CN108919196B - 一种机场场面监视雷达用天线座 - Google Patents

Abstract

本发明属于机场场面监视雷达技术领域，具体涉及一种机场场面监视雷达用天线座。本天线座包括天线支座、动力箱、底座、转轴；底座处布置旋转支座；本天线座还包括编码器；转轴顶端由下而上的同轴穿入天线支座的安装孔的小孔径段内且两者间构成孔轴插接配合；本天线座还包括胀紧环；当胀紧环的回转螺钉产生转动动作进而使得内紧环和外紧环因锥面配合而产生径向膨胀时，内紧环与转轴之间以及外紧环与安装孔间均构成过盈配合。本发明体型小巧而构造简洁，能确保转速60转/分甚至更高速的雷达天线的正常运作，并同步保证其传动高效率性、运转稳定性及高使用寿命。

Description

一种机场场面监视雷达用天线座

技术领域

本发明属于机场场面监视雷达技术领域，具体涉及一种支承机场场面监视雷达天线并带动其高速旋转的机场场面监视雷达用天线座。

背景技术

雷达天线座，用于承载雷达天线，是雷达天线赖以转动的基础，也是雷达系统所必不可少的重要组成部分。传统的雷达天线座，包括底座，底座处设置转盘、回转支承、小齿轮、离合器、减速机和电机，转盘上架设雷达天线。其中，电机与减速机固定在底座的最下部，减速机输出轴由下而上的深入底座内并与底座内的离合器相连，离合器啮合小齿轮，小齿轮与回转支承啮合，而回转支承再与转盘彼此啮合。工作时，电机通过驱动减速机来带动离合器和小齿轮传动，小齿轮带动回转支承回转，而回转支承带动转盘转动，从而达到驱动天线转动的效果。上述传统传统方式存在的缺陷在于：首先，由于使用的是多级齿轮传动，传动效率低而且减速比大，随之导致天线的转速很小。对于一些需要高速转动的雷达而言，上述多级齿轮传动显然是不适合的，勉强运行也只会导致运行不平稳，存在一定的影响。其次，在应用于高速雷达天线中时，由于目前传统的传动系统缺失了减震结构，同时结构设计及精度普遍较差，因此在快速转动时震动大，不利于设备的安全使用。再次，机场环境独特，大风天气屡见不鲜。雷达天线本身受风面就极大，导致天线会将风力传递至天线座内的传动轴乃至电机轴，进而出现电机负担过大甚至停机现象，极大的影响了实际使用。最后，传统天线座囊括了转盘、回转支承、小齿轮、离合器、减速机和电机等一系列结构，且各结构通常都沿铅垂向依序设置，不仅导致了天线座结构的繁复性及庞大性，同时内部轴与轴之间大量采用键连接结构，进而导致轴体自身强度的急剧降低，最终为雷达天线的正常稳定运作带来隐患。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的的雷达天线座，其体型小巧而构造简洁，能确保转速60转/分甚至更高速的雷达天线的正常运作，并同步保证其传动高效率性、运转稳定性及高使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：本天线座包括由上而下沿铅垂向依序布置的用于承载雷达天线的天线支座、用于支撑和驱动天线支座旋转的动力箱以及底座，本天线座还包括轴线铅垂设置的转轴，转轴简支梁状的可回转的安置于动力箱处且转轴两端分别伸出动力箱箱体，转轴的中段轴身处同轴设置蜗轮，动力箱内安置有轴线水平设置的动力电机，动力电机的输出轴处同轴布置蜗杆，蜗杆与蜗轮间彼此啮合从而构成蜗轮蜗杆机构；底座处布置旋转支座，旋转支座的回转面铅垂向上且该回转面构成供旋转波导底端固定的固定面，旋转支座为中空管腔状，且旋转支座的空腔连通旋转波导的管腔，旋转支座的底端构成与固定波导端部连接的固定端；转轴为中空轴，旋转波导的顶端铅垂向的向上延伸并通过转轴管腔；转轴的顶端面处固接有波导固定板，波导固定板为将与转轴同轴的圆板对半剖分而成；波导固定板对半剖分后形成的两个半圆板的直边处均凹设有固定槽，从而使得两个半圆板对合形成波导固定板后，两组固定槽彼此对合形成卡嵌旋转波导的箍紧孔；本天线座还包括用于监控转轴角位移的编码器；

