透镜支撑调节机构结构设计—毕业设计论文.doc

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1、本科学生毕业设计（论文）透镜支撑调节机构结构设计Graduation Design(Thesis) of Chongqing University Structural design of the lens supporting and adjusting mechanism Undergraduate: Wang Yu LongSupervisor: Lecturer. Song Dai PingMajor: Mechanical Design Manufacturing And AutomationMechanical Engineering AcademyChongqing Univer

2、sityJune 2011摘 要随着光学技术的不断发展，各种光学器件已广泛应用于各种精密光学测量和光学实验中，对光学仪器的技术要求也逐渐提高，尤其是光学器件的光校技术的重要性逐渐体现出来。光校技术的提高主要是对光学调整机构的功能和结构的发展和完善，以及生产技术和加工工艺水平的提高。光学调整架主要应用于光束方向的调整，实现光束的精确定位。各种精密光学器件的安装及调整都需要光学调整架的依托，比如光学镜头的支撑及调整。本文是针对精密光学测量仪器中光学透镜的支撑和调节，设计一个在有限的空间内实现三自由度调节，并且具有读数功能，精度高的透镜调节机构。该机构的结构设计借鉴现有的光学调整架的设计方法，采用与

3、法兰连接的方式，依靠手柄的转动可以实现透镜的Z向调节，左右手轮的转动实现X向调节，上下手轮的转动实现Y向的调节，调整完成后通过锁紧螺钉锁紧。经过运动分析，阐述调节的原理，分析计算机构的Z向，X向和Y向调节精度。完成机构三维模型设计并进行机构的有限元分析。其中的详细设计过程将在本文中依次阐述。关键词： 光学调整架，镜头调节机构，三自由度调节ABSTRACTWith the continuous development of optical techniques, various kinds of optical device has been widely used in all kinds o

4、f precision optical measurement and optical experiment, the technical requirements for optical instruments also gradually enhance, especially optics optical adjustment reflected the importance of technology gradually. Optical adjustment technology improvements is mainly to the optical adjusting mech

5、anism of function and structure of development and perfection, and production technology and processing technology level enhancement. Optical adjustment frame is mainly used in the direction of the light. It will be possible to adjust accurate location of the beam. All kinds of precision optical dev

6、ice installation and adjustment need optical adjustment frame, such as optical lens on the supporting and adjusting.This article is a precision optical measuring instrument for optical lens support and regulation, designing a limited space to achieve three degrees of freedom adjustment, and has read

7、ing capabilities, high precision lens adjusting mechanism. Structural design of the institution to adjust the optical reference frame of existing design methods, the use of the way with the flange connection, relying on the rotation of the handle can adjust the lens of the Z direction, left and righ

8、t wheel rotation to achieve X direction adjustment, turn the wheel on top and bottom to achieve Y direction adjustment, after adjustment locking screw through the lock. Through motion analysis to explain the principles of regulation, calculation the Z direction, X direction and Y direction of regula

9、tion accuracy. Complete the body design and three-dimensional model for finite element analysis of bodies. Detailed design process which in turn will be described in this article.Key words：Optical adjustment frame，Lens adjusting mechanism，Three degrees of freedom adjustment目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪

10、论11.1透镜支撑调节机构介绍11.2透镜支撑调节机构的组成和分类11.3国内外研究现状21.4课题任务21.5课题意义32 总体设计42.1方案对比42.2方案选择103 机构分析133.1运动分析133.2精度分析144 三维造型设计174.1 Pro/E软件简介174.2三维造型185 结构有限元分析215.1有限元分析方法介绍215.2 ANSYS软件简介225.3有限元计算模型235.4机构静力有限元分析结果245.5机构模态有限元分析255.5.1模态分析的基本概念255.5.2 固有特性的计算方法255.5.3有限元模态分析结果266 结论29致谢30参考文献311 绪论1.1透

