一種橫滾天線安裝平臺設計

改造者：張一帆 李天虹

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一種橫滾天線安裝平臺設計

改造者：張一帆 李天虹

本文介紹了一種比較復雜的橫滾安裝平臺的結構設計實現方法，并利用了有限元分析方法，對平臺結構組成中的薄弱環節如底架、立柱、天線托架、軸承座等進行了變形分析及安全系數分析，通過數據仿真分析，表明橫滾安裝平臺的結構設計是合理可行的，能夠滿足使用需求。

某天線橫滾安裝平臺（簡稱橫滾安裝平臺）用于天線和測試轉臺的機械連接，將天線安裝在測試轉臺上，進行天線方向圖等性能的測試。設計要求安裝平臺有足夠的強度、剛度，并滿足整體重量及重心位置的要求。

橫滾安裝平臺提供1個測試支架和1個橫滾調節裝置，要求采用手動方式能進行360o的橫滾旋轉，橫滾安裝平臺設計要求示意見圖1。

主要技術指標和要求

外形尺寸

由于實驗室空間限制，要求橫滾安裝平臺旋轉半徑（以轉臺中心為圓心）不大于1500mm，高度不大于2000mm（含天線高度）。

橫滾安裝平臺要求使天線架高800mm±20mm，天線輻射口面離橫滾安裝平臺支撐立柱面大于200mm（見圖1），天線輻射口面位于實驗室提供的轉臺中心，與轉臺中心距離誤差小于100mm。

橫滾精度

橫滾精度要求采用手動實現，回差、定位等精度要求在±2°以內，角度采用刻度指示。

重心要求

天線和橫滾安裝平臺形成的重心要求位于實驗室提供的轉臺中心（見圖1），誤差小于等于100mm。

吊裝要求

橫滾安裝平臺設計吊裝接口，便于在橫滾安裝平臺安裝到轉臺上時的吊裝。能滿足空載吊裝和安裝好天線后兩種情況下的吊裝。

重量

總重（含配重及天線）≤855Kg，其中天線350 Kg。

結構設計實現

橫滾安裝平臺組成及外形尺寸

橫滾安裝平臺結構采用鋼架結構，與轉臺及天線通過螺栓連接。其主要由底架、立柱、軸承座、鋁合金蝸桿蝸輪減速箱、天線托架、配重塊及吊繩等組成。橫滾安裝平臺組成見圖2所示，外形尺寸如圖3所示。

圖1　天線橫滾安裝平臺設計要求示意圖

重要技術指標核算

橫滾安裝平臺外形尺寸

橫滾安裝平臺的外形尺寸2760mm（長）×932mm（寬）×1940mm（高，含天線安裝），最大旋轉半徑（以轉臺中心為圓心）為1465mm，滿足旋轉半徑不大于1500mm、整體高度不大于2000mm的要求。

圖2　橫滾安裝平臺組成示意圖

圖3　橫滾安裝平臺外形尺寸圖

圖4　底架及立柱組件結構圖

圖5　底架及立柱組件有限元分析變形結果

圖6　底架及立柱組件有限元分析安全系數分布圖

橫滾安裝平臺使天線架高813mm，天線輻射口面離測試支架支撐面大于200mm（見圖3），天線輻射口面距轉臺中心68mm，與轉臺中心距離誤差小于100mm。

橫滾安裝平臺重心位置尺寸（含天線安裝）

經過重心計算，天線和橫滾安裝平臺形成的重心在水平方向位于轉臺中心65mm（見圖3），滿足誤差小于100mm的要求，高度方向距轉臺上平面793mm。

重量

經計算，橫滾安裝平臺總重（含配重及天線）為780Kg，其中配重275Kg，天線350Kg，滿足總重（含配重及天線）≤855Kg的要求。

橫滾精度

天線橫滾轉動采用手動實現，角度采用刻度指示，刻度精度1°，滿足回差、定位等精度在±2°以內的要求。

橫滾手動操作力不大于25N，滿足橫滾手動操作方便省力的要求。

主要受力部件詳細設計及仿真分析

底架、立柱

底架采用了80mm×80mm×3mm的高強度低碳合金鋼鋼管，立柱采用160mm×80mm×4mm的高強度低碳合金鋼鋼管，這樣的結構有利于焊接保證焊縫質量，有較好的抗彎曲強度和剛度。其整體結構如圖4。

根據被測天線及天線托架重量（440Kg）和配重載荷，對底架及立柱組件的結構強度和剛性進行了有限元分析。

分析的前期處理階段對模型進行簡化，只對底架及立柱主體進行分析，未考慮配重塊的吊環螺釘。對立柱上平面施加440㎏的遠程載荷，加上底架、立柱及配重塊自重，分析結果如圖5、圖6所示。

圖中顯示最大變形量在配重塊的最遠端，最大變形為2.64mm。

最小安全系數為2.7，為立柱上平面邊角處。

天線托架

天線托架采用低碳合金鋼鋼管、鋼板沖壓成形并組焊而成，通過托架背面的12個孔和底部的8個孔與天線連接，重量小于80kg。經過有限元分析（方法同上），當天線安裝在托架上并通過軸承座固定于底架及立柱組件上時，托架懸臂最遠端最大變形量小于3mm，最小安全系數大于2。

其結構如圖7所示。

圖7　天線托架結構示意圖

圖8　軸承座有限元分析變形結果

圖9　軸承座安全系數結果

軸承座

軸承座采用低碳合金鋼鋼管及鋼板組焊而成，根據天線懸臂軸的受力情況，軸傳給軸承座前軸承的力為1850.5kg，傳給軸承座后軸承的力為1370.5kg，分析結果如圖8、圖9所示。

圖中顯示最大變形量在軸承座后端的最遠端，最大變形為0.034mm。

最小安全系數為5.7，在軸承座前端的中部。

仿真分析結果表明，主要受力部件的強度滿足使用要求。

圖10　橫滾安裝平臺吊裝示意圖

橫滾安裝平臺吊裝方式

隨橫滾安裝平臺附配吊繩兩根（一長兩短），材料為滌綸，單根承載量為1t，其整體吊裝方式如圖10所示。

結束語

本天線自身重量較重，且整個橫滾安裝平臺的重量、外形尺寸、重心、天線輻射面與轉臺中心的距離及橫滾安裝平臺的橫滾精度等均有比較高的要求，因此在設計中橫滾安裝平臺采用高強度低碳合金鋼鋼管，既保證了結構強度，又減輕了整個橫滾安裝平臺的重量，在設計過程中，針對主要組成部件進行了變形及安全系數的有限元分析，同時對整個裝置的其他指標也進行了核算，結果均滿足要求，表明此橫滾安裝平臺結構設計是合理可行的。

張一帆 李天虹

中國西南電子技術研究所

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.028