設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(20211203064728)

1、瞄準(zhǔn)具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)精張前（）2 一、設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)一狙擊步槍光學(xué)瞄準(zhǔn)具，參數(shù)指標(biāo)要求如下：物鏡口徑： 40-50mm 放大倍率：3-9x 出瞳距： 55-60mm 分劃調(diào)整范圍：5 密位視度調(diào)節(jié)范圍：2 視度視場(chǎng)角： 8瞄準(zhǔn)范圍： 1000m 二、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)模型的選擇和參數(shù)初步估算(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)光學(xué)瞄準(zhǔn)具本質(zhì)上是一個(gè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，由于需要通過(guò)分劃板對(duì)物進(jìn)行瞄準(zhǔn)，因此采用開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡?；镜拈_(kāi)普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)是成倒像，需要在系統(tǒng)中加入轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，使其可以成正立的像。為了減小物鏡后鏡片的口徑，在一次像面出設(shè)置一場(chǎng)鏡，減小光線(xiàn)在后面透鏡上的投射高度，并且完成光瞳的轉(zhuǎn)接。轉(zhuǎn)像透鏡可以由單組透鏡組成，

2、也可以由雙組透鏡組成，都能實(shí)現(xiàn)-1 的垂軸放大率。但是單組透鏡所承擔(dān)的相對(duì)孔徑是物鏡的2 倍，這對(duì)校正相差不利，而且單組的也不能設(shè)置合適的孔徑光闌，因此選擇成像質(zhì)量更好的雙組轉(zhuǎn)像透鏡。雙組轉(zhuǎn)像透鏡由兩個(gè)完全相同的透鏡組組成，初步選定為兩個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的雙膠合透鏡組。第 1 組透鏡的物方焦點(diǎn)和中間實(shí)像重合，兩組透鏡之間的距離沒(méi)有嚴(yán)格的要求，轉(zhuǎn)像后的實(shí)像位于第2 組透鏡的像方焦點(diǎn)處，物像共軛距為12zzffd。在兩組透鏡之間的某個(gè)位置可以設(shè)置孔徑光闌，使之和物鏡以及出瞳都有物像共軛關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)孔徑光闌的調(diào)節(jié)作用。光路系統(tǒng)圖和下圖類(lèi)似3 (2)透鏡組焦距估算由 物 鏡 口 徑4050mm ， 查 光

3、學(xué) 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ， 望 遠(yuǎn) 鏡 物 鏡 的 相 對(duì) 口 徑 一 般 在/1:1.25df范圍內(nèi)， 而在/1: 4df時(shí)，具有最佳的加工工藝性和加工精度，因此取物鏡160ofmm，設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡視角放大率4，由oeff，得40efmm。瞄準(zhǔn)鏡機(jī)械筒長(zhǎng)12oezzlffffd，根據(jù)設(shè)計(jì)筒長(zhǎng)在300400mm 之間， 初步選取轉(zhuǎn)像透鏡組參數(shù)1230zzffdmm，根據(jù)光瞳轉(zhuǎn)接關(guān)系，可以計(jì)算出場(chǎng)鏡焦距。取由物鏡中心到目鏡中心的方向?yàn)楣廨S方向1z，出瞳距 60mm，直徑 10mm。根據(jù)成像公式111llf和過(guò)渡公式1iiilld，對(duì)光瞳轉(zhuǎn)接關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，如下。目鏡40efmm：10lmm，120lmm轉(zhuǎn)

4、像透鏡230zfmm：( 12070)50lmmmm，18.75lmm轉(zhuǎn)像透鏡130zfmm：11.25lmm，18lmm場(chǎng)鏡：160, 48lmm lmm，得36.923cfmm。(3)透鏡組口徑估算下面對(duì)各透鏡組的通光口徑進(jìn)行估算：4 物鏡是孔徑光闌，其直徑等于入瞳直徑，為40mm；根據(jù)追跡方程組1111tantantantantaniiiiiiiiiuuhhduhuuf物鏡的入射光tantan40.699268,0oouh，uohouchcuz1hz1uz2hz2uehe0.0699200.06992-11.18-0.233-4.1956-0.3726.992-0.13916.782邊緣

5、視場(chǎng)主光線(xiàn)在各組透鏡的投射高度基本符合透鏡的加工要求，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。2.鏡片組參數(shù)的調(diào)整和鏡片的選用(1)透鏡的焦距和鏡片的選擇現(xiàn)在需要研究轉(zhuǎn)像透鏡的焦距zf和它們之間的間距對(duì)整個(gè)系統(tǒng)其他參數(shù)的影響。再考慮漸暈系數(shù)，確定各透鏡組的口徑，最終確定各組透鏡的具體參數(shù)。在 excel 中建立數(shù)據(jù)表格，按照之前推出的關(guān)系式，建立場(chǎng)鏡焦距、光線(xiàn)投射高度和其他系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系，然后控制變量， 對(duì)轉(zhuǎn)像透鏡的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，觀(guān)察其他參數(shù)的變化趨勢(shì)?？梢缘贸鲆韵乱?guī)律1)轉(zhuǎn)像透鏡組之間的間距3d與主光線(xiàn)在后一個(gè)轉(zhuǎn)像透鏡組2zf上的投射高度無(wú)關(guān)，但是3d增大時(shí)，主光線(xiàn)在1zf上的投射高度增大，且cf也增大；2