11、镜支撑调节机构介绍简介透镜支撑调节机构作为精密光学系统的重要组成部件，安装在精密光学系统上，功能是用来装卡光学透镜和光路调节。通过对光束方向和角度的改变，实现光路的调整，提供光学系统所需求的光路。透镜支撑调节机构已形成光学调整架（平台）的系列化产品，光学调整系列产品主要用于在光学试验或光电仪器中固定及调整光学元器件。产品稳定性，精度，功能，外形尺寸是选购时首先要考虑的问题。材料透镜支撑调节机构的常用制作材料主要有铝材，钢材和铜材。结构光学元器件的固定及调整实际上就是对其六个自由度的约束或调整。不同的固定架（平台）或调整架（平台）基本设计理念都是为了实现对一个或多个自由度进行调整并保证精度。根据

12、不同元器件的外形尺寸，重量，功能、精度要求，操作方便性，允许环境空间等因素，就产生了各种结构，多种规格的光学调整架（平台）产品。驱动方式光学调整架系列大多数为手动调节，驱动器主要有细牙螺杆和分厘卡。分厘卡用于定量调节，细牙螺杆无法定量，但0.25mm螺距的超细牙提供更高的分辨率且价格便宜。大型精密光学系统由于系统的复杂和人工操作的困难，需要进行自动调节，多采用计算机系统控制和步进电机的驱动方式。1.2透镜支撑调节机构的组成和分类组成透镜支撑调节机构的主要组成部分有：镜头的卡装机构，调节机构和与光学系统的连接机构。分类透镜支撑调节机构按其可调节的自由度的数目可分为：二维调节机构，三维调节机构和多

13、维调节机构。1.3国内外研究现状透镜支撑调节机构作为现代光学设备中的一个基本元件，已广泛应用于光学实验室、光学仪器的光路调节上。光学调整架主要应用于光学实验及各种类型的激光装置中，用于调整光束方向，从而实现光束的快速精确定位。随着光学技术的不断发展，对光学实验的要求也不断提高，光学调整架的结构在工程设计人员的努力下，其结构性能也在不断地提高，如：调整分辨率，角度正交性，稳定性等。但是，在某些特定实验环境下，如：小通光口径、复杂光路排布等，使光学调整架在满足高分辨率、高正交性、高稳定性的前提下，还要受到安装空间的限制，传统的光学调整架为了满足高分辨率、高正交性和高稳定性的要求，结构比较复杂，占空

14、比和成本太高，使调整架难于安装，甚至不能安装，不能满足要求。长期以来光学调节架顶紧力和自恢复的结构，通常采用螺旋弹簧或弹簧片连接光学调整架支架，由于螺旋弹簧需要在螺栓连接两端固定，而且多采用扣环结构，所占用的体积比较大，弹簧片固定也一样，因此在尺寸小的或微型的调整架设计上，应用起来有一定难度。现有的光学调整架多采用弹簧作为拉伸及紧固元件，这种设计的优点是调整方便、精度高，它在光学实验室里被普遍使用，但是当把这种光学调整架应用于产品工程化时，却暴露了它最大的缺点，就是这种调整架的抗震动性能很差，在运输过程中很容易造成光路失调，因而限制了它的应用。在调节机构中，调节方式的选择也是重要的，现今可以采

15、用的调节方式有很多。比如：螺纹传动，蜗轮、蜗杆传动，丝杠，螺母传动以及凸轮传动。其中螺纹传动的调节方式结构简单，但对机械装配要求高，需要对调节轮和调节镜筒进行对研，以达到最佳的传动效果。蜗轮、蜗杆传动调节方式更适合于微调机构，其优点是可以产生大的传动比，而且具有自锁功能,缺点是体积较大； 丝杠、螺母传动的调节方式的优点是结构简单，体积小，质量轻，缺点是结构装配繁琐，装配精度要求高。凸轮传动的调节方式的优点是结构和装配工艺简单，工作可靠，缺点凸轮曲线加工要求高。以上各种传动的调节方式都曾经应用在不同的工程项目中。因此，设计一种结构紧凑，占空比小，性价比好，具有良好的传动性能，并能满足调整分辨率、

