王宏杰(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153)

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雷達(dá)載車(chē)調(diào)平支腿機(jī)械設(shè)計(jì)

王宏杰
(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153)

摘要:機(jī)動(dòng)雷達(dá)一般是通過(guò)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)載車(chē)自動(dòng)調(diào)平的。隨著機(jī)動(dòng)雷達(dá)的廣泛應(yīng)用，作為雷達(dá)載車(chē)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的重要組成部分，調(diào)平支腿設(shè)計(jì)的成功與否會(huì)直接或間接地影響到雷達(dá)整機(jī)的工作性能。本文介紹了一種機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)，其機(jī)械部分具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:機(jī)動(dòng)雷達(dá);自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng);調(diào)平支腿;機(jī)械設(shè)計(jì)

0　引言

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)雷達(dá)技術(shù)的需求被重新認(rèn)識(shí)，快速反應(yīng)和高機(jī)動(dòng)進(jìn)退功能成為對(duì)雷達(dá)較為迫切的需求，地面雷達(dá)高機(jī)動(dòng)技術(shù)得到雷達(dá)應(yīng)用和研究領(lǐng)域的廣泛重視［1］。機(jī)動(dòng)雷達(dá)一般是通過(guò)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)載車(chē)自動(dòng)調(diào)平的。雷達(dá)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是雷達(dá)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)提高雷達(dá)的測(cè)量性能，如目標(biāo)角度的測(cè)量精度以及天線(xiàn)架設(shè)、撤收的速度等，起著決定性的作用［2］。

作為雷達(dá)載車(chē)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的重要組成部分，調(diào)平支腿的設(shè)計(jì)涉及到機(jī)械、伺服等研究領(lǐng)域，其設(shè)計(jì)成功與否會(huì)直接或間接影響到雷達(dá)整機(jī)的工作性能。

本文介紹了一種機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)，其機(jī)械部分具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。該支腿已經(jīng)在機(jī)動(dòng)雷達(dá)產(chǎn)品上成熟應(yīng)用。

1　調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)

調(diào)平支腿一般對(duì)稱(chēng)布置在雷達(dá)載車(chē)兩側(cè)，通過(guò)支腿的上下收縮，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)載車(chē)的調(diào)平。調(diào)平支腿在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平精度要求、調(diào)平時(shí)間要求、調(diào)平支腿的額定行程、最大承載能力，同時(shí)還需要綜合考慮車(chē)輛底盤(pán)的空間分配情況，以及支腿與車(chē)輛底盤(pán)的安裝接口型式等。調(diào)平支腿主要承受重載的垂直載荷，而且載車(chē)上裝的雷達(dá)設(shè)備價(jià)值很高，因而在調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的載荷計(jì)算、剛強(qiáng)度校核，充分考慮在調(diào)平過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的極端情況，確保萬(wàn)無(wú)一失。

圖1為調(diào)平支腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。調(diào)平支腿主要包括減速電機(jī)、自制減速箱和撐腿等部分，采用普通的梯形絲桿+兩級(jí)齒輪減速箱+行星減速機(jī)+驅(qū)動(dòng)電機(jī)的傳動(dòng)型式。

圖1　調(diào)平支腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先應(yīng)根據(jù)載車(chē)底盤(pán)的空間分配情況初步確定支腿的結(jié)構(gòu)形式及行程，對(duì)其重量進(jìn)行預(yù)估，目的就是充分利用底盤(pán)空間實(shí)現(xiàn)雷達(dá)載車(chē)負(fù)荷的合理分配，加裝調(diào)平支腿后不會(huì)影響載車(chē)的機(jī)動(dòng)性能;其次，按照調(diào)平支腿的設(shè)計(jì)承載要求，初定梯形絲桿副的直徑和導(dǎo)程等參數(shù);再次，依據(jù)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平精度和調(diào)平時(shí)間要求，與伺服設(shè)計(jì)人員協(xié)商確定減速電機(jī)的主要性能參數(shù)，并初步確定減速電機(jī)型號(hào)和齒輪減速箱的傳動(dòng)比;最終，在調(diào)平支腿初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行逐步優(yōu)化，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證形成最終設(shè)計(jì)。

1.1減速電機(jī)

減速電機(jī)根據(jù)負(fù)載運(yùn)動(dòng)要求選用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，提供足夠的力矩和功率，使負(fù)載達(dá)到要求的運(yùn)動(dòng)性能。此外，電機(jī)需要能夠快速正反轉(zhuǎn)，能快速起停;有寬的調(diào)速范圍，便于電機(jī)在極低速狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的精調(diào)平，避開(kāi)諧振頻率。

