CN101505005B - 一种温度自适应反射面调整组件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度自适应反射面调整组件的制造方法,它涉及反射面天线领域中的温度自适应反射面调整组件的制造技术。它采用单自由度调整件和双自由度调整件组合进行不同材质间温差热变形自动调节的原理,达到天线反射面温度自适应的调整。本发明不但适用于大口径、大温差工作环境和高精度的反射面天线的单元调整,而且还具有调整组件结构简单、重量轻、易加工,调整方便,价格成本低廉,性能稳定可靠等特点,能适用于各种形式的大口径、大温差、高频段应用环境下的高精度天线反射面的调整组件制造,特别适用于天线口径大于25米、工作环境温差在50℃以上、工作频率在Ka频段以上的各种形式的反射面天线用作高精度主、副反射面的调整组件制造。
Description
技术领域
本发明涉及反射面天线领域中的一种温度自适应反射面调整组件的制造方法,特别适用于大口径、大温差工作环境、工作在高频段,尤其是天线口径大于25米、工作环境温差在50℃以上、工作频率在Ka频段以上的各种形式的反射面天线用作高精度主、副反射面的调整组件制造。
背景技术
随着天线工作频率越来越高,对反射面精度(通常用表面均方根值σ来描述)的要求相应越来越高,在影响反射面精度σ的诸因素之中,除了制造和装配技术之外,工作环境的影响是不容忽视的因素,尤其是天线口径大于25米、工作频率在Ka频段以上,各种形式的大口径、高精度反射面天线,环境因素对反射面精度σ的影响凸现,特别是环境大温差热因素的影响尤为突出,迄今为止,业界对如何消除或有效减小在大温差环境中热因素的影响,还没有可行的技术先例。目前,露天环境工作在各频段的大口径反射面天线的反射面,在与天线背架的连接结构设计方面,都是采用传统的技术方案进行设计,特别是在钢材背架和铝材反射面之间的调整连接组件的设计,都采用诸如螺杆等组件直接硬连接的方法,这种连接方法在结构的热性能上存在如下不足:
传统的调整连接组件方法,是在组成天线反射面的每块反射面单元的四个角部与天线背架之间,分别用四组螺杆、螺母等标准件直接进行刚性连接,这种连接方法虽然能够满足每块反射面单元的安装和调整,但是却不能协调钢材背架和铝材反射面单元之间由于钢、铝不同材料线膨胀系数而引起的变形差值,从而导致反射面整体表面精度σ的恶化,形成了大口径高精度反射面的关键技术弱点。这是因为在对天线反射面精度σ产生影响的热变形因素有三个,即:
a.天线背架的热变形因素;
b.反射面单元的热变形因素;
c.背架与反射面不同材质,在传统的刚性连接约束下,产生的变形不协调因素。
理论和计算结果表明,前两个因素虽然不能人为控制,但是因为本身的材料同一,热变形较均匀,所以它对反射面的整体精度σ的影响不大,不构成主要因素,而在后一个因素中,由于背架和反射面单元的材料不同,材料线膨胀系数不同,但二者之间所采用的刚性连接方法,使得刚度相对较弱的铝质反射面单元的变形屈服于刚度相对较强的钢质背架变形,从而引起反射面精度σ的恶化。这一因素不但对反射面精度σ影响十分明显,可构成主要因素,必须在制造中加以控制。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种温度自适应反射面调整组件的制造方法,并且本发明方法制造的反射面调整组件不但适用于大口径、大温差工作环境和高精度的反射面天线的单元调整,而且还具有调整组件结构简单、重量轻、易加工,调整方便,价格成本低廉,性能稳定可靠等特点,能适用于各种形式的大口径、大温差、高频段应用环境下的高精度天线反射面的调整组件制造。
本发明的目的是这样实现的,采用单自由度调整件和双自由度调整件组合进行不同材质间温差热变形自动调节的原理,单自由度调整件确定了反射面与背架之间结构的相对位置,双自由度调整件使反射面在半径方向位移适应温差变形,单、双自由度调整件组合使反射面在圆周方向转动适应温差变形,进行天线反射面温度自适应调整;
包括步骤
①根据反射面单元10的径向尺寸作为公称尺寸,计算反射面单元10和天线背架11在工作温差下的热变形量的差值:
ΔL=L×Δt(α1-α2)
式中:ΔL为反射面单元10和天线背架11在工作温差下的热变形量的差值,单位为毫米
L为反射面单元的径向公称尺寸,单位为毫米
Δt为工作温差,单位为℃
α1为反射面单元的材料线膨胀系数,单位为10-6℃-1
