光机丨螺纹问题（二）
继续写螺纹问题，文本主要写透镜中的螺纹压圈。
4 光机结构中的螺纹
4.1 预紧力计算经验公式
首先，看一个经验公式，预紧扭矩可通过以下方式估算：
在组装光学系统时，经常需要对特定元件或安装结构施加预紧力，该公式常用于确定螺纹压圈或紧固件的预紧力扭矩。
注意：上述估算公式依赖于对两种材料间摩擦效应的量化，但实际摩擦系数值往往存在较大不确定性。摩擦系数极大程度上取决于表面光滑度以及接触面处于干燥或润滑状态。
当采用铝-铝界面和铝-玻璃界面的预估滑动摩擦系数时，该公式误差小于8%。若需获得比粗略估算更精确的预紧力扭矩值，应采用最可靠的滑动摩擦系数数据。
图 螺纹压圈预紧透镜 再看一下公式（4）：
Yoder表示公式（4）推导中忽略的微小因素及滑动系数存在较大不确定性，这仍是一个估算值。
分母中的第一项源自经典方程，描述物体在倾斜平面（即螺纹）上受摩擦约束缓慢滑动的情况。
第二项代表透镜表面与螺纹压圈表面之间圆形接触面的摩擦效应。
阳极氧化处理后铝合金摩擦系数约为0.19，阳极氧化处理后铝合金与抛光处理后镜片之间的摩擦系数约为0.15。
将系数0.19和0.15代入公式（3）可得
4.2 压圈法固定透镜
将透镜放入镜筒中，并使用带螺纹（内/外）的固定环将其固定到位，这是一种常见的夹紧方法，能为透镜提供良好的稳定性。
经验公式：
由于压圈作用，镜片承受最大轴向压应力为：
压圈带着预紧力压紧透镜，压缩边缘施加的力作用于透镜表面产生轴向应力，导致透镜表面产生一定应力，严重时会导致镜片破裂。压圈的边缘半径R一般取0.05mm，R值越小应力越大。
局限性：玻璃和金属的杨氏模量值通常较为接近。举一个常见的例子，6061材质的压圈（E=68GPa）与N-BK7透镜（E=82GPa），△E=14GPa，此时估算误差小于 8%。
在泊松比和透镜曲率半径处于中等范围时，这种估算的误差仍可控制在 10% 以内。若透镜曲率半径极大、泊松比异于常规，或玻璃与金属的杨氏模量差值较大，则应进行全面分析。
由于边缘压圈导致的最大轴向应力为：
使用管状扳手、可调扳手、可调销扳手固定螺纹压圈。
透镜是脆性材料，是不希望有外界的力作用于在透镜表面的，压圈与镜座在相同直径处于透镜接触，以避免在透镜上产生力矩。压圈使用1级/2级螺纹，以保持“较松”的螺纹配合，可在压圈中放置O型圈，以减轻透镜所受的压力。
4.3 法兰压圈固定透镜
这种约束方式最常用于大孔径透镜，这是由于大口径透镜压圈加工困难。法兰压圈通常具有足够的切向刚度，这样在夹紧螺栓之间就不会发生明显的翘曲，从而确保在透镜边缘周围对透镜表面施加的压力大致均匀。
在装配时，可以对法兰下方的flange进行研磨，使其达到特定的轴向厚度，这样当通过拧紧夹紧螺栓实现稳固的金属与金属接触时，就能产生预定的法兰挠度。这种技术能轻松适应透镜制造过程中出现的厚度偏差。
4.4 预紧力均布技术
采用压圈或法兰压圈结构，在预紧力较小时，往往仅通过三个最高点与透镜接触；而在预紧力较大时，则会通过多个点与透镜接触。在后一种情况下，可能会产生应力集中。
图 （a）环形压圈法兰 （b）挠性压圈法兰
图 （a）多挠曲结构 （b）O 型圈接触 （c）凸面上的挠性固定件 （d）凹面上的挠性固定件。
采用挠曲设计，可使预紧力分布得更均匀。在所有情况下，用于透镜对准的定位都在透镜与肩部的接触面上完成。每种螺纹固定环都具备一定程度的弹性，目的是让力在透镜边缘周围均匀分布。
参考文献：
1、Optomechanical Design and Analysis
2、Fundamentals of Optomechanics
