某一轴高速转台的结构设计*

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)

某一轴高速转台的结构设计*

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)

文中介绍了一种新型转台结构，它没有复杂的传动链，采用减速电机直接驱动天线。与传统的转台型式相比，它具有结构简单、传递效率高等优点。同时，该型转台可适用于高转速场合，输出转速可达60 r/min。文中详细介绍了转台的结构特点，重点介绍了减速电机、同步机构和密封方式的设计等。可为高转速要求的转台和国内的机场监视技术提供宝贵的理论和实践基础。

高转速；转台；直接驱动；机场监视技术

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，不难满足电性能要求。但随着无线电技术的发展，雷达、通讯设备广泛用在天文、气象、航空、航天等领域，对转台的设计提出了更高的要求[1]。

转台的结构型式是多种多样的。按转轴的数目可分为一轴转台、二轴转台、三轴转台、四轴转台和固定不动的转台[1]，文中讨论的转台为一轴的结构型式。传统的单轴天线座通常由驱动电机、减速机、末级齿轮、大齿轮等组成，组成较复杂、集成度低，较难满足高转速、高转动定位精度要求的雷达性能要求。

本文介绍的单轴转台采取减速机输出直接驱动天线的方式，与传统的带复杂传动链的型式相比，具有结构简单、重量轻、传递效率高等优点，在国内属首创。它适用于高转速场合，最高输出转速可以达到60 r/min。同时，它也可为以后高转速要求的转台设计奠定理论和实践基础，基于其结构特点，它的应用前景十分广阔。

1 结构特点

由减速电机“直驱”的结构型式一改传统的型式，更具优势。该转台主要由减速电机、天线支架、配重、同步机构、铰链和方位底座等组成，如图1所示。减速机和电机直联，简称减速电机。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。为了提高系统的可靠性，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，按1∶1检测天线的旋转角度。减速电机则由法兰安装在底座上，波导从减速机的空心轴内穿过。为了减小偏心，同时提高系统的稳定性，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。

图1 转台内部结构

2 关键技术的实现

2.1 减速电机的特殊设计

减速电机起承上启下的作用，其设计是整个机构的关键所在。为了提高系统的可靠性，该减速箱在普通的减速箱体上进行了一系列特殊设计，如图2所示。

图2 减速电机

首先，齿轮减速箱采用浸油润滑，并配备油温和油位远程监控设备，对润滑油的温度和液面进行检测。当润滑油温度高于设定值或者油液低于最低液面时，自动报警，这样既延长了维修周期，又提高了系统的可靠性和安全性。

同时，箱体还配备了储油罐，这样可以提高油位，使减速箱里所有运转的零部件都在油位以下，上端轴承和旋转油封均可以得到充分润滑，还能减少油沫的产生。

2.2 同步机构的设计

同步结构用于检测天线旋转角度信号。为了提高系统的可靠性，系统采用双同步机构，如图3所示。

图3 同步机构的安装示意图

2套同步机构固定安装在方位底座上,其内的双片齿轮和安装在方位轴上的方位齿轮按1∶1啮合。

如图4所示，同步机构由双片齿轮、同步轴、联轴器、编码器等组成。双片齿轮与同步轴联结，通过联轴器与编码器的旋转轴相连。所以编码器可以同步检测双片齿轮的转动，进而检测天线的旋转。

图4 同步机构内部结构

2.3 密封方式的设计

为了达到高转速的指标要求，同时适应高低温、暴雨、冰雹等各种恶劣的气候环境，转台采用全密封设计，一方面防止雨水直接进入，另一方面也可防止灰尘或虫类进入，影响内部设备的正常使用[2]。主要密封部位有以下3处：

1) 减速箱的密封。为防止漏油现象的产生，也为了防止灰尘的进入，减速箱上下端都采取迷宫和旋转油封的双重密封方式，如图5所示。

图5 减速箱密封方式

2) 底座维修窗口处的密封。方位底座在圆周方向开了4个维修窗口，窗口与盖板之间不仅采用O型密封圈，也选用松不脱螺栓固定，如图6所示。这样既可以得到很好的密封效果，又便于维修操作。

图6 维修窗口处的密封

3) 电缆出口处的密封。在以往的转台设计中，转台内部电缆出口处的密封是密封防护的难点，出口处一般采用开放式结构或者做灌胶处理。文中转台内部的电缆通过安装在方位底座上的转接板转接，其密封方式也做了详尽的考虑。

转接板安装在底座的维修窗口上，与底座的结合面同样采用了上述的O型密封圈和松不脱螺栓的设计，为了便于线缆连接头的拔插，转接板设计成阶梯状。同时，转接板外缘还安装有防雨罩，转接板与防护罩之间还加装了一层橡胶密封垫，这样的设计更有利于防止雨水的直接淋溅和潮气的进入，如图7所示。

图7 转接板密封

2.4 刚强度优化设计

面对高指标要求和恶劣的工作环境(天线重约300 kg，转速要求60 r/min，24 h不停机工作，工作风速45 m/s，生存风速66 m/s)，转台的刚强度也是设计的关键。

天线支架采用钢板拼焊箱体式结构，方位底座采用铸钢型式，在保证刚强度的基础上，尽量减重。通过优化设计，转台在45 m/s风速下的分析结果如图8和图9所示。根据分析结果，转台最大位移量为0.05 mm，最大应力为2.64 MPa，满足使用要求。

图8 转台位移等值线云图(最大值0.05 mm)

图9 转台应力等值线云图(最大值2.64 MPa)

3 应用前景

经过调研后发现,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，如今已得到了广泛应用。而国内的机场场面监视雷达技术却是空白，各大民航机场均从国外引进。本文介绍的高速转台能够满足机场场面监视雷达技术所要求的输出转速60 r/min的使用要求和性能指标，若推入市场，就能够打破国外对机场场面监视雷达技术的垄断，提升我国综合竞争实力和机场场面的运行效率。

4 结束语

本文研究的单轴转台采用减速电机输出直接带动天线旋转的结构型式，结构较简单，不仅能满足使用要求，减少中间的传动环节，显著提高传递效率和反应速度，还可以应用于高转速输出的场合，输出转速可达到30 r/min或60 r/min。按照总体指标要求，目前已完成转台的前期研发工作，后期将进行一系列实验验证工作。研制完成后，将很快应用于机场场面监视。

[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] 张腊梅. 扁平化天线座设计[J]. 电子机械工程, 2012,28(1): 41-43,50.

[3] 张睿, 孔金凤. 机场场面监视技术的比较及发展[J]. 中国西部科技, 2010,9(1): 34-35,52.

[4] 徐灏. 机械设计手册[M]. 北京:北京工业出版社, 1991.

陈美芳(1981-)，女，工程师，主要从事雷达系统机械传动方面的研制工作。

Structure Design of a High-speed Turntable with Single Axial

CHEN Mei-fang

(The38thResearchInstituteofCETC,Hefei230088,China)

The structure of a new type of turntable is described in this paper, which, without complex drive chain, adopts gear motor mode to drive antenna directly. Compared with the traditional turntable, it possesses the advantages of simple structure and high transmission efficiency. Meanwhile, this type of turntable, whose output speed can reach 60 r/min, is suitable for high-speed application. The structural characteristics of the turntable, the design of gear motor, synchronization mechanism and seals are introduced in detail. It can provide valuable theoretical and practical basis for high-speed turntable and the domestic airport surface surveillance technology.

high rotation speed; turntable; direct drive; surface surveillance technology

2014-07-09

国家科技支撑计划项目(2011BAH24B05)

TN820.8

A

1008-5300(2014)05-0022-03