CN114296037A - 一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，用于控制天线阵面转动，包括俯仰基座、两个电动缸和驱动部，电动缸包括锥齿轮传动副、丝杠螺母副和推杆。驱动部固连于俯仰基座，其输出端分别经离合器与两个锥齿轮传动副的输入端连接，用于同步驱动两个锥齿轮传动副。锥齿轮传动副的输出端通过丝杠螺母副与对应推杆连接，驱动推杆伸出或缩回。锥齿轮传动副的固定端与俯仰基座转动连接，天线阵面的底部与俯仰基座转动连接，天线阵面的顶部同时与两个推杆绕同一转动轴线连接，且天线阵面的底部和顶部的转动轴线平行，天线阵面顶部的转动轴线与锥齿轮传动副和俯仰基座的转动轴线平行。

Description

一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构

技术领域

本发明属于相控阵雷达天线阵面领域，尤其涉及一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构。

背景技术

电动缸是一种集成的高性能直线作动器，可将电机的旋转运动转化为直线运动，能够实现精确的力、位置和速度控制。

相控阵雷达为了兼顾运输和工作，雷达阵面通常需要在水平和俯仰两种状态间进行转换，俯仰角度范围一般在0°～90°之间。在实际工程应用中，通常利用两个电动缸推动阵面翻转到工作位置，利用伺服控制驱动两侧伺服电机保证双缸的伸出量一致。传统双缸同步时两个电机分别驱动两个电动缸，通过伺服驱动的闭环控制来保证双缸的伸出量一致，伺服驱动闭合控制实际上存在异步问题。随着雷达设备复杂程度和减重要求的不断提高，双缸电气异步问题引起的俯仰伺服系统故障问题越来越多。

电动缸传动过程中，青铜螺母对合金钢丝杆在失油状态下会出现啸叫的现象，加剧磨损。

丝杠螺母是电动缸的核心部件，螺母与丝杠的机械接触过程中必然伴随着磨损，螺母磨损到一定状态时将影响俯仰运动的定位精度，使用中需要评估这一磨损量。使用中通常采集伺服电机反馈的电气信号来判断磨损程度，而回转轴与轴承座、推杆与防转键机械接触也会影响伺服电机反馈的电气信号，伺服电机的电气信号采集准确性也会影响判断，所以单一通过电气信号并不能准确判断螺母磨损程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，以解决现有技术中两个电动缸异步的问题。

本发明的技术方案为：

一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，用于控制天线阵面转动，包括俯仰基座、两个电动缸和驱动部，所述电动缸包括锥齿轮传动副、丝杠螺母副和推杆；

所述驱动部固连于所述俯仰基座，其输出端分别经离合器与两个所述锥齿轮传动副的输入端连接，用于同步驱动两个所述锥齿轮传动副；所述锥齿轮传动副的输出端通过所述丝杠螺母副与对应所述推杆连接，驱动所述推杆伸出或缩回；

所述锥齿轮传动副的固定端与所述俯仰基座转动连接，所述天线阵面的底部与所述俯仰基座转动连接，所述天线阵面的顶部同时与两个所述推杆绕同一转动轴线连接，且所述天线阵面的底部和顶部的转动轴线平行，所述天线阵面顶部的转动轴线与所述锥齿轮传动副和所述俯仰基座的转动轴线平行。

优选地，所述锥齿轮传动副具有两个输入端，其中一个所述锥齿轮传动副的输入端经所述离合器与所述驱动部连接，用于由所述驱动部驱动所述锥齿轮传动副；另一个所述锥齿轮传动副的输入端为手摇轴，用于所述锥齿轮传动副由所述离合器断开与所述驱动部的传动后由所述手摇轴驱动。

优选地，所述锥齿轮传动副包括：

传动副基座和转动壳体，所述传动副基座与所述俯仰基座固连，所述转动轴壳体与所述传动副基座转动连接，其转动轴线为传动副轴线，所述传动副轴线与所述天线阵面和所述推杆间的转动轴线平行；所述丝杠螺母副中的丝杠伸入所述转动壳体并与其绕所述丝杠的轴线转动连接，且所述丝杠随所述转动壳体绕所述传动副轴线转动；

输入轴，其轴线与所述传动副轴线位于同一直线上，所述输入轴的一端与所述离合器连接，另一端伸入所述转动壳体并固连有第一锥齿轮，位于所述转动壳体内的所述丝杠上固连有与所述第一锥齿轮相匹配的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合。

