摘 要:合理的精度儲(chǔ)備在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有重要的意義，文章結(jié)合具體實(shí)例分析了精度儲(chǔ)備在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并通過(guò)裝備在部隊(duì)中的實(shí)際使用驗(yàn)證了其有效性。

關(guān)鍵詞:精度儲(chǔ)備 鍵 公差

中圖分類(lèi)號(hào):TU398文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0005-02

The Application Analyze of Accuracy Storage

on Radar Machinery Design

Ying Wen xing Ma Chuan Bao

(The 38th Research Institute of China Electronic Technical Group CO. ，Hefei 230088，China)

Abstract:It is important to use a reasonable accuracy storage on machine design， an idiographic example was particularized to analyze the application of accuracy storage on Radar Machinery design in this paper， and the validity also be proved by the arms using in army.

Keywords:accuracy storage;key;tolerance

1 引言

隨著現(xiàn)代雷達(dá)的機(jī)械結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越發(fā)精確，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的精度也提出了更高的要求。作為雷達(dá)測(cè)量精度重要組成部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精度，既對(duì)電訊指標(biāo)的精度有著重大影響，其本身又極易受各種誤差的影響，因此，為長(zhǎng)期保持產(chǎn)品良好的工作性能、工作精度和使用壽命，在產(chǎn)品的精度設(shè)計(jì)中，既要考慮制造公差也要考慮功能公差，才能使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)可以在一定精度范圍可靠地工作，即設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)精度儲(chǔ)備的分析。

2 精度儲(chǔ)備的概念

精度儲(chǔ)備可以用精度儲(chǔ)備系數(shù)(coeffici ent of precision reservation)表示:

式中KT—精度儲(chǔ)備系數(shù);

TF—功能公差(functional tolerance)，即由使用要求確定的，在使用期限內(nèi)，某個(gè)功能參數(shù)的最大允許變動(dòng)量;

TK—制造公差。

由精度儲(chǔ)備系數(shù)的含義可知，由使用要求確定的公差TF不能全部用作制造公差，還必須保留一部分作為“功能公差”。制造公差用于補(bǔ)償制造過(guò)程中的如加工、測(cè)量、裝配等各種誤差;功能公差則用于補(bǔ)償使用過(guò)程中的如磨損、變形等各種誤差。這樣，才有利于在使用中長(zhǎng)期地保持機(jī)器及其零部件的工作性能。

3 精度儲(chǔ)備系數(shù)的選取

根據(jù)精度儲(chǔ)備系數(shù)的定義，顯然，KT應(yīng)該大于1，國(guó)外一些公司多取KT=2。近年來(lái)，隨著人們對(duì)精度儲(chǔ)備的認(rèn)識(shí)程度的提高，國(guó)內(nèi)的一些機(jī)械設(shè)計(jì)單位逐漸取KT=2。精度儲(chǔ)備系數(shù)KT的大小，主要取決于使用情況，如初始精度允許的降低程度、期望的使用期限、功能參數(shù)及使用指標(biāo)的變化特性及其他因素。過(guò)大的精度儲(chǔ)備系數(shù)雖然能提高使用壽命和使用價(jià)值，但是也將增加制造和檢測(cè)的成本。歸根結(jié)底，精度儲(chǔ)備系數(shù)的選取應(yīng)使機(jī)械產(chǎn)品的使用價(jià)值與制造成本的綜合經(jīng)濟(jì)效果最好。對(duì)于整套設(shè)備而言，目前代表國(guó)際先進(jìn)水平的整套設(shè)備的精度儲(chǔ)備一般為1.4～1.6，而代表國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的整套設(shè)備的精度儲(chǔ)備一般為1.2～1.3，而國(guó)內(nèi)一般水平的精度儲(chǔ)備往往稍高于1.0。

原則上講，對(duì)機(jī)器、儀器及長(zhǎng)期使用的零部件都應(yīng)建立精度儲(chǔ)備，并且應(yīng)按每一功能參數(shù)，包括幾何參數(shù)及其他物理參數(shù)等，去建立精度儲(chǔ)備。對(duì)于那些對(duì)機(jī)器、儀器使用性能影響特別大，且在工作過(guò)程中容易變化的參數(shù)，尤應(yīng)充分考慮建立精度儲(chǔ)備。例如發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞與缸筒之間，必須有間隙的精度儲(chǔ)備，因?yàn)檫@個(gè)間隙受溫度的影響變化較大，不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)率與單位功率，而且對(duì)其功能與使用壽命也有較大的影響。