16、正交性和稳定性要求的精密光学调整架是很有必要的，从而满足光学实验的要求。随着技术进步，纳米定位技术已经广泛应用于精密调整机构，如望远镜系统中的主动光学和自适应光学系统。但是，如何在紧凑的空间内实现小范围和多自由度调整，而且操作简单和具有良好的稳定性，值得深入研究。1.4课题任务为应用于光学测量仪中透镜的支撑调节，要求设计该支撑调节机构可在有限空间内实现透镜相对于瞄准点O的XYZ方向的调节。该机构与安装法兰连接，安装法兰直径螺钉孔f300mm，通径f230mm，法兰面距离O点1200mm。调节范围和调节精度要求：透镜轴线方向为Z轴，垂直于Z轴的两正交方向定义为X和Y轴；要求Z轴方向调节范围50.

17、0mm，X和Y方向调节范围20.0mm；三个方向的调节精度要求均优于0.1mm。均采用手动调节，完成调节后可锁定。XYZ调节相互独立，均有刻度指示，方便调节。要求结构小巧，精度高，外观美观。1.5课题意义通过对光学仪器的基本了解，掌握光学调整的基本原理，经过对光学调整产品的调研，用于所学的机械专业相关知识，完成机构的设计，通过设计的实践过程，进一步加强自己的专业知识，为以后的工作学习奠定基础。2 总体设计2.1方案对比以下是几种常用调整架和调整平台系列化产品的对比：三维顶丝卡紧式 图2.1 三维顶丝卡紧式调整架三维顶丝卡紧带锁紧式 图2.2 三维顶丝卡紧带锁紧式调整架 三维开口顶丝卡紧带锁紧式

18、 图2.3 三维开口顶丝卡紧带锁紧式调整架 三维压圈卡紧式 图2.4 三维压圈卡紧式调整架 多维调整平台 a b图2.5 多维调整平台上述几种调整架和调整平台所具有的共同点： 1）以上均为光学调整仪器的系列化产品，可标准化生产，降低成本；用户可以根据调整需求，在产品目录中直接选用合适的型号应用； 2）都可以进行三维调节，操作简便； 3）两个方向安装孔，适合不同光路方向； 4）承载能力小，只能安装小型的光学镜头，无法进行大型光学镜头的安装和应用。不同点： 1）调整架三维顶丝卡紧带锁紧式，三维开口顶丝卡紧带锁紧式和三维压圈卡紧式都配有锁紧装置，可以长时间保障光路的稳定，而调整架三维顶丝卡紧式没有这

19、种装置，可能会引起光路的不稳定； 2）调整架三维顶丝卡紧带锁紧式和三维开口顶丝卡紧带锁紧式相比较，三维开口顶丝卡紧带锁紧式的开口形式方便光学镜头的安装和拆卸； 3）调整架三维压圈卡紧式和调整架，三维开口顶丝卡紧带锁紧式相比较，三维压圈卡紧式和调整架具有镜筒压圈装置，可以安装好光学镜头后再固定到调整架上； 4）调整平台与调整架相比，可以进行多维的调节，但结构复杂，生产成本高；调整平台a和调整平台b相比较，调整平台b具有良好的扩展功能，可以和具有不同大小口径大小的镜架组合使用。板簧式光学调整架 图2.6 板簧式光学调整架图2.6中的零件标号为：底座1，固定框板2，转动框板3，水平滑块4，燕尾垂直滑