所述天线支座处铅垂向的贯穿设置安装孔，所述安装孔为上部孔径大而下部孔径小的二段式阶梯孔状；转轴顶端由下而上的同轴穿入安装孔的小孔径段内且两者间构成孔轴插接配合；本天线座还包括胀紧环，所述胀紧环包括C型环状的内紧环、圆环状的箍紧环以及同轴套设于内紧环外的C型环状的外紧环；内紧环的外环面呈现由中部向两端外径逐渐减小的梭面状，以经过内紧环最大外环径处的横截面作内紧环的横截面并以该内紧环的横截面为界，内紧环的外环面被分为上环面及下环面，箍紧环环腔为与上环面配合的上细下粗的喇叭口状，外紧环环腔则为与下环面匹配的上粗下细的喇叭口状；箍紧环上轴向贯穿设置螺纹孔，螺纹孔为至少三组且环绕箍紧环轴线依序均布；回转螺钉沿箍紧环轴向而螺纹配合于螺纹孔内，且回转螺钉的顶端伸入外紧环相应端处并与之构成空转配合；外紧环的外壁套入所述安装孔的大孔径段孔壁处，而内紧环的孔壁同轴套设在转轴的顶部轴段处；当回转螺钉产生转动动作进而使得内紧环和外紧环因锥面配合而产生径向膨胀时，内紧环与转轴之间以及外紧环与安装孔间均构成过盈配合。

优选的，所述编码器包括环状的过渡连接板以及环状的刻线码盘，沿铅垂向而贯穿过渡连接板设置有装配孔，从而将刻线码盘同轴的固定于过渡连接板的底端面处；沿刻线码盘的径向而贯穿刻线码盘设置定位孔，定位螺钉穿过该定位孔并螺纹紧固于转轴的底部轴段处；所述编码器还包括用于读取刻线码盘外壁处刻线光栅的读数头，所述读数头固定于底座内壁上。

优选的，所述编码器为两组且沿转轴轴向间隔设置。

优选的，所述旋转支座包括固定于底座处的固定铰链以及回转轴线铅垂设置的布置于固定铰链顶端面处的旋转体，旋转体的顶端面构成所述回转面；旋转支座还包括回转固定环，所述回转固定环同轴套设和固接于旋转体处，回转固定环的环壁处径向贯穿设置定位装配孔，定位装配螺钉穿过该定位装配孔并螺纹紧固于转轴的底部轴段处。

优选的，所述动力电机为两组且沿经过转轴轴线的铅垂面而面对称布置；两组动力电机的输出轴彼此同轴且轴端彼此固接以便形成一体式轴构造。

优选的，所述旋转波导为四方管状，且旋转波导的两端布置法兰面；箍紧孔为与旋转波导的外管壁外形一致的四方孔状；旋转体的管腔与旋转波导的管腔轮廓一致，旋转体的回转面处设置与旋转波导的法兰面处法兰孔匹配的法兰配合孔。

本发明的有益效果在于：

1)、抛弃了传统的天线座结构，本发明一方面通过铅垂向依序布置各部件，从而使得整体结构位于同一轴心上，进而达到雷达天线质心与天线座旋转中心合一的目的，最终在尽量减小质心高度和减少动不平衡力偶的同时，杜绝了雷达天线高速旋转时的偏心现象。另一方面，采用蜗轮蜗杆机构的直驱式设计，确保了力传递的最大化。蜗轮蜗杆副本身存在的反向自锁性，也保障了雷达天线转动时不会因外部因素而影响到内部部件的正常运作，其工作稳定性可得到保证。而位于天线座内的旋转波导，则自然通过转轴管腔，并依靠波导固定板及旋转支座来起到固定目的，从而实现高频电磁波的从固定电子设备终端至高速旋转天线的高效传递效果。此外的，本发明还采用了胀紧环结构，来起到可靠连接天线支座与动力箱的功能。胀紧环采用了独特的锥面配合的C型内紧环与C型外紧环搭配箍紧环构造，从而在需要时将其放入天线支座与动力箱之间的配合间隙内，并通过对回转螺钉的拧动操作，从而以内紧环相对外紧环的轴向动作及楔形面配合，来达到胀紧环的径向膨胀功能，最终使得原本内紧环与转轴之间以及外紧环与安装孔间的过渡配合甚至间隙配合转变为过盈配合。一旦内紧环与转轴之间以及外紧环与安装孔间达到过盈配合，此时天线支座也即稳固的配合于动力箱上了。由于胀紧环的采用，常用的会破坏轴强度的键连接被废弃，从而也就间接的提升了转轴的承力性，进而能确保转速60转/分甚至更高速的雷达天线的正常运作，并同步保证其传动高效率性、运转稳定性及高使用寿命。

