王宏巍

(山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第一研究所，山西 太原 030024)

通過(guò)研究一般的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)存在一定不足。主要是整體結(jié)構(gòu)形式較復(fù)雜、布局分散，座體體積和重量方面都有超標(biāo)可能。為了解決這一系列問(wèn)題，提出更加優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 工作原理

座體是由伺服高速小轉(zhuǎn)矩電機(jī)，通過(guò)減速器減速降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)座體臺(tái)面進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還有多級(jí)旋變采集數(shù)據(jù)進(jìn)行位置控制，并可進(jìn)行標(biāo)定，速度檔自動(dòng)調(diào)節(jié)等[1]。它接收指揮控制設(shè)備送來(lái)的指令，通過(guò)控制方位的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使受支撐裝置具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和正確的方位，并且向指揮設(shè)備傳送受支撐裝置的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度和方位數(shù)據(jù)。

2 總體設(shè)計(jì)

總體布局采用上、下兩層結(jié)構(gòu)形式。上層主要是臺(tái)面、主軸齒輪、減速器、電機(jī)、導(dǎo)電滑環(huán)、旋變。下層為驅(qū)動(dòng)器、濾波器、對(duì)外插座等?？刂齐娐钒搴碗姍C(jī)分別安裝在座體的兩個(gè)側(cè)面。整個(gè)方位軸把導(dǎo)電滑環(huán)、多級(jí)旋變、主軸齒輪、臺(tái)面串聯(lián)起來(lái)，減少了傳動(dòng)級(jí)數(shù)[2]。這樣不僅縮小了空間，減輕了重量，而且大大提高了整個(gè)座體的傳動(dòng)精度?？傮w內(nèi)部示意圖如圖1所示。

3 各主要單體設(shè)計(jì)

3.1 方位軸

方位軸做成貫通整個(gè)軸的中空形式。同時(shí)在旋變、滑環(huán)安裝位置附近的軸上開(kāi)徑向孔槽，這樣的結(jié)構(gòu)形式不僅能夠減輕方位軸的重量，還能給整個(gè)電氣部分提供便捷的布線條件。

圖1 總體內(nèi)部示意圖

3.2 主軸齒輪

主軸齒輪是直接傳遞動(dòng)力和數(shù)據(jù)的傳動(dòng)件。為了滿足傳動(dòng)精度要求，采用雙層齒輪，這樣不但能夠消除齒輪傳動(dòng)空回，還能降低噪音，對(duì)傳動(dòng)準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性都有很大好處。

3.3 殼體

殼體是一個(gè)支撐座體的關(guān)鍵零件，采用鑄鋁鑄造完成。主要難度是相對(duì)位置尺寸精度的加工。殼體內(nèi)腔體兩側(cè)面和底面開(kāi)門，大大增加座體的可維修性。

4 密封和電磁兼容性設(shè)計(jì)

為滿足淋雨要求，整個(gè)座體進(jìn)行水密性設(shè)計(jì)，在方位維修窗口、底部結(jié)合處利用導(dǎo)電膠條密封，方位轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分采用迷宮形式進(jìn)行密封如圖2，迷宮結(jié)構(gòu)中填充低溫潤(rùn)滑脂[3]。

電磁兼容性設(shè)計(jì)是機(jī)電系統(tǒng)中必不可少的部分，從源頭上我們?cè)陔娫炊思訛V波器，并且把控制板和電機(jī)分布于左右兩個(gè)不同的腔體中，避免兩者的相互干擾，座體兩側(cè)蓋板加導(dǎo)電膠條，采用全金屬外殼使整個(gè)整體導(dǎo)通。

圖2 防水迷宮設(shè)計(jì)

5 關(guān)重部位計(jì)算分析

5.1 慣性力矩

假設(shè)負(fù)載m1=60 kg，負(fù)載m2=40kg。

1) 負(fù)載m1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

2) 負(fù)載m2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

綜合上述的負(fù)載整體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

JZ=JZ1+JZ2=15.486 5 kg·m2

已知方位最大加速度為43.2°/s2，按照經(jīng)驗(yàn)值預(yù)留控制量加速度按2倍計(jì)算，可知：

MJ=J·2α=23.35 N·m

5.2 摩擦力矩

摩擦力矩主要為軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦(以靜摩擦計(jì)算)：

MS=f×N×(D+d)/4=(0.1～0.3)×

100×(0.09+0.05)/4=0.35～1.05 N·m

5.3 風(fēng)阻

迎風(fēng)面距回轉(zhuǎn)中心90mm，按照環(huán)境為8級(jí)風(fēng)計(jì)算：

MW=P·S·D=267.3×0.37×0.09=8.82 N·m .

把以上3種主要影響力矩相加，力矩之和為32.52～33.22 N·m

5.4 其他

考慮到方位轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，編碼器，齒輪產(chǎn)生的摩擦，還有其他未考慮因素，輸出力矩應(yīng)大于33.5 N·m。

5.5 電機(jī)功率預(yù)估

預(yù)算執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的功率：

PD=1.5×MFωmax=1.5×33.5×3.768=189.342 W.

6 結(jié)束語(yǔ)

該伺服座體的設(shè)計(jì)充分從縮小體積和提高傳動(dòng)精度的角度出發(fā)，選擇緊湊的傳動(dòng)形式，這樣使得座體得以小型化、輕量化、精密化，而且對(duì)密封性和電磁兼容性進(jìn)行設(shè)計(jì)，環(huán)境試驗(yàn)順利通過(guò)。