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 。 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 。 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 。 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 角 的 影 响 是 不 能 用 正 倒 镜 消 除 的 。 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 。一 、 仪 器 的 竖 轴 及 对 它 的 要 求 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 0 2 0 5 (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 dr L 图 5-11、 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 。 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 套 间 吻 合得 很 好 ， 不 能 有 过 大 的 间 隙 。 由 于 轴 可 以 向 两 边 晃 动 ， 所 以 竖 轴 的 最 大 晃 动 角为 2r。 因 此 (0 2 0 5)2r= 2 dL 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 。 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 、 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 。 但 实 际 的 仪 器 中 就 是采 取 了 这 种 措 施 ， 也 不 是 都 能 保 证 不 产 生 轴 紧 现象 的 ， 还 必 须 选 择 轴 的 形 状 和 结 构 相 配 合 。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 以 及 温 度 变 化 引 起 轴 与 轴 套 之 间的 间 隙 变 化 有 关 。 应 当 指 出 由 于 润 滑 油 的 质 量 不 高 ， 在 低 温 情 况 下润 滑 油 凝 结 也 会 产 生 轴 紧 或 转 不 动 的 现 象 ， 但 这与 上 述 情 况 有 区 别 。 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 标 准 圆 柱 形 轴 半 运 动 式 柱 形 轴 平面滚珠轴 球 面 滚 珠 轴 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 。 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 。 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 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 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 ： 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 。 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 。 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 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 。 