2)、对于编码器而言，此处采用了非接触式编码器，通过将刻线码盘通过过渡连接板而固定于转轴底部轴身处，再依靠读数头来对刻线码盘的旋转时角位移进行读取，进而获得转轴角位移量，以达到监控目的。两组间隔布置的编码器，可起到数据的补充和备用目的，此处就不再赘述。

3)、旋转支座由固定铰链、旋转体及回转固定环构成，回转固定环为连接旋转体与转轴的连接部，而固定铰链则固定于底座处。使用时，转轴的旋转会带动回转固定环旋转，随之带动固定铰链转动，进而使得被波导固定板及旋转体固定的旋转波导产生随动的同步转动动作。由于旋转支座及上述编码器被简化为沿轴身轴向依序布置，从而可有效降低底座的高度，进而进一步缩减整个装置的质心高度，有利于在结构进一步简化的同时，确保本发明的工作稳定性及可靠性。

4)、考虑到雷达天线高速转动时的振动性，该振动一方面会经由胀紧环而有效抑制；另一方面，通过对称分布的动力电机，也能通过重心分布而有效降低上述振动。此外的，两组动力电机，可将另一组作为备用电机而使用，从而适应环境恶劣而又对雷达连续工作要求严苛的机场环境所使用。而当遇到大风等天气而使得雷达天线转动负荷较高时，可同时开启两组动力电机，从而人为的增大雷达天线的转动扭矩，进而确保雷达天线始终能以正常速度产生转动动作，最终确保雷达天线的工作持续性及可靠性。

5)、旋转波导优选采用四方管状且两端布置法兰面，从而以法兰面的配合来有效降低信号的泄漏性。与旋转波导配合的箍紧孔及旋转体处管腔均为四方结构，从而起到箍紧旋转波导及保障信号传递畅通的功能。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是本发明的剖视图；

图4是动力箱的立体结构示意图；

图5是动力箱的立体结构爆炸图；

图6是编码器的立体结构示意图；

图7是旋转支座的立体结构示意图；

图8是旋转支座的立体结构爆炸图；

图9是旋转波导的立体结构示意图；

图10是波导固定板的立体结构示意图；

图11是胀紧环的立体结构示意图；

图12是胀紧环的立体结构爆炸图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-天线支座 20-动力箱 21-动力电机 22-蜗杆

30-底座 40-转轴 41-蜗轮 50-旋转支座

51-固定铰链 52-旋转体 53-回转固定环 54-定位装配孔

60-旋转波导 70-波导固定板 71-半圆板 72-固定槽

80-编码器

81-过渡连接板 82-刻线码盘 83-读数头 84-定位孔

90-胀紧环 91-内紧环 92-外紧环 93-回转螺钉 94-箍紧环

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-12，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体结构如图1-12所示，其主要结构包括动力电机21、编码器80、旋转支座50、旋转波导60、波导固定板70、胀紧环90、天线支座10及底座30。动力电机21为双电机驱动的空心输出轴减速机，安装在动力箱20的一侧。天线支座10则通过胀紧环90与空心的转轴40连接。旋转波导60穿过转轴40，上端通过波导固定板70以便与转轴40顶端面固接，波导的下端与旋转支座50的回转面连接。编码器80、旋转支座50均安装在转轴40下端，以上构件组成本发明的简洁型的天线座。

如图4-5所示，动力箱20包括有两组动力电机21、一个减速结构以及一根轴线铅垂设置的转轴40。减速结构为具有双输入轴的蜗轮蜗杆减速机，动力电机21通过离合器连接蜗杆22，而蜗杆22连接转轴40处的蜗轮41，最终构成蜗轮蜗杆机构。转轴40为上述减速机的输出轴，为空心的多段式阶梯轴状的圆柱体。由于蜗轮41与蜗杆22啮合并与动力电机21连接，因此动力电机21可带动转轴40产生高速旋转。转轴40长度679mm，其上端设计有直径120mm、长度158mm的上轴段，与胀紧环90胀紧刚性连接；其下端设计有直径70mm、长度104mm的下轴段，下轴段处设计有6个M6螺纹孔。上述6个M6螺纹孔两两轴对称布置，且沿转轴40轴向依序间隔均布形成三组。图3中可看出，两组编码器80的刻线码盘82分别叠加套入转轴40的下轴段处，并分别用两个径向贯穿过渡连接板81的定位螺钉连接固定于上述M6螺纹孔的其中两组孔处。最下端的一组两个M6螺纹孔则用于固定旋转支座50处的回转固定环53，回转固定环53采用两个径向贯穿回转固定环53的定位装配螺钉连接固定于上述M6螺纹孔处。

