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1、大地测量仪器学,测量仪器一般由四大部分组成：望远镜、水准器、读数设备和机械部分。其中机械部分包括：三脚架(或托架)、脚螺旋、基座、竖轴、支架、横轴、制动微动机构、复测或拨盘机构以及各种螺丝等。,第五章 仪器的机械部分,5.1构成与轴系,整个仪器由以上各机械零部件相连接，构成一个整体，又通过各机械零部件本身的运动和固定达到测量的目的。,大地测量仪器学,仪器上各机械部件在测量工作中都有它专门的作用，例如三脚架应起着稳定的支持仪器的作用，支好后不应有扭转及晃动；脚螺旋要起到安平仪器的作用，安平以后也不应有扭转及晃动；竖轴起着使仪器照准部稳定地围绕铅垂线旋转的作用，旋转应灵活而无晃动，否则照准部无法稳
2、定。仪器中某一机械部件失灵，测量工作可能就无法进行。仪器的精密度越高，对机械结构要求也就越严格。,大地测量仪器学,对于使用仪器的人来讲，必须懂得检查并保持各个部件的专门性能，才能在作业中测出好的成果。对于仪器的维修人员来说，更应懂得各部件是如何达到这些要求的，各部件之间又是如何联系的，出故障后有什么现象以及如何排除这些故障等等。,大地测量仪器学,竖轴的主要作用是使照准部稳定的围绕铅垂线旋转，其稳定的程度即是竖轴的定向精度。竖轴是测量仪器中的关键精密件之一，竖轴质量的好坏将直接影响仪器的使用和精度。竖轴在轴套中略有晃动，不仅望远镜不能准确地照准目标，而且照准部上的水准器也安不平。竖轴晃动对测水平
3、角的影响是不能用正倒镜消除的。,一、仪器的竖轴及对它的要求,大地测量仪器学,北光厂生产的DJ6-1型经纬仪规定，竖轴和轴套间的间隙不应超过2微米，竖轴的椭圆度不超过1微米。可见对竖轴的要求是比较严格的。,1、对竖轴的要求,1）竖轴必须是一旋转体，即其轴心应该是一条直线，垂直于轴心的任何一截面应该是一个没有扁率的圆形。目前多用圆锥形或圆柱形。,大地测量仪器学,在设计仪器中，轴与轴套间的间隙是以照准部在转动时，安平水准器的气泡不应偏出正确位置0205 (为水准器的格值)为依据的。由图5-1可知，偏出中心线的晃动角,图5-1,2）轴在轴套内旋转时必须平稳无晃动，即要求有较高的定向精度，因而要求轴与轴
4、套间吻合得很好，不能有过大的间隙。,大地测量仪器学,由于轴可以向两边晃动，所以竖轴的最大晃动角为2r。因此 (0205)2r=,根据此公式，若轴长L=70毫米，=30其系数取0.4，则d2微米。 竖轴旋转的稳定性不仅决定于轴长L及间隙d，降低仪器照准部的重心也是提高仪器稳定性的措施。,大地测量仪器学,3）竖轴旋转的灵活性要好，转动时必须轻松平滑，没有涩滞、轧紧或跳动现象，以免引起仪器基座部分扭转而给测量成果带来不可消除的误差。竖轴旋转的灵活性和它与轴套之间接触面积的大小、接触面压力的大小、接触的方式(滑动摩擦或滚动摩擦)、竖轴形状的偏差、轴与轴套材料的选择、加工的光洁度等有关，也和润滑油的质量
5、以及温度变化引起轴与轴套之间的间隙变化有关。,大地测量仪器学,2、温度对竖轴的影响 在我国南方的夏季气温高达40以上，而在北方的冬季又降到-40左右。仪器的竖轴必须适应这种温度变化的要求，常见的毛病是不少仪器在较冷的情况下因为轴套冷缩，竖轴产生轴紧甚至有转不动的现象。从理论上讲，在任何温度条件下要使轴与轴套的间隙不变，轴与轴套应选用同一膨胀系数的材料。,大地测量仪器学,3、润滑油的作用及要求 在竖轴与轴套之间加上润滑油，可以大大减小轴与轴套间的摩擦，同时也可防止轴系氧化。 二、竖轴系的分类 1、圆锥形轴 2、标准圆柱形轴 3、半运动式柱形轴 4、平面滚珠轴 5、球面滚珠轴,圆锥形轴,大地测量仪
