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1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）透镜支撑调节机构结构设计学 生：学 号：指导教师：专 业：重庆大学机械工程学院2011年6月Graduation Design(Thesis) of Chongqing University Structural design of the lens supporting and adjusting mechanism Undergraduate: Supervisor: Lecturer. Song Dai PingMajor: Mechanical Design Manufacturing And AutomationMechanical Engineeri
2、ng AcademyChongqing UniversityJune 2011重庆大学本科学生毕业设计（论文） 中文摘要摘 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，
3、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I重庆大学本科学生毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTWith the continuous development of optical techni
4、ques, various kinds of optical device has been widely used in all kinds of 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 a
5、djustment technology improvements is mainly to the optical adjusting mechanism 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
6、 adjust accurate location of the beam. All kinds of precision optical device 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 l
7、imited space to achieve three degrees of freedom adjustment, and has reading 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 rot
8、ation of the handle can adjust the lens of the Z direction, left and right 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 regul
9、ation, calculation the Z direction, X direction and Y direction of regulation 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 adjustin
10、g mechanism，Three degrees of freedom adjustment II重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论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
11、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31 III重庆大学本科学生毕业设计（论文） 绪论1 绪论1.1透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
12、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
13、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
14、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,