优选地，所述锥齿轮传动副还包括手动轴，所述手动轴的轴线和所述输入轴的轴线位于同一直线上；

所述手动轴穿设所述转动壳体并与其转动连接，所述手动轴的一端位于所述转动壳体外，另一端伸入所述转动壳体并固连有与所述第二锥齿轮相匹配的第三锥齿轮，所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮啮合。

优选地，所述驱动部包括伺服电机、齿轮箱和两个联轴器；

所述伺服电机固连于所述俯仰基座，其输出端与所述齿轮箱的输入端连接；所述齿轮箱具有位于两侧的同轴且同步运动的输出端，所述齿轮箱的两个所述输出端分别通过所述联轴器与两个所述离合器的一端连接，两个所述离合器的另一端分别与两个所述锥齿轮传动副的输入端连接。

优选地，所述伺服电机具有电机手摇接口，用于断电情况下的手动输出。

优选地，所述丝杠螺母副包括丝杠和主螺母，所述丝杠伸入对应所述推杆的轴孔，所述推杆固定连接有主螺母，所述主螺母套设于所述丝杠并与其螺纹连接；

所述丝杠上螺纹连接有副螺母，所述副螺母与所述主螺母滑动连接，且所述副螺母的齿厚小于所述主螺母的齿厚。

优选地，所述推杆和所述主螺母的外侧壁上沿所述推杆的长度方向设有插槽，所述副螺母朝向所述主螺母一侧凸设有插针，所述插针插入所述插槽并与其沿所述推杆的长度方向滑动连接；

所述推杆的外侧壁上设有临界线，所述插针上设有指示线，所述临界线和所述指示线配合用于指示当所述指示线随所述插针移动至所述临界线时需更换所述主螺母。

优选地，所述推杆外壁面和所述插针外壁面的连接处设有游标卡尺，所述游标卡尺的主尺设于所述推杆外壁面，所述游标卡尺的游标尺设于所述插针外壁面，且所述主尺的分度刻线值大于所述游标尺的分度刻线值。

优选地，所述主螺母和所述副螺母均为自润滑尼龙螺母。

优选地，所述阵面天线上固定连接有支耳，所述支耳和所述推杆通过转轴实现转动连接。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，一个驱动部同步驱动两个电动缸，不存在双缸同步的异步问题，解决了现有技术中两个电动缸异步的问题。同时，离合器能够将驱动部和锥齿轮传动副之间的传动断开，从而调整两个电动缸的伸出量，从而实现双缸伸出量一致。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构的结构示意图；

图2为本发明的一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构的局部放大图I；

图3为本发明的一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构的局部放大图Ⅱ；

图4为本发明的一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构的游标卡尺读数示意图；

图5为本发明的一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构的局部放大图Ⅲ；

图6为本发明的一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构的工作示意图。

附图标记说明：

1：天线阵面；2：俯仰基座；3：伺服电机；4：齿轮箱；5：联轴器；6：离合器；7：锥齿轮传动副；8：电机手摇接口；9：传动副基座；10：转动壳体；11；输入轴；12：第一锥齿轮；13：第二锥齿轮；14：手动轴；15：第三锥齿轮；16：传动副基座铜套；17：轴套；18：端盖；19：角接触球轴承；20：骨架油封；21：密封盖；22：圆锥滚子轴承；23：丝杠；24：第一保护罩；25：推杆；26：主螺母；27：副螺母；28：插针；29：主尺；30：游标尺；31：支耳；32：销轴；33：第二保护罩；34：丝杠螺母副。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

参看图1至图6，本实施例提供一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，用于控制天线阵面1转动，包括俯仰基座2、两个电动缸和驱动部，电动缸包括锥齿轮传动副7、丝杠螺母副34和推杆25。

驱动部固定连接在俯仰基座2，其输出端分别经离合器6与两个锥齿轮传动副7的输入端连接，用于同步驱动两个锥齿轮传动副7；锥齿轮传动副7的输出端通过丝杠螺母副34与对应推杆25连接，驱动推杆25伸出或缩回.

