便携式雷达支撑座结构设计

摘 要：按某型号便携式雷达支撑座设计指标要求，在方位传动结构中采用单蜗轮双蜗杆形式，分析了提高传动精度及减少回差的工作原理，俯仰传动结构中分析减小负载驱动力矩时，采用双扭转弹簧代替配重块形式。对方位及俯仰结构在环境适应性、角度检测反馈、限位形式等方面进行分析和论述，提出了优化的结构方案。

关键词：双蜗杆；回差；双扭转弹簧；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

便携式警戒雷达携带方便，功耗小可以通过蓄电池供电，适用野外临时执行侦察与监控任务。雷达主要用于探测目标，支撑座支撑雷达按监控指令要求进行方位和俯仰的自动扇扫搜索或定点警戒，雷达搜索发现目标以后能够准确测量目标的具体位置和运动速度等，通过指令要求能进行动态跟踪，并即时将目标信息传送至控制终端。因此，雷达支撑座是带动雷达运动的基础结构，雷达支撑座结构将直接影响到整套装备的使用性能，应具有较高的可靠性、快速性和机动性、稳定性。

1.设计要求及原则

根据便携式警戒雷达的一般使用条件和性能要求，通常对支撑座结构提出的主要战术技术指标有：警戒工作范围、运转的速度和加速度、低速转动平稳性、传动链有一定的扭转刚度和足够的驱动力、转动惯量小、低功耗、传动齿轮间的齿隙小、携带方便、可靠性高、环境适应性好[1]。

经济性是设计的一项重要原则，合理地选择结构形式，原材料和加工精度，恰当地选用加工工艺以降低产品成本。采用经过考验的、成熟的现有技术和能达到的指标，减少新结构、新材料、新工艺的比例，贯彻“三化”，即零件标准化、部件通用化、产品系列化，以提高设备的可靠性，改善使用性能，保证零、部件的互换性，简化修配工作，缩短生产周期，减少维护费。

2.支撑座结构形式

支撑座主要包括支撑座不动的固定底座、方位及俯仰二维支撑，动力驱动装置、齿轮传动及消隙装置、轴位角度检测装置、机械角度限位滑环。选择步进电机作为驱动动力源，由于步进电机停转的时候具有最大的转矩，有较好的位置精度和运动的重复性，优秀的起停和反转响应，由于没有电刷，可靠性较高。

支撑座在驱动指令的控制下，步进电机驱动减速装置带动负载实现方位、俯仰在规定监控角度范围内平稳的运动。方位部分选择渐开线圆柱直齿轮及一级蜗轮双蜗杆传动，同时安装方位角度传感器及方位角度限位器件。俯仰部分采用一级蜗轮蜗杆传动，步进电机直接驱动蜗杆转动带动蜗轮轴俯仰，同时安装俯仰方向的角度传感器及俯仰角限位器件。方位及俯仰传动均用自锁蜗杆作为末级传动以减小外界干扰力引起支撑座自转，支撑座结构形式见图1。

3.结构设计

方位转动部分采用竖直轴式结构，主轴支承自重和负载，主轴用上下两个角接触球轴承支撑。由于轴承间有一定间距以保证抗倾覆能力，能有效地消除轴承内间隙引起的偏斜[1]，轴的回转轴线稳定性较好。

在主轴端同轴安装角度检测装置，实现方位角度的实时检测反馈及电气方位角度超边界值断电保护功能。方位主轴上安装蜗轮及异形滑环件，异形滑环件用于保护由于电气限位失灵的情况下起机械堵转限位，将方位限位实现双重限位的功能。对于工作时需要作双向回转的精密度齿轮传 动链，除了应计算传动误差之外，同是应计算回差，使综合传动误差不超过允许值，由于回差主要是由轮齿在非工作面间的侧间隙所造成，有齿侧间隙必然造成回差[2]。故本设计中采用蜗轮直径方向两侧各安装一根自锁蜗杆，步进电机同轴安装直齿轮与其中一侧蜗杆啮合，两蜗杆间通过传动比为1：1的直齿圆柱齿轮传动，通过调整螺钉使两蜗杆的轴向位置分别与蜗轮齿面单侧啮合，使蜗轮顺时针与逆时针方向旋转时由其中一根蜗杆起驱动作用，保证蜗轮蜗杆的无侧隙啮合，消除支撑座方位回转回空误差。蜗杆的定位轴承预紧力一般随温度变化而改变，本设计采用碟形弹簧预紧，可保证工作时预紧力基本不变[3]。方位传动设计结构形式如图2。

