摘 要：按某型號(hào)便攜式雷達(dá)支撐座設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，在方位傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中采用單蝸輪雙蝸桿形式，分析了提高傳動(dòng)精度及減少回差的工作原理，俯仰傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中分析減小負(fù)載驅(qū)動(dòng)力矩時(shí)，采用雙扭轉(zhuǎn)彈簧代替配重塊形式。對(duì)方位及俯仰結(jié)構(gòu)在環(huán)境適應(yīng)性、角度檢測反饋、限位形式等方面進(jìn)行分析和論述，提出了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方案。

關(guān)鍵詞：雙蝸桿；回差；雙扭轉(zhuǎn)彈簧；限位形式

Portable Radar Structure Design of Brackets

LUO Shi-rong

（Fujian radio equipment factory ，F(xiàn)ujian Sanming 365001 ，China）

Abstract： In accordance with the requirements of design index of brackets a type portable radar in bearing structure in the form of single worm gear and worm transmission， Analyzes the transmission accuracy and reduce the working principle of the return difference pitch analysis reduces load driving torque transmission structure，Adopts double torsion spring instead of counterweight block form. Each other and pitch detection in environmental adaptability， Angle feedback structure， Limit form aspects are analyzed and discussed， Such as optimizing the structure of the scheme are put forward.

Key words： double worm； Back to the poor； Double torsion spring； Limit form

前言

便攜式警戒雷達(dá)攜帶方便，功耗小可以通過蓄電池供電，適用野外臨時(shí)執(zhí)行偵察與監(jiān)控任務(wù)。雷達(dá)主要用于探測目標(biāo)，支撐座支撐雷達(dá)按監(jiān)控指令要求進(jìn)行方位和俯仰的自動(dòng)扇掃搜索或定點(diǎn)警戒，雷達(dá)搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)以后能夠準(zhǔn)確測量目標(biāo)的具體位置和運(yùn)動(dòng)速度等，通過指令要求能進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，并即時(shí)將目標(biāo)信息傳送至控制終端。因此，雷達(dá)支撐座是帶動(dòng)雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，雷達(dá)支撐座結(jié)構(gòu)將直接影響到整套裝備的使用性能，應(yīng)具有較高的可靠性、快速性和機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性。

1.設(shè)計(jì)要求及原則

根據(jù)便攜式警戒雷達(dá)的一般使用條件和性能要求，通常對(duì)支撐座結(jié)構(gòu)提出的主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)有：警戒工作范圍、運(yùn)轉(zhuǎn)的速度和加速度、低速轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性、傳動(dòng)鏈有一定的扭轉(zhuǎn)剛度和足夠的驅(qū)動(dòng)力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、低功耗、傳動(dòng)齒輪間的齒隙小、攜帶方便、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好[1]。

經(jīng)濟(jì)性是設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要原則，合理地選擇結(jié)構(gòu)形式，原材料和加工精度，恰當(dāng)?shù)剡x用加工工藝以降低產(chǎn)品成本。采用經(jīng)過考驗(yàn)的、成熟的現(xiàn)有技術(shù)和能達(dá)到的指標(biāo)，減少新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的比例，貫徹“三化”，即零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化，以提高設(shè)備的可靠性，改善使用性能，保證零、部件的互換性，簡化修配工作，縮短生產(chǎn)周期，減少維護(hù)費(fèi)。

2.支撐座結(jié)構(gòu)形式

支撐座主要包括支撐座不動(dòng)的固定底座、方位及俯仰二維支撐，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、齒輪傳動(dòng)及消隙裝置、軸位角度檢測裝置、機(jī)械角度限位滑環(huán)。選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，由于步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩，有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性，優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)，由于沒有電刷，可靠性較高。

