1908_高低角俯仰限制電路的設(shè)計(jì)
1908_高低角俯仰限制電路的設(shè)計(jì),高低,高下,俯仰,限制,電路,設(shè)計(jì)
1黃河科技學(xué)院本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 08 級(jí) 3 班學(xué) 號(hào) 080105617 學(xué)生 何陽陽 指 導(dǎo) 教 師 王 飛 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目高低角俯仰限制電路的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)） 、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等） （紙張不夠可加頁）一、目標(biāo)、任務(wù)及設(shè)計(jì)要求通過調(diào)研搜集資料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，并借助于 CAD 軟件設(shè)計(jì)一種機(jī)械控制電路。炮瞄雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15—95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時(shí)，該電路自動(dòng)去掉天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動(dòng)，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。本課題要完成的主要工作，應(yīng)用所學(xué)的機(jī)械和電氣方面的知識(shí)，完成該裝置的設(shè)計(jì)：畫出原理圖；設(shè)計(jì)出主要零部件；元器件的選型設(shè)計(jì)和計(jì)算；畫出電路圖并標(biāo)出元器件的型號(hào)、規(guī)格和指標(biāo)參數(shù)。通過完成方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、元器件的選擇、電路圖的繪制等環(huán)節(jié)，使學(xué)生綜合運(yùn)用四年來所學(xué)到的知識(shí)提高解決實(shí)際問題的能力，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法、程序，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為其即將走向工作崗位奠定良好基礎(chǔ)。查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，針對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行分析論證，從而擬定出總體設(shè)計(jì)方案草圖，再獨(dú)自完成各部分電路計(jì)及計(jì)算，繼而采用 AutoCAD 軟件，利用計(jì)算機(jī)繪制出電路圖，并編制出設(shè)計(jì)說明書等。二、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1.查閱文獻(xiàn)資料 12 種以上，外文資料不少于兩種。寫出 3000 字以上文獻(xiàn)綜述，單獨(dú)裝訂成冊(cè)。2.翻譯外文科技資料，不少于 3000 漢字，單獨(dú)裝訂成冊(cè)。3.完成開題報(bào)告，填寫開題報(bào)告表。4.完成設(shè)計(jì)方案選擇與論證，元器件的選型設(shè)計(jì)和計(jì)算，畫出電路圖并標(biāo)出2元器件的型號(hào)、規(guī)格和指標(biāo)參數(shù)等。5.編寫摘要，英中文完全對(duì)照，中文不少于 300 字。6、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。7.編寫設(shè)計(jì)說明書，不少于 8000 字符。三、主要參考資料模擬電子線路，電子線路設(shè)計(jì)，脈沖電路，機(jī)械制圖，自動(dòng)控制原理、CAD繪圖及相關(guān)資料等。四、時(shí)間安排1、第 1-3 周：對(duì)課題進(jìn)行調(diào)研，完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告及英文資料翻譯，掌握 CAD 軟件應(yīng)用功能。完成開題報(bào)告。2、第 4-5 周：閱讀資料，搞清基本原理，畫出原理圖。3、第 6-8 周：通過元器件的選型設(shè)計(jì)和計(jì)算完成電路設(shè)計(jì)，畫出電路圖。4、第 9-11 周：完成文獻(xiàn)綜述、設(shè)計(jì)說明書。5、第 12-13 周：修改論文與圖紙，準(zhǔn)備答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日計(jì)劃答辯時(shí)間： 2012 年 05 月 19 日專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人簽名：1黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告表課題名稱 高低角俯仰限制電路的設(shè)計(jì)課題來源 教師擬訂 課題類型 AX 指導(dǎo)教師 王飛學(xué)生姓名 何陽陽 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 080105617一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備根據(jù)任務(wù)書的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：模擬電子線路，電子線路的設(shè)計(jì)，脈沖電路，機(jī)械制圖，自動(dòng)控制原理、CAD 繪圖及相關(guān)資料等。二、設(shè)計(jì)的目的與要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該設(shè)計(jì)過程，可以檢驗(yàn)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生處理工程中實(shí)際問題的能力，因此意義特別重大。查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，針對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行分析論證，從而擬定出總體設(shè)計(jì)方案草圖，再獨(dú)自完成各部分電路計(jì)及計(jì)算，繼而采用 AutoCAD 軟件，利用計(jì)算機(jī)繪制電路圖，并編制出設(shè)計(jì)說明書等。三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果 1、設(shè)計(jì)思路應(yīng)用所學(xué)的機(jī)械和電氣方面的知識(shí)，完成該裝置的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)出主要零部件；元器件的選型設(shè)計(jì)和計(jì)算；畫出電路圖并標(biāo)出元器件的型號(hào)、規(guī)格和指標(biāo)參數(shù)。2、預(yù)期的成果（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與 3000 字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于 3000 字（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份（3）完成設(shè)計(jì)方案選擇與論證， ，元器件的選型設(shè)計(jì)和計(jì)算，畫出電路圖并標(biāo)出元器件的型號(hào)、規(guī)格和指標(biāo)參數(shù)等。(4)編寫摘要，英中文完全對(duì)照，中文不少于 300 字。(5)包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排1、第 1-3 周：對(duì)課題進(jìn)行調(diào)研， 完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告及英文資料翻譯，掌握 CAD 軟件應(yīng)用 功能。完成開題報(bào)告。2、第 4-5 周：閱讀資料，搞清基本原理。23、第 6-8 周：通過元器件的選型設(shè)計(jì)和計(jì)算完成電路設(shè)計(jì)，畫出電路圖。4、第 9-11 周：完成文獻(xiàn)綜述、設(shè)計(jì)說明書。5、第 12-13 周：修改論文與圖紙，準(zhǔn)備答辯。五、完成設(shè)計(jì)所具備的條件因素本人已修完模擬電子線路、電子線路設(shè)計(jì)、脈沖電路、機(jī)械制圖、自動(dòng)控制原理、CAD 繪圖及畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，借助圖書館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。指導(dǎo)教師簽名： 日期： 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)） ；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題要求（1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 I 頁 高低角俯仰限制電路的設(shè)計(jì)摘 要雷達(dá)俯仰控制是指雷達(dá)根據(jù)工作模式、量程、載機(jī)高度和目標(biāo)距離，自動(dòng)設(shè)置俯仰角度或由操作員設(shè)置俯仰角度。機(jī)載雷達(dá)天線俯仰控制通常只采用手動(dòng)方式，而機(jī)載雷達(dá)的天線俯仰控制有自動(dòng)、手動(dòng)和高度帶設(shè)置三種方式，自動(dòng)控制是指雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)操作員選定的工作模式、量程，自動(dòng)設(shè)置天線俯仰角；手動(dòng)控制是指雷達(dá)操作員可以根據(jù)實(shí)際探測(cè)需求，人工設(shè)置天線的俯仰角；高度帶設(shè)置是指根據(jù)載機(jī)高度和目標(biāo)距離，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置天線俯仰角。本課題是研究炮瞄雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15—95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時(shí)，該電路自動(dòng)去掉天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動(dòng)，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。關(guān)鍵詞： 雷達(dá)天線，俯仰機(jī)構(gòu)，限制電路黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 II 頁 The design of high and low angle pitch limit circuitAuthor:He YangyangTutor: Wang FeiAbstractFunctions of the pitch and lift mechanism of radar antenna is introduced and the type and characteristics of the present mechanisms are summarized in this paper.A new type of electron mechanical servo drivemechanism is introduced which is based on the planar mechanism principle.The operation principle and operation process of this new mechanism are described.The design process is also introduced，including the program selection，the dynamic analysis and the corresponding calculations etc．