6、器学,标准圆柱形轴,半运动式柱形轴,大地测量仪器学,平面滚珠轴,球面滚珠轴,大地测量仪器学,大地测量仪器学,三、竖轴轴系 竖轴轴系一般分为三部分，一部分与基座联系，另一部分与度盘联系，第三部分与照准部联系。由于它们联系的部位不同，组成各种不同的轴系，图5-2所示的是最常见的几种形式。,大地测量仪器学,这里主要的是如何防止由于照准部旋转而影响度盘稳定性的问题。其中图5-2(a)所示的是最简单的轴系。目前使用得最多的经纬仪轴系可以归纳为以下三种，其中一、二两种最为普遍。,大地测量仪器学,1）复测轴系如图5-2(c)一照准部的轴套可以旋转的轴系； 2）方向式轴系如图5-2(d)照准部轴套不能转动的轴
7、系； 3）悬重式轴系如图5-2(b)照准部和度盘同在一轴上旋转的轴系。 1、复测轴系,大地测量仪器学,复测轴系的主要特点是与照准部相连的轴和与度盘相连的轴套直接摩擦，这种轴系是在刻制度盘的工艺水平还不高，读数设备最小读数比较大时，为了采用复测法观测，以减少读数误差和刻度误差的影响来提高测角精度而设计的。,为了适用于复测法观测，这种轴系要求保证以下条件：,大地测量仪器学,1）照准部旋转时，度盘不受任何微小的带动; 2）照准部和度盘又可以连在一起转动，度盘不应滞后。,这种轴系的主要缺点就在于： 1)由于照准部及竖轴旋转时直接与度盘轴套有摩擦，对度盘有带动； 2)当度盘与照准部一起旋转时，由于度盘轴
8、套与基座套的摩擦和其自身的惯性，往往产生度盘滞后的现象。,大地测量仪器学,2、方向轴系 现在光学经纬仪中多用这种轴系，其主要特点是基座轴套将照准部和度盘隔开，照准部旋转时不能直接带动度盘，只有使基座扭转时才能带动度盘，这样影响比复测轴系就小得多了。 有一些采用方向轴系的工程光学经纬仪上，用一复测机构使照准部可以与度盘同时旋转，从而达到复测的目的。有的平面轴也具有方向轴系的特点，属于方向轴系。,大地测量仪器学,3、悬重式轴系 这种轴系主要应用在大型高精度的经纬仪上，其主要特点是照准部和度盘都套在一根轴的两个部分上，照准部的重量依靠悬重的调整螺旋3来支持，竖轴6仅,起定向的作用(见图5-3)，因此
9、照准部旋转时摩擦力矩小，由于仪器的基座较大较重，这样照准部旋转时很难带动基座和度盘。在高标上测量时，为了检查高标的扭转，仪器的基座上装有偏扭望远镜。,大地测量仪器学,这种轴系由于重心低，轴与轴之间的间隙又可以调整，所以照准部转动是很平稳的。悬重轴系的主要缺点是仪器太笨重以及由于竖轴向上凸出，望远镜不能旋过天顶。 对于竖轴我们主要检查它转动是否灵活，晃动是否过大。而对竖轴系则应检查他的共轴性，所谓共轴性是指照准部的转动轴线与度盘转动轴线是否为同一轴线的问题。,大地测量仪器学,对于复测轴系共轴性的检验方法如下：整平仪器，制动下盘(即度盘)松开上盘(即照准部)，转动照准部严格整平水准器，使照准部在任
10、何方向水准器都水平 (其差值应小于半格)。然后制动上盘，打开下盘，转动度盘及照准部，这时观察水准器在任何方向是否仍都水平，若这时水准器气泡在某个固定方向上偏差过大，则说明其共轴性差，用这种仪器作复测法测量时，可能带来较大的误差，这种仪器以采用测回法观测为宜。,大地测量仪器学,4、竖轴系的共轴性与定向误差 为了保证经纬仪的测角精度，要求竖轴系在旋转过程中以一定的精度保持其轴线的位置，这个要求可分为共轴性及定向误差两个方面。要了解仪器的性能，必须对这两项进行检验。这里以图5-4所示的一种竖轴系为例予以简介。 1）共轴性 共轴性偏差的产生与影响：,大地测量仪器学,由于轴套4在加工时内圆中心线CC(也
11、就是照准部轴1的旋转轴线)与外圆的中心线CC不重合，而度盘轴套要围绕着外圆中心线CC转动，造成照准部旋转轴，线和度盘旋转轴线不共轴，由俯视示意图55表示为CC=e2，e2表征了轴套4的加工误差。,大地测量仪器学,2）定向误差的产生及影响 由于轴与轴套间的间隙及受到间隙中润滑油的作用，照准部相对于应在的旋转轴线位置产生了偏差，称为定向误差。定向误差可分为偶然性的及系统性的两部分。因为有间隙，轴在轴套中作不规则的晃动，这是定向误差的偶然部分；由于间隙及油层的原因，轴的中心线与轴套孔的中心线可能平行而不重合，这就产生了以2为周期的系统误差，它叠加在照准部的偏心差中，因为在间隙中转动的油层厚度不匀，油
