某车载雷达天线俯仰机构的分析计算

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1、万方数据总第90期第2期2001年4月电子机械工程Electm—M竹酬cdE衅岫钟ri啤TotalNo．90No．2ApL2001某车载雷达天线俯仰机构的分析计算’牛永生(西安导航技术研究所7l0068)【摘要】本文对某车载雷达天线的俯仰机构进行了力学及运动学分析，在分析的基础上对关键构件做了强度和稳定性校棱，并求出了此机构驱动电机的功率。美量词天线俯仰机构丝杠强度校拔丝杠稳定性校核电机选择引言某车载雷达有一矩形相控阵天线，由行军状态进人阵地后，天线的俯仰机构将天线迅速升起，如图1所示。本文对机构进行了力学、运动学分析，在分析的基础上对关键构件——滚珠丝杠做了强度及稳定性校核。并求出了

2、该机构驱动电机的功率。图l车载雷达工作示意图2力学分析天线的有关参数如下·收藕日期2000一07一15天线尺寸为：2500(宽)×1500(高)×200(厚)mrn3：天线重量为：300kg；天线升起的时间为：90s(匀速升起)i天线工作风速为：8级(19n∥s)；天线破坏风速为：12级(33．5In／s)；天线架高：100m。俯仰机构是将天线升起和放倒的关键机构，本俯仰机构采用有自锁特性的蜗轮蜗杆——滚珠丝杠机构，下面对俯仰机构进行分析。天线在工作时，俯仰机构受到的力有天线的重力和风载荷。首先对风载荷进行分析“】。对一定形状的物体，风载荷与下列因素有关：空气密度P，空气粘度”，风速y

3、，以及物体的特征几何尺寸D。对风力FF=c川A对风力矩M=c_qAD式中，q为动压头(Nym2)，q=o．5Pv2。其中V为风速(rn／s)，P为空气密度，在标准大气压下，当温度为15℃时，P=1．25kg／m3；A为天线相关面积(m2)，作为特征尺寸；D为天线高度(m)，作为特征尺寸；o、c，为风力系数和风力矩系数。万方数据电子机械工程2001年对动压头q计算式中，风速V的取值需进行修正”3，包括阵风修正和高度修正。阵风修正是平均风速乘以阵风因数。高度修正的公式为：’0一V-o(z，10)4式中：V；——高度z米处的平均风速，n∥s；z——高度(m)；天线架高100m，故z—100m

4、：a——指数，由地形而定，此处取n—o．146(旷野平原)；yIo——lom处风速；此处取yIo—19fn／s(8级风)；V，o一33．5In／s(12级风)。天线处在工作风速(y，。一19n∥s)时，查得阵风因数为1．44；处在破坏风速(33．5rn／s)时，查得阵风因数为1．37。由以上可得动压头q计算式中风速V的值：y一38．29n∥s(8级风正常工作风速)V一64．23rn／s(12级风破坏风速)进而可得出动压头g的值。正常工作风速时：口=O．5P俨一0．5×1．25×38．292=916．33N／m2破坏风速时：口一0．5P俨一O．5×1．25×64．322=2585．66N

5、／m2图2天线受力分析图下面对天线进行力学分析，受力图如图2所示。现在以风向建立坐标系，风作用于天线时，在天线的六个分量分别为阻力FD，升力FL，侧向力Fs，倾覆力矩Mo，方位力矩M一和翻滚力矩M*。对天线的俯仰来说，仅阻力FD，升力FL和倾覆力矩M。起作用。因此有：凤阻力FD—cD弘风升力FL—cLgA风力矩^磊一co研D各系数均可由图3“’和图4上查到。设作用于丝杠上的力为F(N)，天线匀速转动，合力矩为零，则有：FLF—GLG+FDLB+F山L+Mo式中的L为各力对转轴“o”的力臂。首先先计算等式右边的力矩和三M：口订=(也G+FDLD十FLLL+M0若天线在起始(俯仰角中一o)

6、位置，此时：LG—o．85m(天线转轴距重心的距离)查图线得：CD—CL=O；c0—0．5需要说明的一点是，在风力和风力矩计算式中的面积A意义不同，在风力计算式中的面积A指负载的实际面积，在风力矩计算式中的面积A是指与风向垂直的负载投影面积，以后将投影面积记为Ao，如在俯仰角中一。时，可得：Ao一2．5×O．20=O．5m2先计算正常工作风速时的情况，代人q一916．33N／m2，此时合力矩三M为：丑订=GLG+FDL。+FLLL+M。==3000×O．85+0+0+0．5×916．33×O．5×1．5=2893．62N·m由FLF=GL6+FDLD+FLLt+Mo一三M可得出F。同理

7、计算负载的俯仰角由；15。的合力矩三M。由图线查得：CD=0．18；Ci一一0．65；c0一O．25可得出三M为：三M一4766．71N·m下面计算列出一些典型的数据：俯仰角中一O。暑M。一2893．62N·m俯仰角中一15。掣订。。一4766．71N-m俯仰角垂一30。互M，。一5545．84N·m俯仰角垂=45。三M‘5—5192．67N·m俯仰角垂=60。三M60一5010．83N·m俯仰角中=75。互M75—4315．28N·m俯仰角中