为进一步提升转轴40的转动精度，动力箱20处如图3所示的还布置有用于简支梁支撑转轴40的精密轴承，以确保转轴40的精确定位及高速旋转。

对于编码器80而言，如图3及图6所示的，编码器80包括有刻线码盘82、读数头83及过渡连接板81。刻线码盘82为外径105mm、孔径70mm、高度12mm的空心圆柱体，端面设计有6个直径6.2mm通孔，用于刻线码盘82与过渡连接板81之间的连接固定。刻线码盘82的外圆表面有周期性刻线光栅，是编码器80的测量基准。读数头83为长46mm、宽13mm、高19mm的长方体，端面设计有2个直径3.1mm通孔，用于读数头与底座30内壁之间的连接固定。读数头83基于高精度光电扫描成像原理，读取刻线码盘82上的刻线光栅步距及旋转角度，通过信号传输线传输至显控终端，以便工作人员实时读取转轴40的角位移数据。

对于旋转支座50而言，如图3及图7-8所示，所述旋转支座50包括有旋转体52、固定铰链51以及回转固定环53。旋转体52直径80mm、长度70mm，旋转体52与固定铰链51之间通过轴承等零部件连接，以确保旋转体52相对固定铰链51高速旋转。旋转体52通过法兰配合从而与转轴40孔内的旋转波导60连接，固定铰链51则通过法兰紧固件与下面的固定波导连接，由此形成高频电磁波从固定电子设备终端至高速旋转天线的传输路径。如图8所示的，回转固定环53端面设置有6个直径3.5mm通孔，以便与旋转体52螺纹固定。回转固定环53侧面设计有2个直径6.2mm的定位装配孔，以便与动力电机21的转轴40下轴段连接固定。

对于旋转波导60及波导固定板70而言，其结构参照图9-10所示。旋转波导60为长度760mm的矩形金属管，金属管两端分别焊接有金属法兰，该法兰上设计有4个直径4.2mm通孔，分别与旋转支座50的旋转体52及雷达天线波导连接固定。波导固定板70为两组半圆板71，半圆板71中心设计有矩形的箍紧孔，用于夹持固定旋转波导60。每组半圆板71上分别设计有3个直径4.2mm通孔，采用固接螺钉与动力电机21的转轴40顶端面连接固定。

如图3及图11-12所示的，胀紧环90包括有内紧环91、外紧环92、回转螺钉93及箍紧环94。箍紧环94端面设计有8个螺纹通孔，外表面为圆柱面，内表面为圆锥面；外紧环92外表面为圆柱面，内表面为圆锥面，且沿其轴向设计有径向膨胀通槽从而形成C型环，外紧环92端面设计有8个螺纹通孔；内紧环92内表面为圆柱面，外表面有两个圆锥面从而形成如图11所示的梭型面结构。内紧环92的两个圆锥面，也即上环面与下环面分别与箍紧环94的内圆锥面及外紧环92的内圆锥面构成面接触配合，内紧环92同样轴向设计有径向收缩通槽以便形成C型环。内紧环92内圆柱面与转轴40的上轴段配合连接，外紧环92的外圆柱面与天线支座10下端的安装孔配合连接。回转螺钉93通过转箍等而可相对箍紧环外紧环92作空转。当箍紧环94通过回转螺钉93与外紧环92连接时，旋动回转螺钉93，箍紧环94及外紧环92通过内圆锥面压缩收紧内紧环92，使之与转轴40抱紧连接，同时外紧环92的外圆柱面膨胀与天线支座10的安装孔间胀紧连接。当然，实际操作时，外紧环92与箍紧环94间也可以直接通过螺纹固接而无需专门设置轴体空转结构，只需能够实现两者沿轴向的相向动作及相离动作即可。

如图1-3所示，天线支座10为钢板焊接的三角形支架，以便支承和固定雷达天线。而底座30为圆柱形铸件，用于支承固定上述天线支座10及动力箱20等部件，此处就不再多作赘述。

Claims (6)