20、块5，俯仰转动调节柄6，左右转动调节柄7，水平滑动调节柄8，垂直滑动调节柄9，钢球10，钢丝拉簧11和12，拉簧绊杆13，14，15和16，卡簧17，水平顶簧18和19，垂直顶簧20和21，外卡圈22，内卡圈23。该机构可以进行高精度俯仰转动、左右转动、水平滑动、和垂直滑动等四维调节。下面结合图2.6说明多层构件中的“板块对”相对运动如何实现调节。以底座1和固定框板2作调整参照物。以支撑钢球10为支点，转动框板3相对于固定框板2上下俯仰和左右转动。俯仰转动调节柄标号为6，左右转动调节柄标号为7。为使往复转动无晃动间隙，卡簧17在钢球10旁边直接卡住固定框板2和转动框板3，另外还通过两个钢丝拉簧

21、30和31以及四个拉簧绊杆13，14，15，16分别拉住固定框板2和转动框板3。转动水平滑动调节柄8，可实现水平滑块4相对于转动框板3的水平往复滑动。两个水平顶簧18和19用于消除往复调节中的间隙。转动垂直滑动调节柄9可以实现垂直滑块5相对于水平滑块4的往复垂直滑动。两个垂直顶簧20和21用于消除往复调节中的间隙。外卡圈22一端带有内螺纹，另一端带有外螺纹，中部有一个凸台。外卡圈的凸台平面与转动框板3是平面滑动配合。外卡圈22的外螺纹端与垂直块5中部的内螺纹配合。内卡圈23上的外螺纹，从外卡圈的反方向，与垂直滑块5内螺纹配合。由于内外两个卡圈分别从两个方向螺旋固定在垂直滑块5中部的内螺纹上，使

22、外卡圈22的凸台平面与转动框板3的外平面之间有适当的滑动间隙，并以转动框板3为载体，承载起水平滑块4和垂直滑块5，而被调整物通过外卡圈22的内螺纹端来联接。上述多层结构的调节原理是：以底座1和固定框板2作为调整参照物不动。转动框板3相对于固定框板2上下俯仰和右转动。水平滑块4相对于转动框板3水平方向滑动。垂直滑块5相对于水平垂直方向滑动。外卡圈22固定在垂直滑块5上，被调整物固定在外卡圈22上。上述多层板块式结构的主要缺点是：1）为达到调整量，相对移动的板块之间必须有原理性几何问隙，而几何间隙造成往复调节不稳定和不可靠。更重要的是不宜实现微米或亚微米级的高精度调节。2）当进行二个角度调节时，转

23、动轴心不在调整架的中心轴线上，因而角度调节的同时又带来不需要的平移量偏移。3）可调维数多，相对移动的板块对数多，要求机械加工精度高，装配精度高，不易批量生产，成本高。4）采用的板簧式结构抗震效果差，在运输过程中容易引起光路的失调。主要优点：1）调节维数多。2）具有合理的弹性力学结构设计和简单易行的加工工艺特性，便于生产、组装。3）一块整板为主体，形成四维调节结构，从而大大地提高调整稳定性和可靠性。被动式差动精密光学调整架图2.7 被动式差动精密光学调整架 图2.8 调整镜框 图2.9 纵臂301的动态示意图 图2.10 横臂303的动态示意图 本调整架的结构如图2.7所示，它主要包括以下几个部

24、分，上丝杠1、上拉紧弹簧2、支架3、调整镜框4、下拉紧弹簧5、下丝杠6、底座7和联结滚珠8。支架3为L型结构，它由纵臂301和横臂303构成。纵臂301上带有上螺孔302，横臂303上带有下螺孔304。调整镜框4的一角上有圆锥孔402，另外斜对的两角上分别有单斜面斜槽401和双斜面斜槽403，如图2.5所示。有上丝杠l穿过支架3的纵臂301上的上螺孔302顶于调整镜框4上的单斜面斜槽401的单斜面上。有下丝杠6穿过支架3的横臂303上的下螺孔304顶于调整镜框4上的双斜面斜槽403的双斜面上。有上拉紧弹簧2一端固定在支架3的纵臂301上，另一端固定在调整镜框4上。有下拉紧弹簧5一端固定在支架3