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 (一 般 用 水 准 器 是 否 能 严 格 安 平 作 为 标准 ， 在 三 角 规 范 上 有 检 验 方 法 说 明 )。 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 。 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 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 。 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 ： 由 于 轴 套 4在 加 工 时 内 圆 中 心 线 CC(也 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=e 2， e2表 征 了 轴 套 4的 加 工 误 差 。 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 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 。 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 三 角 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 。 四 、 横 轴 在 经 纬 仪 的 横 轴 (水 平 轴 )上 装 着 望 远镜 和 竖 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 。 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 。 图 5-6 图 5-7 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 。 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 。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 。 图 5-8 为 了 使 望 远 镜 精 确 的 瞄 准 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 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 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 。 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 。 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 5-9 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 轴 套 r，这 时 轴 套 及 度 盘 可 以 在 制 ， 动 环 内 任 意 转 动 。 当 旋 紧 制动 螺 旋 2后 ， 制 动 块 6压 紧 了 轴 套 7， 这 时 使 制 动 架 与 度盘 轴 套 固 连 起 来 了 ， 同 时 制 动 架 又 由 微 动 螺 旋 3及 弹 簧 4卡 在 凸 块 5上 ， 凸 块 是 在 基 座 上 的 ， 因 此 度 盘 不 能 转 动 了 ，产 生 了 制 动 度 盘 的 作 用 。 度 盘 制 动 后 ， 若 旋 转 微 动 螺 旋 3，加 上 微 动 弹 簧 的 弹 力 作 用 ， 迫 使 制 动 架 l相 对 于 基 座 上 的凸 块 5作 微 小 的 转 动 ， 基 座 是 固 定 不 动 的 ， 因 此 度 盘 就 相对 转 动 了 一 个 微 小 的 角 度 ， 这 就 是 照 准 部 随 同 度 盘 一 起的 微 动 。 