锥齿轮传动副7的固定端与俯仰基座2转动连接，天线阵面1的底部与俯仰基座2转动连接，天线阵面1的顶部同时与两个推杆25绕同一转动轴线连接，且天线阵面1的底部和顶部的转动轴线平行，天线阵面1顶部的转动轴线与锥齿轮传动副7和俯仰基座2的转动轴线平行。

本实施例提供的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，一个驱动部同步驱动两个电动缸，不存在双缸同步的异步问题。同时，离合器6能够将驱动部和锥齿轮传动副7之间的传动断开，从而调整两个电动缸的伸出量，从而实现双缸伸出量一致。例如当两个电动缸的伸出量不一致时，可将一侧离合器6断开传动，另一侧离合器6不断开，驱动部驱动，使得两个电动缸的伸出量一致，然后在将断开的离合器6连上。

现对本实施例的结构进行说明。

主要参看图1，驱动部包括驱动部包括伺服电机3、齿轮箱4和两个联轴器5。伺服电机3固连在俯仰基座2上，伺服电机3的输出轴与齿轮箱4的输入端连接。齿轮箱4具有位于两侧的同轴且同步运动的输出端，齿轮箱4的两个输出端分别通过联轴器5与两个离合器6的一端连接，两个离合器6的另一端分别与两个锥齿轮传动副7的输入端连接。

在天线阵面1回转轴处可以安装编码器，电动缸运行时，实时反馈天线阵面1角度值，从而计算得出电动缸伸出行程及推杆25的位置。伺服电机3可设置失电制动器，使电动缸具有失电制动功能。进一步地，可以在伺服电机3设置电机手摇接口8，在伺服电机3报故或者整机断电的情况下，伺服电机3失电制动器解锁后，通过电机手摇接口8手动使得天线阵面1翻转。

联轴器5在本实施例中可以采用万向节联轴器，但在其他实施例中可以采用其它联轴器，此处不做限制。离合器6不局限为电磁离合器，用于控制伺服电机3动力与电动缸动力的通断。离合器6采用常闭型离合器，正常工作时伺服电动3动力可传递到电动缸上。在第一次两个推杆25装配或者定期维护过程中，离合器6脱开，两个推杆25可自由回转，从而调节两个推杆25伸出量相等。

锥齿轮传动副7具有两个输入端，其中一个锥齿轮传动副7的输入端经离合器6与驱动部连接，用于由驱动部驱动锥齿轮传动副7；另一个锥齿轮传动副7的输入端为手摇轴14，用于锥齿轮传动副7由离合器6断开与驱动部的传动后由手摇轴14驱动。

具体，主要参看图2，锥齿轮传动副7包括传动副基座9、转动壳体10、输入轴11和手摇轴14。传动副基座9与俯仰基座2固连，转动壳体10与传动副基座9转动连接，其转动轴线为传动副轴线，传动副轴线与天线阵面1和推杆25间的转动轴线平行。丝杠螺母副34中的丝杠23伸入转动壳体10并与其绕丝杠23的轴线转动连接，且丝杠23随转动壳体10绕传动副轴线转动。

输入轴11的轴线、手摇轴14的轴线和传动副轴线位于同一直线上，输入轴11的一端与离合器6连接，另一端伸入转动壳体10并固连有第一锥齿轮12，位于转动壳体10内的丝杠23上固连有与第一锥齿轮12相匹配的第二锥齿轮13，第一锥齿轮12和第二锥齿轮13啮合。

手动轴14穿设转动壳体10并与其转动连接，一端位于转动壳体10外，另一端伸入转动壳体10并固连有与第二锥齿轮13相匹配的第三锥齿轮15，第二锥齿轮13和第三锥齿轮15啮合。通过手动轴14可实现单个电动缸伸缩量的调整，通过解锁离合器6，使用力矩扳手调节手动轴14使双缸扭矩值相等，从而使双电动缸的伸出量一致。具体，为使锥齿轮传动副7顺畅工作，除上述结构外，在本实施例中还包括传动副基座铜套16、轴套17、端盖18、角接触球轴承19、骨架油封20、密封盖21、圆锥滚子轴承22等。

主要参看图3和图4，丝杠螺母副7包括丝杠23和主螺母26，丝杠23伸入对应推杆25的轴孔，推杆25固定连接有主螺母26，主螺母26套设于丝杠23并与其螺纹连接。丝杠23上螺纹连接有副螺母27，副螺母27与主螺母26滑动连接，且副螺母27的齿厚小于主螺母26的齿厚。

副螺母27的齿厚小于主螺母26的齿厚，副螺母27在正常工作时随主螺母26升降，但不承受任何作用力，因而不会随同主螺母26磨损。当丝杆主螺母26磨损后，与之耦合的丝杠23上轴向间隙增大，在负载的作用下，副螺母27向主螺母26靠近，通过副螺母27靠近主螺母26的距离可以判断主螺母26的磨损程度。观察主螺母26和副螺母27之间的距离，当其达到一定值后更换主螺母26。

