便攜式雷達支撐座結構設計

摘 要：按某型號便攜式雷達支撐座設計指標要求，在方位傳動結構中采用單蝸輪雙蝸桿形式，分析了提高傳動精度及減少回差的工作原理，俯仰傳動結構中分析減小負載驅動力矩時，采用雙扭轉彈簧代替配重塊形式。對方位及俯仰結構在環境適應性、角度檢測反饋、限位形式等方面進行分析和論述，提出了優化的結構方案。

關鍵詞：雙蝸桿；回差；雙扭轉彈簧；限位形式

Portable Radar Structure Design of Brackets

LUO Shi-rong

（Fujian radio equipment factory ，Fujian 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

便攜式警戒雷達攜帶方便，功耗小可以通過蓄電池供電，適用野外臨時執行偵察與監控任務。雷達主要用于探測目標，支撐座支撐雷達按監控指令要求進行方位和俯仰的自動扇掃搜索或定點警戒，雷達搜索發現目標以后能夠準確測量目標的具體位置和運動速度等，通過指令要求能進行動態跟蹤，并即時將目標信息傳送至控制終端。因此，雷達支撐座是帶動雷達運動的基礎結構，雷達支撐座結構將直接影響到整套裝備的使用性能，應具有較高的可靠性、快速性和機動性、穩定性。

1.設計要求及原則

根據便攜式警戒雷達的一般使用條件和性能要求，通常對支撐座結構提出的主要戰術技術指標有：警戒工作范圍、運轉的速度和加速度、低速轉動平穩性、傳動鏈有一定的扭轉剛度和足夠的驅動力、轉動慣量小、低功耗、傳動齒輪間的齒隙小、攜帶方便、可靠性高、環境適應性好[1]。

經濟性是設計的一項重要原則，合理地選擇結構形式，原材料和加工精度，恰當地選用加工工藝以降低產品成本。采用經過考驗的、成熟的現有技術和能達到的指標，減少新結構、新材料、新工藝的比例，貫徹“三化”，即零件標準化、部件通用化、產品系列化，以提高設備的可靠性，改善使用性能，保證零、部件的互換性，簡化修配工作，縮短生產周期，減少維護費。

2.支撐座結構形式

支撐座主要包括支撐座不動的固定底座、方位及俯仰二維支撐，動力驅動裝置、齒輪傳動及消隙裝置、軸位角度檢測裝置、機械角度限位滑環。選擇步進電機作為驅動動力源，由于步進電機停轉的時候具有最大的轉矩，有較好的位置精度和運動的重復性，優秀的起停和反轉響應，由于沒有電刷，可靠性較高。

支撐座在驅動指令的控制下，步進電機驅動減速裝置帶動負載實現方位、俯仰在規定監控角度范圍內平穩的運動。方位部分選擇漸開線圓柱直齒輪及一級蝸輪雙蝸桿傳動，同時安裝方位角度傳感器及方位角度限位器件。俯仰部分采用一級蝸輪蝸桿傳動，步進電機直接驅動蝸桿轉動帶動蝸輪軸俯仰，同時安裝俯仰方向的角度傳感器及俯仰角限位器件。方位及俯仰傳動均用自鎖蝸桿作為末級傳動以減小外界干擾力引起支撐座自轉，支撐座結構形式見圖1。

3.結構設計

方位轉動部分采用豎直軸式結構，主軸支承自重和負載，主軸用上下兩個角接觸球軸承支撐。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間隙引起的偏斜[1]，軸的回轉軸線穩定性較好。

在主軸端同軸安裝角度檢測裝置，實現方位角度的實時檢測反饋及電氣方位角度超邊界值斷電保護功能。方位主軸上安裝蝸輪及異形滑環件，異形滑環件用于保護由于電氣限位失靈的情況下起機械堵轉限位，將方位限位實現雙重限位的功能。對于工作時需要作雙向回轉的精密度齒輪傳 動鏈，除了應計算傳動誤差之外，同是應計算回差，使綜合傳動誤差不超過允許值，由于回差主要是由輪齒在非工作面間的側間隙所造成，有齒側間隙必然造成回差[2]。故本設計中采用蝸輪直徑方向兩側各安裝一根自鎖蝸桿，步進電機同軸安裝直齒輪與其中一側蝸桿嚙合，兩蝸桿間通過傳動比為1：1的直齒圓柱齒輪傳動，通過調整螺釘使兩蝸桿的軸向位置分別與蝸輪齒面單側嚙合，使蝸輪順時針與逆時針方向旋轉時由其中一根蝸桿起驅動作用，保證蝸輪蝸桿的無側隙嚙合，消除支撐座方位回轉回空誤差。蝸桿的定位軸承預緊力一般隨溫度變化而改變，本設計采用碟形彈簧預緊，可保證工作時預緊力基本不變[3]。方位傳動設計結構形式如圖2。