这 种 制 动 微 动 机 构 由 于 微 动 螺 旋 3暴 露 在 大 气 中 ，易 于 进 灰 受 到 磨 损 ， 因 此 只 能 用 在 精 度 不 高 的 仪 器 上 。 图 510是 一 种 用 于 精 度 较 高 的 光 学 经 纬 仪 上 的 结 构 ，制 动 架 1是 套 在 基 座 上 的 ， 照 准 部 壳 体 上 的 一 个 凸 块 5被套 进 制 动 架 内 ， 从 而 用 于 照 准 部 相 对 于 基 座 的 制 动 及 微 动 。旋 进 制 动 螺 旋 2， 推 动 制 动 块 6压 紧 在 基 座 上 ， 此 时 制 动架 1被 制 动 ， 照 准 部 上 凸 块 5， 被 杠 杆 4和 弹 簧 7顶 紧 ， 因此 照 准 部 就 被 固 定 了 。 旋 转 微 动 螺 旋 3推 动 杠 杆 4可 使 照准 部 上 凸 块 5在 一 定 范 围 内 作 微 小 转 动 。 松 开 制 动 螺 旋 2，旋 转 照 准 部 ， 则 制 动 架 借 凸 块 5的 带 动 也 和 照 准 部 一 起 旋转 。 若 微 动 螺 旋 螺 距 s=0 5毫 米 ， ， 则 s=0.11毫米 。 根 据 a、 b线 段 的 比 例 可 使 照 准 部 的 移 动 量比 用 螺 距 0 5毫 米 的 微 动 螺 旋 直 接 推 动 照 准 部上 凸 块 5缩 小 若 干 倍 。 使 微 动 机 构 的 灵 敏 度 相应 地 提 高 了 若 干 倍 ， 所 以 这 种 机 械 可 以 精 确 地瞄 准 。 精 度 较 高 的 微 动 螺 旋 的 螺 纹 都 是 不 露 在外 的 ， 同 时 还 有 调 节 旋 转 松 紧 的 结 构 ， 以 免 微动 螺 旋 产 生 过 紧 或 晃 动 的 现 象 。 bs sa b 图 511a为 一 种 没 有 制 动 的 螺 旋 的 制 动 微 动 结 构 ， 也有 叫 它 摩 擦 制 动 的 ， 它 多 用 在 体 积 小 重 量 轻 的 光 学 经 纬 仪和 水 准 仪 上 。 制 动 环 的 一 端 被 照 准 部 壳 体 1上 的 微 动 螺 旋 2和 微 动 弹 簧 7所 卡 住 。 其 制 动 作 用 是 依 靠 制 动 环 和 轴 套 间的 摩 擦 力 。 当 压 紧 或 松 开 螺 丝 5时 ， 借 助 于 弹 簧 6的 弹 力 可以 调 节 摩 擦 力 的 大 小 。 当 仪 器 照 准 部 没 有 受 外 力 作 用 时 ，由 于 弹 簧 6的 伸 张 力 产 生 制 动 环 4与 轴 套 3之 间 的 摩 擦 力 ，照 准 部 被 制 动 。 当 旋 转 微 动 螺 旋 2时 ， 由 于 制 动 的 摩 擦 力大 于 照 准 部 旋 转 时 的 摩 擦 力 ， 也 大 于 弹 簧 7的 弹 力 。 这 就迫 使 与 微 动 螺 旋 相 连 的 照 准 部 转 动 。 图 5-11 （ a） （ b） 由 图 可 见 ， 用 手 顺 时 针 转 动 照 准 部 时 ， 为 了克 服 这 种 摩 擦 力 ， 必 然 将 微 动 弹 簧 7压 紧 ， 松 手后 ， 弹 簧 又 弹 回 ， 难 以 瞄 准 目 标 ， 还 有 会 使 照 准部 壳 体 上 的 微 动 螺 旋 与 制 动 架 碰 撞 的 缺 点 。 在 一些 没 有 制 动 螺 旋 的 水 准 仪 上 ， 把 制 动 环 的 外 圆 铣成 蜗 轮 ， 用 装 在 仪 器 照 准 部 壳 体 上 的 蜗 杆 代 替 了微 动 螺 旋 和 微 动 弹 簧 的 作 用 ， 这 样 就 没 有 上 述 碰撞 的 缺 点 ， 而 且 这 种 水 准 仪 或 经 纬 仪 的 微 动 范 围是 无 限 的 。 图 5-11b为 其 中 的 一 种 ， 制 动 环 (蜗 轮 ) 1因有 弹 簧 10的 作 用 压 紧 了 制 动 块 9， 使 蜗 轮 与 连 结在 基 座 上 的 轴 套 2发 生 了 摩 擦 ， 起 了 制 动 作 用 。