高低角俯仰限制电路的设计毕业设计说明书.doc

高低角俯仰限制电路的设计_毕业设计说明书 2 雷达俯仰机构的设计参考 本设计对雷达天线俯仰机构不做重点设计,但是也应该有一个设计思路,本文研究了前人的设计思路,对其进行了简单的分析。 现代车载式高机动雷达天线车具有工作及运输2种状态,即在工作时将天线举升至一定高度,并将天线阵面翻转至一定的俯仰角度,可以减小地面及车上设备对天线波束的影响;工作结束后将天线恢复到水平状态或其它特定角度,整车外形尺寸满足公路、铁路运输时不超高、不超宽的要求。 为满足高机动雷达的机动性高、架设撤收迅捷的特性要求,需要一种能够将天线在2种状态间迅速转换的状态转换机构技术。目前常用的状态转换机构技术主要有以下2种 “举升转台 + 俯仰机构”式设计。如图1(a)所示,通常采用机电液混合伺服传动技术,转台与天线被同时举高; “俯仰机构 + 推举天线”式设计。如图1(b)所示,通常采用全机电伺服传动技术,天线单独运动,举升机构为滑轨结构。 前者举升高度较高,但机构复杂,维护要求高;后者机构设计相对简单,但举升高度有限,因滑轨结构的密封性不足,环境适应性较差,同时两者都存在天线偏心大的缺点。 某型雷达系统要求在工作状态时天线要满足以下条件: 1) 能够举升至一定高度; 2) 有一定的预仰角; 3) 转动时天线偏心量尽可能小; 4) 结构紧凑、控制方便、维护简单。 论证表明,传统的转换机构已无法满足要求,需要研制一种新的机构形式。文中提出了一种基于平面机构原理的传动机构方案,可满足上述要求。 2.1 新型机构的原理与结构方案 2.1.1机构工作原理 图 2 为新型机构在运输状态下的运动简图。机构中,活动构件数 n6,低副 L8,高副 H0,机构自由度为P3n-2L-H2 机构自由度数与主动件数相等,符合机构运动原理。 2.1. 2 新型机构结构方案 从提高系统的实用性与可靠性考虑,新型机构采用全机电伺服传动技术方案。在具体的工程设计中,图2中 6、7 为传统的丝杠传动机构,4、5 为单级电动缸(作为俯仰机构) ,2 为门架,机架1为转台的转盘。上述部分在转台的驱动下做方位转动,如图 3 所示。 举升机构与俯仰机构各为2套,分别同步运动,既可降低对天线骨架的刚性要求,又可提高系统稳定性。 2.1.3 机构工作过程设计 天线由运输状态转换为工作状态有以下 2 种运动方法可选: 1) 分步运动法。单级电动缸首先伸出到位,完成天线的俯仰运动,然后在丝杠传动机构的驱动下,门架转动到位,完成天线的举升运动,分 2 步完成天线状态的转换。 2) 同步运动法。电动缸与丝杠传动机构同时启动,然后同时运动到位,一步即可完成状态转换。 逆向工作过程即可将天线由工作状态转换为运输状态。 方法 1) 控制简单,但转换过程中偏心现象较为明显; 方法 2) 重心控制较好,但由于同时运动的构件较多,机构同步性要求较高,伺服控制难度较大。 考虑到机构的可靠性与控制的简便性,最终确定采用分步运动控制方法,并将中间状态作为天线维修状态。天线工作状态如图 4 所示。 2.2 机构载荷分析 依据分步运动方案,利用“多体动力学仿真分析软件 ADAMS”分析运动过程中俯仰机构与举升机构的载荷情况。 仿真工况分析:在实际工作中,在天线的重量分布不均匀以及机构运动同步性的差异等因素的影响下,2套俯仰、举升机构在受力上会有所不同。但在分析时按受力相同、同步运动的理想工况考虑,分析结果如图5 所示。 图中红色实线为俯仰机构单套载荷变化曲线,蓝色虚线为举升机构单套载荷变化曲线。从图 5 中可以看出单套举升机构最大载荷为F118 kN单套俯仰机构最大载荷为 F231 kN 2.3 举升机构设计 举升机构采用普通的丝杠传动机构形式。丝杠传动机构是将电机的旋转运动通过螺旋传动副(滑动或滚动螺旋副)的机械运动转换为丝杠的直线运动,并利用伺服电机的闭环控制特性,实现对推力、速度和位置的精密控制。图6为普通丝杠举升机构结构示意图。丝杠暴露在外,可为丝杠加装防护罩,以增强丝杠的环境适应性。2.3.1 设计计算 考虑到机构的自锁要求,举升机构使用梯形丝杠副结构形式,根据丝杠的刚强度要求,初选梯形丝杠参数为公称直径 d60 mm导程 S9 mm 根据上节分析结果,举升机构最大载荷为18 kN,丝杠副的驱动力矩为丝杠中径: d2 55.5 mm 导程角: γ2.96° 当量摩擦角:ρv5.91° 效率: 安全系数按1.5 倍考虑,则单套举升机构的驱动力矩设计参考值约为130 N?m 举升机构总行程约为430 mm,运动时间不大于1min,则梯形螺母的最低转速为 根据以上计算结果,驱动电机初选1.5 kW 交流伺服电机,其额定力矩为4