支撐座在驅(qū)動(dòng)指令的控制下，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速裝置帶動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)方位、俯仰在規(guī)定監(jiān)控角度范圍內(nèi)平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。方位部分選擇漸開線圓柱直齒輪及一級(jí)蝸輪雙蝸桿傳動(dòng)，同時(shí)安裝方位角度傳感器及方位角度限位器件。俯仰部分采用一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸輪軸俯仰，同時(shí)安裝俯仰方向的角度傳感器及俯仰角限位器件。方位及俯仰傳動(dòng)均用自鎖蝸桿作為末級(jí)傳動(dòng)以減小外界干擾力引起支撐座自轉(zhuǎn)，支撐座結(jié)構(gòu)形式見圖1。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

方位轉(zhuǎn)動(dòng)部分采用豎直軸式結(jié)構(gòu)，主軸支承自重和負(fù)載，主軸用上下兩個(gè)角接觸球軸承支撐。由于軸承間有一定間距以保證抗傾覆能力，能有效地消除軸承內(nèi)間隙引起的偏斜[1]，軸的回轉(zhuǎn)軸線穩(wěn)定性較好。

在主軸端同軸安裝角度檢測裝置，實(shí)現(xiàn)方位角度的實(shí)時(shí)檢測反饋及電氣方位角度超邊界值斷電保護(hù)功能。方位主軸上安裝蝸輪及異形滑環(huán)件，異形滑環(huán)件用于保護(hù)由于電氣限位失靈的情況下起機(jī)械堵轉(zhuǎn)限位，將方位限位實(shí)現(xiàn)雙重限位的功能。對(duì)于工作時(shí)需要作雙向回轉(zhuǎn)的精密度齒輪傳 動(dòng)鏈，除了應(yīng)計(jì)算傳動(dòng)誤差之外，同是應(yīng)計(jì)算回差，使綜合傳動(dòng)誤差不超過允許值，由于回差主要是由輪齒在非工作面間的側(cè)間隙所造成，有齒側(cè)間隙必然造成回差[2]。故本設(shè)計(jì)中采用蝸輪直徑方向兩側(cè)各安裝一根自鎖蝸桿，步進(jìn)電機(jī)同軸安裝直齒輪與其中一側(cè)蝸桿嚙合，兩蝸桿間通過傳動(dòng)比為1：1的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，通過調(diào)整螺釘使兩蝸桿的軸向位置分別與蝸輪齒面單側(cè)嚙合，使蝸輪順時(shí)針與逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)由其中一根蝸桿起驅(qū)動(dòng)作用，保證蝸輪蝸桿的無側(cè)隙嚙合，消除支撐座方位回轉(zhuǎn)回空誤差。蝸桿的定位軸承預(yù)緊力一般隨溫度變化而改變，本設(shè)計(jì)采用碟形彈簧預(yù)緊，可保證工作時(shí)預(yù)緊力基本不變[3]。方位傳動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式如圖2。

俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)部分一般設(shè)計(jì)成雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)，選用標(biāo)準(zhǔn)軸承，兩支點(diǎn)間有一定的跨度，以保證俯仰軸有一定的回轉(zhuǎn)精度及支撐剛度[1]。俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)部分由俯仰軸及兩個(gè)支臂構(gòu)成龍門式支撐，俯仰軸用角接觸球軸承通過軸承端蓋及箱體座定位，用端蓋及墊圈實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的調(diào)整以消除游隙及適應(yīng)轉(zhuǎn)軸熱脹冷縮量的變化。俯仰軸同軸安裝蝸輪及機(jī)械角度限位異形滑環(huán)，俯仰軸旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，異形滑環(huán)件用于保護(hù)由于電氣限位失靈的情況下起機(jī)械堵轉(zhuǎn)限位。俯仰軸軸端安裝直齒輪與俯仰角度傳感器軸端直齒輪相嚙合，實(shí)現(xiàn)俯仰角度的實(shí)時(shí)檢測反饋及電氣俯仰角度超邊界值斷電保護(hù)功能。為了克服負(fù)載俯仰時(shí)的不平衡力矩，減小步進(jìn)電機(jī)工作負(fù)載，使俯仰工作平穩(wěn)，在蝸輪與異形滑環(huán)之間安裝兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧，在俯仰軸為水平角度時(shí)，兩個(gè)彈簧均不起作用，當(dāng)俯仰軸俯仰時(shí)，兩個(gè)彈簧分別產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，與負(fù)載的重力矩大小相等而方向相反，從而實(shí)現(xiàn)俯仰軸的靜平衡，避免用增加機(jī)動(dòng)平衡塊來達(dá)到較好的平衡狀態(tài)，從而減小整個(gè)支撐座的尺寸及重量及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功耗，俯仰結(jié)構(gòu)形式如圖3。