在 制 动 环 的 外 圆 蜗 轮 与 蜗 杆 6相 啮 合 ， 当 转 动 微动 手 轮 3 (两 侧 对 称 二 个 )时 ， 蜗 杆 转 动 ， 因 有 摩擦 力 的 原 因 蜗 轮 不 会 动 ， 致 使 照 准 部 4发 生 相 对 转 动 。 为 了使 微 动 的 作 用 均 匀 ， 不 致 因 蜗 轮 与 蜗 杆 啮 合 不 紧 发 生 空隙 ， 致 使 照 准 部 微 动 时 产 生 跳 动 现 象 ， 蜗 杆 是 通 过 簧 片 5，使 半 圆 轴 瓦 7紧 紧 的 压 在 蜗 轮 上 的 。 图 中 8为 防 尘 挡 片 。为 了 操 作 方 便 起 见 ， 近 年 来 我 国 及 国 外 一 些 仪 器 上 ， 已将 制 动 螺 旋 与 微 动 螺 旋 同 装 在 一 个 轴 上 ， 称 “ 同 轴 结构 ” 。 目 前 这 种 结 构 形 式 很 多 。 制 动 微 动 机 构 常 见 的 毛 病 之 一 是 微 动 弹 簧 弹 力 不 足 ，不 能 均 匀 的 推 动 照 准 部 ， 在 用 望 远 镜 瞄 准 目 标 时 ， 往 往产 生 跳 动 现 象 而 无 法 对 准 ， 这 时 一 方 面 可 能 是 因 为 轴 系或 制 动 微 动 架 需 要 清 洗 加 油 ， 另 一 方 面 也 可 能 是 要 更 换更 有 力 的 弹 簧 。 另 一 常 见 的 问 题 是 微 动 螺 旋 与 螺 母 之 间空 隙 太 大 ， 产 生 晃 动 ， 使 仪 器 照 准 部 不 够 稳 定 ， 这 时 需清 洗 微 动 螺 旋 ， 并 调 整 与 螺 母 之 间 的 间 隙 。 再 有 旋 转 制动 螺 旋 时 不 能 有 效 的 制 动 ， 其 原 因 多 是 制 动 螺 旋 顶 部 的顶 杆 过 短 或 者 没 有 制 动 块 ， 以 及 制 动 手 轮 与 制 动 螺 杆 之 间 相 对 滑 动 ， 后 者 在 采 用 扳 把 式 制 动 结 构 时 常 见 。 5.3 复 测 机 构 与 拨 盘 机 构一 、 复 测 机 构 在 工 程 测 量 及 矿 山 测 量 中 为 了 提 高 测 量 速 度和 精 度 经 常 采 用 复 测 法 ， 因 此 金 属 度 盘 游 标 经 纬仪 几 乎 都 能 用 复 测 机 构 ， 它 是 由 两 套 制 动 微 动 机构 来 实 现 的 。 这 里 要 介 绍 的 是 工 程 光 学 经 纬 义 的复 测 机 构 。 这 种 经 纬 仪 多 采 用 方 向 式 轴 系 ， 而 其复 测 机 构 大 多 数 是 用 一 个 卡 子 ， 这 个 卡 子 装 在 经纬 仪 的 照 准 部 的 壳 体 上 ， 借 助 它 卡 住 与 度 盘 固 连的 复 测 盘 (片 )， 使 度 盘 连 同 照 准 部 一 同 转 动 ， 当松 开 卡 子 时 照 准 部 可 单 独 转 动 。 根 据 复 测 法 的 作业 要 求 对 卡 子 提 出 三 项 主 要 要 求 ： 1 卡 子 卡 住 复 测 盘 后 ， 转 动 照 准 部 时 就 带动 度 盘 一 同 转 动 ， 而 度 盘 读 数 不 变 。 这 就 要 求 对卡 子 有 足 够 的 夹 紧 力 。 2 卡 子 松 开 后 ， 照 准 部 旋 转 时 ， 不 得 有 任何 带 动 度 盘 的 现 象 。 这 就 要 求 卡 子 口 大 小 合 适 ，安 装 位 置 恰 当 。 3 卡 子 在 卡 紧 或 松 开 复 测 盘 (片 )的 过 程 中 ，不 会 引 起 度 盘 有 任 何 的 移 动 。 这 就 要 求 卡 子 卡 力的 方 向 正 好 垂 直 于 复 测 盘 (片 )面 。 并 且 上 下 卡 片 应同 时 接 触 复 测 盘 。 在 现 在 生 产 的 复 测 卡 中 长 期 可靠 的 达 到 以 上 要 求 的 极 少 。 