的主要结构包括有镜身部分、高低机构、方向机构及齿轮差动机构等。

（1）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。

（2）高低机构位于镜头部分，采用蜗杆蜗轮传动，并用偏心筒调整低蜗杆及蜗轮间的吻合程度，消除空回。

蜗轮及直角棱镜固定在一起，当高低转螺带动螺杆旋转时，通过高低蜗轮带动直角棱镜转动，由于瞄准镜是借助直角棱镜转动进行高低瞄准的，根据平面镜旋转α角，出射光线及入射光线改变2α角的特性，直角棱镜实际上旋转角度只有高低机构所示分划的一半。

这是本仪器高低机构的特点。

（3）方向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。

（4）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梯形棱镜绕同一光轴同时同向转动，并且梯形棱镜及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戏中又能实现。

为此，在瞄准镜中采用差动轮系来实现周视的要求。

图中，齿轮6、7为太阳轮，齿轮8为行星轮，梯形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。

我们知道，差动轮系是一个复杂轮系，不能直接写出它的传动比，必须采用转化机构来研究。

即给整个差动轮系加上一个及系杆角速度ωH大小相等而方向相反的角素度-ωH，则各机构之间的相对运动关系仍然保持不变。

但是，由于加上-ωH后，系杆可视为静止不动，于是差动轮系可视为简单的定轴轮系。

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（即梯形棱镜）。

有定轮系传动比计算方法，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的实际角速度及图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=-1

