1937_雷達頻率機械調控機構的設計,雷達,頻率,機械,調控,機構,設計
黃河科技學院本科畢業(yè)設計（論文）任務書工 學院 機械 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 08 級 1 班學號 0801050 37 學生 史 杰 指導教師 王 飛畢業(yè)設計（論文）題目雷達頻率機械調控機構的設計畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數據）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁）一、目標、任務及設計要求雷達為了反干擾的需要，要求磁控管振動頻率可調，上下升降磁控管的電感銷即可實現頻率的降升，磁控管裝在雷達發(fā)射機柜內，請設計一個機械調頻機構，通過調整裝在發(fā)射機柜面板上該裝置的旋鈕，可使電感銷上下移動，要求調整旋鈕旋轉一周，電感銷向上或向下移動1毫米，移動范 在 1 毫米 要 的 要工 ，應 設計 設計 內 資料， 設計 ?，￠￡?￥?§currency1設計方'“?，設計?雷達頻率機械調控機構的 要?? fi在fl 技術資料的–?上應 設計 ? 設計 通過 方'設計、參數計?、· 要?? 構設計以及標? ??等?”，使學生?…‰ ? `學′的??ˉ?˙¨實 ? 的? ，學??學ˇ—的方法、 ， 的?學 ，為其即 向工 ￥ –?二、主要設計內容1 文獻資料1? 以上， 文資料不a ? ?以上文獻???o裝 ? 文?技資料，不a ?，?o裝 ? ， ? ? 設計方'?? ?， ?? ? 設計， 該??的 要? ? ?制裝 ?，（ … 不a 1?紙1張，可以 計?機??） 6 編 摘要，英中文 全 照，中文不a ? 7、包含 次設計的` 內容的光盤一張 8 編 設計說明書，不a 8 ?符 三、主要參考資料機械工 手 ，機械設計，C D??及 資料等 四、時 安排1、第1 周 調ˇ， 文獻??、? 及英文資料 ，掌握C D 應 功? ? ?、第 周 讀資料，搞清– 原理，??原理?， 該??的 要? ? 、第6 8周 通過元器 的?型設計和計? 電路設計，??電路?和裝 ? 、第9 11周 文獻??、設計說明書 、第1? 1 周 修改 文 ?紙，?備答辯 畢業(yè)設計（論文）時間 2012 ? 02 月 13 日至 2012 ? 05 月 15 日計 劃 答 辯 時 間： 2012 ? 05 月 19 日專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人簽名 2 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 1 頁————————————————————————————1 緒論1.1 頻率調節(jié)機構隨著電子技術的飛速發(fā)展，各類分立電子元件及其所構成的相關功能單元，已逐步被功能更強大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構成的各種自動控制、自動測量、自動顯示電路遍及各種電子產品和設備。數字系統(tǒng)和數字設備已廣泛應用于各個領域，更新換代速度可謂日新月異。在電子系統(tǒng)非常廣泛的應用領域內，到處可見到處理離散信息的數字電路。供消費用的微波爐和電視、先進的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設計過程中無一不用到數字技術。數字電路制造工業(yè)的進步，使得系統(tǒng)設計人員能在更小的空間內實現更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。頻率計是現代通信測量設備系統(tǒng)中不可缺少的測量儀器，不但要求電路產生頻率準確的和穩(wěn)定度高的信號，而且能方便的改變頻率。頻率計主要實現方法有直接式、鎖相式、直接數字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點是速度快、相位噪聲低，但結構復雜、雜散多，一般只應用在地面雷達中。鎖相式的優(yōu)點是相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現系列化、小型化、模塊化和工程化。