方鐵勇

（中興通訊股份有限公司，深圳 518000）

車載天線倒伏裝置主要安裝在通信車上，可以軍用、警用或者民用，帶動(dòng)車載天線自動(dòng)倒伏或豎起，以避免通信車輛在經(jīng)過障礙物時(shí)撞壞而導(dǎo)致通信中斷。現(xiàn)階段使用的通信車輛安裝的天線倒伏裝置主要使用螺栓固定，可以將天線基座固定在車頂上，在基座部分預(yù)設(shè)限位支座，以完成豎直或者倒伏兩種固定性的狀態(tài)。

1 新型化車載天線倒伏裝置的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)分析

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)車載天線倒伏裝置研究處于初期發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分工程將研究重點(diǎn)放在產(chǎn)品研發(fā)，但并沒有引起相關(guān)部門的重視。研發(fā)的產(chǎn)品僅僅在原產(chǎn)品功能技術(shù)上單一增加某種功能，比較常見的有改變現(xiàn)存車載天線倒伏裝置的手動(dòng)機(jī)械式操作。在改進(jìn)結(jié)構(gòu)后，可以保證倒伏天線自動(dòng)切換到豎直或者倒伏狀態(tài)，即單一性增加制動(dòng)功能，提高天線的實(shí)際定位準(zhǔn)確性。在現(xiàn)存天線倒伏裝置基礎(chǔ)上可以改進(jìn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)數(shù)字化車載天線倒伏裝置，具備合理性和精確性，以滿足市場(chǎng)產(chǎn)品需求[1]。

目前使用的天線倒伏裝置有兩種形式，分別為0°和90°的倒伏和豎直。機(jī)械傳動(dòng)方式是電機(jī)在連接連桿過程中可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸帶動(dòng)天線進(jìn)行托座傳動(dòng)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)會(huì)在托座停止之后產(chǎn)生機(jī)械間隙。天線有所晃動(dòng)，功能存在單一性，與信息化時(shí)代對(duì)產(chǎn)品的數(shù)字化需求不符。圖1為傳統(tǒng)連桿倒伏裝置。

圖1 傳統(tǒng)連桿倒伏裝置

2 車載天線倒伏裝置傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的設(shè)計(jì)措施分析

2.1 電動(dòng)機(jī)選擇階段分析

在倒伏裝置傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，影響其工作性能的關(guān)鍵因素是電動(dòng)機(jī)部分?，F(xiàn)階段市場(chǎng)上的發(fā)動(dòng)機(jī)類型比較多樣，精細(xì)挑選可以滿足需求。第一，選擇電動(dòng)機(jī)的過程中，需要分析電動(dòng)機(jī)的基本負(fù)載特征，保證設(shè)備的額定功能，以滿足使用需求。第二，要重視基本工藝。電動(dòng)機(jī)中的過載能力比較重要，可以根據(jù)其過載能力判斷功率。一般情況下，與汽車設(shè)備想適應(yīng)的電源相匹配。功率不能過大也不能偏小，確保使用能力，滿足經(jīng)濟(jì)性。第三，要注意電動(dòng)機(jī)的實(shí)際防護(hù)等級(jí)。通常情況下，歐美和日本的進(jìn)口電動(dòng)機(jī)主要可以劃分為不同的安全等級(jí)，挑選過程中須重視級(jí)別劃分的區(qū)別性。第四，要注重電動(dòng)機(jī)的實(shí)際可維護(hù)性。拆卸電動(dòng)機(jī)具有便利性，同時(shí)要保證外殼的絕緣性。第五，它的轉(zhuǎn)速和頻率具有可調(diào)整性，滿足使用需求。額定轉(zhuǎn)速和頻率需要處于較大范圍，調(diào)節(jié)也要具備智能性，避免人員操作問題。電動(dòng)機(jī)在使用過程中需要滿足國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，以提升經(jīng)濟(jì)性，且新型技術(shù)推廣也有其現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)階段市場(chǎng)中電動(dòng)機(jī)質(zhì)量存在差異，選擇時(shí)需要綜合我國(guó)車輛類型和使用需求，使用24 V、50 W的電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)設(shè)備，適用性較強(qiáng)[2]。