ω1-ωH=-（ω2-ωH）

ωH=1/2（ω1+ω2）

周视瞄准镜中，齿轮7及下镜体相连不能转动，故ω2=0，所以ωH=ω1/2。

直角棱镜及齿轮6连接在一起，梯形棱镜的角速度为ωH，因此利用这种差动轮系可实现上述周视原理。

3.主要参数的确定及计算，选材原则。

（1）差动轮系

太阳轮：

锥齿轮6Z1

锥齿轮7Z3Z1=Z3=60m=0.6

行星轮：

锥齿轮8Z2=22m=0.6

压力角：

α=20°分度圆锥角：

δ1=arctgZ1/Z2=70°

锥齿轮6、7：

分度圆直径d1=mZ1=0.6×60=36

外锥距R=0.5m

=19.2

齿宽系数Φr=0.3

齿宽b=Φr·R=0.3×19.2=5.76

齿顶高系数ha*=1顶隙系数C*=0.2

齿顶高ha=ha*·m=0.6

齿根高hf=（ha*＋C*）m=1.2×0.6=0.72

全齿高h=ha＋hf=2.2m=1.32

齿顶圆直径da1=d1+2hacosδ1=36+2×0.6×cos70°=36.4

齿根圆直径df1=d1-2hfcosδ1=35.5

齿顶角θa1=arctanha/R=arctan0.6/19.2=1.79°

齿根角θf1=arctanhf/R=arctan0.72/19.2=2.15°

顶锥角δa1=δ1+θa1=70°+1.79°=71.79°

根锥角δf1=δ1-θf1=70°-2.15°=67.85°

分度圆锥角δ2=arctanZ3/Z2=20°

锥齿轮8：

分度圆直径d2=mZ2=0.6×22=13.2

外锥距R=19.2

齿宽系数φR=0.3

齿宽b=φR·R=0.3×19.2=5.76

齿顶高系数ha*=1顶隙系数C*=0.2

齿顶高ha=ha*m=0.6齿根高hf=（ha*+C*）

全齿高h=ha+hf=2.2m=1.32

齿顶圆直径da2=d2+2hacosδ2=14.3

齿根圆直径df2=d2-2hfcosδ2=11.8

齿顶角θa2=arctanha/R=1.79°

齿根角θf2=arctanhf/R=2.15°

顶锥角δa2=δ2+θa2=20°+1.79°=21.79°

根锥角δf2=δ2-θf2=20°-2.15°=17.85°

（2）水平回转蜗轮蜗杆

模数m=1

速比确定：

蜗杆回转1周，蜗轮转一格，即100mil=6°

∴Z1/Z2=6°/360°=1/60

蜗杆轴向齿距Px1=∏m=3.14×1=3.14

蜗杆导程Pz1=∏mZ1=3.14×1×1=3.14

蜗杆分度圆直径d1=qm=8

蜗杆齿顶圆直径da1=d1+2ha*m=8＋2×1×1=10

蜗杆齿根圆直径df1=d1-2m（ha*+C*）=8－2×1×（1＋0.25）=5.5

蜗杆分度圆柱导程角γ=tanmZ1/d1=7.12°

蜗杆齿宽b1=2m

=15.62

蜗轮分度圆直径d2=mZ2=1×60=60

蜗轮喉圆直径da2=d2+2mha*=60＋2×1×1=62

蜗轮齿根圆直径df2=d2-2m（ha*+C*）=60-2×1×（0.25＋1）=57.5

蜗轮外径de2=da2+m=62＋1=63

蜗轮齿宽b2=2m（0.5+

）=2×1（0.5＋

）=7

蜗轮齿宽角θ=2arcsinb2/d1=2·arcsin7/q=122°

中心距a=1/2（d1+d2）=1/2（60+8）=34

蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-da2/2=34-62/2=3

（3）俯仰机构

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。

蜗杆Z1=1q=12.5d1=6.25

蜗轮Z2=120m=0.5

蜗杆轴向齿距Px1=∏m=3.14×0.5=1.57

蜗杆导程Pz1=∏mZ1=3.14×0.5×1=1.57

蜗杆分度圆直径d1=qm=12.5×0.5=6.25

蜗杆齿顶圆直径da1=d1+2ha*m=6.25+2×1×0.5=7.25

蜗杆齿根圆直径df1=d1-2m（ha*+C*）=6.25-2×（1+0.25）×0.5=5

蜗杆分度圆柱导程角γ=tanmZa/d1=4.57°

蜗杆齿宽b1=2m=2×0.5×+1=10

蜗轮分度圆直径d2=mZ2=0.5×120=60

蜗轮喉圆直径da2=d2+2mha*=60+2×0.5×1=61

蜗轮齿根圆直径df2=d2-2m（ha*+C*）=60-2×0.5（1+0.25）=58.75

蜗轮外径de2=da2+m=61+0.5=61.5

蜗轮齿宽b2=2m（0.5＋）=2×0.5（0.5＋）=4.17

蜗轮齿宽角θ=2arcsinb2/d1=2·arcsin4.17/6.25=83.7°

中心距a=1/2（d1＋d2）=1/2×（6.25＋60）=33.125

蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-da2/2=28.125-51/2=2.63

六、选材原则：

1.选择小模数齿轮材料应考虑以下几点：

a.材料的加工性能。

b.材料的稳定性。

c.材料表面光洁性能。

d.刚度。

e.耐磨损性能。

优质碳素结构钢适合于制造精密传动各种齿轮，要求抗腐蚀和更高的耐磨损性，可用合金结构钢。

合金结构钢的优点有：

比优质碳素结构钢有更高的耐磨性能；抗腐蚀性能高，；热处理性能好；强度、硬度等性能好，是首选材料。

有色金属中某些铝合金得到广泛的应用，也应给予。

黄铜及青铜的加工性能、抗腐蚀性能、耐磨性能、防磁性能及机械性能也适合制作精度高的精密齿轮，但是重量达，成本较高，我们应合理使用。

蜗杆大多采用碳素钢或合金钢。

蜗轮常采用材料是锡青铜ZCuSn10Pb1.