直接數字式的優(yōu)點是電路穩(wěn)定、精度高、容易實現系列化、小型化、模塊化和工程化。隨著單片鎖相式數字頻率計的發(fā)展，鎖相式和數字式容易實現系列化、小型化、模塊化和工程化，性能也越來越好，已逐步成為兩種最為典型，用處最為廣泛的數字頻率計。1.2 蝸輪蝸桿簡介蝸輪蝸桿機構常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內相當于齒輪與齒條,蝸桿又與螺桿形狀相似。蝸輪蝸桿正確嚙合的條件 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 2 頁————————————————————————————1、中間平面內蝸桿與蝸輪的模數和壓力角分別相等，即蝸輪的端面模數等于蝸桿的軸面模數且為標準值；蝸輪的端面壓力角應等于蝸桿的軸面壓力角且為標準值，即 ==m ，==2、當蝸輪蝸桿的交錯角為時，還需保證，而且蝸輪與蝸桿螺旋蝸輪蝸桿線旋向必須相同。3、幾何尺寸計算與圓柱齒輪基本相同，需注意的幾個問題 1.蝸桿導程角()是蝸桿分度圓柱上螺旋線的切線與蝸桿端面之間的夾角,與螺桿螺旋角的關系為，蝸輪的螺旋角，大則傳動效率高，當小于嚙合齒間當量摩擦角時，機構自鎖。4、引入蝸桿直徑系數 q 是為了限制蝸輪滾刀的數目，使蝸桿分度圓直徑進行了標準化 m 一定時，q 大則大，蝸桿軸的剛度及強度相應增大；一定時，q 小則導程角增大，傳動效率相應提高。5、蝸桿頭數推薦值為1、2、4、6，當取小值時，其傳動比大，且具有自鎖性；當取大值時，傳動效率高。6、與圓柱齒輪傳動不同，蝸桿蝸輪機構傳動比不等于，而是，蝸桿蝸輪機構的中心距不等于，而是。7、蝸桿蝸輪傳動中蝸輪轉向的判定方法，可根據嚙合點 K 處方向、方向（平行于螺旋線的切線）及應垂直于蝸輪軸線畫速度矢量三角形來判定；也可用“右旋蝸桿左手握，左旋蝸桿右手握，四指拇指”來判定。蝸輪及蝸桿機構的特點 1、可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機構緊湊2、兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構3、蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小4、具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在其重機 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 3 頁————————————————————————————械中使用的自鎖蝸桿機構，其反向自鎖性可起安全保護作用。5、傳動效率較低，磨損較嚴重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴重、發(fā)熱嚴重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高6、蝸桿軸向力較大。應用蝸輪及蝸桿機構常被用于兩軸交錯、傳動比大、傳動功率不大或間歇工作的場合1.3 本課題研究的背景雷達工作原理核心是雷達發(fā)射一定頻率的電磁波，并接收目標反射回來的回波，根據回波判定目標的某些狀態(tài)。雷達發(fā)射的電磁波的頻率就是它的工作頻率。工作頻率對雷達起著倏關重要的作用，直接影響雷達的探測距離、角分辨率、多普勒測速性能和雷達的尺寸、重量和造價等。 前用的雷達工作頻率范圍為500-40，000兆赫，一些特殊用途的雷達的工作頻率則超出了上述范圍，如超視距雷達的工作頻率低到2-5兆赫，而毫米波雷達的工作頻率達到94，000光赫。對于一種特定的雷達，它的最佳工作頻率由它所要完成的任務決定。 同時，工作頻率的選擇又是對雷達的尺寸、發(fā)射功率、天線波束寬度等的綜合考慮。 雷達尺寸 頻率越低，電磁波的波長越長，產生產發(fā)射電磁波的發(fā)射管的尺寸就越大，同時重量越重；反之，頻率越高，發(fā)射管的尺寸越小，重量也隨之減少，這樣，就可以在一些空間受限的場合使用（如機載雷達） 。 波束寬度 深人的理論分析表明，雷達的波束寬度與波長成正比，而與天線尺寸成反比。所以，為了達到相同的角分辨力，頻率越高，波長越短，所需天線尺寸也越小。大氣衰減 電磁波在大氣中傳播時，由于大氣的吸收和散射而發(fā)生衰減，頻率越高，衰減越多。