25、的横臂303上，另一端固定在调整镜框4上。调整镜框4上的圆锥孔402内有联结滚珠8与支架3接触，如图2.9所示。所说的上丝杠l是由项珠l01、丝杆102和手轮103构成的；下丝杠6是由顶珠601、丝杆602和手轮603构成的，如图2.10所示。由上所述，上丝杠l和下丝杠6与支架3的联结均为螺纹副联结，上丝杠1与调整镜框4的联结为顶珠101与单斜面斜槽401斜面接触的高副联结，下丝杠6与调整镜框4的联结为顶珠601与双斜面斜槽403双斜面接触的高剐联结。支架3和调整镜框4通过联结滚珠8以及上述上、下两处丝杠l、6的高副联结连接在一起。而上、下拉紧弹簧2和5则使支架3和调整镜框4保持联结并有一定的

26、预紧力。支架3与底座7可以是一体式结构，也可以是两分件用螺栓等结构将支架3固定在底座7上。从图2-7可以看出，调整镜框4上三点支承由已有技术的平槽、圆锥孔L、平面三点支承结构改进设计成单斜面斜槽401(调节点)、圆锥孔402(调节支点)、双斜面斜槽403(调节点)。上、下丝杠l、6的结构和质地完全相同，材料可采用50号钢，T10，T12，CrWMn或GCr15等。上、下丝杠l和6的外螺纹与上、下螺孔302和304的内螺纹研配，保证无间隙且转动灵活。单斜面斜槽401的单斜面、圆锥孔402的内表面和双斜面斜槽403的双斜面上均贴有陶瓷片或刚玉片。为减轻调整架的重量，支架3和调整镜框4，及底座7均采

27、用铝材加工。本被动式差动精密调整架的优点在于：1）在不提高丝杠1、6螺距p的加工要求下，采用斜面支承，实现了被动式差动调整，提高了调整架的调整分辨率。2）利用斜面对丝杠的径向推力，提高了丝杠的自锁效率，增加了调整架的稳定性。3）两斜槽401和403的斜面上贴有陶瓷片或刚玉片，替换了金属支承，减少顶珠与斜面的摩擦，提高了调整的灵活性，延长了调整架的使用寿命。2.2方案选择此次透镜支撑调节机构在设计过程中，根据课题任务要考虑尽可能使其占用较少空间，力求结构简单，调节、复位精度高。通过几种方案的对比，针对板簧式光学调整架和被动式差动精密调整架的主要不足之处，所以选取手轮&手柄式调节机构作为最终设计方

28、案。手轮&手柄式调节机构结构简图如图2.11所示：Z向调节关节轴承X（Y）向调节 图2.11 结构简图调节机构的X/Y向调节功能是由图中右侧的调节手轮实现的。该调节机构中，手轮的数量为四个，X/Y向调节手轮均为成对使用。X/Y向调节功能的实现可视为杠杆原理的应用，图2.11中左侧的关节轴承的中心即相当于杠杆的支点位置。当处于相对位置的两个手轮沿自身轴线旋转且旋向一致时，将带动调节机构最内层管绕关节轴承的中心旋转，从而改变调节机构前端目标瞄准点在该转动平面内的位置。Z向的调节实现为螺纹传动。随着Z向调节手柄（共四个）的正向或反向绕Z轴旋转，在导向键的作用下，调节机构内部（包括X/Y向调节手轮）将

29、沿Z轴向前或向后平移。镜头支撑调节机构的作用是调节目标瞄准点位置。调节机构位于整个透镜支撑的尾端，其调节作用会直接改变透镜前端的目标瞄准点的空间坐标。三自由度调节机构主要有关节轴承、波纹管、手柄和手轮等构成，对于调节机构的内部结构，如图2.12所示。图2.12 机构内部结构图机构前端通过内管与波纹管调节机构相连。Z轴的移动通过螺纹传动实现，当手柄绕Z轴转动时，在导向键的作用下，螺纹将转动转变为Z轴的轴向移动，移动到位后通过锁紧螺钉锁紧。X/Y向的调节是通过手轮的转动实现。具体实现方式为：手轮先通过绕自身轴线的转动，由螺纹将转动转化为手轮X/Y向的移动，再由关节轴承的作用实现机构前端目标瞄准点位