為了讓雷達(dá)支撐座適應(yīng)外界工作條件，支撐座的所有轉(zhuǎn)動(dòng)部份及嚙合部份均涂上特種低溫潤滑脂，所有端蓋與殼體接觸部位均用耐酸耐堿用橡膠密封，所有由外圍裝入的螺釘均涂上704硅橡膠后裝入，盡量減輕整個(gè)設(shè)備重量，支撐座殼體均選用硬鋁材料，直齒輪采用尼龍材料。由于蝸輪嚙合輪齒間相對(duì)滑動(dòng)速度較高，使得摩擦發(fā)熱和溫升較高現(xiàn)象，故采用錫青銅制作蝸輪、并與淬硬磨削的鋼蝸桿相匹配[2]。

4.總結(jié)

便攜式警戒雷達(dá)支撐座的設(shè)計(jì)和制造，對(duì)雷達(dá)整機(jī)設(shè)備的精度、可靠性、成本和加工周期影響很大，其機(jī)械性能，有些直接體現(xiàn)了整機(jī)設(shè)備的使用性能，整機(jī)的性能指標(biāo)在很大程度上取決于支撐座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝水平，支撐座的精度高低直接影響整個(gè)雷達(dá)的測量和跟蹤精度。在精度和強(qiáng)度、體積、重量、防塵、防水及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等方面均有較嚴(yán)格的指標(biāo)要求，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照各項(xiàng)指標(biāo)要求進(jìn)行。按本文論述的設(shè)計(jì)方案，具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

4.1該支撐座傳動(dòng)較平穩(wěn)、噪聲低、直齒輪使用尼龍材料能消除振動(dòng)噪聲，方位傳動(dòng)采用雙蝸桿優(yōu)化結(jié)構(gòu)消隙精度高。

4.2俯仰軸采用扭簧來消除負(fù)載偏心力矩，減少電機(jī)工作力矩，采用自鎖蝸桿增加外界抗干擾能力，外殼及非受力部件均采用硬鋁材料，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。

4.3方位及俯仰均用相同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、相同的角度傳感器、相同的角度機(jī)械限位滑環(huán)、相同的蝸輪等，易于實(shí)現(xiàn)零件的互換性。

4.4在實(shí)際的生產(chǎn)過程中也存在一些不足：方位部分在裝配調(diào)整回差角時(shí)要反復(fù)調(diào)試蝸桿兩端軸承端蓋，俯仰用扭轉(zhuǎn)彈簧來平衡負(fù)載力矩時(shí)很難做到完全平衡。

4.5當(dāng)方位及俯仰運(yùn)轉(zhuǎn)角度失控碰到異形滑環(huán)限位塊時(shí)電機(jī)并沒有切斷電源，當(dāng)有要求時(shí)可以通過增加行程限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

按本文論述方案設(shè)計(jì)的支撐座可滿足技術(shù)指標(biāo)和使用要求，具有很多優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式，通過對(duì)一些技術(shù)問題的進(jìn)一步研究及改進(jìn)，可以使得該設(shè)計(jì)不合理處更加合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]張潤逵等編著.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝.北京：電子工業(yè)出版社，2007.4：379-385

[2]徐峰，李慶祥編著.精密機(jī)械設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2005.12：175-185

[3]郭芝俊，左寶山，張桂芳，張寶興主編.機(jī)械設(shè)計(jì)便覽.天津科學(xué)技術(shù)出版社出版，1988.9：825

作者簡介：羅仕榮（1979.10.6-），男，漢族，福建省三明市人，中級(jí)機(jī)械工程師，學(xué)士學(xué)位，主要從便攜式雷達(dá)結(jié)構(gòu)方面的研究。