变焦距镜头凸轮结构优化设计

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1、第１８卷第４期光学精密工程Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．４２０１０年４月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｒ．２０１０文章编号１００４９２４Ｘ（２０１０）０４０８９３０６变焦距镜头凸轮结构优化设计王平１，张葆１，程志峰１，２，赵阳２（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）摘要：变焦距镜头普遍采用机械补偿法来改变焦距，变焦凸轮是其实现连续变焦的关键。为了减小变焦距镜头的质量和体积，本文研究了用机械补偿方式改变变焦距镜头焦距的原理，采用ＮＸ／Ｎａｓｔｒａｎ软件对变焦凸轮结构进行了仿真分析，并针对分析结果对变

2、焦凸轮结构进行了优化设计。优化结果使变焦凸轮质量减小了８８ｇ，壁厚减小了１．５ｍｍ，外径尺寸减小了３ｍｍ。对优化后的变焦凸轮进行了模态分析和热分析。模态分析显示，凸轮主体一阶频率为５０．３Ｈｚ；热分析显示，凸轮在９０℃温差作用下变形大小为０．００６ｍｍ。最后通过对光学传递函数的检测以及振动和高低温试验验证了仿真分析的正确性，表明对变焦凸轮的优化设计是成功的。关键词：变焦距镜头；凸轮；结构设计中图分类号：ＴＨ７０３文献标识码：Ａ犗狆狋犻犿犪犾犱犲狊犻犵狀狅犳犮犪犿狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳狕狅狅犿犾犲狀狊１，ＺＨＡＮＧＢａｏ１，ＣＨＥＮＧＺｈｉｆｅｎｇ１，２，ＺＨＡＯＹａｎｇ２ＷＡＮＧＰｉｎｇ（１

3、．犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪；２．犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００３９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｕｓｅｄｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆａｚｏｏｍｌｅｎｓ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｚｏｏｍｃａｍｉｓａｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｃ

4、ｏｎｔｉｎｕｏｕｓｚｏｏｍｏｆｔｈｅｚｏｏｍｌｅｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｚｏｏｍｌｅｎｓａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｉｚｅｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｔｈｅｐｒｉｃｉｐｌｅｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｚｏｏｍｌｅｎｓｂｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｚｏｏｍｃａｍｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＮＸ／Ｎａｓｔｒａｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｚｏｏｍｃａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ

5、ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｆｉｎａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｓｓｏｆｚｏｏｍｃａｍｈａｓｔｉｇｈｔｅｎｅｄｂｙ８８ｇ，ｔｈｅｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１．５ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｓｉｚｅｏｆｏｕｔｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ３ｍｍ．Ｔｈｅｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｚｏｏｍｃａｍ，ｉｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｃａｍ’ｓｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ５０．３Ｈｚｂｙｍｏ

6、ｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｉｚｅｏｆｃａｍｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆ９０℃ｉｓ０．００６ｍｍｂｙｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｌｅｎｓｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｔｅｓｔ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｓｔａｎｄｈｉｇｈａｎｄｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｅｓｔｓ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｐｒｏｖｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｏｐ收稿日期：２００９０７２０；修订日期：２００９

7、１０１４．基金项目：武器装备预研基金资助项目（Ｎｏ．５１４６００４０１０４ＺＫ１００１）；国防预研基金资助项目（Ｎｏ．１０４０６０３）８９４光学精密工程第１８卷ｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｏｆｚｏｏｍｃａｍｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｚｏｏｍｌｅｎｓ；ｃａｍ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ１引言２主要技术指标变焦距镜头是指焦距在一定范围内连续改变根据实际应用要求，变焦距镜头的主