30、置的改变。 图2.13 关节轴承关节轴承是一种特殊结构的滑动轴承。它的结构比滚动轴承简单，其主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈组成，能承受较大的负荷。结构如图2.13所示，根据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷。关节轴承一般用于速度较低的摆动运动（即角运动），由于滑动表面为球面形，亦可在一定角度范围内作倾斜运动（即调心运动），在支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。关节轴承的类型可根据不同方式划分，按受力方向分为向心、角接触和推力关节轴承；按是否带伸出螺杆分为一般和杆端关节轴承；按外圈结构可分为单缝型、剖分型、双半型、挤压型、镶垫型和

31、装配槽型。因为该机构的X/Y向调节的运动方式主要为低速的摆动运动，所以本次透镜支撑调节机构的设计所采用的关节轴承的类型是单缝外圈，有润滑油槽的向心关节轴承，可以承受径向载荷和任一方向较小的轴向载荷。该机构在运行阶段由于热变形、机械变形和各种机械振动而会产生轴向、角向、侧向及其组合位移，可能会引起透镜光路的偏移，使得测量误差偏大，所以在机构前端安装金属波纹管，如图2.14所示，其主要工作原理是是依靠波纹管伸缩、弯曲来对机构进行轴向、横向、角向补偿。其作用可以起到：1）补偿吸收机构轴向、横向、角向热变形。2）吸收设备振动，减少设备振动对透镜调节的影响。图2.14 波纹管结构简图该调整机构具有以下的

32、特点：1）结构简单，易于装配。2）调节精度高，可以读数调节。3）具有锁紧装置，可以长时间维持光路的稳定。4）承载能力较大，可以承载大中型的光学镜头。3 机构分析3.1运动分析基于以上对该调节机构的传动原理分析，得出其调节原理的结构简图，如图3.1所示。 图3.1 调节机构运动简图由图3.1，可清晰的看到调节机构的调节原理。对其运动调节原理可视为一个可沿Z轴前后移动的球铰机构。值得注意的是，在其沿Z轴前后移动的同时，X/Y向调节手轮与球铰中心的距离并没有发生任何变化。这样，使得对于调节机构的运动模型分析将大大简化。为了便于对上述调节机构的运动分析，首先在关节轴承的中心建立一坐标系，其各轴的方向如

33、以上各图所示，而其位置不随调节机构的运动而发生任何变化，将其称为参考坐标系系。同时，在图3.1所示的调节机构初始状态时，再建立一坐标系，其与参考坐标系为重合状态，但在调节机构有输入的情况下，其将随着调节机构内层管的平移或绕O点转动而同时发生等量的平移或转动，将其称为从动坐标系系。根据刚体运动理论，刚体的运动可分解为相对于原点的平移运动和旋转运动，而运动的描述可以用上述系和系的关系来表达。假设存在点（点对应本例中的目标瞄准点）其在坐标系系中的坐标描述与其在坐标系系中的坐标描述，存在以下关系 （3.1） （3.1）式中、分别为调整完成后从动坐标系系相对于参考坐标系系的旋转矩阵和平移矩阵。首先研究反

34、映刚体定点旋转的坐标系变换矩阵旋转矩阵。假设，在调节机构调节过程中，对、调节量的调节次序即为先调节绕轴旋转，然后调节绕轴旋转，最后输入轴向进给。由刚体运动理论，上述系向系的旋转矩阵为 （3.2）（3.2）式中，、分别为调节机构尾端调节手轮进行调节时，所分别对应的光学镜头相对于参考坐标系系中轴、轴的旋转角度。式中、是由参考坐标系系绕轴、轴的旋转角度、的基本旋转矩阵。根据刚体运动理论可知，、的计算公式为 （3.3） （3.4）对于本文所研究的调节机构，其在调节机构尾端有调节量的输入时，调节机构的最内层管的运动情况如图3.2所示。图3.2旋转角度示图根据图3.2所示运动情况，旋转角度（即为或角）与对