2.2 摩擦傳動(dòng)裝置部分分析

汽車實(shí)際行駛過程中會(huì)遭遇路面起伏或者急轉(zhuǎn)彎情況，影響車載天線倒伏裝置發(fā)生故障。一般情況下，傳動(dòng)系統(tǒng)本身具有保護(hù)功能，蝸桿部分具備自鎖特性。工作人員未及時(shí)修復(fù)的情況下，車載天線系統(tǒng)會(huì)受到影響難以使用。結(jié)合這一情況，需要在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置摩擦傳送裝置。

摩擦傳動(dòng)裝置在天線倒伏系統(tǒng)產(chǎn)生異常情況時(shí)松開螺栓，使得蝸桿減速裝置和執(zhí)行部件之間的傳動(dòng)停止。在這一系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，螺栓中的預(yù)緊力會(huì)形成基本反作用力，系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生充足的摩擦阻力，使得各個(gè)部件之間并不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)問題。在使用摩擦傳動(dòng)裝置后，可以幫助人工操作排除部分故障。

摩擦傳動(dòng)裝置并不會(huì)影響模型的建立，以此實(shí)施具體分析獲得具有代表性的結(jié)果。模型設(shè)置過程中忽視倒圓和倒角部分，增加荷載與約束。分析階段主要針對(duì)總體變形情況、不同方向變形等，在計(jì)算機(jī)設(shè)備中建立模型，并選擇齒輪作為主要對(duì)象。過程中可以模擬不同情況下的摩擦力、作用力等，以獲得相應(yīng)結(jié)果。摩擦傳動(dòng)裝置在徑向振動(dòng)過程中的軸向振動(dòng)頻率和幅度較小，僅僅是徑向振動(dòng)的7%左右。在產(chǎn)生扭振情況后，軸向振動(dòng)情況并不顯著。折振發(fā)生后，軸向振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)波浪型特征，端面部分主要表現(xiàn)為多邊振動(dòng)。在傘形振動(dòng)過程中，軸向方面的振動(dòng)方式主要呈現(xiàn)傘狀振型，并伴隨振動(dòng)頻率不斷提升，也會(huì)呈現(xiàn)出相應(yīng)的收縮性。彎曲振動(dòng)情況下，軸向和徑向也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的振動(dòng)情況，幅度比較類似。將模型試驗(yàn)作為基礎(chǔ)，強(qiáng)化摩擦傳動(dòng)裝置的性能，采用降低激振力的措施，結(jié)合摩擦傳動(dòng)裝置中的回轉(zhuǎn)頻率和裝置中存在的頻率形成的差值調(diào)整摩擦傳動(dòng)裝置，調(diào)節(jié)其可承受力的上下限，確保裝置具有更好的適應(yīng)性。

2.3 有限元分析措施分析

在這一裝置傳動(dòng)系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)數(shù)量和功能不同，各個(gè)環(huán)節(jié)工作內(nèi)容存在差異性，以此構(gòu)成具有完整性的裝置。其中，利用有限元分析可將不同部分按照功能進(jìn)行劃分，逐漸簡(jiǎn)化復(fù)雜性問題，實(shí)現(xiàn)分別處理。例如，電動(dòng)機(jī)的使用屬于有限元中的具體元素之一，基于傳動(dòng)系統(tǒng)中的不同部分均會(huì)在使用過程中出現(xiàn)問題，但實(shí)際影響程度和產(chǎn)生的頻率存在差異，借助有限元分析法可有效開展綜合性分析。一般情況下，基于有限元分析法的前提，一為是否綜合性分析所有元素，二是針對(duì)各個(gè)元素的分析是否到位。在車載天線倒伏裝置傳動(dòng)系統(tǒng)中，它的主要構(gòu)成部分除電動(dòng)機(jī)之外，還有天線、接收裝置等。處于有限元模式環(huán)境下，天線未實(shí)現(xiàn)有效分析會(huì)導(dǎo)致后續(xù)設(shè)計(jì)工作中天線部件不正確而難以滿足需求。構(gòu)建有限元模型的過程中，針對(duì)各個(gè)元素的分析工作屬于有限元分析法中的第二個(gè)步驟。這一步驟主要包括負(fù)載能力、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、功率以及安全等級(jí)等內(nèi)容。以經(jīng)濟(jì)價(jià)值為例，將其作為有限元元素中的重要元素之一。零部件設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生的影響，主要表現(xiàn)在性價(jià)比上。例如，在生產(chǎn)過程中，設(shè)計(jì)合金材料的生產(chǎn)費(fèi)用為5元，利用鋼材料開展設(shè)計(jì)工作和生產(chǎn)工作的費(fèi)用成本為3元?；谑褂眯枨罂芍?，鋼材是其中十分重要的選擇。