2.装配技术条件拟定

周视瞄准镜是一种用于直接瞄准和间接瞄准的，能周视并且保持目镜不动的光学测角仪器。

其技术要求可归纳为：

（1）在水平方向周视360°，目镜不动。

（2）观察距离：

3km左右。

（3）潜望高度：

H不小于180mm。

（4）出瞳距离：

不小于20mm。

（5）蜗轮蜗杆装配后转动应灵活。

（6）分划板刻划面在公共焦点处。

（7）物镜目镜光轴垂直。

（8）三棱镜主截面应平行。

（9）入射、出射光面平行时（面对正前方木目标）高低及水平分划标记应为0位。

（10）分划标记中心应位于目镜光轴上。

3.结论及改进意见

周视瞄准镜是通过差动轮系实现直角棱镜及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恒定，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。

e.蜗杆传动侧隙的消除，也可采用部分蜗轮。

4.具体要求：

（1）装配图：

a.结构合理，装配方便，满足使用及工艺要求，成本低廉。

b.视图选择正确，投影关系清楚，符合制图标准。

c.装配图上要标注主要尺寸：

装配尺寸，特性尺寸，轮廓尺寸，主要配合尺寸及配合种类。

d.装配技术要求必须合理。

e.引出件号，列出明细表及标题栏。

（2）零件图：

a.结构合理，工艺性好。

b.视图完整，比例合适，符合制图要求。

c.标出尺寸公差，形位公差，粗糙度，材料，热处理及表面处理要求

七、设计感想

周视瞄准镜的装配图，经过一周多的努力，在老师的指导，同学的合作讨论以及自己的努力下，终于完成，变成实物放在我们手中了，心中的成就感和满足感是不言而喻的。

在老师的讲解下，我们了解到了我们需要做的事。

在把图纸固定在制图板之前，大家一起去老师办公室研究了我们所需要研究的物件---周视瞄准镜，在大一的时候学习机械制图都是纸上谈兵，根本不明白自己画的是什么，可是在见到物件之后，仿佛突然意识到理论及实践结合的重要性。

在几名同学和田老师的介绍下，我在这个期间有了大致的了解，在一些参考图的帮助下，我们开始了设计草图的工作。

大大的图纸，看上去确实很让人发愁，可是见到大家努力的在画图，自己的心中也觉得有一股说不出来的力量，让自己也要去追赶，去超越。

以前接触的图形都是有明确的尺寸，可是这次却不同，所有的尺寸要去实物上去测量，并且细节很多，有的要在很窄的空间里画多个零件，一不小心就会把两条线画重合了，我又体味出做事要细心，不能粗心大意，那不是治学的态度，更不是搞科研的态度，有的时候老师也会来到教室，指出我们的错误并提出改进方法，老师一丝不苟的态度也感染了同学们，大家都明白，这不仅仅是一次课程设计而是对我们以前学的知识的检验，更是为以后从事的工作做准备。

一周后我完成了草图，虽然老师指出一些错误，但看着自己的劳动成果，心里不免有一些自豪感。

接着我们进行了CAD制图，CAD是我们这学期开的课程，在考完试后基本没有再接触过，刚开始的时候不免有些手生，画的不太顺利慢慢的适应过来，画图的速度就加快了。

终于完成了CAD图纸的绘制，接着又完成了说明书的编写，当这一切都结束下来，真的很开心。

课程设计结束了，在这段时间里，学到的不仅仅是知识，还是坚持和耐力，及其说在设计，不如说在学习，在成长，在进步，谢谢老师和同学对我的帮助，在一次次的错误上，是你们给了我指导，这将是我人生中一笔巨大的财富。

八、参考文献

[1]王中民蔡俊春孙培加.《瞄准仪器原理及设计》[M].北京理工大学出版社

[2]卢颂峰.《机械零件课程设计手册》[M].中央广播电视大学出版社

[3]刘朝儒彭福荫高政一.《机械制图》（第四版）[M].高等教育出版社

[4]陈志民.《AutoCAD2010中文版机械制图实例教程》[M].机械工业出版社出版

[5]郁道银谈桓英.《工程光学》[M].机械工业出版社

[6]孙桓陈作模葛文杰.《机械原理》（第七版）[M].高等教育出版社出版