下 面 讲 述 两 种 复 测 卡 的 结 构 ： 我 国 DJ 61型 光 学 经 纬 仪 和 意 大 利T4150 N E型 工 程 光 学 经 纬 仪 所 用 的 结 构 如 图 5-12。 复 测 卡 座 7安 装 在 照 准 部 壳 体 6上 ， 当 复 测扳 把 8往 下 扳 时 ， 由 于 它 是 一 个 凸 轮 ， 在 弹 簧 5及 簧 片 2的 弹 力 作 用 下 ， 顶 轴 4及 垫 块 11往 后 退 ， 图 5-12两 个 滚 珠 3的 间 距 变小 ， 于 是 簧 片 2与 铆钉 9的 间 距 也 缩 小 ，将 复 测 盘 1夹 紧 ， 当照 准 部 6转 动 时 就 带着 水 平 度 盘 一 起 转 动 。 图 5-13 我 国 CJH-1型 光 学 经 纬 仪 及 蔡 司 Theo 030型经 纬 仪 的 复 测 卡 ， 结 构 如 图 5-13。 复 测 卡 座 3是 固定 在 照 准 部 壳 体 上 的 ， 当 我 们 将 复 测 扳 手 7向 下 扳动 时 ， 7即 可 绕 着 小 轴 8转 动 ， 同 时 顶 块 6在 弹 簧 5的 张 力 作 用 下 绕 着 小 轴 4转 动 ， 这 时 顶 块 6就 把 扳手 7卡 在 下 一 台 阶 上 面 不 能 恢 复 水 平 位 置 ， 与 扳 手7相 连 的 下 簧 片 9即 顶 起 顶 杆 10及 弹 簧 11， 这 样 上弹 簧 11及 压 块 2即 可 将 与 度 盘 相 连 的 复 测 片 1卡 紧 ，照 准 部 转 动 时 度 盘 也 随 之 转 动 。 当 我 们 用 手 压 下 顶 块 6并 使 扳 手 7恢 复 水 平 位 置 时 ，由 于 弹 簧 片 11的 作 用 ， 复 测 片 1即 被 松 开 。 这 种经 纬 仪 上 所 装 的 复 测 片 比 上 一 种 所 用 的 复 测 盘 为好 ， 这 是 因 为 复 测 片 很 薄 ， 有 弹 性 ， 在 复 测 卡 簧片 9的 上 下 夹 紧 点 不 能 同 时 接 触 复 测 片 时 ， 就 不会 同 复 测 盘 一 样 使 度 盘 的 轴 套 受 一 较 大 的 向 上 或向 下 的 力 量 ， 也 就 不 会 产 生 带 动 度 盘 的 现 象 。 另外 这 种 复 测 卡 不 工 作 时 ， 簧 片 9， 11和 弹 簧 5均 处在 放 松 状 态 ， 不 易 引 起 弹 性 失 效 。 但 复 测 片 很 薄 ，平 整 度 要 求 也 较 高 ， 在 拆 修 仪 器 时 应 注 意 复 测 片的 平 整 度 。 复 测 卡 的 失 效 是 常 见 的 ， 有 时 会 给 测 量 工 作带 来 很 大 的 影 响 。 复 测 卡 机 构 可 靠 性 的 检 查 共 有三 项 ： 1 复 测 卡 不 工 作 时 是 否 带 动 度 盘 的 检 查 ： 将 复 测 卡 扳 手 扳 开 ， 整 平 仪 器 ， 用 望 远 镜 瞄准 一 目 标 并 读 取 度 盘 读 数 。 顺 时 针 方 向 旋 转 照 准部 10周 后 ， 瞄 准 同 一 目 标 读 取 度 盘 读 数 。 再 逆 时针 方 向 转 动 照 准 部 10周 ， 瞄 准 同 一 目 标 读 取 度 盘读 数 ， 三 次 读 数 应 无 明 显 差 别 。 2 复 测 卡 工 作 时 卡 紧 是 否 可 靠 的 检 查 ： 将 复 测 卡 扳 手 扣 上 ， 先 在 度 盘 上 读 一 读 数 ，然 后 以 普 通 速 度 旋 转 照 准 部 两 周 ， 观 察 度 盘 读 数应 该 没 有 变 化 再 反 转 两 周 ， 观 察 读 数 是 否 有 变 化 。这 项 检 查 在 度 盘 上 每 隔 30的 位 置 检 查 一 次 。 3 复 测 卡 作 用 时 正 确 性 的 检 查 ： 检 查 时 旋 紧 制 动 螺 旋 在 度 盘 每 隔 30的 位 置上 检 查 一 次 。 检 查 时 多 次 上 下 扳 动 复 测 卡 扳 把 ，即 使 复 测 卡 夹 口 松 开 又 夹 紧 ， 在 读 数 显 微 镜 内 应察 觉 不 到 读 数 的 变 化 。 