1.一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：本天线座包括由上而下沿铅垂向依序布置的用于承载雷达天线的天线支座（10）、用于支撑和驱动天线支座（10）旋转的动力箱（20）以及底座（30），本天线座还包括轴线铅垂设置的转轴（40），转轴（40）简支梁状的可回转的安置于动力箱（20）处且转轴（40）两端分别伸出动力箱（20）箱体，转轴（40）的中段轴身处同轴设置蜗轮（41），动力箱（20）内安置有轴线水平设置的动力电机（21），动力电机（21）的输出轴处同轴布置蜗杆（22），蜗杆（22）与蜗轮（41）间彼此啮合从而构成蜗轮蜗杆机构；底座（30）处布置旋转支座（50），旋转支座（50）的回转面铅垂向上且该回转面构成供旋转波导（60）底端固定的固定面，旋转支座（50）为中空管腔状，且旋转支座（50）的空腔连通旋转波导（60）的管腔，旋转支座（50）的底端构成与固定波导端部连接的固定端；转轴（40）为中空轴，旋转波导（60）的顶端铅垂向的向上延伸并通过转轴（40）管腔；转轴（40）的顶端面处固接有波导固定板（70），波导固定板（70）为将与转轴（40）同轴的圆板对半剖分而成；波导固定板（70）对半剖分后形成的两个半圆板（71）的直边处均凹设有固定槽（72），从而使得两个半圆板（71）对合形成波导固定板（70）后，两组固定槽（72）彼此对合形成卡嵌旋转波导（60）的箍紧孔；本天线座还包括用于监控转轴（40）角位移的编码器（80）；所述天线支座（10）处铅垂向的贯穿设置安装孔，所述安装孔为上部孔径大而下部孔径小的二段式阶梯孔状；转轴（40）顶端由下而上的同轴穿入安装孔的小孔径段内且两者间构成孔轴插接配合；本天线座还包括胀紧环（90），所述胀紧环（90）包括C型环状的内紧环（91）、圆环状的箍紧环（94）以及同轴套设于内紧环（91）外的C型环状的外紧环（92）；内紧环（91）的外环面呈现由中部向两端外径逐渐减小的梭面状，以经过内紧环（91）最大外环径处的横截面作内紧环（91）的横截面并以该内紧环（91）的横截面为界，内紧环（91）的外环面被分为上环面及下环面，箍紧环（94）环腔为与上环面配合的上细下粗的喇叭口状，外紧环（92）环腔则为与下环面匹配的上粗下细的喇叭口状；箍紧环（94）上轴向贯穿设置螺纹孔，螺纹孔为至少三组且环绕箍紧环（94）轴线依序均布；回转螺钉（93）沿箍紧环（94）轴向而螺纹配合于螺纹孔内，且回转螺钉（93）的顶端伸入外紧环（92）相应端处并与之构成空转配合；外紧环（92）的外壁套入所述安装孔的大孔径段孔壁处，而内紧环（91）的孔壁同轴套设在转轴（40）的顶部轴段处；当回转螺钉（93）产生转动动作进而使得内紧环（91）和外紧环（92）因锥面配合而产生径向膨胀时，内紧环（91）与转轴（40）之间以及外紧环（92）与安装孔间均构成过盈配合。

2.根据权利要求1所述的一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：所述编码器（80）包括环状的过渡连接板（81）以及环状的刻线码盘（82），沿铅垂向而贯穿过渡连接板（81）设置有装配孔，从而将刻线码盘（82）同轴的固定于过渡连接板（81）的底端面处；沿刻线码盘（82）的径向而贯穿刻线码盘（82）设置定位孔（84），定位螺钉穿过该定位孔（84）并螺纹紧固于转轴（40）的底部轴段处；所述编码器（80）还包括用于读取刻线码盘（82）外壁处刻线光栅的读数头（83），所述读数头（83）固定于底座（30）内壁上。

3.根据权利要求2所述的一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：所述编码器（80）为两组且沿转轴（40）轴向间隔设置。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：所述旋转支座（50）包括固定于底座（30）处的固定铰链（51）以及转轴（40）线铅垂设置的布置于固定铰链（51）顶端面处的旋转体（52），旋转体（52）的顶端面构成所述回转面；旋转支座（50）还包括回转固定环（53），所述回转固定环（53）同轴套设和固接于旋转体（52）处，回转固定环（53）的环壁处径向贯穿设置定位装配孔（54），定位装配螺钉穿过该定位装配孔（54）并螺纹紧固于转轴（40）的底部轴段处。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：所述动力电机（21）为两组且沿经过转轴（40）轴线的铅垂面而面对称布置；两组动力电机（21）的输出轴彼此同轴且轴端彼此固接以便形成一体式轴构造。

6.根据权利要求4所述的一种机场场面监视雷达用天线座，其特征在于：所述旋转波导（60）为四方管状，且旋转波导（60）的两端布置法兰面；箍紧孔为与旋转波导（60）的外管壁外形一致的四方孔状；旋转体（52）的管腔与旋转波导（60）的管腔轮廓一致，旋转体（52）的回转面处设置与旋转波导（60）的法兰面处法兰孔匹配的法兰配合孔。

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