12、珠的转动又比轴的转动慢一半，这就产生以4 为周期的系统误差，称为双周异动误差。,大地测量仪器学,竖轴不铅垂而引起的水平角观测误差是不能用正倒镜观测来消除的。偶然晃动误差及双周异动误差也是不能用正倒镜观测消除的。仪器偶然晃动误差及双周异动误差偏大，必须对轴进行检修或清洗后换上粘度较原来为高的润滑油。 3）共轴性偏差及定向误差的检查原理 在相应规范中规定了照准部偏心差检验的方法，检验中同时读记水平度盘和水准器气泡读数，并规定水平度盘偏心差的检验应在照准部偏心差检验之后紧接着进行，检验的全部过程就全面反映了竖轴共轴性偏差和定向误差。,大地测量仪器学,四、横轴 在经纬仪的横轴(水平轴)上装着望远镜和竖
13、盘。望远镜和竖盘旋转时，横轴在照准部支架的轴承内旋转。竖盘分划面应垂直于横轴旋转轴线，分划中心应装在横轴旋转轴线上，并应使竖盘分划的注记和望远镜视准轴在一个指定关系的位置上。横轴应垂直于竖轴。圆柱形的横轴广泛的使用在测量仪器上，只有部分平板仪使用了圆锥形轴。,图5-6,图5-7,大地测量仪器学,在游标经纬仪上，横轴的结构一般比较简单，图5-6便是一例。它由轴颈与轴承组成，为了减少横轴旋转时的摩擦力，采用了V形轴承支承的柱形轴，轴颈与轴承的接触往往仅为两条直线。光学经纬仪的横轴一般采用柱形支承的柱形轴，并且中间是空的(图5-7为其中之一)，这是由于光学经纬仪的光线要沿轴线方向通过横轴。,大地测量
14、仪器学,图5-8为国产DJ61型光学经纬仪的横轴，横轴由横轴主体3和接轴6联合组成。横轴主体上装有竖盘1，一端是围绕轴心2转动的，主体另一端则通过接轴6在偏心轴承5的内环中转动。轴心2与偏心环5是分别固定在仪器壳体的左右两支架4上的。,图5-8,大地测量仪器学,若仪器在使用中用力不当，例如提取仪器时长期仅拿住支架的一边，使两支架间的间距加宽，这时横轴在支架内可以沿轴线方向移动。产生这种现象时，对于游标经纬仪，在拆开仪器后，松动照准部支架的固定螺丝，重新调整两支架间的宽度即可，对于光学经纬仪，一般要在拆下横轴后，在图5-8之7的位置上，加垫适当厚薄的垫圈。,大地测量仪器学,为了使望远镜精确的瞄准
15、目标，只用手是困难和费时的，因此在经纬仪上都装有使望远镜水平方向和垂直方向转动的微动螺旋以及安平指标水准器的微动螺旋，在大多数水准仪上都装有微倾螺旋。当仪器的照准部需要作较大范围的移动时，仅依靠微动也是不够的，必须有制动机构相配合，才能使照准部迅速的达到要瞄准的目标。,5.2 制动微动机构,大地测量仪器学,在测量仪器中使用的制动微动机构的结构形式很多，但原理基本相同。为了便于理解制动微动机构的作用原理，可以先看看简化了的横轴的制动微动机构。在图5-9中横轴5在支架7上是如何制动及微动的。制动微动环6套在横轴5上，在制动环的上部有制动手轮1，旋转手轮1，通过万向接头2转动了螺丝3，使制动块4压紧
16、横轴，这时横轴5与制动微动环连成一体。制动环转动，横轴也转动，但制动环6已被下方的微动螺旋8及微动弹簧10顶紧不能转动了，这时横轴也就不能转动了，因此达到了横轴制动的目的。,大地测量仪器学,由图59可见，所谓制动并不是把横轴5与支架直接连在一起，而是通过微动结构的8与10才达到的，在此没有微动机构是制动不了的。制动以后旋转微动螺旋8，压紧弹簧10，制动微动环发生微小的转动，横轴也产生微小的转动，这就是横轴的微动。可见必须先制动才能产生微动，否则横轴不与制动微动环相连接，旋转微动螺旋时制动微动环微动，而横轴是不动的。,图5-9,大地测量仪器学,竖轴上的制动微动原理与上相同，在复测轴系的游标经纬仪上有两套制动微动机构，一个使水平度盘与基座之间产生制动微动，一个使水平度盘与照准部之间产生制动微动。,图5-10所示的制动微动机构是用在复测轴系的经纬仪上的，它是用于照准部随同度盘一起相对于三角基座的制动及微动。制动架1是套在与度盘相固连的轴套7上的，当制动螺旋2没有旋紧时，制动块6没有压紧
