车载1.5m 天线座精度分析与计算

隋文海

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

天线座是天线的支撑和定向装置，A－E型天线座通过伺服控制系统，使天线绕俯仰轴和方位轴两轴旋转，以便天线能够准确地跟踪目标，从而完成跟踪任务。现代通信技术的发展要求车载天线区别于固定站和船载站，其发展趋向于轻量化、高精度、高可靠性。这样就对支撑天线的天线座的设计优化与精度分配计算提出了越来越高的要求。

本文选取了某工程所设计的直径1.5m 口径的天线座传动系统进行轴系精度的分析。合理分配各项指标，最终达到工程所需要的性能。

1 天线座的精度

天线座静态精度指标主要有轴系精度，传动精度，动态精度指标主要有传动刚度，运动加速度等。以下为本工程所提指标。

（1）轴系精度。方位轴与水平不垂直度 ≤25”；方位轴与俯仰轴不垂直度 ≤30”。

（2）传动精度。方位部分：传动精度≤2’，回差≤2’；俯仰部分：传动精度≤2’，回差≤2’。

（3）运动速度。方位部分：≤15°／s；俯仰部分：≤15°／s。

（4）运动加速度。方位：20°／s2；俯仰：20°／s2。

2 精度指标分析及方案选择

影响设备精度的因素反映在天线座上，主要是其轴系精度和传动精度。根据工程要求轴系精度≤25”，传动精度≤2.5’，回差≤2.5’，基本上属于偏上的精度范围。对于这种类型天线座，根据以往设计经验，需要进行优化结构设计及有效的精度分配保证来实现上述指标。

2.1 方案的选择

根据上面对技术指标的初步分析，以及3m 以下天线多采用主轴式天线座这样一个基本规律，采用方位一俯仰转台式天线座较为适宜。这种结构形式本身具有这样几个优点：（1）结构比较简单；（2）结构比较紧凑。（3）负载比较小。（4）经济性能比较好。

2.2 天线座的组成

本天线座分为俯仰和方位两部分。

（1）俯仰部分：主要包括俯仰箱体、俯仰轴、俯仰大齿轮、减速机、方位驱动装置、俯仰驱动装置、俯仰同步装置等零部件。

其中俯仰箱体采用整体式方箱结构，刚度好，俯仰箱适当增高可以使宽度大大减小，有利于装车，同时由于有剩余空间，高频器件可放置其中。

（2）方位部分：主要包括方位圆筒、方位轴、方位旋变、方位限位装置、方位大齿轮、方位轴承、天线座插座板等零部件。

为保证方位位置传感器的精度，方位旋变拟采用套轴式组合旋变，这样就可以使系统消除在同步机构中造成的回差，同时也简化了结构设计。

3 轴系精度的计算

轴系精度实际上是一个角度尺寸链的计算问题，在天线座轴系精度计算中，基本方法是把技术指标作为封闭环，结合工艺水平，预分各成环的公差，然后作适当的调整。

3.1 方位不垂直水平面≤25”

a）调平误差取δ1＝5”

图1 轴承径向游隙

这项误差主要取决于所用调平工具的精度，若用0.02／m 方框水平仪（精度为4”）调整天线座水平，达到5”要求是不难实现的。

b）方位轴两端轴承的晃动（在倾复力矩的作用下，由于轴承径向游隙使方位轴倾斜）见图1。

方位轴轴承选用D 级轴承。

最后调整后使其轴向间隙为0.05～0.08mm。

上下间隙相同的情况下δ2＝2.75’

故方位轴不垂直水平面为

3.2 方位轴与俯仰轴不垂直度（≤25”）

a）方位轴法兰盘与方位轴不垂直引起误差取不垂直度为0.02mm

b）天线俯仰两轴轴承孔不同必引起的误差 见图2。

图2 不同心度误差

取不同心度0.015mm

c）俯仰轴孔与箱体底面不平行引起的误差取不平行度为0.02mm

d）俯仰轴左、右轴承游隙引起的误差

因俯仰采用滚动轴承，在加工设计中保证其间隙≤0.024mm

由于左右误差一样

那么 δ右＝11.93”

3.3 传动精度及回差

根据传动和回差的要求，传动链齿轮采用7级即可满足技术要求。

减速器选用进口MOTEC行星齿轮减速器。其具有传动比范围大，传动精度高，传动效率高等优点。其间隙空程和传动精度达到3’。

减速器输出齿轮与方位轴大齿轮之间的齿隙回差在整个传动系统中影响最大。因为在对齿轮合中的齿隙折算对低速轴上要除以减速比，所以应该着重减小未级传动的齿隙。

在这里，采用偏心旋转消隙法，即减速箱输出齿轮与减速器安装法兰之间不同心，有一个偏心距。这样，在安装配调整过程中旋转减速器，调节啮合齿轮之间的中心距，使其达到良好的啮合，这样做可以使两齿轮之间基本消隙。如图3所示。

图3 偏心旋转消隙

3.4 强度和刚度

在天线座的结构设计中，除了精度以外，对结构的强度和刚度的计算也是很重要的，刚度与某些技术指标有很大关系。天线座结构中强度和刚度的薄弱环节主要是方位轴及减速箱的输出轴，它们都要承担一定的弯矩。方位轴和俯仰轴由于结构的需要，并且中间要有馈线和导线通过，所以作成空心轴，这样在同样的重量下使轴的刚度提高。而且根据结构要素设计出来的轴都比按强度理论刚度理论计算出来的要大得多。为了慎重起见，下面仅对轴的扭转刚度进行计算。

其中：M—轴所承受的扭矩；L—轴长；J—极惯矩；G—材料弹性模量。

一般允许的扭转角范围是在0.15°～0.5°／m 由计算结果可以看出其值相当小。这说明上述分析正确。

4 结束语

本文分析了车载天线座的精度系统，进行了精度分配与计算，对车载天线座的设计工作具有借鉴作用。依照以上分配结果，应用设计天线座架，生产加工后实际测量天线跟踪精度等系统指标；符合总体要求，具有精度高、刚度好，便于维护等优点。达到了良好的设计效果和性能。

［1］吴凤高.天线座结构设计［M］.西安：西北电讯工程学院出版社，1986.

［2］邱宣怀，郭可谦.机械设计［M］.北京：高等教育，2004.

［3］孙燕华.先进制造技术［M］.西安：西安电子科技大学，2006.

［4］黄真，赵永生，赵铁石.高等空间机构学［M］.高等教育出版社，2006.