The former approach includes the proper choice of reliable radar components and subsystems, and also the incorporation of the necessary redundancy in radar subsystems. The reliability of solid-state devices is usually much higher than that of vacuum-tube devices. As a result, a tube transmitter is usually one of the least reliable radar subsystems, and use of solid-state transmitters gives considerable improvement in radar reliability, permitting the manufacture of maintenancefree radars Keywords：radar antenna ,pitch mechanism ,limit circuit黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 III 頁 目 錄1 緒論 …………………………………………………………………………………… 11.1 課題的背景及目的 ………………………………………………………………. 11.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r …………………………………………………………………. 11.3 課題研究?jī)?nèi)容及要求 ……………………………………………………………. 22 雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參考 …………………………………………………………… 32.1 新型機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)方案 …………………………………………………… 42.2 機(jī)構(gòu)載荷分析 …………………………………………………………………… 62.3 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 72.4 俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 82.5 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 103 雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)電機(jī)的控制 ………………………………………………………….. 113.1 系統(tǒng)組成 ……………………………………………………………………….... 113.2 上位機(jī)單元 ……………………………………………………………………… 113.3 主單片機(jī)單元 …………………………………………………………………… 123.4 從單片機(jī)單元 …………………………………………………………………… 123.5 執(zhí)行單元 ………………………………………………………………………… 134 雷達(dá)俯仰部分的設(shè)計(jì)方案 …………………………………………………………... 145 高低角俯仰限制電路 ………………………………………………………………... 166 緩沖裝置 ……………………………………………………………………………... 196.1 分析計(jì)算和設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 196.2 設(shè)計(jì) ………………………………………………………………........................ 19黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 IV 頁 結(jié)論 …………………………………………………………………………………….. 22致謝 ……………………………………………………………………………………... 23參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………... 25黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 1 頁 高低角俯仰限制電路摘要：雷達(dá)俯仰控制是指雷達(dá)根據(jù)工作模式、量程、載機(jī)高度和目標(biāo)距離，自動(dòng)設(shè)置俯仰角度或由操作員設(shè)置俯仰角度。機(jī)載雷達(dá)天線俯仰控制通常只采用手動(dòng)方式，而機(jī)載雷達(dá)的天線俯仰控制有自動(dòng)、手動(dòng)和高度帶設(shè)置三種方式，自動(dòng)控制是指雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)操作員選定的工作模式、量程，自動(dòng)設(shè)置天線俯仰角；手動(dòng)控制是指雷達(dá)操作員可以根據(jù)實(shí)際探測(cè)需求，人工設(shè)置天線的俯仰角；高度帶設(shè)置是指根據(jù)載機(jī)高度和目標(biāo)距離，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置天線俯仰角。自動(dòng)控制天線俯仰運(yùn)動(dòng)，就需要高低角俯仰限制電路來控制。關(guān)鍵詞：雷達(dá)天線，俯仰控制，限制電路對(duì)于雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們可以借鑒前人的設(shè)計(jì)，通過搜索資料，可以發(fā)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)對(duì)其有效，下面簡(jiǎn)要分析一下平面連桿機(jī)構(gòu)在雷達(dá)俯仰控制中的應(yīng)用。現(xiàn)代車載式高機(jī)動(dòng)雷達(dá)天線車具有工作及運(yùn)輸 2 種狀態(tài)，即在工作時(shí)將天線舉升至一定高度，并將天線陣面翻轉(zhuǎn)至一定的俯仰角度，可以減小地面及車上設(shè)備對(duì)天線波束的影響；工作結(jié)束后將天線恢復(fù)到水平狀態(tài)或其它特定角度，整車外形尺寸滿足公路、鐵路運(yùn)輸時(shí)不超高、不超寬的要求。為滿足高機(jī)動(dòng)雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性高、架設(shè)撤收迅捷的特性要求，需要一種能夠?qū)⑻炀€在 2種狀態(tài)間迅速轉(zhuǎn)換的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)技術(shù)。目前常用的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)技術(shù)主要有以下 2種1） “舉升轉(zhuǎn)臺(tái) + 俯仰機(jī)構(gòu) ”式設(shè)計(jì)。如圖 1（a）所示，通常采用機(jī)電液混合伺服傳動(dòng)技術(shù)，轉(zhuǎn)臺(tái)與天線被同時(shí)舉高；2） “俯仰機(jī)構(gòu) + 推舉天線”式設(shè)計(jì)。如圖 1（b）所示，通常采用全機(jī)電伺服傳動(dòng)技術(shù)，天線單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，舉升機(jī)構(gòu)為滑軌結(jié)構(gòu)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 2 頁 前者舉升高度較高，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)要求高；后者機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但舉升高度有限，因滑軌結(jié)構(gòu)的密封性不足，環(huán)境適應(yīng)性較差，同時(shí)兩者都存在天線偏心大的缺點(diǎn)。某型雷達(dá)系統(tǒng)要求在工作狀態(tài)時(shí)天線要滿足以下條件：1） 能夠舉升至一定高度；2） 有一定的預(yù)仰角；3） 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)天線偏心量盡可能??；4） 結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。論證表明，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)已無法滿足要求，需要研制一種新的機(jī)構(gòu)形式。文中提出了一種基于平面機(jī)構(gòu)原理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案，可滿足上述要求。1 新型機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)方案1.1 機(jī)構(gòu)工作原理圖 2 為新型機(jī)構(gòu)在運(yùn)輸狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件數(shù) n = 6，低副 L =8，高副 H=0，機(jī)構(gòu)自由度為P =3n－2L－H =2機(jī)構(gòu)自由度數(shù)與主動(dòng)件數(shù)相等，符合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 3 頁 1.2 新型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案從提高系統(tǒng)的實(shí)用性與可靠性考慮，新型機(jī)構(gòu)采用全機(jī)電伺服傳動(dòng)技術(shù)方案。在具體的工程設(shè)計(jì)中，圖 2 中 6、7 為傳統(tǒng)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，4，5 為單級(jí)電動(dòng)缸（作為俯仰機(jī)構(gòu)） ，2 為門架，機(jī)架 1 為轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)盤。上述部分在轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下做方位轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 3 所示。舉升機(jī)構(gòu)與俯仰機(jī)構(gòu)各為 2 套，分別同步運(yùn)動(dòng)，既可降低對(duì)天線骨架的剛性要求，又可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。1.3 機(jī)構(gòu)工作過程設(shè)計(jì)天線由運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)有以下 2 種運(yùn)動(dòng)方法可選：1） 分步運(yùn)動(dòng)法。單級(jí)電動(dòng)缸首先伸出到位，完成天線的俯仰運(yùn)動(dòng)，然后在絲杠黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 4 頁 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，門架轉(zhuǎn)動(dòng)到位，完成天線的舉升運(yùn)動(dòng)，分 2 步完成天線狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。2） 同步運(yùn)動(dòng)法。電動(dòng)缸與絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)啟動(dòng)，然后同時(shí)運(yùn)動(dòng)到位，一步即可完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換。逆向工作過程即可將天線由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運(yùn)輸狀態(tài)。方法 1） 控制簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換過程中偏心現(xiàn)象較為明顯； 方法 2） 重心控制較好，但由于同時(shí)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件較多，機(jī)構(gòu)同步性要求較高，伺服控制難度較大?？紤]到機(jī)構(gòu)的可靠性與控制的簡(jiǎn)便性，最終確定采用分步運(yùn)動(dòng)控制方法，并將中間狀態(tài)作為天線維修狀態(tài)。天線工作狀態(tài)如圖 4 所示。