雷達結(jié)構(gòu)設(shè)計中精度儲備的應用分析

摘 要:合理的精度儲備在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的意義，文章結(jié)合具體實例分析了精度儲備在雷達結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用，并通過裝備在部隊中的實際使用驗證了其有效性。

關(guān)鍵詞:精度儲備 鍵 公差

中圖分類號:TU398文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0005-02

The Application Analyze of Accuracy Storage

on Radar Machinery Design

Ying Wen xing Ma Chuan Bao

(The 38th Research Institute of China Electronic Technical Group CO. ，Hefei 230088，China)

Abstract:It is important to use a reasonable accuracy storage on machine design， an idiographic example was particularized to analyze the application of accuracy storage on Radar Machinery design in this paper， and the validity also be proved by the arms using in army.

Keywords:accuracy storage;key;tolerance

1 引言

隨著現(xiàn)代雷達的機械結(jié)構(gòu)愈發(fā)復雜，機構(gòu)傳動越發(fā)精確，對機械設(shè)計的精度也提出了更高的要求。作為雷達測量精度重要組成部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精度，既對電訊指標的精度有著重大影響，其本身又極易受各種誤差的影響，因此，為長期保持產(chǎn)品良好的工作性能、工作精度和使用壽命，在產(chǎn)品的精度設(shè)計中，既要考慮制造公差也要考慮功能公差，才能使設(shè)計的機構(gòu)可以在一定精度范圍可靠地工作，即設(shè)計人員在進行機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，必須加強對精度儲備的分析。

2 精度儲備的概念

精度儲備可以用精度儲備系數(shù)(coeffici ent of precision reservation)表示:

式中KT—精度儲備系數(shù);

TF—功能公差(functional tolerance)，即由使用要求確定的，在使用期限內(nèi)，某個功能參數(shù)的最大允許變動量;

TK—制造公差。

由精度儲備系數(shù)的含義可知，由使用要求確定的公差TF不能全部用作制造公差，還必須保留一部分作為“功能公差”。制造公差用于補償制造過程中的如加工、測量、裝配等各種誤差;功能公差則用于補償使用過程中的如磨損、變形等各種誤差。這樣，才有利于在使用中長期地保持機器及其零部件的工作性能。

3 精度儲備系數(shù)的選取

根據(jù)精度儲備系數(shù)的定義，顯然，KT應該大于1，國外一些公司多取KT=2。近年來，隨著人們對精度儲備的認識程度的提高，國內(nèi)的一些機械設(shè)計單位逐漸取KT=2。精度儲備系數(shù)KT的大小，主要取決于使用情況，如初始精度允許的降低程度、期望的使用期限、功能參數(shù)及使用指標的變化特性及其他因素。過大的精度儲備系數(shù)雖然能提高使用壽命和使用價值，但是也將增加制造和檢測的成本。歸根結(jié)底，精度儲備系數(shù)的選取應使機械產(chǎn)品的使用價值與制造成本的綜合經(jīng)濟效果最好。對于整套設(shè)備而言，目前代表國際先進水平的整套設(shè)備的精度儲備一般為1.4～1.6，而代表國內(nèi)先進水平的整套設(shè)備的精度儲備一般為1.2～1.3，而國內(nèi)一般水平的精度儲備往往稍高于1.0。

原則上講，對機器、儀器及長期使用的零部件都應建立精度儲備，并且應按每一功能參數(shù)，包括幾何參數(shù)及其他物理參數(shù)等，去建立精度儲備。對于那些對機器、儀器使用性能影響特別大，且在工作過程中容易變化的參數(shù)，尤應充分考慮建立精度儲備。例如發(fā)動機的活塞與缸筒之間，必須有間隙的精度儲備，因為這個間隙受溫度的影響變化較大，不僅影響發(fā)動機的生產(chǎn)率與單位功率，而且對其功能與使用壽命也有較大的影響。

4 精度儲備在雷達機構(gòu)設(shè)計中的應用實例

4.1 撐腿的工作原理

現(xiàn)代防空警戒雷達多采用機電液一體化技術(shù)，操作過程高度自動化，具有很高的機動性能。能夠保證在短時間內(nèi)，實現(xiàn)雷達工作平臺的調(diào)平和天線陣面的翻轉(zhuǎn)、升降等，以滿足部隊快速反應、快速轉(zhuǎn)移的作戰(zhàn)要求，其中，工作平臺的調(diào)平是天線展開后續(xù)工作的前提。在目前裝備部隊的雷達中，普遍采用的方式之一是依靠調(diào)平撐腿進行調(diào)平，撐腿如圖1所示。

該撐腿的工作原理為:電機從電控系統(tǒng)接收電信號后通過減速機輸出扭矩，驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)撐腿的伸縮運動。在電機與減速機以及減速機與絲桿之間，由軸、孔、鍵槽結(jié)構(gòu)連接，所以，電機、減速機、絲桿之間的鍵傳遞主要用于扭矩的傳遞，由于雷達調(diào)平精度對電訊測量精度有較大的影響，所以對撐腿內(nèi)部結(jié)構(gòu)鍵連接的配合精度也有較高要求。

4.2 配合公差的選取分析

在鍵連接系列標準(GB/T1095～1099—1979)中，依據(jù)不同用途的需要，對鍵和鍵槽的公差與配合規(guī)定了3種鍵連接配合種類:較松鍵連接、一般鍵連接及較緊鍵連接，如表1所示。其中，較松鍵連接用于導向鍵;一般鍵連接用于定位和傳遞扭矩的場合;較緊鍵連接用于傳遞重載或雙向傳扭的場合。因為該處鍵連接主要用于傳遞扭矩，所以該處的配合采用上述鍵連接中一般鍵連接情況。(如表1)

