車載電子對抗兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案探究

孫立峰

（哈爾濱華德學(xué)院機(jī)電工程系，哈爾濱150025）

0 引言

隨著雷達(dá)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對于雷達(dá)測試用車載電子對抗轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了新的要求：工作狀態(tài)時(shí)要把轉(zhuǎn)臺(tái)安裝到車上去，而且機(jī)動(dòng)性和作戰(zhàn)能力要快速反應(yīng)，且轉(zhuǎn)臺(tái)的重量要輕，不用吊裝設(shè)備人力就可以把轉(zhuǎn)臺(tái)安裝到車上。因而在研制過程，要求既要保證雷達(dá)的工作狀態(tài)，又要保證質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，靈活方便，適應(yīng)環(huán)境。

1 轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，轉(zhuǎn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)是由負(fù)載盤1、俯仰軸系、方位軸系組成。俯仰軸系與方位軸系之間由推力軸承8承受徑向力，且用脹緊聯(lián)軸器21連接，且兩軸系由轉(zhuǎn)臺(tái)底座16支撐組成轉(zhuǎn)臺(tái)整體。因此試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)分為臺(tái)體與底座兩部分，可拆卸安裝，總高度為1100±50 mm，垂直承載≤150 kg。

2 俯仰軸系的組成與功能

俯仰軸系由俯仰軸4、俯仰軸電機(jī)23、俯仰軸減速器22、俯仰軸碼盤5、俯仰軸支座7、非接觸式電磁感應(yīng)開關(guān)26、限位裝置機(jī)械擋鐵27、機(jī)械零位鎖緊裝置3等組成。全部俯仰軸系實(shí)現(xiàn)了其負(fù)載旋轉(zhuǎn)角范圍為+10°～-90°，并且保證俯仰最大動(dòng)態(tài)誤差為±0.1°，最大靜態(tài)誤差為±0.1°，最大跟蹤速度為0.1°/s～6°/s，最大角加速度2°/s2。采用閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋信息，保證回轉(zhuǎn)精度。

圖1 雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1）俯仰軸支撐負(fù)載與負(fù)載盤，承受所施加的徑向力，也是減速器聯(lián)接與固定件。左軸承為成對使用的角接觸球軸承，能承受徑向力和軸向力，間隙比較小，保證了俯仰軸的回轉(zhuǎn)精度。右端采用減速器的軸承直接支撐，能承受較大的徑向力與軸向力，既保證了俯仰軸的回轉(zhuǎn)精度，又縮小了軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊。

2）俯仰軸電機(jī)與行星齒輪減速器結(jié)合進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，保證了電機(jī)外形尺寸，轉(zhuǎn)矩與功率較小。且使俯仰軸旋轉(zhuǎn)獲得所需要的轉(zhuǎn)角范圍。

3）俯仰軸碼盤的作用是測量反饋俯仰軸的轉(zhuǎn)角誤差，實(shí)現(xiàn)其閉環(huán)控制。

4）俯仰軸支承座采用整體式結(jié)構(gòu)，采用鋁合金鑄造成型的方法，側(cè)面板使剛度大大提高，既可承受俯仰軸全部的徑向力，同時(shí)又起到了固定碼盤、支撐減速器的作用。在俯仰軸與支腿聯(lián)接處，零位鎖緊銷與負(fù)載盤聯(lián)接處有采用雙金屬鑄造的鋼套，保證了裝配精度。

5）非接觸式感應(yīng)開關(guān)用來保證負(fù)載盤轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)不超過其轉(zhuǎn)角范圍，起限位的作用。

6）當(dāng)軟件限位與感應(yīng)開關(guān)限位不起作用時(shí)，機(jī)械限位裝置保證不超過極限位置，起到過載保護(hù)的作用。

7）當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)處于不工作狀態(tài)，運(yùn)輸、存放時(shí)機(jī)械零位鎖緊裝置使俯仰軸系處于零位，進(jìn)行鎖緊起到保護(hù)的作用。

8）負(fù)載盤1上安裝負(fù)載與云臺(tái)等，起支撐、固定的作用。

9）云臺(tái)2（攝像機(jī)支架）上安裝、支承攝像機(jī)，并調(diào)解攝像機(jī)的回轉(zhuǎn)與俯仰角度使其對準(zhǔn)軸系中心。

3 方位軸系的組成與功能

方位軸系由方位軸電機(jī)10，方位軸11，旋轉(zhuǎn)變壓器12，方位軸碼盤14，機(jī)械零位鎖緊裝置9，方位軸碼盤罩15，方位軸碼盤安裝法蘭19，接觸式電磁感應(yīng)開關(guān)18等組成。方位軸系實(shí)現(xiàn)了為±170°的轉(zhuǎn)角范圍，并且保證了方位最大動(dòng)態(tài)誤差±0.06°，最大靜態(tài)誤差為±0.03°，最大跟蹤速度為0.01°/s～6°/s，最大角加速度為2°/s2。且采用了閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋信息，保證回轉(zhuǎn)精度。