2 機(jī)構(gòu)載荷分析依據(jù)分步運(yùn)動(dòng)方案，利用“多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS”分析運(yùn)動(dòng)過程中俯仰機(jī)構(gòu)與舉升機(jī)構(gòu)的載荷情況。仿真工況分析：在實(shí)際工作中，在天線的重量分布不均勻以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)同步性的差異等因素的影響下，2 套俯仰、舉升機(jī)構(gòu)在受力上會(huì)有所不同。但在分析時(shí)按受力相同、同步運(yùn)動(dòng)的理想工況考慮，分析結(jié)果如圖 5 所示。圖中紅色實(shí)線為俯仰機(jī)構(gòu)單套載荷變化曲線，藍(lán)色虛線為舉升機(jī)構(gòu)單套載荷變化曲線。從圖 5 中可以看出單套舉升機(jī)構(gòu)最大載荷為Fmax1=18 kN黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 5 頁 單套俯仰機(jī)構(gòu)最大載荷為Fmax2=31 kN3 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)采用普通的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式。絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過螺旋傳動(dòng)副（滑動(dòng)或滾動(dòng)螺旋副）的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，并利用伺服電機(jī)的閉環(huán)控制特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)推力、速度和位置的精密控制。圖 6 為普通絲杠舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。絲杠暴露在外，可為絲杠加裝防護(hù)罩，以增強(qiáng)絲杠的環(huán)境適應(yīng)性。3．1 設(shè)計(jì)計(jì)算考慮到機(jī)構(gòu)的自鎖要求，舉升機(jī)構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)絲杠的剛強(qiáng)度要求，初選梯形絲杠參數(shù)為公稱直徑 d =60 mm導(dǎo)程 S =9 mm根據(jù)上節(jié)分析結(jié)果，舉升機(jī)構(gòu)最大載荷為 18 kN，絲杠副的驅(qū)動(dòng)力矩為 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 6 頁 ??m6.8tg2d????NFT???絲杠中徑： d2= 55.5 mm導(dǎo)程角： γ=2.96°當(dāng)量摩擦角：ρv=5.91°效率： ??%3tg??????安全系數(shù)按 1． 5 倍考慮，則單套舉升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩設(shè)計(jì)參考值約為 130 N·m舉升機(jī)構(gòu)總行程約為 430 mm，運(yùn)動(dòng)時(shí)間不大于1 min，則梯形螺母的最低轉(zhuǎn)速為minr8.47930n1???根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)初選 1.5 kW 交流伺服電機(jī)，其額定力矩為 4.77 N·m，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r / min。由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速及螺母最大轉(zhuǎn)速可以得出傳動(dòng)鏈總速比最大值為 ，減5.624830iz??速機(jī)速比選為 ，則末級(jí)齒輪速副比最大值為 ，初步確定末級(jí)50ij? .1562ijzm???齒輪副速比為 im= 1。3．2 設(shè)計(jì)校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核，按電機(jī)額定輸出計(jì)算，末級(jí)（ 螺母） 輸出力矩為m1308.9.0157.4imj ?????NT?從輸出轉(zhuǎn)速（ 即工作時(shí)間） 角度進(jìn)行校核，按電機(jī)額定輸出計(jì)算，末級(jí)（ 螺母） 輸出轉(zhuǎn)速為inr8.47ir60153nm???故上述設(shè)計(jì)滿足驅(qū)動(dòng)力矩及工作時(shí)間要求。4 俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)俯仰機(jī)構(gòu)采用單級(jí)伺服電動(dòng)缸機(jī)構(gòu)。伺服電動(dòng)缸在傳統(tǒng)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改而來，其傳動(dòng)原理與傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同。二者的區(qū)別在于電動(dòng)缸是將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。與普通絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，電動(dòng)缸有效行程、效率都低于前者，重量也不占優(yōu)勢(shì)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 7 頁 但其防護(hù)性能更佳，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。4． 1 設(shè)計(jì)計(jì)算出于與舉升機(jī)構(gòu)相同的考慮，俯仰機(jī)構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)，初選與舉升機(jī)構(gòu)同規(guī)格的梯形絲杠，其參數(shù)為公稱直徑： d =60 mm導(dǎo)程： p =9 mm根據(jù)第 3 節(jié)的分析，俯仰機(jī)構(gòu)載荷最大值為31kN，則絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩 T= 149．6 N·m（計(jì)算過程與3.1節(jié)相同） 。安全系數(shù)按1.5倍考慮，則單套俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力矩為224．4 N·m 。俯仰機(jī)構(gòu)總行程約為1000 mm ，運(yùn)動(dòng)時(shí)間不大于2 min，則梯形絲杠的最低轉(zhuǎn)速：minr5.910n2???根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)初選2.2 kW 交流伺服電機(jī)，額定輸出扭矩7.0 N· m，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速及絲杠最低轉(zhuǎn)速可以得出傳動(dòng)鏈總速比最大為 ,減速54.30iz??機(jī)速比選為 ,則末級(jí)齒輪副速比最大值為 ,初步確定末級(jí)齒輪副50ij? 8.1504ijzm??速比i m= 1。4．2 設(shè)計(jì)校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核，末級(jí)輸出力矩為；m4.280.150.7imj ?????NT?從輸出轉(zhuǎn)速角度進(jìn)行校核，末級(jí)輸出轉(zhuǎn)速為黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 8 頁 ，minr5.60153nm???故上述設(shè)計(jì)滿足驅(qū)動(dòng)力矩及工作時(shí)間要求。5 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)俯仰舉升機(jī)構(gòu)屬于平面四連桿機(jī)構(gòu)，存在較多的裝配間隙，機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不足?？刹扇∪缦麓胧┨岣邫C(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性：1） 門架與轉(zhuǎn)盤間設(shè)計(jì)機(jī)械限位。門架舉升到位后，舉升機(jī)構(gòu)對(duì)門架施加預(yù)緊力，將門架、舉升機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)盤在預(yù)緊力的作用下連接形成剛性支撐結(jié)構(gòu)。2） 對(duì)俯仰機(jī)構(gòu)部分設(shè)計(jì)輔助撐桿，提高俯仰機(jī)構(gòu)連接的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 9 頁 參考文獻(xiàn)[1]張潤(rùn)奎,戚仁欣 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文獻(xiàn)綜述院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 何 陽 陽 指 導(dǎo) 教 師 王 飛 2012 年 03 月 10 日黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 1 頁 測(cè)高雷達(dá)測(cè)高雷達(dá)是一個(gè)“其功能是測(cè)量范圍和仰角的目標(biāo)，從而使高度或高度得到計(jì)算;這種雷達(dá)通常伴隨著確定的其他目標(biāo)參數(shù)的監(jiān)視雷達(dá)。”因此，它是一個(gè) 2D 雷達(dá)，在海拔平面掃描，而不是在方位。由于其周期性的向上和向下掃描運(yùn)動(dòng)，高度發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線，有時(shí)也被稱為“點(diǎn)頭”天線。二維搜索雷達(dá)，保持利益的體積，監(jiān)視，目標(biāo)探測(cè)和測(cè)量的范圍和方位角。經(jīng)檢測(cè)和建立了一個(gè)新的目標(biāo)的軌道，一個(gè)請(qǐng)求被發(fā)送到高程測(cè)量的高度發(fā)現(xiàn)者。高度儀壓擺率其指定的方位搜索雷達(dá)的天線，超過海拔由 2D 雷達(dá)指定的范圍內(nèi)適當(dāng)部門執(zhí)行的掃描。目標(biāo)回波上顯示高度范圍指標(biāo)（RHI），仰角的 θT 是由一個(gè)操作或一個(gè)角度門電路測(cè)量。射程 R 也測(cè)量精度優(yōu)于搜索雷達(dá)提供。在水平面以上的雷達(dá)基地的目標(biāo)高度，然后計(jì)算ht = R sin qt這個(gè)高度被糾正必要的地點(diǎn)的海拔高度，大氣折射和地球曲率給目標(biāo)海拔高度，地面控制的需要由戰(zhàn)斗機(jī)攔截目標(biāo)。一個(gè)典型的點(diǎn)頭束高度發(fā)現(xiàn)者如圖 H1 所示。在垂直方向上提供了精確測(cè)量窄的仰角波束天線拉長(zhǎng)，而方位波束寬度足以容納搜索雷達(dá)在指定的錯(cuò)誤。測(cè)高雷達(dá)正逐漸變得過時(shí)，更立體，疊梁相控陣搜索雷達(dá)或正在部署。測(cè)高雷達(dá)主要用于測(cè)定目標(biāo)高度的雷達(dá)。測(cè)高雷達(dá)能準(zhǔn)確地測(cè)定目標(biāo)的高度，但全面監(jiān)視空中目標(biāo)比較困難。通常與沒有測(cè)高裝置的兩坐標(biāo)雷達(dá)配合使用。測(cè)高雷達(dá)一般分為地面測(cè)高雷達(dá)和星載、機(jī)載、彈載測(cè)高雷達(dá)等。地面測(cè)高雷達(dá)通常與測(cè)定目標(biāo)方位、距離的兩坐標(biāo)雷達(dá)配合使用，共同擔(dān)負(fù)監(jiān)視空中目標(biāo)的任務(wù)。星載測(cè)高雷達(dá)又稱雷達(dá)測(cè)高計(jì)，主要用于大地測(cè)量和海洋觀測(cè)。裝在導(dǎo)彈上的測(cè)高雷達(dá)又稱雷達(dá)高度表，主要用于提高導(dǎo)彈制導(dǎo)精度。裝在飛機(jī)上的測(cè)高雷達(dá)也稱雷達(dá)高度表，用于保障飛機(jī)按預(yù)定高度安全飛行。早期用于測(cè)量目標(biāo)高度的雷達(dá)技術(shù)是按照是否在測(cè)量中運(yùn)用了地球表面來進(jìn)行分類的。在早期雷達(dá)中，運(yùn)用地球表面測(cè)高相當(dāng)普遍，這是因?yàn)樘炀€和發(fā)射機(jī)技術(shù)局限于使用較低的無線電頻率和寬的垂直波束。