二 、 拨 盘 机 构 拨 盘 机 构 是 在 观 测 过 程 中 变 换 度 盘 位 置 用 的 ，在 度 盘 均 匀 分 布 的 不 同 位 置 上 观 测 相 同 的 目 标 ，可 减 少 水 平 度 盘 刻 划 误 差 的 影 响 以 提 高 测 量 精 度 。复 测 机 构 都 可 以 起 拨 盘 的 作 用 ， 但 拨 盘 机 构 则 不能 起 复 测 机 构 的 作 用 。 这 里 介 绍 两 种 拨 盘 机 构 。 在 图 5-14中 ， 经 纬 仪 的 度 盘 轴 套 7上 安 装 着度 盘 5及 拨 盘 齿 盘 4。 在 照 准 部 上 装 有 拨 盘 手 轮 2，在 手 轮 的 前 端 有 齿 轮 9。 需 要 拨 动 度 盘 时 ， 打 开手 轮 护 盖 1， 用 手 压 紧 手 轮 2使 齿 轮 9和 齿 盘 4啮 合上 ， 这 时 旋 转 手 轮 即 可 拨 动 度 盘 。 为 了 不 致 把 拨盘 手 轮 当 别 的 手 轮 而 拨 错 ， 在 手 轮 上 不 仅 装 有 护盖 ， 而 且 因 为 弹 簧 6的 张 力 经 常 将 手 轮 顶 起 ， 齿轮 9和 齿 盘 4常 处 在 分 离 状 态 ， 即 使 误 将 手 轮 瑗 错 ，也 转 动 不 了 度 盘 。 图 5-15为 另 一 种 拨 盘 结 构 ， 拨 盘 手 轮 3与 滑 杆 7相 连 ， 在 拨 盘手 轮 座 6上 有 一 螺 孔 ， 孔 中 有 弹 簧 5， 其 弹 力 是 可 以 通 过 螺 丝来 调 整 的 ， 当 调 整 到 一 定 压 力 时 ， 弹 簧 所 压 住 的 手 把 9与 滑杆 7发 生 较 大 的 摩 擦 力 ， 当 滑 杆 头 部 的 伞 形 齿 轮 插 入 齿 盘 10后 ， 因 为 有 这 个 摩 擦 力 ， 手 轮 及 滑 杆 是 不 会 因 三 个 弹 簧 4的弹 力 作 用 而 退 出 的 。 对 比 上 一 种 拨 盘 结 构 ， 这 就 免 去 了 拨 盘时 还 要 压 住 手 轮 的 要 求 ， 使 用 比 较 方 便 。 拨 完 度 盘 以 后 ，图 5-14 下 按 手 把 9， 消 除 了 手 把 9对 滑 杆 7的 摩 擦 力 ， 手 轮 及 滑 杆被 三 个 弹 簧 4自 动 弹 出 。 弹 出 以 后 手 把 9的 头 部 正 好 落 在滑 杆 7中 的 凹 槽 内 ， 卡 住 了 滑 杆 ， 这 时 再 用 力 也 不 可 能 把手 轮 3顶 入 。 因 此 即 使 转 错 了 手 轮 也 不 会 拨 动 度 盘 ， 只 有再 把 手 把 9按 起 并 顶 入 手 轮 3后 ， 拨 盘 手 轮 才 能 再 起 作 用 。这 种 机 构 应 用 于 阿 司 卡 尼 亚 厂 的 Tu型 经 纬 仪 及 我 国 统 一设 计 的 J2经 纬 仪 上 。 5.4 脚 螺 旋 脚 螺 旋 也 有 叫 安 平 螺 旋 的 。 它 的 功 用 是 借助 水 准 器 指 示 ， 将 仪 器 精 确 地 安 置 在 理 想 位 置 上 。对 脚 螺 旋 的 要 求 是 2脚 螺 旋 在 螺 母 中 能 均 匀 平 滑地 转 动 ， 在 任 何 位 置 上 不 能 有 过 松 或 过 紧 的 现 象 ，并 且 脚 螺 旋 在 螺 母 中 不 应 有 能 感 觉 到 的 晃 动 。 这就 是 说 脚 螺 旋 的 螺 杆 不 仅 不 能 有 微 小 的 弯 曲 ， 而且 它 和 螺 母 的 螺 纹 都 应 加 工 得 十 分 精 细 ， 配 合 得十 分 严 密 ， 精 密 的 脚 螺 旋 ， 螺 杆 与 螺 母 是 个 别 配对 研 磨 成 的 。 现 代 生 产 的 经 纬 仪 中 几 乎 全 是 三 个 脚 螺 旋 ，它 克 服 了 四 个 脚 螺 旋 的 缺 点 ， 但 丢 了 四 个 脚 螺 旋的 优 点 ， 特 别 是 转 动 照 准 部 时 由 于 轴 面 的 摩 擦 力会 使 仪 器 的 基 座 产 生 扭 转 ， 这 在 使 用 中 应 引 起 重视 。 