某机载雷达伺服转台结构设计

2018-04-27何文杰王晨晨

无线互联科技 2018年8期

何文杰，程林，王晨晨

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥 230088）

无论在和平时代，在本国国土领域内，获取可疑活动目标信息，保障领土领空领海安全；还是在战争时期，获知敌情，进行火力打击，搜索雷达装备是必不可少的国防利器。相对于地面雷达系统，机载搜索雷达具有灵活机动、快速进出战场等优势，其作用越来越明显。然而恶劣的使用环境也限制了机载搜索雷达的发展。

针对机载雷达所处的复杂热环境、力学环境以及电磁环境，本文在有限的空间和重量下，通过合理布局、润滑密封设计、力学仿真分析设计出满足要求的伺服转台。以下就雷达伺服转台结构设计、驱动力矩计算、力学仿真分析进行详细论述。

1 伺服转台结构组成

伺服转台主要包括外壳及底座、方位机构、方位驱动机构和角度反馈单元[1-2]。如图1所示，方位机构主要包括外壳及底座、直流减速电机、回转支撑、编码器等几部分。外壳和底座是整个伺服系统的基础，支承天线重量和环境引起的力学载荷，要有足够的刚强度，并且重量和尺寸要最小[3-4]。

图1 伺服转台结构

2 方位结构设计

2.1 方位驱动机构

回转支撑结合齿轮和轴承功能，具有轴向尺寸小、承载力大、抗倾覆能力强、结构简单等特点，本着“轴向空间和重量最小化”原则，采用带外齿的回转支撑和小齿轮作为整个方位驱动机构，回转支承采用脂润滑，如图2所示。为保证强度和刚度，齿轮及回转支撑采用40CrMo；为了轻量化设计，固定外壳等使用高强度铝合金7075。

图2 方位驱动结构

转台整体受径向尺寸限制，在确定电机输出功率、扭矩、转速等条件下，同级别电机减速机轴向尺寸较大，易形成悬臂梁问题。为减小机载振动对电机输出稳定性的影响，除在减速机输出端进行固定外，在电机中段位置安装两个半月型卡箍，将其固连于法兰盘上，一方面加强电机减速机安装稳定性，一方面可以将电机工作产生的热量传递至外壳上，起到冷却作用，如图3所示。

图3 电机固定方式

2.2 角度反馈单元

角度反馈单元采用绝对式编码器，内圈转动，外圈固定，其同轴安装于与转盘固连的拨叉上，内圈通过固定环轴向固定，外圈通过3个固定块安装在外壳上。另一方面在转台运动时，拨叉还起到拨动汇流环旋转端的功能，如图4所示。将角度反馈单元安装在拨叉上，结构简单，集成度高，有效地降低了高速转台轴向尺寸。

图4 角度反馈单元安装方式

2.3 高速润滑

回转支撑与密封罩构成的空间内注入轴承7008润滑脂，一次注入密封脂位置如图5所示，回转支撑外圈与外界通过旋转密封圈来密封。由于低温条件下摩擦力矩较大，故拆除回转支撑内外圈的密封圈，通过迷宫结构设计来完成润滑脂的密封。

图5 高速润滑密封结构

3 力学分析

机载搜索雷达的转台特点是高转速、强振动，力学仿真主要目的校核结构设计方案，提高结构刚强度和降低重量，避免发生力学相关质量问题。机载设备对尺寸和重量的要求非常苛刻，为满足轻质的设计要求，高速转台的主要承力件采用高强度铝合金7075-T6，该材料的屈服强度为395 MPa。

通过仿真分析可以看出，高速转台壳体在向上10.5 g过载工况下（见图6），最大应力为56.9 MPa，出现在转台壳体与载机连接孔处。在Z向20 g冲击下（见图7），转台壳体最大应力为207 MPa，出现在转台壳体与载机连接孔处。在Z向随机载荷下（见图8），转台壳体最大3σ应力为136.1 MPa，出现在转台壳体与载机的连接孔处。在Z向正弦振动下（见图9），转台壳体最大应力为103.6 MPa，出现在转台壳体与载机连接孔处。从上面的仿真结果可以看出，伺服转台重要承力件壳体满足强度要求。