顧立彬

(中國電子科技集團(tuán)公司 第二十研究所, 陜西 西安 710068)

某艦載雷達(dá)自動(dòng)鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

顧立彬

(中國電子科技集團(tuán)公司 第二十研究所, 陜西 西安 710068)

艦載雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)能消除艦船縱橫搖對(duì)雷達(dá)天線產(chǎn)生的影響。自動(dòng)鎖是某艦載雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)縱搖機(jī)構(gòu)、橫搖機(jī)構(gòu)的鎖定機(jī)構(gòu)。首先提出自動(dòng)鎖的設(shè)計(jì)指標(biāo)；然后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)自動(dòng)鎖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要包括傳動(dòng)形式的選擇、鎖舌行程計(jì)算、推拉力計(jì)算和開閉鎖時(shí)間的計(jì)算；最后對(duì)自動(dòng)鎖進(jìn)行了環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，主要包括密封設(shè)計(jì)和防腐設(shè)計(jì)。

自動(dòng)鎖；艦載雷達(dá)；穩(wěn)定平臺(tái)

艦艇在水面航行時(shí)會(huì)發(fā)生縱搖、橫搖、升沉以及航向的改變，特別是縱搖、橫搖和航向的改變，對(duì)雷達(dá)的影響最大，因此給雷達(dá)天線座的設(shè)計(jì)帶來了特殊的問題——穩(wěn)定問題。針對(duì)艦載雷達(dá)天線座的穩(wěn)定問題應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)械穩(wěn)定平臺(tái)[1]。

自動(dòng)鎖是穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)的鎖定裝置，安裝于穩(wěn)定平臺(tái)的外圍，由于某些雷達(dá)安裝位置低，海上風(fēng)浪大，工作環(huán)境惡劣，所以自動(dòng)鎖性能的安全可靠對(duì)艦載雷達(dá)的正常工作起著至關(guān)重要的作用。

1 穩(wěn)定平臺(tái)原理和自動(dòng)鎖設(shè)計(jì)指標(biāo)

1.1穩(wěn)定平臺(tái)工作原理

如圖1所示。穩(wěn)定平臺(tái)有2根軸，橫搖軸與艦首尾線平行，縱搖軸與艦首尾線垂直。在縱搖軸和橫搖軸上各有1套伺服驅(qū)動(dòng)裝置和軸位傳感器。

圖1 穩(wěn)定平臺(tái)原理圖

1.2自動(dòng)鎖設(shè)計(jì)指標(biāo)

a.鎖舌行程要求：≥18mm。

b.自動(dòng)鎖鎖舌可以承受200N的插拔力。

c.開、閉鎖時(shí)間：≤10s。

d.自動(dòng)鎖裝有電氣部件的腔體應(yīng)滿足防水式密封要求，外露部分應(yīng)選用耐腐蝕材料。

2 自動(dòng)鎖的設(shè)計(jì)

2.1傳動(dòng)形式的選擇

如圖2所示，自動(dòng)鎖主要由蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部分組成。這種形式具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、密封效果好等優(yōu)點(diǎn)[2]。

圖2 自動(dòng)鎖原理圖

自動(dòng)鎖工作時(shí)，直流力矩電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)蝸桿蝸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，蝸輪與齒輪同軸固定，進(jìn)而帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，齒條通過彈簧的彈性力使鎖舌伸出，插入穩(wěn)定平臺(tái)的鎖孔內(nèi)，即完成鎖定任務(wù)。蝸輪軸后端固定有凸輪滑塊，凸輪滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)碰觸微動(dòng)開關(guān)，對(duì)鎖頭的行程和往返進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)開鎖和閉鎖。

2.2指標(biāo)分配計(jì)算

2.2.1鎖舌行程計(jì)算

根據(jù)自動(dòng)鎖技術(shù)指標(biāo)要求，鎖舌行程大于18mm，選擇蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為i1=105；齒輪的齒數(shù)為z1=21,模數(shù)為m=1.0。詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)

2.2.2推拉力計(jì)算

根據(jù)雷達(dá)自動(dòng)鎖的技術(shù)指標(biāo)要求，自動(dòng)鎖鎖舌在承受200N的插拔力作用時(shí)應(yīng)能正常工作，由此依次向后推導(dǎo)電機(jī)所需力矩。自動(dòng)鎖受力分析如圖3所示。

圖3 自動(dòng)鎖受力分析圖

自動(dòng)鎖的鎖舌承受200N的推力，其通過彈簧將推力作用在齒條上，齒條與齒輪嚙合，最終將作用力轉(zhuǎn)換成齒輪上的轉(zhuǎn)矩。齒輪與蝸輪同軸固定，則蝸桿上需要的傳動(dòng)力矩為(取g=10m/s2)：

式中：M蝸桿為蝸桿上所需轉(zhuǎn)矩；M齒輪為齒輪上所需轉(zhuǎn)矩；η1為齒輪齒條的傳遞效率，η1=0.94；η2為蝸輪蝸桿的傳遞效率，η2=0.40；i為蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比，i=105；F為自動(dòng)鎖鎖舌承受的推力，F(xiàn)=200N；R齒輪的公稱半徑，R=10.5mm。