4 精度儲(chǔ)備在雷達(dá)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 撐腿的工作原理

現(xiàn)代防空警戒雷達(dá)多采用機(jī)電液一體化技術(shù)，操作過(guò)程高度自動(dòng)化，具有很高的機(jī)動(dòng)性能。能夠保證在短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)工作平臺(tái)的調(diào)平和天線陣面的翻轉(zhuǎn)、升降等，以滿足部隊(duì)快速反應(yīng)、快速轉(zhuǎn)移的作戰(zhàn)要求，其中，工作平臺(tái)的調(diào)平是天線展開(kāi)后續(xù)工作的前提。在目前裝備部隊(duì)的雷達(dá)中，普遍采用的方式之一是依靠調(diào)平撐腿進(jìn)行調(diào)平，撐腿如圖1所示。

該撐腿的工作原理為:電機(jī)從電控系統(tǒng)接收電信號(hào)后通過(guò)減速機(jī)輸出扭矩，驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)撐腿的伸縮運(yùn)動(dòng)。在電機(jī)與減速機(jī)以及減速機(jī)與絲桿之間，由軸、孔、鍵槽結(jié)構(gòu)連接，所以，電機(jī)、減速機(jī)、絲桿之間的鍵傳遞主要用于扭矩的傳遞，由于雷達(dá)調(diào)平精度對(duì)電訊測(cè)量精度有較大的影響，所以對(duì)撐腿內(nèi)部結(jié)構(gòu)鍵連接的配合精度也有較高要求。

4.2 配合公差的選取分析

在鍵連接系列標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1095～1099—1979)中，依據(jù)不同用途的需要，對(duì)鍵和鍵槽的公差與配合規(guī)定了3種鍵連接配合種類(lèi):較松鍵連接、一般鍵連接及較緊鍵連接，如表1所示。其中，較松鍵連接用于導(dǎo)向鍵;一般鍵連接用于定位和傳遞扭矩的場(chǎng)合;較緊鍵連接用于傳遞重載或雙向傳扭的場(chǎng)合。因?yàn)樵撎庢I連接主要用于傳遞扭矩，所以該處的配合采用上述鍵連接中一般鍵連接情況。(如表1)

鍵連接的主要配合參數(shù)是鍵與鍵槽的寬度，分別為b與B，鍵連接的公差帶與配合代號(hào)直接取自《極限與配合公差帶與配合選擇》標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1801—1999)。由表1可知，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鍵的寬度規(guī)定了統(tǒng)一的公差帶為h9，而對(duì)軸槽寬規(guī)定了3種公差帶，即H9，N9及P9對(duì)轂槽寬也規(guī)定了3種公差帶，為D10，JS9及P9，這樣形成了3組基軸制配合。根據(jù)鍵連接的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)配合種類(lèi)的要求并不繁雜，主要要求應(yīng)有比較確定的間隙或過(guò)盈。

根據(jù)鍵的使用和裝配要求，鍵在軸槽中既要固緊，又要便于拆裝，以增強(qiáng)撐腿的可維護(hù)性。從使用性能上來(lái)考慮，為保證鍵連接有效的使用壽命，要求鍵與軸槽的側(cè)面應(yīng)有充分大的實(shí)際有效接觸面積來(lái)承受負(fù)荷，以保證鍵連接可靠性。因此，鍵與軸槽的配合最好有少許過(guò)盈量。至于鍵與轂槽的配合從增大鍵與槽側(cè)面的承壓面積要求，也應(yīng)有少許過(guò)盈量，但為了便于拆裝，特別是考慮補(bǔ)償鍵槽對(duì)稱(chēng)度等形位誤差的影響，也允許有少量間隙。因此，該兩處鍵連接所要求的配合特性，可概括為“一軸兩孔”配合。由于在鍵連接標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1095～1099—1979)中，借用了光滑圓柱體結(jié)合的公差與配合(GB/T1800~1804—1999)系列標(biāo)準(zhǔn)，因此，這里的“軸”與“孔”分別指的是鍵與鍵槽的兩側(cè)面。

