一种新型转台设计方案

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

一种新型转台设计方案

陈美芳

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

介绍一种新型的转台结构，输出转速可达到60 r/min。与传统的转台型式相比，具有结构简单和传递效率高等优点。论述了系统驱动方式的选择和系统组成，为国内的机场场面监视雷达技术提供宝贵的理论和实践基础。

新型转台；直接驱动；单电机；机场监视雷达

0 引言

转台是支撑天线探测目标的装置，它通过天线控制系统，使天线能够按照预定的规律运动或者跟随目标运动，准确地指向目标，并且通过它精确地测出目标的方向。早期的雷达、通讯设备性能要求比较低，转台的设计比较简单，但随着无线电技术的发展，雷达、通讯设备广泛用于天文、气象、航空和航天等领域，对转台的设计提出了更高的要求[1]。转台的种类很多，按转轴的数目可分为一轴、二轴、三轴、四轴和固定不动的转台[1]。这里讨论的高速转台为一轴的结构型式，在24 h不停机的工况下，最高输出转速要求达到60 r/min。

该转台一改传统的复杂传动链的结构型式，采取减速机输出直接驱动天线的方式，在国内属首创。为以后高转速要求的转台的设计奠定了理论和实践基础。同时，基于其结构特点，应用前景十分广阔。

1 驱动方案的选择

传统的一轴转台往往采用“电机→减速机→末级齿轮→回转支承→转盘”的传动方式[2]，利用复杂的传动链来传递运动，如图1所示。工作原理为：电机通过减速机减速后，再经过回转支承-齿轮组一级减速，驱动安装在转盘上的天线旋转，使天线能够按照预定的规律运动或者跟随目标运动。这种结构型式主要由方位机构和转盘2部分组成。

图1 传统转台型式

在此，研究了一种新型的转台型式，如图2所示。其工作原理为：电机通过减速机一级减速后，直接带动安装在天线支架上的天线旋转，使天线能够按照预定的规律运动或跟随目标运动。

图2 新型转台型式

2种转台型式相比较，有以下特点：

a.使用要求。2种结构型式都可实现功能，满足使用要求。

b.可靠性。通过对结构进行合理设计和选用高性能的元器件，2种结构都可满足高可靠的性能要求。

c.结构。后者少了复杂传动链，较前者简单紧凑。

d.重量。后者少了很多结构件，整体重量较前者也减轻很多。

e.传递效率。后者少了传动链带来的能量损耗和摩擦损耗，较前者效率高。

f.控制精度。前者传动链较长，后者明显高于前者。

g.反应速度。后者采用减速电机“直驱”天线旋转的方式，较前者反应更加灵敏迅速。

h.润滑方式。前者需要考虑回转支承-齿轮组和轴承的润滑，后者只需要解决减速箱内部的润滑。相比较，后者的润滑方式更为简单。

根据上述分析，结合实际要求，系统选用后者新型的减速电机“直驱”的驱动方式。

2 “单机”和“双机”驱动的选择

“双机”驱动意思为双电机驱动，通过离合器实现两电机交替使用，无缝切换[3]，其结构型式如图3所示。

图3 双电机驱动结构

为了对“单机”和“双机”2种结构型式进行比较，拟将2种机构内部的元器件在相同工况下的可靠性计算结果进行比较[4]，如表1和表2所示。

表1 单电机驱动型式下的可靠性结果

单 电 机 驱 动名称失效率平均故障间隔时间/h平均修复时间/h可靠性/%轴 承4 50×10-82 22×1074齿 轮3 84×10-72 60×1064铰 链2 25×10-54 44×1042编码器6 60×10-61 51×1051电 机4 00×10-62 50×1051合 计3 35×10-52 99×1041299 9697

表2 双电机驱动型式下的可靠性结果

双 电 机 驱 动名称失效率平均故障间隔时间/h平均修复时间/h可靠性/%轴 承4 50×10-82 22×1074齿 轮3 84×10-72 60×1064铰 链2 25×10-54 44×1042编码器6 60×10-61 51×1051电 机3 33×10-63 00×1051合 计3 28×10-53 05×1041299 9703

由以上分析可知，在相同工况下，对于减速电机“直驱”的型式而言，无论是单电机驱动还是双电机驱动，其可靠性结果是差不多的。

考虑到使用双电机的机构往往应用于消隙技术，而对可靠性贡献不大，同时也会增加系统驱动结构的复杂性，提高制造成本，所以最终选择单电机驱动的机构方式。

3 机构组成

由以上分析可知，减速电机“直驱”的结构型式比传统的型式更具优势。研究其内部结构如图4所示。

图4 转台内部结构

减速机和电机直联，简称减速电机。图4中，减速电机空心轴输出，一端驱动天线支架旋转，一端带动铰链旋转。为了提高系统可靠性，系统采用双同步机构设计，安装于方位底座内，其双片齿轮与安装在输出轴上的方位齿轮啮合，1∶1检测天线旋转角度。减速电机由法兰安装在底座上，波导则从减速机的空心轴内穿过。为了减小偏心，同时提高系统稳定性，通过力学仿真分析，对转台进行了配重设计，安装于减速机的另一侧。

4 应用前景

经过调研大量的资料后发现，国外的机场场面监视雷达技术在20世纪60年代就开始了应用试验、相继成熟，并得到了广泛应用。而国内的场监技术却是空白，各大民航机场均引进的是国外的场监技术[5]。

所介绍的高速转台，是能够满足场监技术所要求的输出转速60 r/min的使用要求和性能指标的。待研制结束后推入市场，可打破国外对机场场面监视雷达技术的垄断，提升中国综合竞争实力和机场场面的运行效率。

5 结束语

该型式的一轴转台，具有结构简单、重量轻和传动效率高等特点，满足输出转速为60 r/min的使用要求。转台的研发工作已完成，后期将对总体性能指标进行一系列的实验验证。待研制完成后，将很快应用于机场场面监视技术中。

[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] 顾灿春.天线驱动系统的优化设计[J].电子机械工程，2002，18(6):59-61.

[3] 薛汉杰.双电机驱动消隙技术及其在数控设备中的应用[J].航空制造技术，2009(17):84-88，91.

[4] 徐灏.机械设计手册[M].北京：北京工业出版社，1991.

[5] 金文.场面监视雷达的应用与发展[J].中国民用航空，2011，129(9):48-50.

Design Scheme of a New Type Turntable

CHENMeifang

(No.38 Research Institute of CETC，Hefei 230088，China)

This paper described the structure of a new type of turntable; the output speed can reach to 60 r/min.Compared with the traditional type.It possessed the advantages of simple structure and high efficiency transmission.In this paper，the choosing of drive mode and system components was specifically introduced in detail.It provided valuable theoretical and practical basis for the domestic airport surface surveillance technology.

new type turntable; direct drive; single motor; surface surveillance radar

2014-07-09

国家科技支撑计划资助项目(2011BAH24B05)

TH112.1

A

1001-2257(2014)12-0020-03

陈美芳(1981-)，女，安徽淮北人，工程师，主要从事雷达系统机械传动方面的研制。