CN200959029Y - 方位俯仰驱动装置 - Google Patents

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竺德银
陈永付
鲍建国
孙宏
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Abstract

方位俯仰驱动装置，采用钢缆驱动减速器，包括小轮为传递动力主动轮，从动轮大轮构成。钢缆缠绕在主动轮和从动轮上，且钢缆在主动轮和从动轮之间交叉缠绕。从动轮绕1圈，主动轮轮绕2～3圈的比例。本实用新型的速比大，电机输出功率小、回差小。系统输出功率大。重量轻(与同类功效驱动系统相比)、外形美观。

Description

方位俯仰驱动装置
技术领域：
本实用新型涉及雷达自动跟踪驱动机构，尤其是雷达天线的方位俯仰驱动装置。
背景技术：
雷达天线(包括卫星通讯等)的角度、方位直接了设备的工作性能；因此必须采用方位俯仰自动跟踪驱动装置对雷达天线(包括卫星通讯等)的角度、方位进行调节。常规技术的传动减速机构多采用蜗轮蜗杆副、齿轮副及谐波传动等方式，这些传动方式各有其优点，但驱动装置的重量重、体积庞大、噪音高、制造精度要求较高等是这些型式固有的缺点或不足之处。
例如气象预报保障车车顶上装载的1.8M偏馈抛物面天线装置及其伺服跟踪系统是卫星电视气象数据接收处理的重要装置。该装置和车上配置的电子罗盘及倾斜仪采集的数据通过计算机的操作，实现全自动展开与撤收。达到了在3～5分种自动寻星的高效功能。参见图1、图2。
发明内容：
本实用新型目的是：提出一种雷达天线(包括卫星通讯等)的角度或与方位俯仰驱动装置，尤其是用于如气象(气象雷达车)预报保障车等，速比大，电机输出功率小，系统输出功率调节方便、与同类功效驱动系统重量轻的驱动装置，用于快速部署天线
本实用新型的技术解决方案是：方位、俯仰驱动装置，其特征是采用钢缆驱动减速器，包括小轮为传递动力主动轮，从动轮大轮构成。钢缆缠绕在主动轮和从动轮上，且钢缆在主动轮和从动轮之间交叉缠绕。
从动轮绕1圈，主动轮A轮绕2～3圈的比例。
本实用新型可进行并行的n组缠绕，即设有n组并行的主动轮和从动轮钢缆缠绕驱动装置，(n取1至30，组数按输出力矩钢缆承受力计算)。缠绕过程中需边绕边加F0的预紧力。完成后在B轮的C处将钢缆两端分别固定，使钢缆在从动轮上不产生滑移，即从动轮转动不依靠钢缆与从动轮表面的摩擦力带动，增加了从动轮转动的可靠性。该减速器的运用是获得上述特点的新型机构。
方位、俯仰驱动装置中末级均采用钢缆驱动减速器。
本实用新型机构中选用的钢缆为不锈钢丝绳。
当主动轮A输入扭矩M时，钢缆上将产生拉力F1。F1是通过A轮表面与钢缆摩擦产生的Ff进行传递的。按照计算柔性体摩擦力的欧拉公式：
Ff＝F0efα式中f为摩擦系数；α为钢缆在主动轮上的包角(rad，可以大于2π，视钢缆在主动轮的圈数)；F0为钢缆预紧力。
为防止钢缆在A轮上打滑，必须满足
                          F1≤Ff，或F1≤F0efα
从式中分析可知，增大钢缆上拉力F1的途径为：加大预紧力F0或增加主动轮上的包角α。加大预紧力F0，必将造成相关轴径、轴承等相关构件相应增大，影响机构的尺寸增大。因而增加主动轮上的包角α是最优的选择。
本实用新型的特点是：
(1).速比大，电机输出功率小。(2).回差小。
(3).系统输出功率大。(4).重量轻(与同类功效驱动系统相比)
(5).外形美观。(6).性能稳定可靠(经过靶场实验证明)
附图说明
图1是车辆上偏馈抛物面天线展开图
图2是车辆上偏馈抛物面天线撤收图
图3是本实用新型主动从动轮结构示意图
图4是本实用新型并行的俯仰驱动主动从动轮结构示意图
图5是本实用新型并行的方位驱动主动从动轮结构示意图
图6是本实用新型偏馈抛物面天线装置方位驱动系统原理框图
图7是本实用新型偏馈抛物面天线装置俯仰驱动系统原理框图
从动轮B，主动轮A、钢缆固定处C、钢缆1、车辆2、天线3、钢缆减速器4、传动机构5。
具体实施方式
图6、7中方位、俯仰两套驱动系统中末级均采用钢缆驱动减速器，该减速器的运用是获得上述特点的新型机构。末级均采用钢缆驱动减速器其工作原理如图3。图2中车辆2上设有1.8M偏馈抛物面天线装置3采用方位-俯仰装架型式的传动机构5，传动原理如下：
方位、俯仰两套驱动系统中末级均采用钢缆驱动减速器，该减速器的运用是获得上述特点的新型机构。其工作原理如图3：
图中小轮A为主动轮，大轮B为从动轮。钢缆1按图示方法缠绕，并按B轮绕1圈，A轮绕2～3圈的比例进行多组(组数按输出力矩钢缆承受力计算)缠绕。缠绕过程中需边绕边加F0的预紧力。完成后在B轮的C处将钢缆两端分别固定，使钢缆在B轮上不产生滑移，即B轮转动不依靠钢缆与B轮表面的摩擦力带动，增加了B轮转动的可靠性。
本实施例中选用的钢缆为6×19+IWS-2.5I不锈钢丝绳是一种比较理想的柔软挠性体，工作中伸长率很小，弯曲阻力也很小，最小破断力为245kgf。