2.4 結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征分析措施

在傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)其產(chǎn)生的重要影響是指在信號(hào)接收過程中振動(dòng)情況比較嚴(yán)重的情況下車載天線的實(shí)際信號(hào)接收存在不穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征中的主要內(nèi)容是固有頻率和主振型。一般情況下，固有頻率和主振型僅僅受到系統(tǒng)剛度、質(zhì)量因素等影響?；诖?，分析工作可利用自由振動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行，過程中缺乏阻尼，指導(dǎo)環(huán)節(jié)可采用自由振動(dòng)的相關(guān)原理。此外，需要考慮振幅因素等。不同類型的振型節(jié)點(diǎn)不同，借助節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可判斷主振型的實(shí)際情況。

3 新型化車載天線倒伏裝置創(chuàng)新措施分析

3.1 角度控制功能分析

在天線托座一端傳動(dòng)軸安裝傳感器，在控制盒上設(shè)定0°～90°任意角度，使用單片機(jī)接收傳感器反饋信號(hào)，以控制這一角度范圍內(nèi)按照設(shè)定角度停止。

3.2 定位準(zhǔn)確較為精確

減速器輸出軸上安裝相應(yīng)的制動(dòng)裝置，天線角度接近設(shè)定數(shù)值相差1°，系統(tǒng)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行減速，以確保天線停止過程中不會(huì)過沖以配合制動(dòng)裝置，消除機(jī)械傳動(dòng)間隙，確保設(shè)定的角度準(zhǔn)確，使得天線具備穩(wěn)定性。

3.3 人工完成天線的豎直與倒伏

在減速器內(nèi)部設(shè)置自鎖裝置和外部制動(dòng)裝置。在天線倒伏裝置產(chǎn)生異?；蛘咄ｋ娗闆r時(shí)，天線會(huì)被鎖定。這一過程中通信車輛遇到障礙物會(huì)對(duì)其行進(jìn)和天線信號(hào)的接收造成影響。在兩轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪中增加一個(gè)過渡齒輪，過程中可以采用拆移過渡齒輪的方式，通過手動(dòng)實(shí)現(xiàn)天線豎直與倒伏功能，從而實(shí)現(xiàn)躲避障礙物的目的[3-5]。

3.4 提高車載天線豎直與倒伏狀態(tài)的切換效率

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中選擇的電機(jī)可以進(jìn)行慢速啟動(dòng)，保證啟動(dòng)的電流處于平穩(wěn)狀態(tài)。依據(jù)車載天線的型號(hào)、質(zhì)量等，控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)快檔和慢檔功能。輕型天線可以選擇快速倒伏或者豎直狀態(tài)，重型天線可以選擇慢速倒伏和豎直狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)天線的準(zhǔn)確定位，保護(hù)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。圖2為新型化車載天線倒伏裝置。

圖2 新型化車載天線倒伏裝置

4 結(jié)語

車載天線倒伏裝置采用手動(dòng)方式調(diào)整固定螺栓，保證天線處于豎直或者倒伏狀態(tài)，操作機(jī)械化，且定位工作中準(zhǔn)確性較低，經(jīng)常發(fā)生故障，需要進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。本文通過分析車載天線倒伏裝置傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的設(shè)計(jì)方式，對(duì)結(jié)構(gòu)中使用的電動(dòng)機(jī)或者摩擦傳動(dòng)裝置等提出了具體的優(yōu)化措施。