有許多種通過同時(shí)測(cè)量目標(biāo)的 3 個(gè)基本位置坐標(biāo)（距離、方位和仰角）以提供三坐標(biāo)信息的雷達(dá)。然而，在實(shí)際中，卻遵循了如下的約定，即 3D 雷達(dá)是一種警戒雷達(dá)，其天線在方位上機(jī)械旋轉(zhuǎn)（以測(cè)量距離和方黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 2 頁 位），通過在仰角上掃描一個(gè)或多個(gè)波束或者通過用鄰接的固定仰角波束來獲得目標(biāo)的仰角值。3D 雷達(dá)在軍事上的重要性來源于它能確定非合作目標(biāo)的高度，以及它的距離和方位的能力。與 2D 雷達(dá)和專用測(cè)高雷達(dá)的組合相比，3D 雷達(dá)因?yàn)橛休^好的角分辨力，提供了較高增益的天線和較強(qiáng)的抗干擾及其他形式的 ECM 的能力；對(duì)于后者有爭(zhēng)議的反面意見則認(rèn)為，2D 雷達(dá)和測(cè)高雷達(dá)可以工作在兩個(gè)分離的頻段，迫使干擾機(jī)分散其能量從而減小其影響。按照怎樣形成仰角波束和怎樣在仰角上掃描波束，3D 雷達(dá)可分為堆積波束雷達(dá)、頻掃雷達(dá)、相掃雷達(dá)、機(jī)電掃描雷達(dá)和數(shù)字波束形成雷達(dá)。高度發(fā)現(xiàn)者是用來衡量在監(jiān)控系統(tǒng)中的目標(biāo)的仰角，允許測(cè)量范圍可以從計(jì)算目標(biāo)高度的雷達(dá)。仰角和高度，因此決定以何種方法包括：（1）分配一個(gè)專門的雷達(dá)，在海拔執(zhí)行部門指定由一個(gè)二維搜索雷達(dá)的目標(biāo)，在該坐標(biāo)測(cè)量掃描。（2）搜索一個(gè)掃描波束 3D 雷達(dá)，其中一個(gè)窄波束覆蓋方位角和仰角，并提供測(cè)量?jī)蓚€(gè)角度，隨著范圍，對(duì)檢測(cè)到的目標(biāo)，在一個(gè)柵格掃描。（3）搜索與一個(gè)堆疊束 3D 雷達(dá)，多波束覆蓋天線掃描方位角仰角部門，提供單脈沖測(cè)量，在海拔。（4）對(duì)在 2D 搜索雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的多時(shí)間延遲的測(cè)量，這樣，目標(biāo)高度可從已知的目標(biāo)范圍內(nèi)，雷達(dá)天線高度和多徑時(shí)延，計(jì)算。（5）測(cè)量范圍，在其中一個(gè)目標(biāo)是通過二維搜索雷達(dá)天線模式，可以計(jì)算出恒定的目標(biāo)高度的多徑葉通行證。（6）測(cè)量目標(biāo)相呼應(yīng)，在兩個(gè)天線在海拔流離失所，導(dǎo)致單脈沖的仰角估計(jì)，相對(duì)振幅或相位?？煽啃渣S 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 3 頁 可靠性的一般定義是“一個(gè)項(xiàng)目的能力，在規(guī)定條件下執(zhí)行一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)所需的功能?！崩走_(dá)，它可以被定義為能力執(zhí)行分配的功能，在分配給每個(gè)模式和服務(wù)，保養(yǎng)，維修，儲(chǔ)存和運(yùn)輸條件的限制，同時(shí)保留指定的性能數(shù)據(jù)值。通常情況下，可靠性的描述由三部分組成：（1）無故障的性能。（2）可維護(hù)性。（3）耐貯性。無故障的表現(xiàn)是指定運(yùn)行時(shí)間無故障運(yùn)行的能力?？删S護(hù)性是“能力的一個(gè)項(xiàng)目，使用規(guī)定的條件下，保留或恢復(fù)到一個(gè)國家，它可以執(zhí)行其所需的功能，進(jìn)行維修時(shí)在規(guī)定條件下和規(guī)定的程序和資源使用?！蹦唾A性是雷達(dá)，保留其經(jīng)營條件，儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的財(cái)產(chǎn)?？煽啃允且粋€(gè)重要的雷達(dá)性能特點(diǎn)，因?yàn)樗袑?duì)雷達(dá)操作和成本效益顯著的效果。實(shí)現(xiàn)可靠性的主要途徑包括（1）選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和設(shè)計(jì)方面的努力避免失敗。（2）使用正確的故障診斷系統(tǒng)（例如，內(nèi)置測(cè)試設(shè)備），以確定和本地化失敗，只要它可能后發(fā)生。前一種方法，包括可靠的正確選擇雷達(dá)組件和子系統(tǒng)，也納入雷達(dá)子系統(tǒng)必要的冗余。固態(tài)器件的可靠性通常是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于真空管設(shè)備。因此，管發(fā)射機(jī)通常是最不可靠的雷達(dá)子系統(tǒng)之一，和固態(tài)發(fā)射 機(jī)的使用提供了相當(dāng)大的改善，在雷達(dá)的可靠性，允許免費(fèi)維修，雷達(dá)制造（至少在這個(gè)意義上，長(zhǎng)期存在在雷達(dá)站點(diǎn)的維修人員是不需要的）。多通道固態(tài)發(fā)射機(jī)和相控陣提供軟故障運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)模塊失敗的情況下（例如，數(shù)放大器發(fā)射器或陣列可以失敗，但不會(huì)降低雷達(dá)的性能顯著）?？煽啃缘牧硪粋€(gè)常用的方法是使用冗余。這種方法通常用于雷達(dá)的地方甚至短時(shí)間的失敗是至關(guān)重要的（例如，軍事或民用空中交通管制雷達(dá)）。一個(gè)常用的方法是使用兩個(gè)足夠的接收自動(dòng)重新配置通道信號(hào)處理器在操作失敗的情況下放置的備用通道。一個(gè)例子是多余的接收器通道和內(nèi)置測(cè)試設(shè)備的高可靠性，固態(tài)雷達(dá)空管雷達(dá)的家庭。二維雷達(dá)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 4 頁 一個(gè)二維（2D）雷達(dá)的機(jī)械掃描一個(gè)固定的光束，無論是在方位角平面（傳統(tǒng)的對(duì)空搜索雷達(dá)）或在海拔平面（點(diǎn)頭高度發(fā)現(xiàn)者雷達(dá)）?；緦傩缘?2D 空中搜索雷達(dá)天線孔徑的高度不得大于需出示匹配所需的垂直覆蓋部門的仰角波束。機(jī)械原因，較小的值可能被使用，但在浪費(fèi)蔓延以上所需海拔覆蓋率部門的能源費(fèi)用。天線的寬度確定方位所需的分辨率和掃描時(shí)獲得一個(gè)給定的最小觀測(cè)時(shí)間（或時(shí)間）的目標(biāo)要求。至于在三維搜索雷達(dá)的情況下，這個(gè)最小的觀測(cè)時(shí)間在很大程度上取決于多普勒處理的要求，而這又是一個(gè)功能雜亂的環(huán)境，多樣性的目標(biāo)所需的增益。為空中搜索行動(dòng)，在廣泛的海拔部門的最低功率孔徑積堅(jiān)決贊成使用在 2D 雷達(dá)的雷達(dá)頻率較低，雖然往往水面搜索，目標(biāo)是土地或海車輛使用頻率較高，表面（導(dǎo)航），或固定結(jié)構(gòu)。在微波頻率的操作是可行的，因?yàn)椋砻婊走_(dá)，所需的高程界普遍較小，而機(jī)載雷達(dá)所需的高程搜索部門要么足夠小，以匹配可用的天線孔徑高度波束，或如要求只有少數(shù)幾個(gè)重疊的“吧”在海拔掃描。雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號(hào)。由于在傳播過程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號(hào)非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機(jī)放大微弱的回波信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。 為了測(cè)定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測(cè)量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離為電磁波從雷達(dá)到目標(biāo)的往返傳播時(shí)間除以光速。雷達(dá)測(cè)定目標(biāo)的方向是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的。通過機(jī)械和電氣上的組合作用，雷達(dá)把天線的小事指向雷達(dá)要探測(cè)的方向，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，雷達(dá)讀出些時(shí)天線小事的指向角，就是目標(biāo)的方向角。兩坐標(biāo)雷達(dá)只能測(cè)定目標(biāo)的方位角，三坐標(biāo)雷達(dá)可以測(cè)定方位角和俯仰角。 測(cè)定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是雷達(dá)的一個(gè)重要功能，—雷達(dá)測(cè)速利用了物理學(xué)中的多普勒原理．當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)回波的頻率就會(huì)發(fā)生改變，黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 5 頁 頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對(duì)徑向速度，通常，具有測(cè)速能力的雷達(dá)，例如脈沖多普勒雷達(dá)，要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多。 雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測(cè)距分辨力與精度、測(cè)角分辨力與精度、測(cè)速分辨力與精度、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性等。 其中，作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積，并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力（雷達(dá)散射截面積的大?。┑纫蛩赜嘘P(guān)。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域。 畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 何 陽 陽指 導(dǎo) 教 師 王 飛2012 年 03 月 10 日 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 1 頁1 緒論1.1 課題的背景及目的雷達(dá)發(fā)展至今，已經(jīng)在軍事領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，雷達(dá)系統(tǒng)是利用調(diào)制信號(hào)和定向天線將電磁能量發(fā)射到指定空域搜索目標(biāo)，目標(biāo)再將接收到的部分能量（雷達(dá)回波）反射回來，由雷達(dá)接收機(jī)進(jìn)行處理后，抽取出目標(biāo)的距離、速度、角位置以及具有其他識(shí)別特征的目標(biāo)信息。雷達(dá)俯仰控制是指雷達(dá)根據(jù)工作模式、量程、載機(jī)高度和目標(biāo)距離，自動(dòng)設(shè)置俯仰角度或由操作員設(shè)置俯仰角度。機(jī)載雷達(dá)天線俯仰控制通常只采用手動(dòng)方式，而機(jī)載雷達(dá)的天線俯仰控制有自動(dòng)、手動(dòng)和高度帶設(shè)置三種方式，自動(dòng)控制是指雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)操作員選定的工作模式、量程，自動(dòng)設(shè)置天線俯仰角；手動(dòng)控制是指雷達(dá)操作員可以根據(jù)實(shí)際探測(cè)需求，人工設(shè)置天線的俯仰角；高度帶設(shè)置是指根據(jù)載機(jī)高度和目標(biāo)距離，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置天線俯仰角。本課題是研究炮瞄雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15—95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時(shí)，該電路自動(dòng)去掉天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動(dòng)，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r雷達(dá)發(fā)展至今已有一百多年的歷史。