所謂“一軸兩孔”配合，是在鍵與鍵槽寬度的基本尺寸相同(即B=b)的前提下，鍵與軸槽和轂槽之間，分別要求不同的配合性質(zhì)。此外，還由于鍵連接配合標(biāo)準(zhǔn)采用的是基軸制配合，即鍵寬b的公差帶按基準(zhǔn)軸位置h不變(一軸)，而改變軸槽和轂槽寬度B的公差帶的位置(兩孔)，以實(shí)現(xiàn)不同的配合性質(zhì)。

4.3 精度儲(chǔ)備系數(shù)的確定方法

如前所述，電機(jī)、減速機(jī)、絲桿之間采用的是一般鍵連接的配合方式。這種連接中，鍵與軸槽公差帶所組成的配合屬于過(guò)渡配合，裝配時(shí)可能得到間隙，也可能得到過(guò)盈。當(dāng)鍵與軸槽之間有較大間隙，或鍵與轂槽之間有較大過(guò)盈時(shí)，顯然對(duì)裝配和使用兩方面質(zhì)量都不利。為了避免這種不利情況的發(fā)生，生產(chǎn)中必需采取合理的工藝措施來(lái)彌補(bǔ)，即實(shí)際加工精度與配合精度的選擇應(yīng)考慮一定的精度儲(chǔ)備，以滿足裝配和使用的要求。

以TF表示間隙配合功能配合公差，以XmaxF和XminF表示功能最大間隙和最小間隙，則TF=XmaxF-XminF;TK為孔與軸制造公差之和，若不考慮裝配誤差等，則TK=TH+TS，即規(guī)定的配合公差。則此時(shí)的精度儲(chǔ)備系數(shù)為:

K=

一般而言，在電機(jī)啟動(dòng)的瞬間，鍵與電機(jī)及減速機(jī)的連接處會(huì)有一定的沖擊和磨損，為了擴(kuò)大磨損儲(chǔ)備，考慮到Xmin出現(xiàn)的概率很小，也允許Xmin＜XminF，但考慮概率的最小間隙Xminp應(yīng)大于或接近于功能最小間隙XminF。Xminp可稱(chēng)為考慮概率的最小間隙，并由下式確定。

Xmin=Xav-0.5-

式中Xav—所選配合的平均間隙。

可見(jiàn)，當(dāng)磨損速度一定時(shí)，若間隙接近XminF時(shí)，其壽命將最長(zhǎng);若間隙接近XmaxF，其壽命將最短。以平均間隙Xav代表所選配合，則可以用

τ=

表示該配合使用的相對(duì)壽命，故稱(chēng)τ為壽命系數(shù)，其值在0和1之間，且數(shù)值越大，相對(duì)壽命越長(zhǎng)。

在大量裝備部隊(duì)的該型撐腿中，圖1所示的與鍵1相配合的電機(jī)和減速機(jī)的鍵槽尺寸以及與鍵2相配合的絲桿和減速機(jī)的配合鍵槽尺寸分別為60-0.03、6±0.015、120-0.043、12±0.021，后來(lái)在一次質(zhì)量改進(jìn)過(guò)程中，依據(jù)文中所述方法，將配合尺寸改為6-0.01-0.03、6+0.005-0.015、12-0.01-0.043、12+0.010-0.021，由于精度提高，間隙減小，增加了磨損儲(chǔ)備，故障率明顯降低。經(jīng)售服部門(mén)的大量統(tǒng)計(jì)，該型撐腿由于鍵連接失效導(dǎo)致的故障發(fā)生時(shí)間間隔，即平均無(wú)故障時(shí)間(MTTF)由原來(lái)的1277.5天增加至1642天，提高了28.6%，可見(jiàn)，在該處結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計(jì)中加入精度儲(chǔ)備后，取得了良好的使用效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中適當(dāng)進(jìn)行精度儲(chǔ)備的分析，可以避免由于精度失效造成機(jī)械及其零部件功能的喪失，長(zhǎng)期保持機(jī)構(gòu)及其零部件的工作性能，延長(zhǎng)使用壽命，提高其使用價(jià)值。精度儲(chǔ)備的合理運(yùn)用，在加工階段，既便于生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的零部件，又可以避免浪費(fèi)造成加工和檢測(cè)過(guò)程的困難;在使用階段，既可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，又對(duì)保證雷達(dá)工作的可靠性及測(cè)量的精度方面起到重要的作用。

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