頻率低于100兆赫時，這種衰減可以忽略，因而能夠傳播得很遠，例如，工作頻率很低的超視距雷達可以有幾千公里的探測范圍;頻率高于10,00O 兆赫時，衰減就很嚴重了，例如，毫米波雷達難以達到很遠的距離。 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 4 頁————————————————————————————多普勒效應 多普勒頻移不僅與目標和雷達的接近速度成正比，而且與波的頻率成正比，頻率越高，多普勒頻移越顯著。但是，過人的多普勒頻移有時也會造成麻煩，所以在某些場合需要限制雷達的工作頻率，但在另一些場合，又需要選擇相當高的頻率，以提高多普勒測速的靈敏度。 背景噪聲 雷達的回波信號受到噪聲的干擾，這些噪聲一方面來源于雷達接收機內部，另一方面來源于宇宙空間存在的電磁輻射和大氣變化帶來的噪聲，即背景噪聲。背景噪聲主要包括宇宙電磁輻射和大氣噪聲。宇宙噪聲在低頻段較高，而大氣噪聲在高頻段較高。很多雷達的噪聲主要來源于內部，但當雷達需要很遠的探測范圍而使用低噪聲的接收機時，背景噪聲就占據主導地位1.4 探究本課題的研究意義頻率捷變雷達的發(fā)展發(fā)射的相鄰脈沖的載頻在一定頻帶內隨機快速改變的脈沖雷達。這種雷達可以有效地對抗窄帶瞄準式有源干擾，而且還具有加大探測距離、提高測角精度、抑制海浪雜波等優(yōu)點。大多數軍用雷達都采用這種體制，并已逐漸推廣到民用船載雷達。頻率捷變雷達可分為非相干頻率捷變雷達和全相干頻率捷變雷達兩類。非相干頻率捷變雷達 采用頻率捷變磁控管作為振蕩源的雷達。這種雷達于 60 年代初期研制成功，當時采用了旋轉調諧磁控管作為頻率捷變磁控管。這種磁控管后來也常為非相干頻率捷變雷達所采用。這種雷達主要由頻率捷變磁控管、壓控本振器和頻率跟蹤器三部分組成（圖 1 非相干頻率捷變雷達框圖） 。① 頻率捷變磁控管：常用的有旋轉調諧、抖動調諧、精確調諧、音圈調諧、壓電調諧等。在低微波段主要采用旋轉調諧；在高微波段主要采用壓電調諧。② 壓控本振：60 年代采用返波管，70 年代以來主要采用變容管（見微波二極管）調諧微波半導體振蕩器。在低微波段常用晶體管振蕩器；在高微波段則常用體效應管（見晶體二極管或場效應管（見晶體三極管振蕩器。③ 頻率跟蹤器：預測磁控管的發(fā)射頻率（或直接利用磁控管頻率傳感器給出的頻率讀出信號） ，使壓控本振頻率跟上磁控管腔體調諧頻率的變化，并在雷達發(fā)射時根據準確的發(fā)射頻率對本振進行微調，使其和發(fā)射頻率相差一個中頻。非相干頻率捷變雷達結構簡單，易于實現，造價低廉，但是不易控制發(fā)射頻率， 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 5 頁————————————————————————————發(fā)射信號的頻率穩(wěn)定度差，無法和動目標顯示體制兼容。全相干頻率捷變雷達 主要是由主振放大鏈構成的頻率捷變雷達。這種雷達于 60年代后期研制成功（圖 2 全相干頻率捷變雷達框圖） 。全相干頻率捷變雷達的核心是捷變頻率合成器，它能產生快速捷變的發(fā)射信號和本振信號，而且頻率穩(wěn)定度很高。這種頻率合成器通常用晶振-倍頻鏈直接合成,或者是用高速鎖相環(huán)間接合成，所產生的發(fā)射信號經過功率放大鏈放大后發(fā)射出去。功率放大鏈的前級通常采用小功率和中功率行波管，末級則常采用大功率行波管、行波速調管或正交場器件(見正交場放大管)。全相干頻率捷變雷達易于實現可控捷變，可以和脈沖壓縮、動目標顯示等體制相結合；但是造價昂貴，技術復雜。性能 頻率捷變雷達具有抗干擾能力強、增大探測距離、提高測角精度和抑制海浪雜波干擾等主要優(yōu)點。① 抗干擾能力強：專為提高抗干擾能力而設計的頻率捷變雷達，脈間最大頻差可達到雷達的整個工作頻帶。由于發(fā)射載頻作脈間捷變，有利于防止偵察。它具有很強的抗瞄準式有源干擾的能力，因為干擾機很難跟上雷達脈間捷變的調諧速率。即使干擾機采用極高速率的電子調諧，也只能在接收到雷達信號后才能跟上。為有效地干擾頻率捷變雷達，必須采用寬帶阻塞式干擾。這就迫使干擾機把功率分散到很寬的頻帶上去，從而降低干擾的功率密度。② 增大雷達的探測距離：由于頻率捷變雷達把目標回波的慢起伏變?yōu)槊}間不相關的快起伏，從而減小了起伏損失,增大了探測距離。頻率捷變的增益主要取決于獨立脈沖數。為使相鄰脈沖不相關,要求相鄰頻差大于臨界頻率。