1864 年英國物理學(xué)家麥克斯韋（J.C.axwell）提出“電磁場(chǎng)理論 ”，并預(yù)見了電磁波的存在。 1903 年德國人克里斯琴.威爾斯姆耶（Christian Hulsmeyer）研制出原始的船用防撞雷達(dá)并獲得專利權(quán)，這拉開了世人研制雷達(dá)的序幕。1922 年美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室（Naval Research Lab.）的 A.H 泰勒和 L.C揚(yáng)用一部波長(zhǎng)為 5 米的連續(xù)波實(shí)驗(yàn)裝置探測(cè)到了一只木船。由于當(dāng)時(shí)無有效的隔離方法，只能把收發(fā) 機(jī)分置，這實(shí)際上是一種雙基地雷達(dá)。1937 年由羅伯特.沃森.瓦特設(shè)計(jì)的第一部可使用雷達(dá)“Chain Home”在英國建成，英國正式部署了作戰(zhàn)雷達(dá)網(wǎng)“鏈條” 。雷達(dá)分為地基、機(jī)載、空載、艦載雷達(dá)，也可以根據(jù)雷達(dá)的工作頻段、天線類型、所用波形等不同特征分類。雷達(dá)還可以根據(jù)其任務(wù)或功能分為：氣象雷達(dá)、截獲搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、邊跟邊掃雷達(dá)、火控雷達(dá)、預(yù)警雷達(dá)、超視距雷達(dá)、地形跟隨雷達(dá)、 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 2 頁地形回避雷達(dá)等。相控陣?yán)走_(dá)使用相控陣天線，因此常被稱為多功能雷達(dá)。雷達(dá)最常見的分類方法是根據(jù)其所用波形或工作頻率，按波形可分為連續(xù)波（CW）或脈沖(PR)雷達(dá)。連續(xù)波雷達(dá)能連續(xù)發(fā)射電磁能量，有獨(dú)立的發(fā)射天線和接收天線。非調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)可以精確地測(cè)量目標(biāo)的徑向速度（多譜勒頻移）和角位置，但不能得到目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)，因此這種雷達(dá)的主要用途是對(duì)目標(biāo)速度的搜索和跟蹤以及導(dǎo)彈制導(dǎo)。脈沖雷達(dá)的波形為調(diào)制脈沖串。根據(jù)脈沖重復(fù)頻率的高低又可將脈沖雷達(dá)分為低、中、高PRF 雷達(dá)。低 PRF 雷達(dá)主要用于測(cè)距，它對(duì)目標(biāo)的速度（多譜勒頻移）不敏感。高PRF 雷達(dá)主要用于測(cè)量目標(biāo)的速度。如果使用不同的調(diào)制方式，連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)都可以測(cè)量目標(biāo)的距離和徑向速度。我國現(xiàn)役的雷達(dá)天線俯仰控制比較簡(jiǎn)單, 一般通過方位/ 俯仰控制開關(guān)控制天線在方位方向轉(zhuǎn)動(dòng),然后采用手動(dòng)或自動(dòng)裝置對(duì)天線進(jìn)行上仰或下俯。在當(dāng)今隨著科技的迅猛發(fā)展，人們對(duì)雷達(dá)設(shè)備精準(zhǔn)度要求的不斷提高，雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題必將引起人們的廣泛關(guān)注，也必將得以進(jìn)一步的發(fā)展。當(dāng)前人們對(duì)雷達(dá)天線高低角俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也有很多種，像有電機(jī)來作為動(dòng)力源來帶動(dòng)雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，也有用液壓系統(tǒng)來控制雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然還有其他的一些方法。對(duì)高低角俯仰限制電路的研究分析，發(fā)現(xiàn)前人的設(shè)計(jì)思路主要有脈沖電路，也有用單片機(jī)來控制的。1.3 課題研究?jī)?nèi)容及要求本文綜合國內(nèi)外雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過調(diào)研搜集資料，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一種機(jī)械控制電路。要求雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15—95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時(shí)，該電路自動(dòng)去掉天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動(dòng)，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 3 頁2 雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參考本設(shè)計(jì)對(duì)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)不做重點(diǎn)設(shè)計(jì)，但是也應(yīng)該有一個(gè)設(shè)計(jì)思路，本文研究了前人的設(shè)計(jì)思路，對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析?，F(xiàn)代車載式高機(jī)動(dòng)雷達(dá)天線車具有工作及運(yùn)輸 2 種狀態(tài)，即在工作時(shí)將天線舉升至一定高度，并將天線陣面翻轉(zhuǎn)至一定的俯仰角度，可以減小地面及車上設(shè)備對(duì)天線波束的影響；工作結(jié)束后將天線恢復(fù)到水平狀態(tài)或其它特定角度，整車外形尺寸滿足公路、鐵路運(yùn)輸時(shí)不超高、不超寬的要求。為滿足高機(jī)動(dòng)雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性高、架設(shè)撤收迅捷的特性要求，需要一種能夠?qū)⑻炀€在 2 種狀態(tài)間迅速轉(zhuǎn)換的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)技術(shù)。目前常用的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)技術(shù)主要有以下 2 種1） “舉升轉(zhuǎn)臺(tái) + 俯仰機(jī)構(gòu)”式設(shè)計(jì)。如圖 1（a ）所示，通常采用機(jī)電液混合伺服傳動(dòng)技術(shù)，轉(zhuǎn)臺(tái)與天線被同時(shí)舉高；2） “俯仰機(jī)構(gòu) + 推舉天線”式設(shè)計(jì)。如圖 1（b）所示，通常采用全機(jī)電伺服傳動(dòng)技術(shù)，天線單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，舉升機(jī)構(gòu)為滑軌結(jié)構(gòu)。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 4 頁前者舉升高度較高，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)要求高；后者機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但舉升高度有限，因滑軌結(jié)構(gòu)的密封性不足，環(huán)境適應(yīng)性較差，同時(shí)兩者都存在天線偏心大的缺點(diǎn)。某型雷達(dá)系統(tǒng)要求在工作狀態(tài)時(shí)天線要滿足以下條件：1） 能夠舉升至一定高度；2） 有一定的預(yù)仰角；3） 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)天線偏心量盡可能??；4） 結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。論證表明，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)已無法滿足要求，需要研制一種新的機(jī)構(gòu)形式。文中提出了一種基于平面機(jī)構(gòu)原理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案，可滿足上述要求。2.1 新型機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)方案2.1.1 機(jī)構(gòu)工作原理圖 2 為新型機(jī)構(gòu)在運(yùn)輸狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件數(shù) n=6，低副 L=8，高副 H=0，機(jī)構(gòu)自由度為P=3n－ 2L－H=2機(jī)構(gòu)自由度數(shù)與主動(dòng)件數(shù)相等，符合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 5 頁2.1. 2 新型機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案從提高系統(tǒng)的實(shí)用性與可靠性考慮，新型機(jī)構(gòu)采用全機(jī)電伺服傳動(dòng)技術(shù)方案。在具體的工程設(shè)計(jì)中，圖 2 中 6、7 為傳統(tǒng)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，4、5 為單級(jí)電動(dòng)缸（作為俯仰機(jī)構(gòu)） ，2 為門架，機(jī)架 1 為轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)盤。上述部分在轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下做方位轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 3 所示。舉升機(jī)構(gòu)與俯仰機(jī)構(gòu)各為 2 套，分別同步運(yùn)動(dòng)，既可降低對(duì)天線骨架的剛性要求，又可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.1．3 機(jī)構(gòu)工作過程設(shè)計(jì)天線由運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)有以下 2 種運(yùn)動(dòng)方法可選：1） 分步運(yùn)動(dòng)法。單級(jí)電動(dòng)缸首先伸出到位，完成天線的俯仰運(yùn)動(dòng)，然后在絲杠 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 6 頁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，門架轉(zhuǎn)動(dòng)到位，完成天線的舉升運(yùn)動(dòng)，分 2 步完成天線狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。2） 同步運(yùn)動(dòng)法。電動(dòng)缸與絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)啟動(dòng)，然后同時(shí)運(yùn)動(dòng)到位，一步即可完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換。逆向工作過程即可將天線由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運(yùn)輸狀態(tài)。方法 1） 控制簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換過程中偏心現(xiàn)象較為明顯； 方法 2） 重心控制較好，但由于同時(shí)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件較多，機(jī)構(gòu)同步性要求較高，伺服控制難度較大?？紤]到機(jī)構(gòu)的可靠性與控制的簡(jiǎn)便性，最終確定采用分步運(yùn)動(dòng)控制方法，并將中間狀態(tài)作為天線維修狀態(tài)。天線工作狀態(tài)如圖 4 所示。