波導(dǎo)開關(guān)工藝誤差源分析

霍春亮，鄭慶利（91604部隊，山東龍口，265700）

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波導(dǎo)開關(guān)工藝誤差源分析

霍春亮，鄭慶利
（91604部隊，山東龍口，265700）

摘要：波導(dǎo)開關(guān)是用于微波饋線中相鄰?fù)ǖ乐g進行相互轉(zhuǎn)換的微波元件，轉(zhuǎn)子在兩極限位置時，其上的波導(dǎo)口與外殼上的波導(dǎo)口應(yīng)精確對準(zhǔn)，才能保證波導(dǎo)開關(guān)的電訊性能要求。通過分析整個傳動鏈中影響外殼波導(dǎo)口與轉(zhuǎn)子波導(dǎo)口對準(zhǔn)的各種因素及傳遞關(guān)系，從零件的工藝誤差出發(fā)，合理確定各誤差源的誤差，包括止擋塊、轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)中心距、偏心以及外殼和轉(zhuǎn)子波導(dǎo)口的分布等因素的影響，然后對上述誤差源進行合成，確定總誤差。最后以BJ-40波導(dǎo)開關(guān)為例，對其進行誤差合成，結(jié)果表明，誤差源的確定較準(zhǔn)確，符合實際情況，為波導(dǎo)開關(guān)工藝誤差的確定提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)開關(guān)；波導(dǎo)口；轉(zhuǎn)子；傳動鏈；工藝誤差

0 引言

波導(dǎo)開關(guān)是雷達(dá)系統(tǒng)中微波信號通道的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，是整個系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，要求其具有很高的靈敏性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。波導(dǎo)開關(guān)的這一特性與機械加工密切相關(guān)，特別是轉(zhuǎn)子，它是波導(dǎo)開關(guān)的核心部件，轉(zhuǎn)子的圓弧形波導(dǎo)通道需與外殼的波導(dǎo)窗口旋轉(zhuǎn)對齊。如果轉(zhuǎn)子的圓弧形通道和外殼的波導(dǎo)窗口不能按設(shè)計的位置要求對準(zhǔn)，就會影響整個開關(guān)的電性能，影響信號的傳輸。波導(dǎo)開關(guān)目前主要有四通波導(dǎo)開關(guān)（圖1）和三通波導(dǎo)開關(guān)（圖2）兩種，其結(jié)構(gòu)主要由外殼、轉(zhuǎn)子和傳動鏈組成。波導(dǎo)開關(guān)波導(dǎo)口的精確對準(zhǔn)是進行波導(dǎo)開關(guān)設(shè)計時所考慮的重要因素，因為插損和駐波比的增大，主要是由波導(dǎo)口對不準(zhǔn)引起的，而插損和駐波比是波導(dǎo)開關(guān)電性能測試中最重要的兩個指標(biāo)，它直接影響到波導(dǎo)開關(guān)的性能。波導(dǎo)口的對準(zhǔn)取決于組成波導(dǎo)開關(guān)傳動鏈中各零件的加工誤差。當(dāng)然，有些方向的誤差對波導(dǎo)口對準(zhǔn)有影響，有些方向的誤差沒有影響。我們把有影響的誤差稱為原始誤差。除此而外，影響波導(dǎo)口對準(zhǔn)的還有構(gòu)件質(zhì)量，速度，加速度及慣性力，溫度等，他們都是誤差源，但零件的工藝誤差是影響波導(dǎo)口對不準(zhǔn)的主要因素。

目前是通過調(diào)整電機旋轉(zhuǎn)軸與開關(guān)轉(zhuǎn)子的中心距來實現(xiàn)波導(dǎo)口的對準(zhǔn)，其調(diào)整量為控制部分和開關(guān)本體連接螺孔與螺釘?shù)拈g隙，裝配時要精細(xì)調(diào)整。先找出原始誤差源，分析它對波導(dǎo)口對準(zhǔn)的影響程度，從而對產(chǎn)生誤差源的零件的加工精度進行合理的分配，既滿足波導(dǎo)口的對準(zhǔn)要求，又使零件的加工具有經(jīng)濟性，降低成本，同時減少調(diào)整工作量。僅對長邊既周向進行分析，因為該方向的影響因素多，誤差傳遞關(guān)系復(fù)雜，周向而言，所謂波導(dǎo)口的對不準(zhǔn)，就是轉(zhuǎn)子口在兩極限位置時相對外殼口的轉(zhuǎn)角差。