這一臨界頻率和目標的徑向尺寸成反比，通常約在幾十兆赫范圍內。實測表明，在高檢測概率（80％以上）時，頻率捷變雷達的探測距離比固定頻率雷達大 20％～30％。③ 提高測角精度：跟蹤雷達在近距離的測角誤差，主要是由目標視在反射中心的抖動所引起的。采用頻率捷變后也可以使這種角度誤差由慢抖動變?yōu)榭於秳?，然后被伺服系統(tǒng)的大時間常數所平滑。單脈沖跟蹤雷達采用頻率捷變后，可以把近距離的跟蹤精度提高 2～3 倍。對于圓錐掃描雷達,雖然頻率捷變也可減小角度抖動,但卻增加了在掃描頻率附近幅度起伏的分量，因而頻率捷變的效果不如單脈沖雷達顯著。④ 抑制海浪雜波干擾：同一距離單元的海浪雜波通常有較長的相關時間，因而不 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 6 頁————————————————————————————能依靠積累的方法來抑制。采用頻率捷變可以去除海浪雜波的相關性。雖然這時目標回波也會失去相關性，但幅度起伏的方差減小而更接近平均值，因而采用積累后可以改善雜波上的可見度。頻率捷變雷達還有很多其他優(yōu)點，如能減小回波幅度起伏的方差，提高對雷達目標截面積測量的精度，從而提高地貌測量雷達對目標性質的分辨能力。此外，它還能消除工作在相同頻段雷達間的相互干擾，消除由超折射引起的二次或多次環(huán)繞回波等。使用中的非相干和全相干雷達大多數可以改裝為頻率捷變雷達，尤其是非相干雷達更易改裝。頻率捷變雷達的主要缺點是不易與動目標顯示和脈沖多普勒體制兼容。只有全相干雷達可采用分組捷變的方法，部分地解決這個問題。脈間捷變和動目標顯示完全兼容，只能在近程、高重復頻率雷達中才能實現，但構成更為復雜。趨勢 頻率捷變雷達正向自適應方向發(fā)展。自適應抗干擾頻率捷變雷達能測出干擾信號頻譜中的最弱點的頻率，并自動地快速捷變到這一最弱點。自適應頻率捷變跟蹤雷達還能自動跳到回波幅度最強即角度誤差最小的頻率。人們正在研究把頻率捷變同自適應旁瓣對消技術結合起來，以便同時具備對抗自備式干擾機和掩護式干擾機的能力。 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 7 頁————————————————————————————2 雷達頻率調節(jié)機構的工作原理和設計方案2.1 頻率調節(jié)機構工作原理本設計通過調節(jié)面板上的旋轉旋鈕從而帶動渦輪轉動，并通過蝸輪蝸桿機構的傳動特征帶動蝸桿上下移動，并通過連接軸把蝸桿和探頭連接，從而使探頭隨著蝸桿而上下移動，即實現電感銷的上下移動，最后實現頻率的調節(jié)2.1.1 蝸輪部分蝸輪是作為交錯軸齒輪副中的大齒輪，與配對蝸桿相嚙合的齒輪。蝸輪放在蝸輪箱里，與其相對應的的蝸桿相配合，它們之間有一定的傳動比，可以按照一定的比例來傳遞力，并改變運動形式。 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 8 頁————————————————————————————2.1.2 蝸桿部分蝸桿只具有一個或幾個螺旋齒，并且與蝸輪嚙合而組成交錯軸齒輪副的齒輪。其分度曲面可以是圓柱面，圓錐面或圓環(huán)面。 從外形上看，蝸桿類似螺栓，蝸輪則很象斜齒圓柱齒輪。工作時，蝸輪輪齒沿著蝸桿的螺旋面作滑動和滾動。為了改善輪齒的接觸情況，將蝸輪沿齒寬方向做成圓弧形，使之將蝸桿部分包住。這樣蝸桿蝸輪嚙合時是線接觸，而不是點接觸。2.1.3 連軸部分軸(shaft)是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 9 頁————————————————————————————的。軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。2.1.4 軸結構設計軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸 承 的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據軸的具體要求進行設計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案，以下是一般軸結構設計原則： 1、節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數的截面形狀； 2、易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調整； 3、采用各種減少應力集中和提高強度的結構措施； 4、便于加工制造和保證精度。