2.2 機(jī)構(gòu)載荷分析依據(jù)分步運(yùn)動(dòng)方案，利用“多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS”分析運(yùn)動(dòng)過程中俯仰機(jī)構(gòu)與舉升機(jī)構(gòu)的載荷情況。仿真工況分析：在實(shí)際工作中，在天線的重量分布不均勻以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)同步性的差異等因素的影響下，2 套俯仰、舉升機(jī)構(gòu)在受力上會(huì)有所不同。但在分析時(shí)按受力相同、同步運(yùn)動(dòng)的理想工況考慮，分析結(jié)果如圖 5 所示。圖中紅色實(shí)線為俯仰機(jī)構(gòu)單套載荷變化曲線，藍(lán)色虛線為舉升機(jī)構(gòu)單套載荷變化曲線。從圖 5 中可以看出單套舉升機(jī)構(gòu)最大載荷為 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 7 頁Fmax1=18 kN單套俯仰機(jī)構(gòu)最大載荷為Fmax2=31 kN2.3 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)采用普通的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式。絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過螺旋傳動(dòng)副（滑動(dòng)或滾動(dòng)螺旋副）的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，并利用伺服電機(jī)的閉環(huán)控制特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)推力、速度和位置的精密控制。圖 6 為普通絲杠舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。絲杠暴露在外，可為絲杠加裝防護(hù)罩，以增強(qiáng)絲杠的環(huán)境適應(yīng)性。2.3．1 設(shè)計(jì)計(jì)算考慮到機(jī)構(gòu)的自鎖要求，舉升機(jī)構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)絲杠的剛強(qiáng)度要求，初選梯形絲杠參數(shù)為公稱直徑 d=60 mm導(dǎo)程 S=9 mm 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 8 頁根據(jù)上節(jié)分析結(jié)果，舉升機(jī)構(gòu)最大載荷為 18 kN，絲杠副的驅(qū)動(dòng)力矩為 ??m6.8tg2d????NFT???絲杠中徑： d2= 55.5 mm導(dǎo)程角： γ=2.96°當(dāng)量摩擦角：ρv=5.91°效率： ??%3tg??????安全系數(shù)按1.5 倍考慮，則單套舉升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩設(shè)計(jì)參考值約為130 N·m舉升機(jī)構(gòu)總行程約為430 mm，運(yùn)動(dòng)時(shí)間不大于1min，則梯形螺母的最低轉(zhuǎn)速為minr8.471930n???根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)初選1.5 kW 交流伺服電機(jī)，其額定力矩為4.77 N·m，額定轉(zhuǎn)速為3000 r / min。由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速及螺母最大轉(zhuǎn)速可以得出傳動(dòng)鏈總速比最大值為 ，減5.624830iz??速機(jī)速比選為 ，則末級(jí)齒輪速副比最大值為 ，初步確定末級(jí)50ij? .1562ijzm???齒輪副速比為 im= 1。2.3.2 設(shè)計(jì)校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核，按電機(jī)額定輸出計(jì)算，末級(jí)（螺母） 輸出力矩為m1308.9.0157.4imj ?????NT?從輸出轉(zhuǎn)速（即工作時(shí)間） 角度進(jìn)行校核，按電機(jī)額定輸出計(jì)算，末級(jí)（螺母） 輸出轉(zhuǎn)速為inr8.47ir60153nm???故上述設(shè)計(jì)滿足驅(qū)動(dòng)力矩及工作時(shí)間要求。2.4 俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)俯仰機(jī)構(gòu)采用單級(jí)伺服電動(dòng)缸機(jī)構(gòu)。伺服電動(dòng)缸在傳統(tǒng)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改而來，其傳動(dòng)原理與傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同。二者的區(qū)別在于電動(dòng)缸是將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 9 頁與普通絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，電動(dòng)缸有效行程、效率都低于前者，重量也不占優(yōu)勢(shì)。但其防護(hù)性能更佳，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。2.4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算出于與舉升機(jī)構(gòu)相同的考慮，俯仰機(jī)構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)，初選與舉升機(jī)構(gòu)同規(guī)格的梯形絲杠，其參數(shù)為公稱直徑： d =60 mm導(dǎo)程： p =9 mm根據(jù)第 3 節(jié)的分析，俯仰機(jī)構(gòu)載荷最大值為 31 kN，則絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩 T = 149．6 N·m （計(jì)算過程與3.1節(jié)相同） 。安全系數(shù)按1.5倍考慮，則單套俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力矩為224．4 N·m 。俯仰機(jī)構(gòu)總行程約為1000 mm ，運(yùn)動(dòng)時(shí)間不大于 2 min，則梯形絲杠的最低轉(zhuǎn)速：minr5.2910n???根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果 ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)初選2 .2 kW 交流伺服電機(jī)，額定輸出扭矩 7 .0 N· m，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。由電機(jī)額定轉(zhuǎn)速及絲杠最低轉(zhuǎn)速可以得出傳動(dòng)鏈總速比最大為 ,減速54.30iz??機(jī)速比選為 ,則末級(jí)齒輪副速比最大值為 ,初步確定末級(jí)齒輪副50ij? 8.1504ijzm??速比 im= 1。2.4.2 設(shè)計(jì)校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核，末級(jí)輸出力矩為；m4.280.150.7imj ?????NT? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 10 頁從輸出轉(zhuǎn)速角度進(jìn)行校核，末級(jí)輸出轉(zhuǎn)速為，minr5.60153nm???故上述設(shè)計(jì)滿足驅(qū)動(dòng)力矩及工作時(shí)間要求。2.5 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)俯仰舉升機(jī)構(gòu)屬于平面四連桿機(jī)構(gòu)，存在較多的裝配間隙，機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不足?？刹扇∪缦麓胧┨岣邫C(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性：1） 門架與轉(zhuǎn)盤間設(shè)計(jì)機(jī)械限位。門架舉升到位后，舉升機(jī)構(gòu)對(duì)門架施加預(yù)緊力，將門架、舉升機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)盤在預(yù)緊力的作用下連接形成剛性支撐結(jié)構(gòu)。2） 對(duì)俯仰機(jī)構(gòu)部分設(shè)計(jì)輔助撐桿，提高俯仰機(jī)構(gòu)連接的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。通過對(duì)上述機(jī)構(gòu)的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線的俯仰俯仰部分可以用平面連桿機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)不是對(duì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因此對(duì)上面的機(jī)構(gòu)的分析主要是論證其可行性。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 11 頁3 雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)可將輸入的脈沖電信號(hào)變換為階躍式的角位移或直線位移。因此, 能用這種電機(jī)作為執(zhí)行元件來對(duì)雷達(dá)(或監(jiān)視裝置)的方位角、俯仰角實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的特點(diǎn)是: 能快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn), 制動(dòng)的反應(yīng)速度快 , 運(yùn)行速度可調(diào), 精度高, 慣性小。另外, 它的步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓和負(fù)載變化以及環(huán)境條件的影響, 尤其適合在數(shù)字控制系統(tǒng)中使用。本裝置采用上位機(jī)、下位機(jī)兩級(jí)控制。下位機(jī)由主從式單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成, 其主要作用在于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的監(jiān)控以及上、下位機(jī)之間的通訊。上位機(jī)用在更高一級(jí)層次上來指揮全系統(tǒng)的運(yùn)行。3.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由四個(gè)部分組成, 其框圖如圖 1 所示3.2 上位機(jī)單元本單元采用 IB M 一 Pc 機(jī), 機(jī)內(nèi)裝有異步通訊適配器板。其主要器件為可編程的 8 2 5 OU ART 芯片, 便于同與標(biāo)準(zhǔn) RS- 232 c 串行通訊器件接口的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。由于主單片機(jī)中僅有一個(gè)全雙工串行口用來與從機(jī)單元進(jìn)行通訊, 故本系統(tǒng)采取串行擴(kuò)展通道(8 2 51 芯片) 。上位機(jī)與主單片機(jī)單元之間的通訊接口見圖 2 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 12 頁3.3 主單片機(jī)單元本單元通過擴(kuò)展的串行通訊口與上位機(jī)進(jìn)行通訊, 接收上位機(jī)發(fā)送來的信息, 并互通相關(guān)的狀態(tài)信息。同時(shí), 主單片機(jī)單元也將控制信息、數(shù)據(jù)發(fā)送給從單片機(jī)單元, 指揮從機(jī)工作.本裝置的方位角與俯仰角傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別采用一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng), 同時(shí)運(yùn)行, 因此, 主從單片機(jī)單元之間需要多機(jī)全雙工通訊接口, 其框圖如圖3 所示.