6、)轉(zhuǎn)像透鏡組的焦距增大，可降低主光線(xiàn)在轉(zhuǎn)像透鏡上的投射高度，同時(shí)會(huì)增加cf和筒長(zhǎng)。查 光 學(xué) 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ， 選 擇 焦 距 合 適 的 物 鏡 和 目 鏡 。 選 擇 雙 膠 合 物 鏡 ，159.98,/1: 4.4,155.78ffmm dflmm； 選 擇 三 片 兩 組 的 凱 涅 爾 目 鏡 ，36.77,16.3,11.28zffmm lmm lmm選擇雙膠合透鏡作為轉(zhuǎn)像透鏡，35.02,/1: 2.5,30.81ffmm dflmm，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)像透鏡組328dmm，使得場(chǎng)鏡42.829cfmm。由于場(chǎng)鏡位于一次像面處，要將分劃板設(shè)和場(chǎng)鏡一體化設(shè)計(jì)，因此選擇平凸透鏡作為場(chǎng)鏡，平面

7、朝向物鏡， 分劃板也加工在這個(gè)平面上。光學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)里沒(méi)有這樣合適的透鏡原型，因此利用幾何光學(xué)公式對(duì)場(chǎng)鏡的面型和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)薄透鏡焦距的計(jì)算公式1 221(1) ()(1) nr rfnn rrnd5 選擇 k9 玻璃，n=1.51637，1,42.829crfmm，取 d=3mm，可得2121(1)(1)(1)22.11561(1)fnnrfndrfnmmfnnnr，與 d 無(wú)關(guān)，若要求透鏡邊緣厚度大于2mm，則 d 至少應(yīng)取5mm。(2)透鏡通光口徑的計(jì)算物鏡是望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的孔徑光闌，而場(chǎng)鏡是位于一次像面處，這兩組透鏡不需要考慮漸暈問(wèn)題；只有兩組轉(zhuǎn)像透鏡、目鏡與孔徑光闌或像面不重合，需要

8、考慮邊緣視場(chǎng)的漸暈系數(shù)（50%k） 。利用前述的excel表格，考查邊緣視場(chǎng)，在孔徑光闌上投射高度不同的光線(xiàn)，在后續(xù)透鏡組的投射高度。透鏡物鏡轉(zhuǎn)像透鏡 1 轉(zhuǎn)像透鏡 2 目鏡參數(shù)uohouz1hz1uz2hz2uehe邊緣視場(chǎng)主光線(xiàn)0.0699270-0.19127-4.48863-0.319444.455768-0.1922118.25437上邊光0.06992720-0.06625-8.86668-0.319440.077721-0.3172222.8512下邊光0.069927-20-0.31629-0.11059-0.319448.833815-0.0671913.65755轉(zhuǎn)像透鏡：

9、現(xiàn)在兩個(gè)轉(zhuǎn)像透鏡基本對(duì)稱(chēng)，如果透鏡半徑取邊緣視場(chǎng)主光線(xiàn)的投射高度（ r=h=4.5mm ）的話(huà)， 恰好只有主光線(xiàn)可以通過(guò)，而其他兩側(cè)的光線(xiàn)分別被兩個(gè)轉(zhuǎn)像透鏡遮擋；現(xiàn)在將兩個(gè)轉(zhuǎn)像透鏡各向兩個(gè)方向擴(kuò)展整個(gè)光線(xiàn)范圍的25%，即可得到50%的漸暈系數(shù)。取轉(zhuǎn)像透鏡半徑126.678zzrrmm，即通光口徑13.356zdmm。目鏡：目鏡半徑也需要在中心光線(xiàn)的基礎(chǔ)上，向外擴(kuò)展光線(xiàn)范圍的25%，才可以和前面的漸暈光闌配合。目鏡半徑20.553ermm，通光口徑41.106dmm?？讖焦怅@：孔徑光闌設(shè)置于轉(zhuǎn)像透鏡組之間，和目鏡、出瞳有物像共軛關(guān)系，可以計(jì)算出，孔徑光闌的直徑為9.524mm ，取 9mm。三、