俯仰转动部分一般设计成双支点回转，选用标准轴承，两支点间有一定的跨度，以保证俯仰轴有一定的回转精度及支撑刚度[1]。俯仰转动部分由俯仰轴及两个支臂构成龙门式支撑，俯仰轴用角接触球轴承通过轴承端盖及箱体座定位，用端盖及垫圈实现预紧力的调整以消除游隙及适应转轴热胀冷缩量的变化。俯仰轴同轴安装蜗轮及机械角度限位异形滑环，俯仰轴旋转由步进电机直接驱动蜗杆带动蜗轮转动实现，异形滑环件用于保护由于电气限位失灵的情况下起机械堵转限位。俯仰轴轴端安装直齿轮与俯仰角度传感器轴端直齿轮相啮合，实现俯仰角度的实时检测反馈及电气俯仰角度超边界值断电保护功能。为了克服负载俯仰时的不平衡力矩，减小步进电机工作负载，使俯仰工作平稳，在蜗轮与异形滑环之间安装两个扭转弹簧，在俯仰轴为水平角度时，两个弹簧均不起作用，当俯仰轴俯仰时，两个弹簧分别产生扭转力矩，与负载的重力矩大小相等而方向相反，从而实现俯仰轴的静平衡，避免用增加机动平衡块来达到较好的平衡状态，从而减小整个支撑座的尺寸及重量及驱动电机的功耗，俯仰结构形式如图3。

为了让雷达支撑座适应外界工作条件，支撑座的所有转动部份及啮合部份均涂上特种低温润滑脂，所有端盖与壳体接触部位均用耐酸耐碱用橡胶密封，所有由外围装入的螺钉均涂上704硅橡胶后装入，尽量减轻整个设备重量，支撑座壳体均选用硬铝材料，直齿轮采用尼龙材料。由于蜗轮啮合轮齿间相对滑动速度较高，使得摩擦发热和温升较高现象，故采用锡青铜制作蜗轮、并与淬硬磨削的钢蜗杆相匹配[2]。

4.总结

便携式警戒雷达支撑座的设计和制造，对雷达整机设备的精度、可靠性、成本和加工周期影响很大，其机械性能，有些直接体现了整机设备的使用性能，整机的性能指标在很大程度上取决于支撑座的结构设计及工艺水平，支撑座的精度高低直接影响整个雷达的测量和跟踪精度。在精度和强度、体积、重量、防尘、防水及转动惯量等方面均有较严格的指标要求，因此，结构设计应严格按照各项指标要求进行。按本文论述的设计方案，具有以下优缺点：

4.1该支撑座传动较平稳、噪声低、直齿轮使用尼龙材料能消除振动噪声，方位传动采用双蜗杆优化结构消隙精度高。

4.2俯仰轴采用扭簧来消除负载偏心力矩，减少电机工作力矩，采用自锁蜗杆增加外界抗干扰能力，外壳及非受力部件均采用硬铝材料，转动惯量小。

4.3方位及俯仰均用相同的驱动电机、相同的角度传感器、相同的角度机械限位滑环、相同的蜗轮等，易于实现零件的互换性。

4.4在实际的生产过程中也存在一些不足：方位部分在装配调整回差角时要反复调试蜗杆两端轴承端盖，俯仰用扭转弹簧来平衡负载力矩时很难做到完全平衡。

4.5当方位及俯仰运转角度失控碰到异形滑环限位块时电机并没有切断电源，当有要求时可以通过增加行程限位开关来实现。

按本文论述方案设计的支撑座可满足技术指标和使用要求，具有很多优化的结构形式，通过对一些技术问题的进一步研究及改进，可以使得该设计不合理处更加合理。

参考文献：

[1]张润逵等编著.雷达结构与工艺.北京：电子工业出版社，2007.4：379-385

[2]徐峰，李庆祥编著.精密机械设计.北京：清华大学出版社，2005.12：175-185

[3]郭芝俊，左宝山，张桂芳，张宝兴主编.机械设计便览.天津科学技术出版社出版，1988.9：825

作者简介：罗仕荣（1979.10.6-），男，汉族，福建省三明市人，中级机械工程师，学士学位，主要从便携式雷达结构方面的研究。