其中O、1 . 從機(jī)分別控制方位角、俯仰角步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) . 它們的TXD 端、RXD 端與主單片機(jī)單元的RXD、TXD 端相連, 形成廣播式的通訊模式。主機(jī)發(fā)送的信息, 由從機(jī)接收并互為通訊。本單元還設(shè)置人一機(jī)接口, 配備有鍵盤、顯示器, 便于操作和觀察各相關(guān)的信息。3.4 從單片機(jī)單元從單片機(jī)單元由兩個(gè)獨(dú)立的8031最小系統(tǒng)組成。在主機(jī)控制下, 通過驅(qū)動(dòng)接口, 兩個(gè)從機(jī)分別控制方位角、俯仰角步進(jìn)電機(jī)的快速啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速、連續(xù)掃描和實(shí)時(shí)跟蹤. 步進(jìn)電機(jī)所需的時(shí)序脈沖, 由8031 的P : 口提供. 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 13 頁3. 5 執(zhí)行單元執(zhí)行單元由光電隔離、步進(jìn)電機(jī)、功放、傳動(dòng)裝置、穩(wěn)壓電源等幾部分組成。為保證系統(tǒng)正常工作, 低壓部分的單片機(jī)和高壓部分運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī), 以光電藕合的方式將二者隔離開來,本系統(tǒng)采用兩只75 BF 00 1 型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) , 其工作電壓為D C2 4v , 靜態(tài)電流為3 A , 步距角為1.50 , 三相六拍工作方式 , 直接由從機(jī)的P ; 口控制。由六個(gè)T w H 8 7 5 2 功率集成芯片組成驅(qū)動(dòng)電源中的功率放大電路. 脈沖調(diào)制電路由NE 55 構(gòu)成。整個(gè)執(zhí)行單元框圖見圖4 。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 14 頁4 雷達(dá)俯仰部分的設(shè)計(jì)方案由上述雷達(dá)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力來考慮，本設(shè)計(jì)雷達(dá)天線俯仰運(yùn)動(dòng)其動(dòng)力源也是由步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速較大，而雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)速比較慢，所以要靠減速器來實(shí)現(xiàn)，減速器帶動(dòng)偏心輪，偏心輪連接著連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線的俯仰運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)不在步進(jìn)電機(jī)選擇及減速器的設(shè)計(jì)上作重點(diǎn)介紹。本課題主要設(shè)計(jì)一種控制電路，要求雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15 至 95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時(shí)，該電路自動(dòng)去掉天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動(dòng)，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。因此我們可以考慮在雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)的極限位置，即-15 度和 95 度兩個(gè)位置安裝兩個(gè)限位開關(guān)，使得雷達(dá)運(yùn)動(dòng)到這兩個(gè)角度時(shí)，雷達(dá)天線觸碰到兩個(gè)限位開關(guān)，兩個(gè)限位開關(guān)起到保護(hù)作用，使得步進(jìn)電機(jī)斷電，從而使雷達(dá)天線停止運(yùn)動(dòng)，若要使雷達(dá)天線離開極限位置，只需要再轉(zhuǎn)到手輪即可。所以本設(shè)計(jì)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)這個(gè)高低角俯仰限制電路。同時(shí)應(yīng)該考慮到步進(jìn)電機(jī)斷電后，雷達(dá)天線由于質(zhì)量比較大，仍然有慣性，為了防止雷達(dá)天線由于慣性碰壞，本文應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)一個(gè)剎車機(jī)構(gòu)（緩沖裝置） 。剎車機(jī)構(gòu)（緩沖裝置）大概有兩種：電剎車以及機(jī)械剎車。電剎車即電制動(dòng)剎車，在剎車系統(tǒng)中算一個(gè)新興領(lǐng)域，通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)電剎車系統(tǒng)在飛機(jī)等大功率電子設(shè)備中應(yīng)用較多，隨著研究的深入，當(dāng)前民用飛機(jī)正向“多電化”方向發(fā)展，越來越多的電控部件取代了液壓控制部件，從而更有效的利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，降低了耗油量。傳統(tǒng)的機(jī)械剎車，像液壓系統(tǒng)也是常用的剎車系統(tǒng)，電剎車系統(tǒng)跟液壓系統(tǒng)相比，有著其優(yōu)越性，像在飛機(jī)上，電制動(dòng)剎車系統(tǒng)，它用機(jī)電作動(dòng)機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有剎車系統(tǒng)的液壓作動(dòng)機(jī)構(gòu)，不再需要管道、泵和閥等液壓組件，完全避免了漏油故障；各種信號(hào)都通過電纜傳輸，對(duì)剎車系統(tǒng)的監(jiān)控更為簡(jiǎn)單和直觀，控制程序可以根據(jù)飛機(jī)狀態(tài)（飛機(jī)載重、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、襟副翼狀態(tài)和輪胎磨損等情況）和地面狀況（地面干濕、 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 15 頁跑道滑行道長(zhǎng)度等）實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制，使飛機(jī)能在理想狀態(tài)下滑行和降落，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油、節(jié)約成本和避免人為差錯(cuò)。本設(shè)計(jì)由于是應(yīng)用在雷達(dá)天線上，剎車系統(tǒng)主要是起著緩沖作用，緩沖器的作用為, 防止天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分由于限位開關(guān)失靈、制動(dòng)器發(fā)生故障或其它的意外情況越過限位區(qū)域, 從而使天線或天線座損壞。緩沖器作為天線座的安全保護(hù)裝置, 要求具有兩方面的功能: 一是緩沖作用 , 將突然的沖擊載荷轉(zhuǎn)化為緩慢作用的載荷, 延長(zhǎng)加載時(shí)間, 減小沖擊力; 另一方面還要具有一定的減振作用, 將吸收的能量通過摩擦不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能散失掉, 亦即能吸收和耗散能量, 回彈小, 從而減小天線和天線座的沖擊和振動(dòng)。因此本設(shè)計(jì)可以采用傳統(tǒng)的機(jī)械剎車裝置，及緩沖裝置。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 16 頁5 高低角俯仰限制電路針對(duì)要求雷達(dá)天線高低角工作范圍為-15 至 95 度，當(dāng)轉(zhuǎn)到接近最高和最低極限位置時(shí)，該電路自動(dòng)去掉天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的控制電壓，并使天線很快被制動(dòng)，防止機(jī)械和電機(jī)過荷損壞，起到保護(hù)作用。我們可以考慮在雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)的極限位置，即-15 度和 95 度兩個(gè)位置安裝兩個(gè)限位開關(guān)，使得雷達(dá)運(yùn)動(dòng)到這兩個(gè)角度時(shí)，雷達(dá)天線觸碰到兩個(gè)限位開關(guān)，兩個(gè)限位開關(guān)起到保護(hù)作用，使得步進(jìn)電機(jī)斷電，從而使雷達(dá)天線停止運(yùn)動(dòng)，若要使雷達(dá)天線離開極限位置，只需要再轉(zhuǎn)到手輪即可。高低角俯仰限制電路的作用是當(dāng)天線接近最高 95 度或最低極限位置-15 度時(shí)，自動(dòng)的去掉驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電樞上的控制電壓，使天線很快被制動(dòng)，防止電機(jī)和機(jī)械過荷，起到保護(hù)作用。高低角俯仰限制電路由兩個(gè)終端開關(guān)（KZ32-51 和 KZ32-52） 、三個(gè)繼電器（J32-1、J32-2 和 J32-3） 、四個(gè)硅二極管（BG32-10、11 和 BG32-12、9）等組成，其電路如圖 1 所示。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 17 頁圖 1終端開關(guān)裝在天線座的高低角動(dòng)力傳動(dòng)裝置外殼的一個(gè)小盒內(nèi)，開關(guān)的頂桿露在外面，當(dāng)天線沿高低角轉(zhuǎn)到接近最高或最低極限位置時(shí)，裝在扇形齒輪上的楔形銷就會(huì)壓迫相應(yīng)的那個(gè)終端開關(guān)的頂桿，使開關(guān)接通。電路的其它元件則裝在一個(gè)膠木板上，呆在天線座的立柱上。當(dāng)天線在上、下極限位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，終端開關(guān)均不被頂通，高低角俯仰限制電路開路不起作用。當(dāng)天線沿高低角向下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，誤差信號(hào)使圖 1 中 A 點(diǎn)電位低于 B 點(diǎn)的電位，當(dāng)天線轉(zhuǎn)到下極限位置時(shí)，終端開關(guān) KZ32-51 被頂通，由于 A 點(diǎn)電位低于 B 點(diǎn)電位，BG32-11 處于導(dǎo)通狀態(tài)，于是限制電路的右支路開始工作，將使電力放大機(jī)的輸出很快下降，接近于零。電力放大機(jī)輸出很快下降的原因有：（一） 電力放大機(jī)控制繞組上的電壓被旁路。旁路電流從 B 點(diǎn)經(jīng) BG32-11、J32-1 和 KZ32-51 到 A 點(diǎn)。使得電力放大機(jī)的輸入大大減小，故輸出也就顯著減小。（二） 電力放大機(jī)的輸出被旁路。J32-1 線包有電流流過而動(dòng)作，其觸點(diǎn)將 J32-3 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 18 頁的線包電源接通，J32-3 的觸點(diǎn)就將使電力放大機(jī)的輸出端 H2B2 經(jīng) R32-54 旁路，使電力放大機(jī)的輸出很快下降。C32-1 起到保護(hù)繼電器觸點(diǎn)不被燒壞的作用。（三） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)反電勢(shì)驅(qū)使電流流過電力放大機(jī)的補(bǔ)償繞組 B2B1，此電流與正常工作時(shí)電力放大機(jī)輸出電流流過補(bǔ)償繞組的方向相反，所以這時(shí)補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的磁通和控制繞組的磁通方向相反，起著去磁作用，使電力放大機(jī)輸出很快下降。由于電力放大機(jī)的輸出很快下降，驅(qū)動(dòng)電機(jī)加在天線上的轉(zhuǎn)矩也就很快減小而接近于零。因驅(qū)動(dòng)電機(jī)反電勢(shì)所產(chǎn)生的電流以正常時(shí)相反方向流過驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電樞，造成很大的反轉(zhuǎn)矩，使天線很快制動(dòng)，保證其安全。