周视瞄准镜设计说明书.docx

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周视瞄准镜设计说明书

周视瞄准镜设计说明书

080116-05-尚磊

周视瞄准镜设计说明书

一、周视瞄准镜概述

周视瞄准镜是周视望远镜的一种。

周视瞄准镜的目镜位置不动而镜头能够绕垂直轴在

水平方向一定角度围进行观察。

对于周视瞄准镜，常见的一般利用上直角棱镜绕垂直轴做转动时，道威棱镜绕其自身光轴按一定关系互相配合互相转动角，可实现水平周视。

另外，上直角棱镜能绕水平轴俯仰，实现俯仰观察。

但也有少部分采用立方棱镜绕垂直轴转动实现水平周视或者一些光学元件组合实现。

按观察围划分，周视瞄准镜可以分为水平半周视和水平全周视。

其中，观察围小于360°的为水平半周视，达到360°的为水平全周视。

有周视性能的瞄准镜，可以扩大观察围，同时，俯仰时目镜不动，方便观察者不用改变自己的位置和方向，观察到四周的景物。

这个镜子最有意思的是眼睛位置不动，转动转螺可观察360°，因为它有特殊的光学结构。

二、光路设计

由于系统用于对远距离目标进行观察，具有的视觉放大率，因此它必然是一个开普勒望

远镜，要使用正光焦度的物镜和目镜。

为了便于观察，系统应成正像，所以必须加入倒像系统。

由于系统要求有一定的潜望高度，所以可以采用使光轴改变90°的棱镜或平面镜，但

平面镜的安装、固定十分困难，而且所镀的反光膜易变质、脱落，还会在反射时造成百分之十左右的光能损失，所以用平面镜进行反射并不理想。

而棱镜则可以克服这些缺点，所以采用使光轴改变90°的棱镜形成前往高。

考虑到系统的简单易携性，两个棱镜都选用直角棱镜。

为了在水平面和垂直面改变光轴的方向，可以在光轴上端01点的直角棱镜绕水平和垂直轴转动。

当棱镜绕经过01点的垂直于主截面的水平轴转动时，像的方向不会发生旋转。

但当棱镜绕0102轴转动时，如果物平面相对主截面不动，像平面也将随之转动。

如果要求像平面不转，就必须使像面产生一个相反方向的转动。

这样就必须加入一个棱镜，利用它的转动来补偿像平面的转动，而不使光轴的方向改变。

根据棱镜转动定理，加入的棱镜反射次数应该为奇数，在考虑系统的轻便性，选择了道威棱镜。

同样根据棱镜转动定理，道威棱镜的转动角度为01处的直角棱镜转动角度的一半，且两者的转动方向相反。

目前导向系统的顶端直角棱镜和道威棱镜的反射次数之和为偶数，加之低端棱镜，系统成镜像，故可考虑选择其中一个棱镜为屋脊棱镜，这里选底端直角棱镜为屋脊棱镜。

考虑到物镜和目镜之间的距离可能不是很大，所以把物镜放在道威棱镜和底端屋脊棱镜之间。

综合，得到周视瞄准镜的光学原理图如下：

三、结构设计

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。

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。

（一）周视瞄准镜中的俯仰机构，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、蜗杆、直角棱镜筒组成。

偏心套筒用来消除啮合间隙。

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，上端通过销钉等零件与高低分划手轮相联接。

转动高低分划手轮时，蜗杆1带动齿弧和直角棱镜筒，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。

（二）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。

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。

（三）差动机构是实现周视原理的要求。

周视原理要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（

）0.06

，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=

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=-1

ω1-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。

四、技术要求及主要参数

（一）技术要求

（1）在水平方向周视360°，目镜不动。

（2）测角围：

方向角360°，测角精度

，

高低角

°，测角精度

0-02。

（3）观察距离3km左右。

（4）观察围：

物方视场

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°

（二）主要参数

1、俯仰机构参数：

蜗杆m=0.5mm；Z1=1；q=12.5；蜗轮Z2=120；ha*=1；c*=0.25

（1）蜗杆的具体参数：

蜗杆轴向齿距——

蜗杆轴向压力角——

蜗杆分度圆直径——

蜗杆导程角——

蜗杆齿顶圆直径——

蜗杆齿根圆直径——

蜗杆齿宽——

（2）蜗轮具体参数：

蜗轮端面齿距——

蜗轮模数——

蜗轮端面压力角——

蜗轮分度圆直径——

蜗轮喉圆直径——

蜗轮齿根圆直径——

蜗轮节圆直径——

蜗轮齿宽——

蜗轮齿宽角——

蜗轮咽喉母圆半径——

中心距——

2、旋转机构参数：

蜗杆m=1.06mm；Z1=1

；q=8；蜗轮Z2=60；

ha*=1；c*=0.25

（1）蜗杆的具体参数：

蜗杆轴向齿距——

蜗杆轴向压力角——

蜗杆分度圆直径——

蜗杆导程角——

蜗杆齿顶圆直径——

蜗杆齿根圆直径——

蜗杆齿宽——

（2）蜗轮具体参数：

蜗轮端面齿距——

蜗轮模数——

蜗轮端面压力角——

蜗轮分度圆直径——

蜗轮喉圆直径——

蜗轮齿根圆直径——

蜗轮节圆直径——

蜗轮齿宽——

蜗轮齿宽角——

蜗轮咽喉母圆半径——

中心距——

3、差动轮系圆锥齿轮参数：

Z1=Z3；Z2=22；m=0.7mm；Z1=60；

1=20；

2=70

ha*=1；c*=0.2

传动比——

分度圆锥角——

当量齿数——

分度圆直径——

外锥距——

齿宽系数——

齿顶高系数——

顶隙系数——

齿顶高——

齿根高——

齿顶圆直径——

齿根圆直径——

齿顶角——

齿根角——

顶锥角——

根锥角——

五、选材原则

适合于制造精密传动的各种齿轮，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：

①比优质碳素结构钢有更高的耐磨性能；②抗腐蚀性能高；3、热处理性能好；4、强度、硬度等性能好，是首选材料。

有色金属中某些合金，如黄铜和青铜，也得到了广泛的应用。

黄铜与青铜的加工性能，防磁性能及机械性能也适合制作高精度的精密齿轮，但是重量大，成本较高，故应合理使用。

蜗杆大多数采用碳素钢或合金钢。

蜗轮常采用材料是锡青铜ZCuSn10Pb1.5。

消除传动空回采用外加弹性垫圈。

六、装配要求

1.装配图：

a.结构合理，装配方便，满足使用及工艺要求。

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：

轮廓尺寸，主要配合尺寸及配合种类。

d.装配技术要求必要合理。

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，热处理及其表面处理要求。

七、结论及改进意见

（一）结论

八、设计参考资料

1）《瞄准仪器原理与设计>》，王中民编著，理工大学

2）《齿轮传动设计手册》，朱孝录主编，化学工业

3）《机械设计手册》第四册，机械工业

4）《机械设计图册》成大先主编，化学工业

5）《现代仪器仪表技术与设计》王大珩主编，科学

6）《工程光学》郁道银主编，机械工业