1）方位軸電機(jī)是由我校自行研制的力矩電機(jī)，采用組合式結(jié)構(gòu),由電機(jī)上端蓋、外殼、定子、轉(zhuǎn)子、下端蓋、方位軸組成：（1）電機(jī)上端蓋的作用為通過推力軸承支撐整個(gè)俯仰軸系；通過圓錐滾子軸承對方位軸進(jìn)行支撐；固定了機(jī)械限位裝置與方位零位鎖緊裝置,水平測量裝置和方位軸刻度盤。（2）方位軸電機(jī)外殼的作用是固定電機(jī)定子，聯(lián)接電機(jī)上端蓋及下端蓋，而且也是電機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)底座的聯(lián)接體。（3）電機(jī)轉(zhuǎn)子除了本身電機(jī)的作用外，這里也起聯(lián)接電機(jī)與方位軸的作用。（4）方位軸聯(lián)接電機(jī)轉(zhuǎn)子，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)自身旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)整個(gè)方位軸系旋轉(zhuǎn)達(dá)到方位旋轉(zhuǎn)角度；而且通過脹緊聯(lián)軸器與俯仰軸系緊密聯(lián)接，成為有機(jī)的整體。選用了圓錐滾子軸承能承受較大的徑向力，保證在負(fù)載的作用下能夠安全穩(wěn)定地工作。（5）方位軸電機(jī)下端蓋的作用是通過圓錐滾子軸承對方位軸進(jìn)行支撐；同時(shí)固定旋轉(zhuǎn)變壓器、方位碼盤罩、方位軸碼盤，對方位軸感應(yīng)開關(guān)通過支架進(jìn)行間接固定；也對電機(jī)進(jìn)行了密封，但最大的一個(gè)作用就是承受方位軸的軸向力。

2）旋轉(zhuǎn)變壓器是調(diào)節(jié)電流電壓防止外部電磁干擾。

3）方位軸碼盤是測量反饋方位軸的轉(zhuǎn)角誤差實(shí)現(xiàn)其閉環(huán)控制。

4）機(jī)械零位鎖緊裝置20是當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)在不工作狀態(tài)時(shí)，運(yùn)輸、存放使俯仰軸系處于零位，用機(jī)械鎖緊裝置鎖緊，起到保護(hù)的作用。

5）機(jī)械限位裝置是當(dāng)軟件限位與感應(yīng)開關(guān)限位不起作用時(shí)，器械擋鐵實(shí)現(xiàn)其功能，保證不超過極限位置,也起到過載保護(hù)的作用。

6）方位軸碼盤罩是防止方位軸感應(yīng)片與電線纏繞在一起造成事故，起到了保護(hù)的作用。

7）非接觸式感應(yīng)開關(guān)是感應(yīng)方位回轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，起限位的作用。

8）方位軸碼盤安裝法蘭與電機(jī)下端蓋、碼盤進(jìn)行配合，起到聯(lián)接與安裝的作用。

4 其它零部件的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)

1）轉(zhuǎn)臺(tái)底座16的功能是對整個(gè)臺(tái)體的支撐，通過調(diào)整墊鐵17與車體相聯(lián)。底座開有側(cè)面窗口觀察裝配零部件。

2）調(diào)整墊鐵17的功能是調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)的某點(diǎn)高度，使其處于水平狀態(tài)。

3）俯仰軸減速器22與電機(jī)防雨罩24是用來防雨與安裝俯仰軸刻度盤25,保證電機(jī)與減速器不被破壞。

4）俯仰軸碼盤防雨罩6是防止雨淋、鹽霧等，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

5）推力軸承8的功能是承受俯仰軸系與負(fù)載所施加的徑向力，讓方位軸承承受最小的軸向力。

5 結(jié)語

俯仰軸系、方位軸系具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、結(jié)構(gòu)尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使選擇的電機(jī)轉(zhuǎn)矩、功率相對較小，使轉(zhuǎn)臺(tái)的平衡性、平穩(wěn)性提高，使轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加合理優(yōu)化。電機(jī)的上端蓋與電機(jī)外殼、電機(jī)外殼與電機(jī)下端蓋、旋轉(zhuǎn)變壓器、方位軸碼盤法蘭與碼盤的裝配與拆卸都采用組合式，把機(jī)械限位與機(jī)械零位鎖緊裝置結(jié)合起來使結(jié)構(gòu)更加緊湊，拆裝與加工過程更簡單、合理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了方位軸系和俯仰軸系之間的垂直度及回轉(zhuǎn)精度直接影響工作臺(tái)面的位置精度，也考慮了兩個(gè)軸系旋轉(zhuǎn)部件的平衡技術(shù)，只有平衡合理才能減小電機(jī)功率，解決驅(qū)動(dòng)、鎖緊、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)和整機(jī)可靠性等問題。

［1］ 郭陽寬.雙軸伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究［D］.北京：清華大學(xué)，2004.

［2］ 李尚義，趙克定，吳盛林.三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.宇航學(xué)報(bào)，1995（2）：63-66.