(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

一種新型轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案

陳美芳

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

介紹一種新型的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速可達(dá)到60 r/min。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)型式相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)。論述了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的選擇和系統(tǒng)組成，為國(guó)內(nèi)的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)提供寶貴的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

新型轉(zhuǎn)臺(tái)；直接驅(qū)動(dòng)；單電機(jī)；機(jī)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)

0 引言

轉(zhuǎn)臺(tái)是支撐天線探測(cè)目標(biāo)的裝置，它通過天線控制系統(tǒng)，使天線能夠按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)或者跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確地指向目標(biāo)，并且通過它精確地測(cè)出目標(biāo)的方向。早期的雷達(dá)、通訊設(shè)備性能要求比較低，轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)、通訊設(shè)備廣泛用于天文、氣象、航空和航天等領(lǐng)域，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求[1]。轉(zhuǎn)臺(tái)的種類很多，按轉(zhuǎn)軸的數(shù)目可分為一軸、二軸、三軸、四軸和固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)[1]。這里討論的高速轉(zhuǎn)臺(tái)為一軸的結(jié)構(gòu)型式，在24 h不停機(jī)的工況下，最高輸出轉(zhuǎn)速要求達(dá)到60 r/min。

該轉(zhuǎn)臺(tái)一改傳統(tǒng)的復(fù)雜傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)型式，采取減速機(jī)輸出直接驅(qū)動(dòng)天線的方式，在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)。為以后高轉(zhuǎn)速要求的轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí)，基于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。

1 驅(qū)動(dòng)方案的選擇

傳統(tǒng)的一軸轉(zhuǎn)臺(tái)往往采用“電機(jī)→減速機(jī)→末級(jí)齒輪→回轉(zhuǎn)支承→轉(zhuǎn)盤”的傳動(dòng)方式[2]，利用復(fù)雜的傳動(dòng)鏈來傳遞運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。工作原理為：電機(jī)通過減速機(jī)減速后，再經(jīng)過回轉(zhuǎn)支承-齒輪組一級(jí)減速，驅(qū)動(dòng)安裝在轉(zhuǎn)盤上的天線旋轉(zhuǎn)，使天線能夠按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)或者跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)型式主要由方位機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)盤2部分組成。

圖1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)型式

在此，研究了一種新型的轉(zhuǎn)臺(tái)型式，如圖2所示。其工作原理為：電機(jī)通過減速機(jī)一級(jí)減速后，直接帶動(dòng)安裝在天線支架上的天線旋轉(zhuǎn)，使天線能夠按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)或跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

圖2 新型轉(zhuǎn)臺(tái)型式

2種轉(zhuǎn)臺(tái)型式相比較，有以下特點(diǎn)：

a.使用要求。2種結(jié)構(gòu)型式都可實(shí)現(xiàn)功能，滿足使用要求。

b.可靠性。通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選用高性能的元器件，2種結(jié)構(gòu)都可滿足高可靠的性能要求。

c.結(jié)構(gòu)。后者少了復(fù)雜傳動(dòng)鏈，較前者簡(jiǎn)單緊湊。

d.重量。后者少了很多結(jié)構(gòu)件，整體重量較前者也減輕很多。

e.傳遞效率。后者少了傳動(dòng)鏈帶來的能量損耗和摩擦損耗，較前者效率高。

f.控制精度。前者傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)，后者明顯高于前者。

g.反應(yīng)速度。后者采用減速電機(jī)“直驅(qū)”天線旋轉(zhuǎn)的方式，較前者反應(yīng)更加靈敏迅速。

h.潤(rùn)滑方式。前者需要考慮回轉(zhuǎn)支承-齒輪組和軸承的潤(rùn)滑，后者只需要解決減速箱內(nèi)部的潤(rùn)滑。相比較，后者的潤(rùn)滑方式更為簡(jiǎn)單。

根據(jù)上述分析，結(jié)合實(shí)際要求，系統(tǒng)選用后者新型的減速電機(jī)“直驅(qū)”的驅(qū)動(dòng)方式。

2 “單機(jī)”和“雙機(jī)”驅(qū)動(dòng)的選擇

“雙機(jī)”驅(qū)動(dòng)意思為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過離合器實(shí)現(xiàn)兩電機(jī)交替使用，無縫切換[3]，其結(jié)構(gòu)型式如圖3所示。

圖3 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

為了對(duì)“單機(jī)”和“雙機(jī)”2種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比較，擬將2種機(jī)構(gòu)內(nèi)部的元器件在相同工況下的可靠性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較[4]，如表1和表2所示。

