某雷達天線升降調平機構設計

（1.鐵嶺長天機電有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112000；2.總參信息化部駐沈陽地區軍事代表室，遼寧 沈陽 110005）

某雷達天線升降調平機構設計

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（1.鐵嶺長天機電有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112000；2.總參信息化部駐沈陽地區軍事代表室，遼寧 沈陽 110005）

天線升降調平機構具有二級升降和調平功能，不僅承擔了機動式雷達天線的架設和撤收工作，還能夠對天線安裝面進行自動調平。本文介紹了天線升降調平機構的適用范圍、基本組成、工作原理和設計計算，并論述了天線升降調平機構在設計方面是如何滿足國軍標環境適應性要求的。

升降機構；絲杠；自鎖；調平；環境適應性

1 適用范圍

機動式雷達天線多安裝于車載方艙內，雷達工作時，天線必須全部裸露在方艙外， 周圍不得有任何遮擋物，在運輸過程中，天線又必須收回方艙中。因此，在車載方艙內必須有一套升降裝置來擔負天線的升降任務。天線升降調平機構可以安裝于艙內，能夠承擔雷達天線的架設、撤收和調平任務。雷達工作時，天線升降調平機構可將雷達天線舉升至艙外的預定高度，然后自動對雷達天線的安裝面進行調平；雷達工作結束后，可將雷達天線全部撤收回艙內。

2 結構設計

2.1 基本組成

天線升降調平機構主要由一級升降機構、二級升降機構和調平機構組成。一級升降機構主要任務是將雷達天線升出艙外，但因結構因素影響不能把全部雷達天線升出艙外。二級升降機構是對一級升降機構的補充，它能夠將雷達天線升到艙外預定的高度。調平機構是將天線升降調平機構上的天線安裝面調整到與水平面平行的位置。天線升降調平機構的基本組成見圖1。

2.2 工作原理

雷達天線架設過程：一級升降電機先通電旋轉，帶動主動鏈輪旋轉，再經鏈條帶動從動鏈輪和四個一級升降絲桿同步轉動，從而將一級升降板升至艙頂壁。一級升降板達限位高度時，一級升降行程開關動作，電機斷電，同時二級升降電機通電工作，通過圓錐齒輪、鏈輪、鏈條傳動，帶動三根二級升降絲桿同步轉動，將二級升降板舉升。當二級升降板升至預定高度時，二級升降機構行程開關動作，二級升降電機斷電。然后，調平系統開始工作，當安裝在天線安裝板上的傾角傳感器感應出天線安裝板沒有水平時，控制系統會自動啟動X軸調平電機和Y軸調平電機動作，帶動調平絲桿調整萬向架和天線安裝板的位置，直至傾角傳感器顯示水平。天線撤收過程的動作順序與架設相反，首先，控制系統指令天線調平歸位（即調平機構使天線安裝板回到架設前的位置），歸位后，二級升降機構開始下降，其行程到位后，一級升降機構開始下降，到位后停止。

3 主要設計計算

3.1 螺紋自鎖

升降調平機構所有螺旋副均采用梯形螺紋，能夠自鎖，不需另加自鎖裝置，這樣天線升降調平機構在行程范圍內升降到任意高度位置都可以停止使用，且長時間停留無下沉現象。

螺紋自鎖條件：λ≤ρ1，其中λ—螺紋升角，ρ1—當量摩擦角

其中S—螺紋導程，d2—螺紋中徑。

其中f—材料摩擦因數，α—螺紋牙形角。

3.2 電動機功率確定

升降調平機構共有4臺電機驅動，分別是一級升降電機、二級升降電機和調平電機（調平電機2臺）。每個電機最終均是帶動絲杠旋轉使絲母上升，所以電機動率確定方式相同。

電機功率公式是：

其中，η總—傳動鏈總效率；F—螺紋軸向載荷；n—絲杠轉速

3.3 架設、調平和撤收時間

升降調平機構的架設、調平和撤收是通過絲杠的旋轉運動轉化為絲母的直線運動實現的。因此，升降調平機構的架設、調平和撤收時間就是絲母完成直線行程的時間。

時間計算公式：

其中L—絲母行程

圖1

圖2

3.4 螺紋的耐磨性設計計算：

其中[p]—許用壓強，φ—對于整體式螺母，取1.2～2.5。

3.5 螺紋牙根的剪切強度校核計算：

其中d1—螺母螺紋大徑；b—螺紋牙根部厚；z—螺母的旋合圈數；[τ]—螺母許用剪切應力

3.6 螺紋牙根部彎曲強度校核計算：

其中，h—螺紋牙工作高度；[σ]b—螺母許用彎曲應力。

4 國軍標環境適應性要求的設計實現

GJB42395《裝備環境工程通用要求》對環境適應性的定義是: 裝備在其壽命期預計可能遇到的各種環境的作用下能實現其所有預定功能和性能和（或）不被破壞的能力。環境因素包括：溫度，濕度，雨，雪，鹽霧，日光及風沙等。以下內容闡述了升降調平機構在設計方面是如何滿足國軍標環境適應性要求的。

