波导开关工艺误差源分析

霍春亮，郑庆利（91604部队，山东龙口，265700）



波导开关工艺误差源分析

霍春亮，郑庆利
（91604部队，山东龙口，265700）

摘要：波导开关是用于微波馈线中相邻通道之间进行相互转换的微波元件，转子在两极限位置时，其上的波导口与外壳上的波导口应精确对准，才能保证波导开关的电讯性能要求。通过分析整个传动链中影响外壳波导口与转子波导口对准的各种因素及传递关系，从零件的工艺误差出发，合理确定各误差源的误差，包括止挡块、转臂、旋转中心距、偏心以及外壳和转子波导口的分布等因素的影响，然后对上述误差源进行合成，确定总误差。最后以BJ-40波导开关为例，对其进行误差合成，结果表明，误差源的确定较准确，符合实际情况，为波导开关工艺误差的确定提供了借鉴。

关键词：波导开关；波导口；转子；传动链；工艺误差

0 引言

波导开关是雷达系统中微波信号通道的转换机构，是整个系统的一个重要环节，要求其具有很高的灵敏性、准确性和稳定性。波导开关的这一特性与机械加工密切相关，特别是转子，它是波导开关的核心部件，转子的圆弧形波导通道需与外壳的波导窗口旋转对齐。如果转子的圆弧形通道和外壳的波导窗口不能按设计的位置要求对准，就会影响整个开关的电性能，影响信号的传输。波导开关目前主要有四通波导开关（图1）和三通波导开关（图2）两种，其结构主要由外壳、转子和传动链组成。波导开关波导口的精确对准是进行波导开关设计时所考虑的重要因素，因为插损和驻波比的增大，主要是由波导口对不准引起的，而插损和驻波比是波导开关电性能测试中最重要的两个指标，它直接影响到波导开关的性能。波导口的对准取决于组成波导开关传动链中各零件的加工误差。当然，有些方向的误差对波导口对准有影响，有些方向的误差没有影响。我们把有影响的误差称为原始误差。除此而外，影响波导口对准的还有构件质量，速度，加速度及惯性力，温度等，他们都是误差源，但零件的工艺误差是影响波导口对不准的主要因素。

目前是通过调整电机旋转轴与开关转子的中心距来实现波导口的对准，其调整量为控制部分和开关本体连接螺孔与螺钉的间隙，装配时要精细调整。先找出原始误差源，分析它对波导口对准的影响程度，从而对产生误差源的零件的加工精度进行合理的分配，既满足波导口的对准要求，又使零件的加工具有经济性，降低成本，同时减少调整工作量。仅对长边既周向进行分析，因为该方向的影响因素多，误差传递关系复杂，周向而言，所谓波导口的对不准，就是转子口在两极限位置时相对外壳口的转角差。

图1 四通波导开关结构图

1 误差源分析

波导开关的传动链主要由电机、止挡块、转臂、转子、外壳组成。波导开关在工作时，波导口是否能精确对准取决于组成波导开关传动链中各零件的误差，这些误差会导致转子正、反转到9O度两极限位置时，转子上的波导口相对外壳上的波导口存在转角误差。故波导开关的误差主要从止挡块、转臂、旋转中心距、偏心及外壳和转子上波导口的分布等因素进行分析，然后对上述误差源进行合成，确定总误差。

1.1 止挡块的影响

传动链如图3所示，止挡块位于电机转臂的左右侧，限定电机转角为。保证转臂停止在位置。其影响因素有挡块的直径误差、转臂的直径公差、两挡块中心距离误差及对连线的对称度误差。它们使转臂在位置处产生转角误差。从本传动机构中可以得出：

展开为泰勒级数：

图3 传动链图

即

带入上式，可得

1.3 偏心的影响

图2 三通波导开关结构图

图4 偏心图

我们考察的是转子在两极限位置的情况，即转子转过90° 后的。将代入上式得：

1.4 外壳和转子上波导口的分布误差的影响

外壳和转子上的波导口在圆周上相对回转中心的均匀分布，每个相隔。很明显，这个分布误差直接影响到波导口的对准，是一比一的传递关系，直接对的角度误差提出要求。

2 总误差计算

前面用微分法和几何法进行了误差分析，然后进行误差的合成。对于每一误差源，根据以往的经验，现有的工艺水平，生产成本，对总误差的影响程度，先定出公差值，再进行总误差的计算，即能否满足两波导口的对准的偏差要求。若超出偏差要求，再调整误差源零件的公差值，或改进设计，或想办法进行误差补偿。

一般情况下，各项误差都是独立作用的，在误差合成时，取相关系数为0。零件的制作误差及装配误差是未定及随机的，大多服从正态分布，合成的总误差接近正态分布，置信系数取值相同。各项误差源均以极限误差的方式即公差给出，根据极限误差合成原理，总误差为：

3 实例分析

以BJ-40波导开关为例，根据前面的分析，进行误差合成。

查手册，取最大径向游隙的一半，为0.01。分别代入相应的式（2）、（3）得：

式（4）的合成是角度，要求是沿周向计算，外壳的标注是波导口对旋转中心的对称度，即，式（4）须作修正，则波导口对准总误差为

，故满足要求。

4 结束语

根据现有工艺水平，从波导开关波导口的制作流程出发，通过分析整个传动链中影响外壳与转子对准的各种因素及传递关系，合理确定误差源，最后给出总误差公式，然后以BJ-40波导开关为例，对其进行了误差合成，结果表明，误差源的确定较准确，符合实际情况，为波导开关工艺误差的确定提供了借鉴。

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Analysis on Manufacturing Eror of Waveguide Switch

Huo Chunliang，Zheng Qingli
（No.91604 Troops of PLA，Longkou Shandong，265700，China）

Abstract：Waveguide switch is a conversion of microwave components used in microwave feeders between adjacent channels.Waveguide port on the rotor shall be precisely aligned with waveguide port on the shell when the rotor is in the two extreme positions，telecommunications of waveguide switch can meet the requirements.Through analysis of the various factors and transitive relation affecting alignment of waveguide ports on the shell and on the rotor in the entire transmission chain，the errors are reasonably determined based on the manufacturing error of the parts of waveguide switch，including factors of stops、booms、center distance of rotation、bias and distribution of waveguide port，then the total error is obtained.In the case of BJ-40 waveguide switch，its total erors are calculated，the result shows that analysis on manufacturing eror meets the reality and experience is provided for the dermination of manufacturing eror of waveguide switch.

Keywords：waveguide switch；waveguide port；rotor；manufactuing error；transmission chain

中图分类号：TN63+1.2

作者简介

霍春亮，男，1984.06，山西平遥，本科，四级军士长，研究方向：雷达测控。

郑庆利，男，1978.10，山东邹城，硕士，工程师，研究方向：雷达测控。