α2为背架的材料线膨胀系数,单位为10-6℃-1;
②设计制造单自由度调整座2、调整螺杆3、单自由度轴5,将调整螺杆3通过单自由度轴5、采用小标准件6安装在单自由度调整座2的内、外支臂间,构成单自由度调整件1;
③设计制造双自由度调整座8、调整螺杆3、双自由度轴9,双自由度调整座8的内、外支臂间距尺寸a为调整螺杆3的配合孔长度尺寸b与ΔL之和,即a=b+ΔL;将调整螺杆3通过双自由度轴9、采用小标准件6安装在双自由度调整座8的内、外支臂间,构成双自由度调整件7;
④将两套单自由度调整件1分别安装在反射面单元10非工作面的两个内调整点上,使单自由度轴5的轴线与天线反射面的半径方向一致;所述的内调整点是指反射面单元10靠近天线反射面中心一侧非工作面的两个角部;
⑤将两套双自由度调整件7分别安装在反射面单元10非工作面的两个外调整点上,使双自由度轴9的轴线与天线反射面的半径方向一致,所述的外调整点是指反射面单元10远离天线反射面中心一侧非工作面的两个角部;
调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离为L1,调整螺杆3至双自由度调整座8外支臂的距离为L2,L1/L2与反射面单元10调整时的环境温度相关,满足下式:L1/L2=Δt2/Δt1
式中:L1为调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离,单位为毫米,L2为调整螺杆3至双自由度调整座8的外支臂的距离,单位为毫米,Δt1=t-t1,Δt2=t2-t,t为调整时的环境温度,t1至t2为环境温差,单位为℃;
⑥采用大标准件4将安装有单自由度调整件1和双自由度调整件7的反射面单元10通过调整螺杆3安装到天线背架11相应位置的调整板上;
⑦采用大标准件4分别调整单自由度调整件1的调整螺杆3的高度及双自由度调整件7的调整螺杆3的高度,使反射面单元10位置满足安装要求;锁紧标准件4后即形成反射面单元的温度自适应反射面调整组件。
本发明与背景技术相比具有如下优点:
1.本发明克服了大型天线反射面单元用传统调整连接组件刚性连接方法的不足,采用了温度自适应反射面调整组件连接结构形式,反射面单元依靠刚性安装在背架调整板上的靠近天线反射面中心一侧的单自由度调整件1和远离天线反射面中心一侧的双自由度调整件7的联合作用,既能可靠准确地固定、调整在背架设计位置,又能在环境温度变化时,利用双自由度调整件7在半径方向位移自由度很好地消除背架和反射面单元之间由于钢、铝不同材料线膨胀系数而在半径方向引起的变形差值,利用单各调整件在圆周方向的转动自由度较好地协调背架和反射面单元之间由于钢、铝不同材料线膨胀系数而在圆周方向引起的变形差值,从而保证反射面整体表面精度σ的恶化程度大大减小,对于大口径、大温差工作环境和高精度的反射面天线的作用尤为显著。
2.本发明是以解除外调整点在天线反射面半径方向的位移约束,解除内、外调整点在天线反射面圆周方向的转动约束,来实现不同材质的反射面和背架之间的热变形自行适应,每个调整件仅包括调整座、调整螺杆和轴三个结构零件。具有结构简单、重量轻、易加工,调整方便等特点,特别是性能稳定可靠、价格成本低廉,也是本发明的显著优点。
附图说明
图1是本发明最佳实施例的安装结构示意图。
图1-1是本发明单自由度调整件1、双自由度调整件7的安装示意图。
图1-2是本发明图1-1中II的单自由度调整件1的放大结构示意图。
图1-3是本发明图1-1中III的双自由度调整件7的放大结构示意图。
图2是本发明单、双自由度调整件1、7的装配关系结构示意图。
图2-1是本发明单自由度调整件1的装配关系结构示意图。
图2-2是本发明双自由度调整件7的装配关系结构示意图。
图3是本发明单、双自由度调整件1、7在反射面单元10上的安装位置示意图。
图1、图2、图3中:1为单自由度调整件、2为单自由度调整座、3为调整螺杆、4为大标准件、5为单自由度轴、6为小标准件、7为双自由度调整件、8为双自由度调整座、9为双自由度轴、10为反射面单元、11为天线背架。
具体实施方式
本发明最佳实施例如图1所示,图1是本发明最佳实施例的安装结构示意图。它包括单自由度调整件1、单自由度调整座2、调整螺杆3、大标准件4、单自由度轴5、小标准件6、双自由度调整件7、双自由度调整座8、双自由度轴9、反射面单元10、天线背架1 1。