為便于結(jié)構(gòu)的總體布置，還要求減速電機(jī)本身體積盡可能小，質(zhì)量輕。

1.2齒輪減速箱

考慮到減速電機(jī)的速比、輸出力矩還不能直接滿(mǎn)足調(diào)平支腿的負(fù)載驅(qū)動(dòng)要求，因此配置了一個(gè)齒輪減速箱，用于減速電機(jī)和撐腿絲杠副的連接，以調(diào)整傳動(dòng)比。齒輪減速箱由箱體、箱蓋和若干個(gè)錐齒輪、齒輪、軸及軸承組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。為便于使用，齒輪減速箱上還設(shè)計(jì)了手動(dòng)搖柄接口，提供手動(dòng)調(diào)平、撤收的功能。

圖2　齒輪減速箱的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

錐齒輪1和減速電機(jī)輸出端的錐齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸入。錐齒輪2與撐腿上的錐齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。軸1和軸2通過(guò)滑鍵連接。將軸2向外拉出后，軸2和軸1之間不再傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)，即減速電機(jī)和齒輪減速箱之間不能夠傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可以使用搖柄手動(dòng)搖動(dòng)軸2實(shí)現(xiàn)撐腿的上下運(yùn)動(dòng)，使調(diào)平支腿具備手動(dòng)功能。

1.3撐腿

撐腿主要包括外殼、套筒、梯形絲杠副等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。撐腿通過(guò)外殼與載車(chē)底盤(pán)連接。

圖3　撐腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

撐腿工作時(shí)，齒輪減速箱上的錐齒輪與撐腿上部的錐齒輪嚙合，帶動(dòng)梯形絲桿旋轉(zhuǎn)，與梯形螺母固聯(lián)的套筒沿著固定在外殼上的導(dǎo)向件在額定行程內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支撐的功能。梯形絲杠副直徑和導(dǎo)程等參數(shù)根據(jù)調(diào)平支腿最大承載能力及行程、運(yùn)動(dòng)速度等要求綜合計(jì)算確定。撐腳處的球頭可以有效地改善撐腿的受力狀況。

為了保證雷達(dá)設(shè)備的絕對(duì)安全，必須依據(jù)精確計(jì)算的調(diào)平支腿載荷，按照設(shè)計(jì)手冊(cè)選用合適的梯形絲杠副，并進(jìn)行剛強(qiáng)度校核及失穩(wěn)計(jì)算［3］。

2　其他關(guān)注事項(xiàng)

調(diào)平支腿是雷達(dá)載車(chē)的一部分。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須依據(jù)雷達(dá)載車(chē)的總體布局、綜合考慮車(chē)輛底盤(pán)的空間分配情況進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，使得加裝的調(diào)平支腿與雷達(dá)載車(chē)有機(jī)結(jié)合在一起，避免出現(xiàn)重復(fù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)重復(fù)的現(xiàn)象。

此外，在進(jìn)行調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，還需要控制整個(gè)傳動(dòng)鏈的回差及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使得調(diào)平支腿具備運(yùn)動(dòng)剛性好、傳動(dòng)靈敏的特點(diǎn)，以滿(mǎn)足調(diào)平系統(tǒng)對(duì)調(diào)平支腿的響應(yīng)速度快、隨動(dòng)精度高等要求。

3　結(jié)束語(yǔ)

調(diào)平支腿的機(jī)械設(shè)計(jì)在工程已經(jīng)得到成熟應(yīng)用。但是，具體到不同型號(hào)的機(jī)動(dòng)雷達(dá)，選用載車(chē)底盤(pán)有很大差異，上裝設(shè)備及布局也有很大的不同，結(jié)合不同型號(hào)機(jī)動(dòng)雷達(dá)的具體要求，設(shè)計(jì)出不同的調(diào)平支腿，使得雷達(dá)整車(chē)成為一個(gè)有機(jī)體具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn):

［1］平麗浩，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007:209-219.

［2］李小波，孫志勇.雷達(dá)天線(xiàn)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2006(7).

［3］成大先，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本)//機(jī)械傳動(dòng)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004: 11-4～11-14.

A mechanical design of leveling jacks of vehicular radars

WANG Hong-jie
(No.724 Research Institute of CSIC，Nanjing 211153)

Abstract:Auto leveling system is usually used to automatically level the maneuvering radar.With widely used maneuvering radars，the leveling jack，as an important part of the auto leveling system，can directly or indirectly affect the working performance of the overall radar.A mechanical design of the electromechanical auto leveling jack is introduced，and the mechanical parts feature structural compact，high reliability and simple maintenance.

Keywords:maneuvering radar; auto leveling system; leveling jack; mechanical design

作者簡(jiǎn)介:王宏杰(1974-)，男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向:雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

收稿日期:2015-01-12;修回日期:2015-01-20

文章編號(hào):1009－0401(2015)02－0049－03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類(lèi)號(hào):TN957.8