要想使天線離開極限位置而轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使天線升高時(shí)，這時(shí)的誤差信號(hào)使圖中 A 點(diǎn)電位高于 B 點(diǎn)電位，BG32-11 不導(dǎo)電，限制電路的右支路被切斷， J32-1 和 J32-3 均不工作（為了防止 BG32-11 的反向電流引起 J32-1 的動(dòng)作，在 J32-1 的線包上并聯(lián)二極管BG32-9） ，電力放大機(jī)的輸入和輸出電路的旁觀現(xiàn)象被消除，起到正常放大作用，控制電壓加到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，驅(qū)使天線升高而離開極限位置。當(dāng)天線升高到達(dá)上極限位置時(shí)，KZ32-52 被頂通，限制電路的左支路工作，同樣能使天線很快被制動(dòng)，其工作原理與上述相仿。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 19 頁6 緩沖裝置緩沖器的作用為, 防止天線座轉(zhuǎn)動(dòng)部分由于限位開關(guān)失靈、制動(dòng)器發(fā)生故障或其它的意外情況越過限位區(qū)域, 從而使天線或天線座損壞。緩沖器作為天線座的安全保護(hù)裝置, 要求具有兩方面的功能 : 一是緩沖作用, 將突然的沖擊載荷轉(zhuǎn)化為緩慢作用的載荷, 延長(zhǎng)加載時(shí)間, 減小沖擊力 ; 另一方面還要具有一定的減振作用, 將吸收的能量通過摩擦不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能散失掉, 亦即能吸收和耗散能量 , 回彈小, 從而減小天線和天線座的沖擊和振動(dòng)。6.1 分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)（載荷分析和計(jì)算）設(shè)計(jì)緩沖器首先要確定其使用條件, 明確按什么樣的“意外情況” 來設(shè)計(jì)緩沖器, 也就是緩沖器的受載分析。本設(shè)計(jì)主要考慮天線座方位部分在最大風(fēng)力矩和最大電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩作用下, 以最大角速度及最大速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 止擋塊撞到緩沖器上能吸收的全部能量, 有下式2m/1(????JMEW）式中, E 為緩沖器應(yīng)吸收的能量; 為最大工作風(fēng)速時(shí)的風(fēng)力矩; Mm 為碰撞后的電動(dòng)w機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩; J 為天線座及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)折算到方位軸上的慣量; 天線座方位的最大角速度;為緩沖行程。?計(jì)算得到緩沖器要吸收的能量約為 118 焦耳6.2 設(shè)計(jì)6.2.1 彈簧的設(shè)計(jì)由于本雷達(dá)天線座的尺寸限制和美化設(shè)計(jì)的要求, 如單純以彈簧緩沖器來實(shí)現(xiàn), 無法滿足要求, 經(jīng)過多次試算 , 最后采用如下圖所示集彈簧、氣缸及橡膠墊為一體的復(fù)合緩沖器。其能量分配如下:321E?? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 20 頁式中, 為彈簧吸收的能量; 為壓縮空氣吸收的能量; 為橡膠墊吸收的能量。1E2E3E其中, 彈簧吸收的能量分為兩只彈簧可吸收能量的總和。按實(shí)際空間和有限尺寸選用彈簧如下:彈簧 1 行程 S=28mm直徑 d=3mm旋向 右有效圈數(shù) n=8極限壓力 P=315N吸收能量 E= 0.5PS=4.41(J)彈簧 2 行程 S=28mm直徑 d=6mm旋向 左有效圈數(shù) n=4極限壓力 P=2267N吸收能量 E=0.5PS=31.74( J)其中彈簧 1 主要用來歸位, 并吸收少量能量。彈簧 2 吸收部分能量。兩彈簧吸收之和不能滿足要求。其余能量需由氣腔和橡皮墊吸收。6.2.2 緩沖器腔的設(shè)計(jì)緩沖器腔體可看成為一緩沖氣室, 緩沖器氣室內(nèi)的空氣被壓縮從而吸收部分能量, 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 21 頁壓縮過程可以認(rèn)為是絕熱過程。緩沖器腔體能夠吸收的最大能量視氣缸強(qiáng)度而定, 也就是說在強(qiáng)度允許的情況下其吸收的能量為無窮大。吸收能量過大則剛度太大, 這就需在活塞上開一排( 進(jìn)) 氣孔, 調(diào)節(jié)它的大小可吸收不同的能量。其吸收的能量可按下式計(jì)算:]1)/[(5.3286.032??PVE式中, 為排氣壓力 ; 壓縮空氣的體積; 為氣缸允許承受的最氣體壓力(設(shè)定的) 。其2P3中:排氣壓力 可調(diào)節(jié)到 , 壓縮空氣的體積 = ( )3=30. 52 , 氣2kg/cm2V?29.07?3cm缸允許承受的最高氣體壓力 為 20kg/ 。3P2所以E=3.5×3×30.52[ -1]=73.88(J)286.0/）（還沒吸收的能量為 118- 31.74- 4.41- 73.88=7.97(J) , 留給橡皮墊是完全可以吸收的。這說明腔體的尺寸大小是合適的, 能滿足緩沖器的性能要求。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 22 頁結(jié) 論雷達(dá)在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域具有重要的地位，雷達(dá)的發(fā)展對(duì)國家的軍事具有深刻的影響，所以研制更準(zhǔn)確、更實(shí)時(shí)的雷達(dá)對(duì)于科技人員來說是十分重要的。本文運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)雷達(dá)俯仰機(jī)構(gòu)的控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，運(yùn)用機(jī)械和限制電路來設(shè)計(jì)控制雷達(dá)天線高低角工作范圍的電路。新型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要協(xié)調(diào)處理好各機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)件的接口關(guān)系，精確計(jì)算各機(jī)構(gòu)的行程與結(jié)構(gòu)尺寸。只有將各相關(guān)因素綜合考慮，合理布局，才能滿足雷達(dá)運(yùn)輸及工作狀態(tài)的要求。在本文設(shè)計(jì)的開始，我對(duì)雷達(dá)高低角俯仰限制電路沒有任何概念，通過跟導(dǎo)師的溝通交流，已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上搜索資料，對(duì)高低角俯仰限制電路有了簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)，對(duì)于這的設(shè)計(jì)，中間有大量不懂得問題，發(fā)現(xiàn)了自身能力還是有巨大的不足，在老師和同學(xué)的幫助下，能一點(diǎn)一滴的設(shè)計(jì)下來，我也深刻體會(huì)到了科研設(shè)計(jì)人員的辛苦與不易。經(jīng)過幾個(gè)月的忙碌，我已通過所學(xué)知識(shí)對(duì)電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，由于能力有限，又是初次設(shè)計(jì)電路方面的設(shè)計(jì)，我的設(shè)計(jì)中難免會(huì)有不足之處，還望老師給予指導(dǎo)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年的檢驗(yàn)，也是對(duì)即將走向社會(huì)工作的考驗(yàn)，我深知雖然就要畢業(yè)了，心里難免沉重了一些，但是我通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)以后的工作充滿了信心，畢竟自己的求知路還很長(zhǎng)，我相信我能為祖國貢獻(xiàn)自己的一份力量，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 23 頁致 謝時(shí)光如梭，光陰似箭，豐富、充實(shí)的求學(xué)生活即將成為過去，在此，我衷心感謝所以關(guān)心支持我的老師、親人和朋友，并向他們表示崇高的敬意在這半年的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，我得到了王飛老師的精心指導(dǎo)和幫助，從設(shè)計(jì)的選題、開題論證、資料的收集整理，到正式的設(shè)計(jì)、撰寫修改，無不滲透著王老師的心血和汗水，在此表示衷心的感謝！同時(shí)與同學(xué)和老師間的交流也讓我受益匪淺。通過設(shè)計(jì)，我深深的感受到了自己知識(shí)的淺薄。學(xué)海無涯，在將來的學(xué)習(xí)中我一定會(huì)更加的勤奮、謙虛。在這里我向在大學(xué)期間教導(dǎo)我、幫助我的各位老師表示最誠摯的謝意!祝老師們身體健康、萬事如意！首先感謝大一的機(jī)械制圖賈百合老師，機(jī)械制圖是機(jī)械專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因?yàn)橘Z老師的認(rèn)真、細(xì)心、嚴(yán)肅的教風(fēng)，高標(biāo)準(zhǔn)的要求，在以后的學(xué)習(xí)中我們才會(huì)得心應(yīng)手！感謝電工學(xué)穆國華老師，大三那年晚上上課時(shí)有幾次上課停電，話筒不能用，黑板不能用，穆老師沒有等待來電，而是盡可能發(fā)出最大的聲音，讓后面的學(xué)生聽到，不耽誤每一節(jié)課，這些場(chǎng)景我至今仍記憶猶新！感謝閆存富老師，他講的數(shù)控機(jī)床診斷與維修至今歷歷在目，他講的課十分生動(dòng)，課程氣氛活躍，通俗易懂。他對(duì)我們的論文格式要求特別嚴(yán)格，對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式起到重要影響。感謝機(jī)械控制工程基礎(chǔ)常靜老師，她講課態(tài)度極其認(rèn)真，力求使我們每個(gè)人都聽懂，在課后更是對(duì)我們嚴(yán)格要求，作業(yè)中出現(xiàn)錯(cuò)誤必須認(rèn)真更正！感謝機(jī)器人技術(shù)、過程控制儀表與裝置朱煜鈺老師，朱老師是一個(gè)對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)任的老師，平時(shí)不茍言笑，以嚴(yán)肅著稱，在她的課上幾乎沒有說話的！由于時(shí)間倉促，自己水平有限，同時(shí)缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中的不足和錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正，提出寶貴意見。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 24 頁在此，我也感謝我同一組的組員和班里的同學(xué)是你們?cè)谖矣龅诫y題是幫我找到大量資料，解決難題。真誠地感謝所有幫助過我的老師同學(xué)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅提高了我獨(dú)立思考問題解決問題的能力而且培養(yǎng)了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度更培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考的能力。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，設(shè)計(jì)中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。謝謝你們，真心的祝你們?cè)诮窈蟮纳钪懈弦粚訕牵? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 25 頁參考文獻(xiàn)[1]張潤(rùn)奎,戚仁欣 ,張樹雄等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].電子工業(yè)出版社,2004. 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