丝杠螺母长期运转后存在磨损，磨损到一定程度则不满足天线翻转精度要求需要更换，所以有必要测量螺母磨损量。传统的双缸同步衡量两个螺母的磨损，通过驱动采集两侧电机的电流信号来判断，这一电气信号不能准确衡量磨损量。因此本实施例设置了主螺母26和副螺母27来辅助电气信号提高磨损量判断的准确性。

具体，副螺母27安装在主螺母26下方的一定距离处。推杆25和主螺母26的外侧壁上沿推杆25的长度方向设置有插槽，副螺母27朝向主螺母26一侧凸设有插针28，插针28插入插槽并与其沿推杆25的长度方向滑动连接；如此，主螺母26和副螺母27之间通过插针28连接在一起，并随之运动。推杆25的外侧壁上设有临界线，插针28上设有指示线，当指示线随插针28移动至临界线时，表示需要更换主螺母26。

进一步地，推杆25外壁面和插针28外壁面的连接处可以设置游标卡尺，游标卡尺的主尺29设于推杆25外壁面，游标卡尺的游标尺30设于插针28外壁面，且主尺29的分度刻线值大于游标尺30的分度刻线值。具体在本实施例中可以是，主尺29的分度刻线值为1mm，游标尺30的分度刻线值为0.95mm。主螺母26和副螺母27之间的间距可以通过主刻度尺和游标刻度尺分度值之间的差值进行读数。具体为，主螺母26对应推杆25上的主尺29，副螺母27对应插针28上的游标尺30，主螺母26和副螺母27之间的安全间距值是依据主尺29上刻线分度值与游标尺30上刻线分度值两者之间的差值进行换算的；在主尺29上标识有安全临界值刻线(即临界线)，当安全间距达到临界值(即指示线随插针28移动到临界线)时，需更换新的主螺母26。具体，临界线可以设置在主尺29上，指示线可以是游标尺30的刻线末端，当游标尺30的刻线末端达到临界线时需要更换主螺母26。本实施例通过引入游标卡尺使得能够精确直观地观察。

主螺母26和副螺母27均可采用自润滑尼龙螺母，在丝杠23失油状态下不会产生啸叫。

在转动壳体10上装有套设在丝杠23上的第一保护罩24，用于使丝杠23移动过程中免受异物的干扰。第一保护罩24上设有管材窗口，通过观察窗口读取游标值。

主要参看图5天线阵面1上固定连接支耳31，支耳31和推杆25通过转轴实现转动连接。具体，转轴可以是销轴32。推杆25上轴孔的上端还设有第二保护罩33。

主要参看图6，支耳31、转动副基座分别与天线阵面1和俯仰基座2连接，系统控制设备发送控制指令，驱动伺服电机3运转，伺服电机3通过锥齿轮传动副7，带动左右两侧丝杠23旋转，在丝杠23旋转力矩的驱动下，主螺母26做直线运动，使得推杆25完成伸出和收回动作，伺服电机3尾部带手摇接口，解锁后可手摇实现推杆25伸缩。推杆25伸出到一定长度，天线阵面1展开到工作角度开始工作；停止工作时，推杆25缩短到一定长度，天线阵面1撤收到一定角度。

本实施例采用机械同步的形式驱动双电动缸实现天线阵面1的俯仰运动，使用力矩扳手调节使双电动缸的伸出量相等，使用了自润滑尼龙螺母，并采用主螺母26和副螺母27保护的结构形式，有效地保证了丝杠螺母在工作中的安全可靠，通过游标读数原理精确的得到主螺母26和副螺母27的安全间距值，从而保证雷达阵面俯仰的定位精度。

本实施例采用机械同步的形式驱动双电动缸实现天线阵面1的俯仰运动，对比传统双缸电气同步，可避免异步问题，故障率低。三个电机手摇接口8与常闭型离合器6配合调整可实现左右侧电动缸的伸出量一致。选择了自润滑尼龙螺母，可有效保护丝杆，并且不会出现失油状态下的啸叫现象。采用主螺母26和副螺母27保护的结构形式，并利用游标读数原理可准确的评估螺母的磨损程度，有效地保证了丝杆螺母在工作中的安全可靠。