考慮鎖舌與套筒、毛氈的摩擦力，蝸輪軸與旋轉(zhuǎn)油封的摩擦力，以及環(huán)境中可能出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象，取安全系數(shù)為a=1.5，則電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩為：

M電機(jī)=aM蝸桿=0.08N·m

2.2.3開、閉鎖時(shí)間計(jì)算

電機(jī)選擇成都906廠生產(chǎn)的永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)J30LYX12, 電機(jī)的連續(xù)力矩為0.12 N·m,大于電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩0.08 N·m,電機(jī)的性能曲線如圖4所示(陰影部分為電機(jī)連續(xù)工作區(qū)域)。

圖4 電機(jī)性能曲線圖

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩0.08N·m時(shí)，轉(zhuǎn)速為300r/min，則自動(dòng)鎖開、閉鎖時(shí)間為：

2.3環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

自動(dòng)鎖的工作環(huán)境為海洋潮濕環(huán)境，并且在露天環(huán)境下工作，為了保證其內(nèi)部電器元件正常工作，主要考慮密封設(shè)計(jì)和防腐蝕設(shè)計(jì)[3]。

2.3.1密封設(shè)計(jì)

自動(dòng)鎖的密封分為兩種情況：一種為靜密封，一種為動(dòng)密封。

靜密封可采用一般的O型密封圈或密封墊兩種方式密封，并在端面涂抹密封膠，其密封等級(jí)可以達(dá)到防水式密封。

動(dòng)密封存在兩種情況：一種是鎖舌與套筒之間的直線運(yùn)動(dòng)密封；一種是旋轉(zhuǎn)軸與殼體之間的旋轉(zhuǎn)密封。如圖5所示鎖舌與套筒之間的直線運(yùn)動(dòng)密封通過毛氈實(shí)現(xiàn)，主要防止液態(tài)水和灰塵進(jìn)入齒輪腔體內(nèi)。

圖5 動(dòng)密封

旋轉(zhuǎn)軸與殼體之間的旋轉(zhuǎn)密封采用德氏封的MA47旋轉(zhuǎn)密封圈密封。MA47旋轉(zhuǎn)密封圈是以聚四氟乙烯為材料主體，以金屬張力彈簧作為預(yù)壓力的U形密封圈，密封性能好，并具有較低的摩擦力，其密封等級(jí)可以達(dá)到防水式密封。

2.3.2防腐蝕性設(shè)計(jì)

防腐蝕性設(shè)計(jì)主要是對(duì)零部件材料的選擇，以及對(duì)零部件涂鍍處理工藝的選擇。該自動(dòng)鎖的殼體均采用5A06防銹鋁機(jī)械加工而成，并經(jīng)化學(xué)氧化處理(Ct·O)；鎖舌、齒輪和齒條等零件選用1Cr18Ni9Ti機(jī)械加工而成。

旋轉(zhuǎn)密封圈將自動(dòng)鎖內(nèi)的腔體分為兩個(gè)腔體，即齒輪腔體和密閉腔體。齒輪腔體內(nèi)部的零部件均采用1Cr18Ni9Ti機(jī)械加工而成，防銹蝕性能好，允許進(jìn)入少量的水汽；密閉腔體為防水式密封，保證了內(nèi)部蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電器部分的正常工作。

3 結(jié)束語

本文首先提出了在艦載雷達(dá)設(shè)計(jì)過程中一個(gè)至關(guān)重要的問題——穩(wěn)定問題。針對(duì)該問題，本文分別從傳動(dòng)形式、鎖舌行程、推拉力和開、閉鎖時(shí)間幾個(gè)方面設(shè)計(jì)了一種新型自動(dòng)鎖，為了解決其工作環(huán)境惡劣的問題，對(duì)其進(jìn)行了環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。目前該自動(dòng)鎖已經(jīng)通過了環(huán)境試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 吳鳳高.天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社,1986.

[2] 張潤逵，戚仁欣，張樹熊，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝(上冊(cè))[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007:400-404.

[3] 平麗浩，黃普慶，張潤逵，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝(下冊(cè))[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007:268-277,294-308.

TheStructureDesignofanAutomaticLockonShipboardRadar

GU Libin

(The 20th Research Institute of CETC, Shaanxi Xi 'an, 710068, China)

A stable platform system of shipboard radar can eliminate the effect of ship roll and pitch of the radar antenna. An automatic lock is a locking mechanism of the rolling and pitching mechanism on shipboard radar stable platform. This paper proposes the design goals of the automatic lock, shows the detail about the structure of an automatic lock such as the choosing of transmission, the calculating of bolt traveling and push-pull force and opening, and closing locking time. It also puts forward the environmental adaptive design of the automatic lock, sealing and preventing corrosion.

Automatic Lock; Shipboard Radar; Stable Platform

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.03.016

2014-01-02

顧立彬(1986—)，男，河北任丘人，中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所助理工程師，碩士，主要從事雷達(dá)天線座傳動(dòng)設(shè)計(jì)與分析工作。

TN959.1

B

2095-509X(2014)03-0062-03