2.1.5 軸扭轉剛度軸的扭轉剛度校核是計算的軸的工作時扭轉變形量，是用每米軸長的扭角 度量的。軸的扭轉變形要影響機器的性能和工作精度，如內燃機凸輪軸的扭轉角過大，會影響氣門的正確啟閉時間；龍門式起重機運動機構傳動軸的扭轉角會影響驅動輪的同步性；對有發(fā)生扭轉振動危險的軸以及操縱系統(tǒng)中的軸，都需要有較大的扭轉剛2.1.6 磨損分析磨 損 原 因軸類磨損是軸使用過程中最為常見的設備問題。軸類出現磨損的原因有很多，但是最主要的原因就是用來制造軸的金屬特性決定的，金屬雖然硬度高，但是退讓性差 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 10 頁————————————————————————————（變形后無法復原 ） ，抗沖擊性能較差，抗疲勞性能差，因此容易造成 粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、微動磨損等，大部分的軸類磨損不易察覺，只有出現機器高溫、跳動幅度大、異響等情況時，才會引起人們的察覺，但是到人們發(fā)覺時，大部分軸都已磨損，從而造成機器停機。 針 對 技 術大型設備軸頭磨損后的修復是一個值得關注的問題。當軸的材質為 45 號鋼（調質處理）時，如果僅采用堆焊處理，則會產生焊接內應力，在重載荷或高速運轉的情況下，可能在軸肩處出現裂紋乃至斷裂的現象。如果采用去應力退火，則難于操作，且加工周期長，檢修費用高。當軸的材質為 HT200 時，采用鑄鐵焊也不理想。 國內針對軸類磨損一般采用的是補焊、襄軸套、打麻點等，如果停機時間短又有備件，一般會采用更換新軸，一些維修技術較高的企業(yè)會采用電刷鍍、激光焊、微弧焊甚至冷焊等，這些維修技術需要采購高昂的設備和高薪聘請技術工人，國內一些中小企業(yè)一般通過技術較高外協來幫助修復高價值軸，只不過要支付高昂的維修費用和運輸費用。修 復 技 術對于以上修復技術，在歐美日韓企業(yè)已不太常見，因為傳統(tǒng)技術效果差，而激光焊、微弧焊等高級修復技術對設備和人員要求高，費用支出大，現在歐美日韓一般采用的是福世藍 高分子復合材料技術和納米技術，現場操作，不僅有效提升了維修效率，更是大大降低了維修費用和維修強度。 [1] 因金屬材質為“常量關系” ，雖然強度較高，但抗沖擊性以及退讓性較差，所以長期的運行必造成配合間隙不斷增大造成軸磨損，意識到這種關鍵原因后，歐美新技術研究機構研制的高分子復合材料即具有金 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 11 頁————————————————————————————屬所要求的強度和硬度，又具有金屬所不具備的退讓性（變量關系） ，通過“模具修復”、 “部件對應關系” 、 “機械加工”等工藝，可以最大限度確保修復部位和配合部件的尺寸配合；同時，利用復合材料本身所具有的抗壓、抗彎曲、延展率等綜合優(yōu)勢，可以有效地吸收外力的沖擊，極大化解和抵消軸承對軸的徑向沖擊力，并避免了間隙出現的可能性，也就避免了設備因間隙增大而造成相對運動的磨損，所以針對軸與軸承的靜配合，復合材料不是靠“硬度”來解決設備磨損的，而是靠改變力的關系來滿足設備的運行要求。 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 12 頁————————————————————————————3 總體設計計算3.1 蝸輪蝸桿的傳動設計蝸桿的材料采用 45 鋼，表面硬度>45HRC，蝸輪材料采用 ZCuA110Fe3,砂型鑄造。以下設計參數與公式除特殊說明外均以參考由《機械設計 第八版》主編 濮良貴 紀名剛 ，副主編 陳國定 吳立言 高等教育出版社出版 2006 年 第 11 章蝸桿傳動為主要依據。表 3—1 蝸輪蝸桿的傳動設計表項 目計算內容 計算結果中心距的計算蝸桿副的相對滑動速度smTnVs/15.409.579602.3421???參考文獻 5 第 37 頁（23 式）4m/s
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