本发明采用单自由度调整件和双自由度调整件组合进行不同材质间温差热变形自动调节的原理,单自由度调整件确定了反射面与背架之间结构的相对位置,双自由度调整件使反射面在半径方向位移适应温差变形,单、双自由度调整件组合使反射面在圆周方向转动适应温差变形,进行天线反射面温度自适应调整。
包括下列步骤:
①根据反射面单元10的径向尺寸作为公称尺寸,计算反射面单元10和天线背架11在工作温差下的热变形量的差值:
ΔL=L×Δt(α1-α2)
其中:ΔL为反射面单元和背架在工作温差下的热变形量的差值,单位为毫米
L为反射面单元的径向公称尺寸,单位为毫米
Δt为工作温差,单位为℃
α1为反射面单元的材料线膨胀系数,单位为10-6℃-1
α2为背架的材料线膨胀系数,单位为10-6℃-1。
实施例本发明L取2300毫米,Δt取60℃,铝质反射面的α1取23.0×10-6℃-1,钢质背架的α2取11.0×10-6℃-1
所以ΔL=L×Δt(α1-α2)
=2300×60×(23.0×10-6-11.0×10-6)
=1.656毫米。
就是说,在60℃的温差范围内,长度为2300毫米反射面在天线反射面半径方向热变形与背架的热变形差值为1.656毫米,在制造双自由度调整座8的内、外支臂间距尺寸a时,要留出1.656毫米的间隙。
②设计制造单自由度调整座2、调整螺杆3、单自由度轴5,将调整螺杆3通过单自由度轴5、采用小标准件6安装在单自由度调整座2的内、外支臂间,构成单自由度调整件1,如图1-2、图2-1所示。其作用确定了反射面与背架之间结构的相对位置。
实施例本发明单自由度调整座2、调整螺杆3、单自由度轴5采用不锈钢1Cr18Ni9Ti材料机加工自制而成,小标准件6采用市售不锈钢1Cr18Ni9Ti材料标准件制造。
③设计制造双自由度调整座8、调整螺杆3、双自由度轴9,双自由度调整座8的支臂间距a为调整螺杆3的配合孔长度b与ΔL之和,即a=b+ΔL,如图2-2所示。
将调整螺杆3通过双自由度轴9、采用小标准件6安装在双自由度调整座8的内、外支臂间,构成双自由度调整件7,如图1-3、图2-2所示。其作用满足反射面在半径方向位移适应温差变形。
实施例本发明双自由度调整座8、调整螺杆3、单自由度轴9采用不锈钢1Cr18Ni9Ti材料机加工自制而成,小标准件6采用市售不锈钢1Cr18Ni9Ti材料标准件制造;
调整螺杆3的配合孔长度b取10毫米,双自由度调整座8的支臂间距a=b+ΔL
所以a=b+ΔL
=10+1.656
=11.656毫米。
双自由度调整座8的支臂间距a的尺寸,要满足调整螺杆3的配合孔长度10毫米与在60℃的温差范围内、长度为2300毫米反射面在天线反射面半径方向热变形与背架的热变形差值1.656毫米之和。
④将两套单自由度调整件1分别安装在反射面单元10非工作面的两个内调整点上,单自由度轴5的轴线与天线反射面的半径方向一致;所述的内调整点是指反射面单元10靠近天线反射面中心一侧非工作面的两个角部,如图3所示。
实施例本发明单自由度调整件1在反射面单元10非工作面的两个内调整点上的安装,采用133号胶粘接方法。
⑤将两套双自由度调整件7分别安装在反射面单元10非工作面的两个外调整点上,双自由度轴9的轴线与天线反射面的半径方向一致,所述的外调整点是指反射面单元远离天线反射面中心一侧非工作面的两个角部,如图3所示;
调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离为L1,调整螺杆3与至双自由度调整座8的外支臂的距离为L2,L1/L2与反射面单元调整时的环境温度相关,满足下式:L1/L2=Δt2/Δt1
式中:L1为调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离,单位为毫米,L2为调整螺杆3至双自由度调整座8的外支臂的距离,单位为毫米,Δt1=t-t1,Δt2=t2-t,t为调整时的环境温度,t1至t2为环境温差,单位为℃,如图2-2所示。
实施例本发明双自由度调整件7在反射面单元10非工作面的两个外调整点上的安装,采用133号胶粘方法。
设t1=-10℃,t2=50℃,t=20℃
则Δt1=t-t1=20+10=30℃
Δt2=t2-t=50-20=30℃
因为ΔL=a-b=L1+L2=1.656
所以L1=1.656-L2,代入式L1/L2=Δt2/Δt1