表1 單電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式下的可靠性結(jié)果

單 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)名稱失效率平均故障間隔時(shí)間/h平均修復(fù)時(shí)間/h可靠性/%軸 承4 50×10-82 22×1074齒 輪3 84×10-72 60×1064鉸 鏈2 25×10-54 44×1042編碼器6 60×10-61 51×1051電 機(jī)4 00×10-62 50×1051合 計(jì)3 35×10-52 99×1041299 9697

表2 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式下的可靠性結(jié)果

雙 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)名稱失效率平均故障間隔時(shí)間/h平均修復(fù)時(shí)間/h可靠性/%軸 承4 50×10-82 22×1074齒 輪3 84×10-72 60×1064鉸 鏈2 25×10-54 44×1042編碼器6 60×10-61 51×1051電 機(jī)3 33×10-63 00×1051合 計(jì)3 28×10-53 05×1041299 9703

由以上分析可知，在相同工況下，對(duì)于減速電機(jī)“直驅(qū)”的型式而言，無論是單電機(jī)驅(qū)動(dòng)還是雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其可靠性結(jié)果是差不多的。

考慮到使用雙電機(jī)的機(jī)構(gòu)往往應(yīng)用于消隙技術(shù)，而對(duì)可靠性貢獻(xiàn)不大，同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高制造成本，所以最終選擇單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)方式。

3 機(jī)構(gòu)組成

由以上分析可知，減速電機(jī)“直驅(qū)”的結(jié)構(gòu)型式比傳統(tǒng)的型式更具優(yōu)勢(shì)。研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

減速機(jī)和電機(jī)直聯(lián)，簡(jiǎn)稱減速電機(jī)。圖4中，減速電機(jī)空心軸輸出，一端驅(qū)動(dòng)天線支架旋轉(zhuǎn)，一端帶動(dòng)鉸鏈旋轉(zhuǎn)。為了提高系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)采用雙同步機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝于方位底座內(nèi)，其雙片齒輪與安裝在輸出軸上的方位齒輪嚙合，1∶1檢測(cè)天線旋轉(zhuǎn)角度。減速電機(jī)由法蘭安裝在底座上，波導(dǎo)則從減速機(jī)的空心軸內(nèi)穿過。為了減小偏心，同時(shí)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過力學(xué)仿真分析，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了配重設(shè)計(jì)，安裝于減速機(jī)的另一側(cè)。

4 應(yīng)用前景

經(jīng)過調(diào)研大量的資料后發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)在20世紀(jì)60年代就開始了應(yīng)用試驗(yàn)、相繼成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)的場(chǎng)監(jiān)技術(shù)卻是空白，各大民航機(jī)場(chǎng)均引進(jìn)的是國(guó)外的場(chǎng)監(jiān)技術(shù)[5]。

所介紹的高速轉(zhuǎn)臺(tái)，是能夠滿足場(chǎng)監(jiān)技術(shù)所要求的輸出轉(zhuǎn)速60 r/min的使用要求和性能指標(biāo)的。待研制結(jié)束后推入市場(chǎng)，可打破國(guó)外對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)的壟斷，提升中國(guó)綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的運(yùn)行效率。

5 結(jié)束語

該型式的一軸轉(zhuǎn)臺(tái)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕和傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)，滿足輸出轉(zhuǎn)速為60 r/min的使用要求。轉(zhuǎn)臺(tái)的研發(fā)工作已完成，后期將對(duì)總體性能指標(biāo)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。待研制完成后，將很快應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)中。

[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] 顧燦春.天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，2002，18(6):59-61.

[3] 薛漢杰.雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙技術(shù)及其在數(shù)控設(shè)備中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2009(17):84-88，91.

[4] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：北京工業(yè)出版社，1991.

[5] 金文.場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國(guó)民用航空，2011，129(9):48-50.

Design Scheme of a New Type Turntable

CHENMeifang

(No.38 Research Institute of CETC，Hefei 230088，China)

This paper described the structure of a new type of turntable; the output speed can reach to 60 r/min.Compared with the traditional type.It possessed the advantages of simple structure and high efficiency transmission.In this paper，the choosing of drive mode and system components was specifically introduced in detail.It provided valuable theoretical and practical basis for the domestic airport surface surveillance technology.

new type turntable; direct drive; single motor; surface surveillance radar

2014-07-09

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAH24B05)

TH112.1

A

1001-2257(2014)12-0020-03

陳美芳(1981-)，女，安徽淮北人，工程師，主要從事雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)方面的研制。