圖1 四通波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

1 誤差源分析

波導(dǎo)開關(guān)的傳動鏈主要由電機、止擋塊、轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)子、外殼組成。波導(dǎo)開關(guān)在工作時，波導(dǎo)口是否能精確對準(zhǔn)取決于組成波導(dǎo)開關(guān)傳動鏈中各零件的誤差，這些誤差會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子正、反轉(zhuǎn)到9O度兩極限位置時，轉(zhuǎn)子上的波導(dǎo)口相對外殼上的波導(dǎo)口存在轉(zhuǎn)角誤差。故波導(dǎo)開關(guān)的誤差主要從止擋塊、轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)中心距、偏心及外殼和轉(zhuǎn)子上波導(dǎo)口的分布等因素進行分析，然后對上述誤差源進行合成，確定總誤差。

1.1 止擋塊的影響

傳動鏈如圖3所示，止擋塊位于電機轉(zhuǎn)臂的左右側(cè)，限定電機轉(zhuǎn)角為。保證轉(zhuǎn)臂停止在位置。其影響因素有擋塊的直徑誤差、轉(zhuǎn)臂的直徑公差、兩擋塊中心距離誤差及對連線的對稱度誤差。它們使轉(zhuǎn)臂在位置處產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差。從本傳動機構(gòu)中可以得出：

展開為泰勒級數(shù)：

圖3 傳動鏈圖

即

帶入上式，可得

1.3 偏心的影響

圖2 三通波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

圖4 偏心圖

我們考察的是轉(zhuǎn)子在兩極限位置的情況，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90° 后的。將代入上式得：

1.4 外殼和轉(zhuǎn)子上波導(dǎo)口的分布誤差的影響

外殼和轉(zhuǎn)子上的波導(dǎo)口在圓周上相對回轉(zhuǎn)中心的均勻分布，每個相隔。很明顯，這個分布誤差直接影響到波導(dǎo)口的對準(zhǔn)，是一比一的傳遞關(guān)系，直接對的角度誤差提出要求。

2 總誤差計算

前面用微分法和幾何法進行了誤差分析，然后進行誤差的合成。對于每一誤差源，根據(jù)以往的經(jīng)驗，現(xiàn)有的工藝水平，生產(chǎn)成本，對總誤差的影響程度，先定出公差值，再進行總誤差的計算，即能否滿足兩波導(dǎo)口的對準(zhǔn)的偏差要求。若超出偏差要求，再調(diào)整誤差源零件的公差值，或改進設(shè)計，或想辦法進行誤差補償。

一般情況下，各項誤差都是獨立作用的，在誤差合成時，取相關(guān)系數(shù)為0。零件的制作誤差及裝配誤差是未定及隨機的，大多服從正態(tài)分布，合成的總誤差接近正態(tài)分布，置信系數(shù)取值相同。各項誤差源均以極限誤差的方式即公差給出，根據(jù)極限誤差合成原理，總誤差為：

3 實例分析

以BJ-40波導(dǎo)開關(guān)為例，根據(jù)前面的分析，進行誤差合成。

查手冊，取最大徑向游隙的一半，為0.01。分別代入相應(yīng)的式（2）、（3）得：

式（4）的合成是角度，要求是沿周向計算，外殼的標(biāo)注是波導(dǎo)口對旋轉(zhuǎn)中心的對稱度，即，式（4）須作修正，則波導(dǎo)口對準(zhǔn)總誤差為

，故滿足要求。

4 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)有工藝水平，從波導(dǎo)開關(guān)波導(dǎo)口的制作流程出發(fā)，通過分析整個傳動鏈中影響外殼與轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)的各種因素及傳遞關(guān)系，合理確定誤差源，最后給出總誤差公式，然后以BJ-40波導(dǎo)開關(guān)為例，對其進行了誤差合成，結(jié)果表明，誤差源的確定較準(zhǔn)確，符合實際情況，為波導(dǎo)開關(guān)工藝誤差的確定提供了借鑒。

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Analysis on Manufacturing Eror of Waveguide Switch

Huo Chunliang，Zheng Qingli
（No.91604 Troops of PLA，Longkou Shandong，265700，China）

Abstract：Waveguide switch is a conversion of microwave components used in microwave feeders between adjacent channels.Waveguide port on the rotor shall be precisely aligned with waveguide port on the shell when the rotor is in the two extreme positions，telecommunications of waveguide switch can meet the requirements.Through analysis of the various factors and transitive relation affecting alignment of waveguide ports on the shell and on the rotor in the entire transmission chain，the errors are reasonably determined based on the manufacturing error of the parts of waveguide switch，including factors of stops、booms、center distance of rotation、bias and distribution of waveguide port，then the total error is obtained.In the case of BJ-40 waveguide switch，its total erors are calculated，the result shows that analysis on manufacturing eror meets the reality and experience is provided for the dermination of manufacturing eror of waveguide switch.

Keywords：waveguide switch；waveguide port；rotor；manufactuing error；transmission chain

中圖分類號：TN63+1.2

作者簡介

霍春亮，男，1984.06，山西平遙，本科，四級軍士長，研究方向：雷達(dá)測控。

鄭慶利，男，1978.10，山東鄒城，碩士，工程師，研究方向：雷達(dá)測控。