最 先 用 在 测 量 仪 器 上 的 脚 螺 旋 是 很 简 单 的 ，可 见 图 5-15。 其 结 构 的 缺 点 是 螺 杆 和 螺 母 之 间 容易 沾 染 灰 尘 ， 加 速 螺 纹 的 磨 损 ， 以 致 使 整 个 仪 器发 生 摇 晃 ， 摇 晃 以 后 ， 在 没 有 调 整 其 间 隙 结 构 的情 况 下 是 很 难 修 复 的 。 目 前 应 用 得 最 多 的 是 具 有 调 整 结 构 的 封 闭 式 脚 螺 旋如 图 5-16为 常 见 的 一 种 。 在 三 角 基 座 内 ， 用 螺 旋 环 2将 脚螺 旋 座 4紧 紧 压 入 。 在 脚 螺 旋 座 和 螺 杆 10之 间 放 入 一 个 鼓形 螺 母 5， 在 这 螺 母 的 两 端 分 别 开 有 三 条 长 槽 。 在 旋 转 调节 罩 8时 ， 锥 形 帽 7压 紧 鼓 形 螺 母 ， 螺 母 两 端 作 微 小 的 收紧 ， 从 而 调 节 了 脚 螺 旋 的 松 紧 ， 达 到 既 滑 顺 又 不 晃 动 的目 的 。 手 轮 9用 三 个 螺 钉 14固 连 在 螺 杆 10上 ， 在 手 轮 的 旁侧 有 调 节 孔 6， 通 过 此 孔 可 用 校 正 针 拨 动 调 节 罩 8。 为 防止 丝 杆 旋 出 过 多 以 至 脱 出 ， 在 丝 杆 顶 部 装 有 一 个 防 脱 反牙 螺 丝 3。 定 位 螺 丝 15的 端 部 正 好 插 入 鼓 形 螺 母 的 宽 槽 中 ，防 止 鼓 形 螺 母 转 动 。 螺 杆 10的 底 端 放 入 三 角 底 板 12的 凹槽 中 ， 为 了 把 螺 杆 10与 底 板 12连 接 起 来 ， 在 螺 杆 10的 锥部 用 三 角 弹 簧 板 11压 住 ， 螺 杆 10的 头 部 被 压 在 三 角 弹 簧板 的 槽 中 ， 并 用 螺 丝 13及 其 螺 母 把 它 压 紧 。 由 于 这 种 脚螺 旋 的 构 造 是 封 闭 的 ， 灰 尘 较 难 侵 入 内 部 ， 磨 损 程 度 就可 减 小 。 鼓 形 螺 母 以 前 都 用 铜 料 制 造 。 脚 螺 旋 常 见 的 问 题 是 鼓 形 螺 母 失 效 ， 例 如 图 530中的 螺 杆 10转 动 时 ， 仪 器 不 能 上 下 移 动 。 这 多 是 鼓 形 螺 母也 随 之 转 动 的 原 因 ， 这 时 应 检 查 定 位 螺 丝 15是 否 失 效 ，当 调 整 脚 螺 旋 过 紧 时 ， 容 易 被 压 碎 ， 故 应 特 别 注 意 ， 碎 后只 有 更 换 新 的 螺 母 ， 新 车 制 的 螺 母 要 与 螺 杆 研 配 密 合 后 方能 使 用 。 三 角 弹 簧 压 板 的 失 效 也 会 使 仪 器 发 生 晃 动 ， 仪 器 不易 整 平 。 三 角 弹 簧 压 板 压 不 住 螺 杆 锥 部 的 原 因 有 ： 1 使用 时 间 长 后 被 磨 损 ， 2 三 角 弹 簧 压 板 不 平 ， 已 变 形 ，3 材 料 不 好 ， 弹 力 不 足 。 所 以 装 配 时 应 注 意 三 角 弹 簧 压板 是 否 在 三 个 脚 螺 旋 上 同 样 发 生 作 用 。 我 国 近 年 来 生 产 了 一 种 簧 片 ， 代 替 了 三 角 弹 簧 压 板的 作 用 。 为 了 减 少 脚 螺 旋 给 测 量 工 作 带 来 的 误 差 ， 瑞 士 克 恩厂 生 产 的 仪 器 多 使 用 凸 轮 式 的 脚 螺 旋 。 这 种 结 构 克 服 了一 般 脚 螺 旋 的 一 些 缺 点 ， 但 存 在 着 调 整 范 围 太 小 ， 安 平仪 器 不 方 便 的 问 题 ， 为 此 又 在 三 脚 架 的 架 头 上 加 了 一 个初 步 整 平 结 构 ， 在 三 脚 架 放 好 后 ， 先 把 架 头 初 步 整 平 ，然 后 再 放 上 经 纬 仪 ， 用 凸 轮 螺 旋 进 一 步 整 平 仪 器 。