某机载雷达伺服转台结构设计

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。

图6 向上10.5 g过载应力

图7 Z向20 g冲击应力

图8 Z向随机振动3σ应力

图9 Z向正弦振动应力

4 结语

机载搜索雷达复杂的工作环境对整个雷达系统的空间尺寸和重量都提出了苛刻的要求。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。系统工程样机通过了多次地面振动台试验以及高温（+55 ℃）低温（-40 ℃）试验，系统达到了设计指标要求。

[参考文献]

[1]洪长满，段勇军.机载雷达天线座结构的刚强度性能评估[J].现代雷达，2011（6）：72-75.

[2]张润逵，戚仁欣，张树雄.雷达结构与工艺[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]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.

[4]高安帮.机电一体化系统设计禁忌[M].北京：机械工业出版社，2008．