35、应手轮调节量（即旋转手轮旋入的深度）、关节轴承中心与旋转手轮中心距离成正切关系。从动坐标系系相对于参考坐标系系的平移矩阵，显然只与轴方向的移动有关。 3.2精度分析首先，对于透镜支撑调节机构的各项参数进行说明。其中调节范围和调节精度要求：透镜轴线方向为Z轴，垂直于Z轴的两正交方向定义为X和Y轴；要求Z轴方向调节范围50.0mm，X和Y方向调节范围20.0mm；目标瞄准点距离关节轴承中心的距离为1270mm，X/Y向调节手轮轴线距离关节轴承中心的距离为300mm。X/Y轴调节输入端，在分度细分下，调节精度达到0.1mm，Z轴调节精度为0.1mm。将透镜支撑调节机构安装至法兰上后，测得目标瞄准点与

36、测量点间偏差为2.35mm，为3.23mm，为5.57mm。在确定调节输入端输入量大小前，先根据各向偏差量预先选取一组调节量，然后由总体调节要求判定所选调节量是否满足要求。为了选取一组较为接近要求的调节量，先对模型进行简化，即认为在调节X/Y轴时，其并不会对目标瞄准点的Z坐标产生影响。以X调节量选取为例，X坐标需要的调节输入量： （3.5）考虑到X轴调节输入端的输入精度，选取预调节量为0.56mm。同样取得另两轴输入量、分别为0.76mm、5.58mm。将上述所选取的预调节量输入后，目标瞄准点在参考坐标系系中的坐标将发生变化 （3.6）（3.6）式中 （3.7）最终，经过预选取的调节输入量进行

37、调整后，目标瞄准点在参考坐标系系中的坐标 （3.8）将变化后的坐标，与测量点坐标进行比较，得出预调节后，可求目标瞄准点与测量点间的距离 （3.9）求得经过预调节后，调节偏差为0.08mm。其满足总体调节要求，无须再进行修正。本次设计透镜支撑调节机构的螺纹相关参数为：Z向调节的螺纹螺距为3mm，为了能操作方便，在旋转件上刻上刻度线，刻度线每格角度为3，则Z向的调节精度为：mm （3.10）小于0.1mm，满足Z向调节精度要求。即手柄每转一个刻线，透镜Z向移动0.025mm；每转一转，透镜Z向移动3mm。X/Y向的螺纹螺距为1mm，而旋转件上每格角度为7.2，则手轮X/Y向的移动精度为：mm （3

38、.11）由杠杆原理得透镜支撑调节机构X/Y向的移动精度为：mm （3.12）小于0.1mm，满足X/Y向调节精度要求。即手轮每转一个刻线，透镜X/Y向移动0.085mm；每转一转，透镜X/Y向移动4.22mm。事实上，由于透镜支撑调节机构在设计时，理论尺寸始终保证目标瞄准点与测量点能够重合，在安装时所引起的偏差一般都很小。在一般情况下，进行上述的简化模型选取的预调节量都能满足透镜支撑调节机构的总体安装要求。 4 三维造型设计4.1 Pro/E软件简介Pro/E是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Para

39、metric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。它具有如下特点和优势： 参数化设计和特征功能： Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 单一数据库

40、： Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 全相关性：Pro/ENGIN

41、EER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数

42、（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。本次三维造型设计采用的是Pro/E5.0版本。4.2三维造型 零部件三维造型图 图4.1 镜筒及镜筒安装法兰 图4.2 连接法兰 图4.3 安装法兰 图4.4 关节轴承挡盖 图4.5 轴向调节件 图4.6 滚珠安装架 图4.7 手柄安装管 图4.8 端盖 图4.9 径向调节件