4.1 防淋雨、防沙塵設計

在架設狀態下，升降調平機構大部分結構伸出到艙外。此時，需要采取防淋雨、防沙塵措施的位置有兩處。一級升降板與艙頂板之間使用密封膠圈密封，一級升降板上升到最高點時膠圈與艙頂板接觸實現密封，可以防止雨水和塵土通過此處縫隙進入艙內。二級升降機構架體與天線之間采用防雨膠布扎制的碟狀件密封，一端固定在二級升降機構的架體上面，一端固定在雷達天線的外圓上，這樣，二級升降機構和調平機構與外部環境隔離（見圖2）。通過以上措施，天線升降調平機構只有一級升降板和二級升降機構架體與外部環境接觸，滿足標準GJB150中關于淋雨和沙塵的環境適應性試驗要求。

4.2 高、低溫設計

標準GJB150對溫度試驗指標作了定量要求，工作溫度為-40℃～+55℃，貯存溫度為-50℃～+70℃。升降調平機構在設計中充分考慮了高、低溫環境要求，選擇的電動機和減速機自身在高、低溫環境中能夠正常穩定工作；選擇電器元件和潤滑油脂滿足高、低溫環境指標；另外，非金屬零件盡量采用膨脹系數小的材料，避免在溫度變化時熱脹冷縮、增加摩擦損耗、降低效率甚至出現卡滯現象。

4.3 振動、沖擊設計

為了使天線升降調平機構在經受振動、沖擊環境作用時和作用后能正常工作，且結構不發生累積疲勞損傷，再設計中作了以下工作：在架設狀態下，使用4個鎖緊螺母把一級升降板和艙頂板固定一起，使升降調平機構與方艙形成剛性連接；在天線和一級升降板之間掛上鋼絲繩，用鎖具螺旋扣調整鋼絲繩松緊。這樣，天線、升降調平機構和方艙整體形成剛性件（見圖2）。在撤收狀態下，使用4個鎖緊螺母把一級升降板和艙底板固定一起；同樣，在天線和一級升降板之間掛上鋼絲繩，用鎖具螺旋扣調整鋼絲繩松緊。另緊固件裝有防松墊圈，承受載荷較大的緊固件安裝時還要滴上厭氧膠。

4.4 “三防”設計

雷達產品，特別是工作在沿海地區的雷達產品，要經受濕熱、霉菌、太陽輻射等嚴酷環境的考驗，要保證產品壽命期間無故障地工作，三防技術是不可忽視的。三防防護設計就是對系統設備和某些特定單元采取的防濕熱，防霉菌，防鹽霧腐蝕的設計思想，設計方法和防護工藝措施。三防設計的關鍵主要是防止金屬表面凝結空氣中水分，構成腐蝕通道。對于機械結構來講，主要是采取正確的零件材料表面處理技術和合理的結構設計方法。升降調平機構充分考慮了三防設計：（1）黑色金屬表面采用噴鋅或鍍鋅工藝，然后噴底漆和面漆；（2）鋁材選用防銹鋁合金LF21，表面陽極氧化；（3）銅材表面氧化，然后噴底漆和面漆；（4）傳動接觸面用潤滑指保護；（5）絲杠選用不銹鋼材料；（6）電動機和減速箱進行密封設計；（7）避免形成積水結構，造成積水處腐蝕；（8）避免零件間出現容易積水的縫隙，縫隙一旦腐蝕很難根治，所以螺紋連接處涂抹密封膠，焊接結構不能夠滿焊的位置要進行焊縫填充；（9）緊固件采用不銹鋼材料。

結語

升降調平機構雷達工作時把天線升至艙項部，行軍時把天線降到艙內，降低拖車重心，避免運輸超高，從而使雷達具有很好的機動性和隱蔽性。升降調平機構可代替車體支腿調平機構，并且整體調平更有效。該機構采用普通絲杠傳動，具有自鎖性，能夠獲得較高的定位精度，運轉平穩，加速時無顫動，低速時不爬行，結構簡單，制造成本低。

[1]朱鐘淦，葉尚輝.天線結構設計[D].西安電子科技大學.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社.

[3]劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社.

[4]陳鐵鳴.機械設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社.

TN95 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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