10、分劃板設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的分劃板位于場(chǎng)鏡的平面一側(cè)，場(chǎng)鏡的即為分劃板直徑24cdmm。設(shè)計(jì)要求瞄準(zhǔn)范圍在 5 密位。41360 /64000.056259.817 10 rad密位，那么 1 密位在分劃板上的投射距離為00.157odfmm，目鏡的放大倍數(shù)為2505.26eef，因此人眼通過(guò)目鏡看到的1密位相當(dāng)于00.827eddmm， 人眼的分辨率約為0.073mm （明6 視距離 250mm 處） ， 因此可以得出， 在此瞄準(zhǔn)具設(shè)計(jì)情況下，人眼的分辨率是0.09 個(gè)密位，這在分劃板上的距離就是0.014mm 。采用下圖所示的分劃板樣式，利用水平方向的短線(xiàn)和人的肩寬（約 1m） 進(jìn)行比對(duì)測(cè)距。距離越遠(yuǎn)

11、， 目視肩寬越窄， 子彈飛行過(guò)程中的下落距離越大，因此就需要將槍口抬升更高的距離以補(bǔ)償豎直方向上的誤差。瞄準(zhǔn)具視場(chǎng)范圍是4，即 71 密位， 設(shè)計(jì)分劃板覆蓋水平方向20 密位的范圍， 每0.5 密位一個(gè)刻線(xiàn)。因此刻線(xiàn)在分劃板上的間距為0.0785mm 。分劃板刻線(xiàn)寬度應(yīng)遠(yuǎn)小于刻線(xiàn)間距， 因此刻線(xiàn)寬度應(yīng)小于0.01mm ， 查表，選擇刻線(xiàn)寬度為0.0030.007mm ，精度 2 級(jí)，偏差 0.0015mm ， 均勻性 0.0015mm 。 水平方向分布的刻線(xiàn)長(zhǎng)度選擇0.2mm， 偏差 0.03mm；五倍間距的刻線(xiàn)長(zhǎng)0.4mm，偏差 0.003mm，十倍間距的刻線(xiàn)長(zhǎng)0.8mm，偏差 0.05mm

12、。豎直方向的間距和長(zhǎng)度瞄準(zhǔn)的距離確定，如下表所示?？叹€(xiàn)數(shù)豎直距離公差線(xiàn)長(zhǎng)偏差1 2 3 4 5 6 7 8 9 查表，選擇褐色的經(jīng)熬制的生漆作為刻線(xiàn)填料。刻線(xiàn)綜述為92 根，線(xiàn)條疵病等級(jí)為1級(jí)，允許 5 個(gè)疵病。7 四、 目鏡結(jié)構(gòu)和裝配設(shè)計(jì)1.視度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)要求目鏡具有2 視度的調(diào)節(jié)能力，由視度調(diào)節(jié)公式24.51000esdfxmm，即目鏡前后移動(dòng)4.5mm 可以實(shí)現(xiàn) 2 視度的調(diào)節(jié)。如果考慮視度調(diào)節(jié)在螺紋單方向旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)完成，則螺紋的導(dǎo)程p應(yīng)不小于4.5mm。查表，選取普通螺紋連接，導(dǎo)程p大于 4.5mm。2.透鏡和鏡框的公差配合選擇目鏡鏡片和鏡框的配合，由下表， 屬于一般望遠(yuǎn)鏡的目鏡，選擇

13、f9h8 的公差配合。查表得透鏡直徑為0.0250.08742，鏡框內(nèi)徑尺寸為0.039042。3.光學(xué)零件設(shè)計(jì)選擇目鏡的第二片透鏡進(jìn)行光學(xué)零件設(shè)計(jì)。通光口徑為39mm，選擇壓圈固定，外徑為42mm。透鏡中心厚度為80.2mm。8 根據(jù)下表，零件直徑42mm，非膠合面，選擇倒角寬度為0.30.4mm。9 根據(jù)下表，選擇對(duì)玻璃的指標(biāo)要求：目鏡視場(chǎng)角1222arctan28.64547。技術(shù)指標(biāo)要求c3d fcnn3d 光學(xué)均勻性4 應(yīng)力雙折射3 光吸收系數(shù)4 條紋度1c 氣泡度3c 根據(jù)下表，選擇對(duì)零件的要求：10 對(duì)零件的要求4n0.3n0.05cb=vi rb4.目鏡隔圈設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)選用的是凱涅爾目鏡，在兩組鏡片之間需要放置隔圈，保證透鏡之間間距的精度要求。兩組透鏡的通光口徑均為39mm，外徑 42mm 。采用下圖形式的隔圈，選擇內(nèi)徑與通光口徑相同0.0252039dmm，外徑0.02510.08742dmm。123227.331,58.839,0.5,39rmm rmm hmm dmm2221118.1812dhrr2222223.3252dhrr11 12312.006hhhh表面粗糙度和形位公差可見(jiàn)零件圖。5.目鏡轉(zhuǎn)配圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目鏡鏡片的固定方式為壓圈固定，選擇壓圈螺紋連