传统双缸电气同步通过两个电机分别控制两个电动缸的伸缩，通过驱动采集电机电流等信号来判断双缸同步，电机的控制精度要求高。本实施例，单电机机械同步两电动缸伸出量的误差只包括机械传动链误差，通过初始的力矩扳手调节可以大部分消除掉。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，用于控制天线阵面转动，包括俯仰基座、两个电动缸和驱动部，所述电动缸包括锥齿轮传动副、丝杠螺母副和推杆；

所述驱动部固连于所述俯仰基座，其输出端分别经离合器与两个所述锥齿轮传动副的输入端连接，用于同步驱动两个所述锥齿轮传动副；所述锥齿轮传动副的输出端通过所述丝杠螺母副与对应所述推杆连接，驱动所述推杆伸出或缩回；

所述锥齿轮传动副的固定端与所述俯仰基座转动连接，所述天线阵面的底部与所述俯仰基座转动连接，所述天线阵面的顶部同时与两个所述推杆绕同一转动轴线连接，且所述天线阵面的底部和顶部的转动轴线平行，所述天线阵面顶部的转动轴线与所述锥齿轮传动副和所述俯仰基座的转动轴线平行。

2.根据权利要求1所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述锥齿轮传动副具有两个输入端，其中一个所述锥齿轮传动副的输入端经所述离合器与所述驱动部连接，用于由所述驱动部驱动所述锥齿轮传动副；另一个所述锥齿轮传动副的输入端为手摇轴，用于所述锥齿轮传动副由所述离合器断开与所述驱动部的传动后由所述手摇轴驱动。

3.根据权利要求1所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述锥齿轮传动副包括：

传动副基座和转动壳体，所述传动副基座与所述俯仰基座固连，所述转动轴壳体与所述传动副基座转动连接，其转动轴线为传动副轴线，所述传动副轴线与所述天线阵面和所述推杆间的转动轴线平行；所述丝杠螺母副中的丝杠伸入所述转动壳体并与其绕所述丝杠的轴线转动连接，且所述丝杠随所述转动壳体绕所述传动副轴线转动；

输入轴，其轴线与所述传动副轴线位于同一直线上，所述输入轴的一端与所述离合器连接，另一端伸入所述转动壳体并固连有第一锥齿轮，位于所述转动壳体内的所述丝杠上固连有与所述第一锥齿轮相匹配的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述锥齿轮传动副还包括手动轴，所述手动轴的轴线和所述输入轴的轴线位于同一直线上；

所述手动轴穿设所述转动壳体并与其转动连接，所述手动轴的一端位于所述转动壳体外，另一端伸入所述转动壳体并固连有与所述第二锥齿轮相匹配的第三锥齿轮，所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述驱动部包括伺服电机、齿轮箱和两个联轴器；

所述伺服电机固连于所述俯仰基座，其输出端与所述齿轮箱的输入端连接；所述齿轮箱具有位于两侧的同轴且同步运动的输出端，所述齿轮箱的两个所述输出端分别通过所述联轴器与两个所述离合器的一端连接，两个所述离合器的另一端分别与两个所述锥齿轮传动副的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述伺服电机具有电机手摇接口，用于断电情况下的手动输出。

7.根据权利要求1所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述丝杠螺母副包括丝杠和主螺母，所述丝杠伸入对应所述推杆的轴孔，所述推杆固定连接有主螺母，所述主螺母套设于所述丝杠并与其螺纹连接；

所述丝杠上螺纹连接有副螺母，所述副螺母与所述主螺母滑动连接，且所述副螺母的齿厚小于所述主螺母的齿厚。

8.根据权利要求7所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述推杆和所述主螺母的外侧壁上沿所述推杆的长度方向设有插槽，所述副螺母朝向所述主螺母一侧凸设有插针，所述插针插入所述插槽并与其沿所述推杆的长度方向滑动连接；

所述推杆的外侧壁上设有临界线，所述插针上设有指示线，所述临界线和所述指示线配合用于指示当所述指示线随所述插针移动至所述临界线时需更换所述主螺母。

9.根据权利要求8所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述推杆外壁面和所述插针外壁面的连接处设有游标卡尺，所述游标卡尺的主尺设于所述推杆外壁面，所述游标卡尺的游标尺设于所述插针外壁面，且所述主尺的分度刻线值大于所述游标尺的分度刻线值。

10.根据权利要求7所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述主螺母和所述副螺母均为自润滑尼龙螺母。

11.根据权利要求1所述的相控阵雷达阵面双电动缸同步展收机构，其特征在于，所述阵面天线上固定连接有支耳，所述支耳和所述推杆通过转轴实现转动连接。

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