当主动轮A输入扭矩M时，钢缆上将产生拉力F1。F1是通过A轮表面与钢缆摩擦产生的Ff进行传递的。按照计算柔性体摩擦力的欧拉公式：
Ff＝F0efα式中f为摩擦系数
α为钢缆在小轮上的包角(rad)
F0为钢缆预紧力
为防止钢缆在A轮上打滑，必须满足
                         F1≤Ff或F1≤F0efα
从式中分析可知，增大钢缆上拉力F1的途径为：加大预紧力F0或增加小轮上的包角α。加大预紧力F0，必将造成相关轴径、轴承等相关构件相应增大，影响机构的尺寸增大。因而增加小轮上的包角α是最优的选择。
在本机构中采用增大小轮包角α的措施是在小轮上将钢缆绕2～3圈，并将小轮尽可能与大轮靠近的形式，可得α＝3×2πrad，钢缆与铝质小轮表面间的摩擦系数f可选择为0.2，将α和f代入欧拉公式可得：
                    Ff＝F0e0.2×6π≈F0e3.77≈43.7F0
F0的选择，由上式可知只需对钢缆施加一定的预紧力F0，就可获得相对应较大的摩擦力Ff。F0的选择应在钢缆强度允许的范围内，添加适当的预紧力，使钢缆拉直平整即可。在本机构中F0约为10～20kgf，此处选用的F0仅是钢缆最小破断力的1/24～1/12。
                       Ff≈43.7F0≈437～874(kgf)
产品选用的钢缆最小破断力为245kgf。由此可见，只要单根钢缆上的拉力F1小于最小的破断力时，钢缆在小轮上的摩擦力足以克服钢缆在小轮上打滑的基本条件，本产品F0的选择是在合理的范围内
工作中小轮输出的扭矩通过钢缆传递给大轮，带动大轮转动。通过扭矩传递公式：MB＝MA×D/d可知大轮扭矩MB分别与小轮扭矩MA及大、小轮直径比成正比，而当大、小轮直径比为定值时(本产品选取D/d为7∶1)要使MB增大满足天线力矩要求时必须增大MA，而MA增大必然导致拉力F1增大，因此往往会超出钢缆最小破断力，为避免出现这种情况在实施时就需采用多组同步传递扭矩，从把钢缆拉力变成F1/n(n为钢缆组数)使其小于钢缆最小破断力，来满足钢缆性能要求
实施例：
将1.8m的偏馈天线系统装置配置在依维柯公司越野汽车的车顶上(如图1，图2)
该设备从图1展开到图2位置时，天线装置的俯仰机构将要克服1.8m偏馈天线系统的重力矩及风力矩。由于天线跟踪时运动速度低，惯性力矩及摩擦力矩(使用滚珠轴承)较小，此处忽略不计。
本装置承受的最大风力矩为M风≈262kgf.m(V风＝28m/s)，
最大重力矩为M重≈60kgf.m。
以上计算过程从略。
最大风力矩M风与最大重力矩M重作用方向本产品中往往互为垂直。
俯仰机构如图4、图5：
本实施例中，主要考虑到10级风时设备不被破坏，所以采用M风≈262kgf.m作为俯仰机构上钢缆受力分析的主要依据。钢缆绳上的承受拉力为F1＝2M风/D(式中D设计为0.35m)，钢缆所受的力F1＝2M风/D＝2×262/0.35≈1497kgf，此数值已远远大于单根钢缆的破断力。所以需采取措施满足钢缆最小破断力的性能要求。
第一步，将主动和从动轮A、B设计成左、右对称结构，且尺寸相同的同步轮，左、右轮分别缠绕相同组(8组)添加相同预紧力F0的钢缆绳。F1将分成：F左＝F右＝F1/2≈1497/2＝748.5kgf
第二步，将左、右轮分别缠绕8组添加相同预紧力F0的钢缆绳，此时钢缆绳受的力基本上是均匀分布到每根钢缆绳上，F1分配到单根钢缆所受的力：
                           F单＝748.5/8＝93kgf
由此可见，在单根钢缆所受的力F单既小于摩擦力Ff能够确保钢缆不产生滑动，同时远远小于钢缆绳最小破断力能够确保设备安全工作。满足了实用要求。
图5该装置和车上配置的电子罗盘及倾斜仪采集的数据通过计算机的操作，实现全自动展开与撤收。达到了在3～5分种自动寻星的高效功能。参见图1、图2。。快速获取部署地点的瞬时气象数据，提供一个以计算机技术为核心进行处理的气象预报保障平台。
方位驱动系统原理图(图6中总速比1∶953)
俯仰驱动系统原理图(图7中总速比1∶1150)

Claims (5)

1、方位俯仰驱动装置，其特征是采用钢缆驱动减速器，包括小轮为传递动力主动轮，从动轮大轮构成，钢缆缠绕在主动轮和从动轮上，且钢缆在主动轮和从动轮之间交叉缠绕。
2、根据权利要求1所述的方位俯仰驱动装置，其特征是从动轮绕1圈，主动轮轮绕2～3圈的比例。
3、根据权利要求1所述的方位俯仰驱动装置，其特征是设有n组并行的主动轮和从动轮钢缆缠绕驱动装置，n取1至30；且为边绕边加F0的预紧力的钢缆缠绕。
4、根据权利要求1所述的方位俯仰驱动装置，其特征是缠绕过程完成后在从动轮的边缘将钢缆两端分别固定。
5、根据权利要求1所述的方位俯仰驱动装置，其特征是将主动和从动轮为左、右对称结构，且尺寸相同的同步轮，左、右轮分别缠绕相同组添加相同预紧力F0的钢缆绳。
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