俯仰轉動部分一般設計成雙支點回轉，選用標準軸承，兩支點間有一定的跨度，以保證俯仰軸有一定的回轉精度及支撐剛度[1]。俯仰轉動部分由俯仰軸及兩個支臂構成龍門式支撐，俯仰軸用角接觸球軸承通過軸承端蓋及箱體座定位，用端蓋及墊圈實現預緊力的調整以消除游隙及適應轉軸熱脹冷縮量的變化。俯仰軸同軸安裝蝸輪及機械角度限位異形滑環，俯仰軸旋轉由步進電機直接驅動蝸桿帶動蝸輪轉動實現，異形滑環件用于保護由于電氣限位失靈的情況下起機械堵轉限位。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，實現俯仰角度的實時檢測反饋及電氣俯仰角度超邊界值斷電保護功能。為了克服負載俯仰時的不平衡力矩，減小步進電機工作負載，使俯仰工作平穩，在蝸輪與異形滑環之間安裝兩個扭轉彈簧，在俯仰軸為水平角度時，兩個彈簧均不起作用，當俯仰軸俯仰時，兩個彈簧分別產生扭轉力矩，與負載的重力矩大小相等而方向相反，從而實現俯仰軸的靜平衡，避免用增加機動平衡塊來達到較好的平衡狀態，從而減小整個支撐座的尺寸及重量及驅動電機的功耗，俯仰結構形式如圖3。

為了讓雷達支撐座適應外界工作條件，支撐座的所有轉動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，盡量減輕整個設備重量，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滑動速度較高，使得摩擦發熱和溫升較高現象，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

便攜式警戒雷達支撐座的設計和制造，對雷達整機設備的精度、可靠性、成本和加工周期影響很大，其機械性能，有些直接體現了整機設備的使用性能，整機的性能指標在很大程度上取決于支撐座的結構設計及工藝水平，支撐座的精度高低直接影響整個雷達的測量和跟蹤精度。在精度和強度、體積、重量、防塵、防水及轉動慣量等方面均有較嚴格的指標要求，因此，結構設計應嚴格按照各項指標要求進行。按本文論述的設計方案，具有以下優缺點：

4.1該支撐座傳動較平穩、噪聲低、直齒輪使用尼龍材料能消除振動噪聲，方位傳動采用雙蝸桿優化結構消隙精度高。

4.2俯仰軸采用扭簧來消除負載偏心力矩，減少電機工作力矩，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，轉動慣量小。

4.3方位及俯仰均用相同的驅動電機、相同的角度傳感器、相同的角度機械限位滑環、相同的蝸輪等，易于實現零件的互換性。

4.4在實際的生產過程中也存在一些不足：方位部分在裝配調整回差角時要反復調試蝸桿兩端軸承端蓋，俯仰用扭轉彈簧來平衡負載力矩時很難做到完全平衡。

4.5當方位及俯仰運轉角度失控碰到異形滑環限位塊時電機并沒有切斷電源，當有要求時可以通過增加行程限位開關來實現。

按本文論述方案設計的支撐座可滿足技術指標和使用要求，具有很多優化的結構形式，通過對一些技術問題的進一步研究及改進，可以使得該設計不合理處更加合理。

參考文獻：

[1]張潤逵等編著.雷達結構與工藝.北京：電子工業出版社，2007.4：379-385

[2]徐峰，李慶祥編著.精密機械設計.北京：清華大學出版社，2005.12：175-185

[3]郭芝俊，左寶山，張桂芳，張寶興主編.機械設計便覽.天津科學技術出版社出版，1988.9：825

作者簡介：羅仕榮（1979.10.6-），男，漢族，福建省三明市人，中級機械工程師，學士學位，主要從便攜式雷達結構方面的研究。