鍵連接的主要配合參數(shù)是鍵與鍵槽的寬度，分別為b與B，鍵連接的公差帶與配合代號直接取自《極限與配合公差帶與配合選擇》標準(GB/T1801—1999)。由表1可知，標準中對鍵的寬度規(guī)定了統(tǒng)一的公差帶為h9，而對軸槽寬規(guī)定了3種公差帶，即H9，N9及P9對轂槽寬也規(guī)定了3種公差帶，為D10，JS9及P9，這樣形成了3組基軸制配合。根據(jù)鍵連接的特點，標準中對配合種類的要求并不繁雜，主要要求應有比較確定的間隙或過盈。

根據(jù)鍵的使用和裝配要求，鍵在軸槽中既要固緊，又要便于拆裝，以增強撐腿的可維護性。從使用性能上來考慮，為保證鍵連接有效的使用壽命，要求鍵與軸槽的側(cè)面應有充分大的實際有效接觸面積來承受負荷，以保證鍵連接可靠性。因此，鍵與軸槽的配合最好有少許過盈量。至于鍵與轂槽的配合從增大鍵與槽側(cè)面的承壓面積要求，也應有少許過盈量，但為了便于拆裝，特別是考慮補償鍵槽對稱度等形位誤差的影響，也允許有少量間隙。因此，該兩處鍵連接所要求的配合特性，可概括為“一軸兩孔”配合。由于在鍵連接標準(GB/T1095～1099—1979)中，借用了光滑圓柱體結(jié)合的公差與配合(GB/T1800~1804—1999)系列標準，因此，這里的“軸”與“孔”分別指的是鍵與鍵槽的兩側(cè)面。

所謂“一軸兩孔”配合，是在鍵與鍵槽寬度的基本尺寸相同(即B=b)的前提下，鍵與軸槽和轂槽之間，分別要求不同的配合性質(zhì)。此外，還由于鍵連接配合標準采用的是基軸制配合，即鍵寬b的公差帶按基準軸位置h不變(一軸)，而改變軸槽和轂槽寬度B的公差帶的位置(兩孔)，以實現(xiàn)不同的配合性質(zhì)。

4.3 精度儲備系數(shù)的確定方法

如前所述，電機、減速機、絲桿之間采用的是一般鍵連接的配合方式。這種連接中，鍵與軸槽公差帶所組成的配合屬于過渡配合，裝配時可能得到間隙，也可能得到過盈。當鍵與軸槽之間有較大間隙，或鍵與轂槽之間有較大過盈時，顯然對裝配和使用兩方面質(zhì)量都不利。為了避免這種不利情況的發(fā)生，生產(chǎn)中必需采取合理的工藝措施來彌補，即實際加工精度與配合精度的選擇應考慮一定的精度儲備，以滿足裝配和使用的要求。

以TF表示間隙配合功能配合公差，以XmaxF和XminF表示功能最大間隙和最小間隙，則TF=XmaxF-XminF;TK為孔與軸制造公差之和，若不考慮裝配誤差等，則TK=TH+TS，即規(guī)定的配合公差。則此時的精度儲備系數(shù)為:

K=

一般而言，在電機啟動的瞬間，鍵與電機及減速機的連接處會有一定的沖擊和磨損，為了擴大磨損儲備，考慮到Xmin出現(xiàn)的概率很小，也允許Xmin＜XminF，但考慮概率的最小間隙Xminp應大于或接近于功能最小間隙XminF。Xminp可稱為考慮概率的最小間隙，并由下式確定。

Xmin=Xav-0.5-

式中Xav—所選配合的平均間隙。

可見，當磨損速度一定時，若間隙接近XminF時，其壽命將最長;若間隙接近XmaxF，其壽命將最短。以平均間隙Xav代表所選配合，則可以用

τ=

表示該配合使用的相對壽命，故稱τ為壽命系數(shù)，其值在0和1之間，且數(shù)值越大，相對壽命越長。

在大量裝備部隊的該型撐腿中，圖1所示的與鍵1相配合的電機和減速機的鍵槽尺寸以及與鍵2相配合的絲桿和減速機的配合鍵槽尺寸分別為60-0.03、6±0.015、120-0.043、12±0.021，后來在一次質(zhì)量改進過程中，依據(jù)文中所述方法，將配合尺寸改為6-0.01-0.03、6+0.005-0.015、12-0.01-0.043、12+0.010-0.021，由于精度提高，間隙減小，增加了磨損儲備，故障率明顯降低。經(jīng)售服部門的大量統(tǒng)計，該型撐腿由于鍵連接失效導致的故障發(fā)生時間間隔，即平均無故障時間(MTTF)由原來的1277.5天增加至1642天，提高了28.6%，可見，在該處結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計中加入精度儲備后，取得了良好的使用效果。

5 結(jié)語

綜上，在雷達結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中適當進行精度儲備的分析，可以避免由于精度失效造成機械及其零部件功能的喪失，長期保持機構(gòu)及其零部件的工作性能，延長使用壽命，提高其使用價值。精度儲備的合理運用，在加工階段，既便于生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的零部件，又可以避免浪費造成加工和檢測過程的困難;在使用階段，既可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，又對保證雷達工作的可靠性及測量的精度方面起到重要的作用。

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