得L1=L2=0.828毫米
L1=0.828毫米是为了适应环境温度从20℃至50℃的变化而为反射面留出的热变形位移,L2=0.828毫米是为了适应环境温度从20℃至-10℃的变化而为反射面留出的热变形位移。
因此,实施例本发明双自由度调整件7分别安装在反射面单元10非工作面的两个外调整点上时,要满足L1=L2=0.828毫米的要求。
⑥采用大标准件4将安装有单自由度调整件1和双自由度调整件7的反射面单元10通过调整螺杆3安装到天线背架11相应位置的调整板上,如图1-1所示,单、双自由度调整件组合使反射面在圆周方向转动适应温差变形,进行天线反射面温度自适应调整。实施例大标准件4采用市售不锈钢1Cr18Ni9Ti材料标准件制造;
⑦采用大标准件4分别调整单自由度调整件1的调整螺杆3的高度及双自由度调整件7的调整螺杆3的高度,使反射面单元10位置满足安装要求;锁紧标准件4,形成反射面单元的温度自适应反射面调整组件,如图1-1所示。
Claims (1)
1.一种温度自适应反射面调整组件的制造方法,其特征在于:采用单自由度调整件和双自由度调整件组合进行不同材质间温差热变形自动调节的原理,单自由度调整件确定了反射面与背架之间结构的相对位置,双自由度调整件使反射面在半径方向位移适应温差变形,单、双自由度调整件组合使反射面在圆周方向转动适应温差变形,进行天线反射面温度自适应调整;
包括步骤
①根据反射面单元(10)的径向尺寸作为公称尺寸,计算反射面单元(10)和天线背架(11)在工作温差下的热变形量的差值:
ΔL=L×Δt×(α1一α2),式中:ΔL为反射面单元(10)和天线背架(11)在工作温差下的热变形量的差值,单位为毫米,L为反射面单元的径向公称尺寸,单位为毫米,Δt为工作温差,单位为℃,α1为反射面单元的材料线膨胀系数,单位为10-6℃-1,α2为背架的材料线膨胀系数,单位为10-6℃-1;
②设计制造单自由度调整座(2)、调整螺杆(3)、单自由度轴(5),将调整螺杆(3)通过单自由度轴(5)、采用小标准件(6)安装在单自由度调整座(2)的内、外支臂间,构成单自由度调整件(1);
③设计制造双自由度调整座(8)、调整螺杆(3)、双自由度轴(9),双自由度调整座(8)的内、外支臂间距尺寸a为调整螺杆(3)的配合孔长度尺寸b与ΔL之和,即a=b+ΔL;将调整螺杆(3)通过双自由度轴(9)、采用小标准件(6)安装在双自由度调整座(8)的内、外支臂间,构成双自由度调整件(7);
④将两套单自由度调整件(1)分别安装在反射面单元(10)非工作面的两个内调整点上,使单自由度轴(5)的轴线与天线反射面的半径方向一致;所述的内调整点是指反射面单元(10)靠近天线反射面中心一侧非工作面的两个角部;
⑤将两套双自由度调整件(7)分别安装在反射面单元(10)非工作面的两个外调整点上,使双自由度轴(9)的轴线与天线反射面的半径方向一致,所述的外调整点是指反射面单元(10)远离天线反射面中心一侧非工作面的两个角部;
调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)的内支臂的距离为L1,调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)外支臂的距离为L2,L1/L2与反射面单元(10)调整时的环境温度相关,满足下式:L1/L2=Δt2/Δt1
式中:L1为调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)的内支臂的距离,单位为毫米,L2为调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)的外支臂的距离,单位为毫米,Δt1=t-t1,Δt2=t2-t,t为调整时的环境温度,t1至t2为环境温差,单位为℃;
⑥采用大标准件(4)将安装有单自由度调整件(1)和双自由度调整件(7)的反射面单元(10)通过调整螺杆(3)安装到天线背架(11)相应位置的调整板上;
⑦采用大标准件(4)分别调整单自由度调整件(1)的调整螺杆(3)的高度及双自由度调整件(7)的调整螺杆(3)的高度,使反射面单元(10)位置满足安装要求;锁紧标准件(4)后即形成反射面单元的温度自适应反射面调整组件。
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