雷達(dá)陣面驅(qū)動(dòng)絲杠誤差對(duì)同步精度影響研究

包漢偉 肖佩 康偉 孫啟鵬 李剛炎

摘要：本文以雷達(dá)陣面雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)理論解析，得出雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)件絲杠的綜合誤差表達(dá)公式;提出一種在軸向位移差與偏斜誤差共同作用下，用于衡量雙絲杠同步精度的不同步度的計(jì)算方法，并分析這兩誤差對(duì)同步精度的影響。

關(guān)鍵詞：雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);軸向位移差;同步精度

前言

目前，車(chē)載雷達(dá)舉升主要采用液壓驅(qū)動(dòng)或絲杠驅(qū)動(dòng)。由于雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)單絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能承受更大載荷、傳動(dòng)更加平穩(wěn)，因而雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)逐漸應(yīng)用于大型天線的架設(shè)與收裝。左右絲杠的加工誤差、裝配誤差和使用誤差會(huì)影響到雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的同步精度;誤差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致天線陣面的扭曲變形，影響雷達(dá)使用性能。因此，本文通過(guò)研究絲杠誤差與雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步度的關(guān)系及各參數(shù)對(duì)不同步度的影響，提出一種計(jì)算同步精度的方法。

圖1雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

如圖1所示：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)絲杠移動(dòng)，從而將天線陣面舉升。為方便研究，將天線陣面等效為質(zhì)量均勻分布的塊狀結(jié)構(gòu)。

1.雷達(dá)陣面驅(qū)動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)的誤差分析

由于加工誤差、裝配誤差和使用誤差的存在，將會(huì)導(dǎo)致絲杠螺母機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)過(guò)程中，絲杠的移動(dòng)量出現(xiàn)誤差。通過(guò)誤差合成理論將各誤差綜合，計(jì)算得到絲杠的綜合誤差。

（1）絲杠機(jī)構(gòu)的加工誤差

絲杠機(jī)構(gòu)的加工誤差包括螺距累計(jì)誤差、中經(jīng)尺寸一致性誤差、絲杠大徑跳動(dòng)誤差和螺紋中徑尺寸誤差，均屬于系統(tǒng)誤差。

（1）絲杠機(jī)構(gòu)的加工誤差

絲杠機(jī)構(gòu)的加工誤差包括螺距累計(jì)誤差、中經(jīng)尺寸一致性誤差、絲杠大徑跳動(dòng)誤差和螺紋中徑尺寸誤差，均屬于系統(tǒng)誤差。因主要研究絲杠軸向的誤差，故主要考慮螺距累積誤差。螺距累積公差隨絲杠軸向移動(dòng)距離增大而相應(yīng)增大。

（2）絲杠機(jī)構(gòu)的裝配誤差

絲杠機(jī)構(gòu)的裝配誤差主要為絲杠螺母偏斜誤差，如圖2所示。它影響著雙絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的同步精度。由于裝配時(shí)偏斜角?就被固定，為了保證研究的可靠性，本文將其中一根驅(qū)動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)偏斜量取最大值，另一根為理想狀態(tài)。顯見(jiàn)，周期誤差和螺距累積誤差的共同影響著絲杠機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。

2.雷達(dá)陣面雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步度的計(jì)算方法

在本雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，左右兩螺母同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)兩絲杠同步移動(dòng)。在傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)因誤差導(dǎo)致左右絲杠運(yùn)動(dòng)不同步，本文將不同步度作為雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步精度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

不同步度是雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)過(guò)程中，由于絲杠的軸向誤差值不同，導(dǎo)致左右絲杠無(wú)法達(dá)到同步運(yùn)動(dòng)，即雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中左右絲杠存在軸向位移差;其值等于左右絲杠偏斜誤差差值與軸向位移差之和。

圖3驅(qū)動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)示意圖

如圖3所示，建立舉升機(jī)構(gòu)從雙絲杠到天線陣面的運(yùn)動(dòng)方程：

3.雷達(dá)陣面驅(qū)動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)誤差對(duì)同步精度的影響分析

根據(jù)上述理論公式，結(jié)合工程實(shí)例，采用MATLAB軟件，帶入加工圖紙和裝配圖紙中的參數(shù)，可以得到雙絲杠不同步度的變化趨勢(shì)及變化范圍。因螺距累積誤差隨絲杠伸長(zhǎng)逐漸變大，故總體上不同步度隨著絲杠的伸長(zhǎng)量逐漸變大，如圖5所示。

圖5?不同步度隨絲杠伸長(zhǎng)量變化規(guī)律

為了更好地研究不同步度的變化規(guī)律，對(duì)理論公式中軸向跳動(dòng)誤差、軸向位移誤差進(jìn)行研究，分析其對(duì)不同步度的影響。

圖6?不同步度隨軸向跳動(dòng)、位移誤差變化的規(guī)律

圖7?軸向跳動(dòng)誤差對(duì)不同步度的影響

圖8軸向移動(dòng)誤差對(duì)不同步度的影響

圖6為軸向跳動(dòng)誤差和軸向位移誤差同時(shí)變化分別對(duì)不同步度的影響;圖7、8為軸向跳動(dòng)誤差和軸向位移誤差分別變化對(duì)不同步度的影響。由以上三圖可以看出，隨著軸向跳動(dòng)誤差與軸向位移誤差的變大，不同步度呈上升趨勢(shì)。其中軸向跳動(dòng)誤差影響相對(duì)平穩(wěn)，而軸向位移誤差對(duì)不同步度影響較大，更容易產(chǎn)生不同步度，因此減少?gòu)较驁A跳動(dòng)誤差和同軸度誤差，能更好地減少不同步度，保證同步精度。

4.結(jié)論

本文通過(guò)分析絲杠螺母機(jī)構(gòu)中移動(dòng)件絲杠的誤差，推導(dǎo)出其綜合誤差計(jì)算式;以雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為對(duì)象，推導(dǎo)出用于評(píng)價(jià)其同步精度的不同步度的計(jì)算公式;通過(guò)仿真計(jì)算和分析，得到雙絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步度的變化規(guī)律，并研究了重要參數(shù)對(duì)不同步度的影響。

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