綜合分析了大型雷達天線設備中，動態要求較高的經緯式天線座常用的圓柱齒輪減速箱的設計，以及易發生的一些問題和原因。
1引言
在雷達天線結構系統中，傳動鏈是天線座極其重要的組成部分，直接影響整個天線系統的動態性能。減速箱作為傳動鏈的關鍵組成單元，其重要性可想而知。齒輪傳動作為一種傳動形式，被廣泛應用，較其他傳動形式其具有如下特點：
（1）瞬時傳動比恆定，傳動精度高；
（2）速度和傳遞功率的範圍大，可用於高速、中速、低速傳動；
（3）傳動效率高，一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達99%以上；
（4）結構緊湊，適用於近距離傳動；
（5）製造成本較高。
2設計準備階段
（1）了解所設計的傳動裝置在整機中的作用，確切理解伺服系統對裝置所提的設計要求和技術指標，明白設計上的側重點和難點；
（2）搜集、參考和分析有關資料以及同類型產品的設計圖紙、技術總結，必要的話，還需至有關單位調查研究。
3方案擬訂階段
3.1根據工作情況，進行載荷估算
天線結構系統的主要載荷為：風載荷、慣性載荷、摩擦力矩。
3.2與伺服系統的電氣設計人員共同協商，選擇執行元件，並在此基礎上，選擇總傳動比
最佳總傳動比的確定一般遵循如下原則：折算負載峰值力矩最小原則；折算負載均方根力矩最小原則；轉矩儲備最大原則；慣量匹配原則。
3.3確定傳動鏈的級數和各級傳動比
傳動鏈的級數和各級傳動比的確定一般遵循如下原則：折算轉動慣量小原則；折算轉角誤差小原則；重量輕原則。
在滿足強度、剛度的前提下，根據結構空間的允許和實際加工的可能性，儘可能取大的末級傳動比，以減小負載軸上的折算慣量、折算轉角誤差。
減速箱內傳動鏈級數選擇按折算轉動慣量小原則確定。如果級數大於四級，從高速級到中間級按折算轉動慣量小原則、折算轉角誤差小原則，傳動比逐級遞增；從中間級開始按重量輕原則，傳動比逐級遞減。
在隨後按每級傳動比確定相嚙合齒輪齒數時，盡量使大、小齒輪齒數互質，從而各級傳動比將帶無限不循環小數，這樣對均衡磨損有好處。
3.4對關鍵零部件進行初步的強度、剛度估算，併合理配置傳動鏈
對於傳動鏈的高速級須進行齒面接觸強度校核、齒根彎曲強度校核。傳動鏈的末級一般轉速較低、載荷較大。因此，傳動鏈末級必須經過齒根彎曲強度校核。而對中間級視具體情況而定。
在減速箱中各零、部件布局時，盡量使組合后剛度高。如：同一根軸上的軸齒輪和片齒輪之間距離盡量小、軸頭兩端軸承之間跨距盡量小、軸的設計符合剛度原則等等。對於減速箱中載荷較大的軸齒輪、片齒輪的剛度要進行計算，以確保設計滿足使用要求。
3.5對傳動鏈進行精度估算
各級齒輪參數基本確定后，初定齒輪精度等級，然後估算傳動鏈傳動誤差是否滿足技術要求。對於有回差要求的傳動鏈，須估算回差。
3.6估算傳動裝置的剛度和諧振頻率
傳動鏈剛度直接影響天線結構系統的諧振頻率，因此，足夠的剛度是非常必要的。在方案階段須進行剛度估算或與以往同類產品進行類比。諧振頻率決定伺服帶寬，方案階段須進行諧振頻率估算或與以往同類產品進行類比，確保方案滿足技術要求。
3.7確定潤滑方式
3.7.1軸承的潤滑一般採用潤滑脂潤滑
3.7.2齒輪的潤滑
1）箱體內齒輪的潤滑要根據高速齒輪分度圓最高線速度確定潤滑方式；
2）傳動鏈末級齒輪的潤滑一般採用潤滑脂潤滑。
3.8進行必要的工藝性和經濟性分析
在方案初步確定后，要分析其加工、裝配等的工藝性和經濟性，對一個優秀的方案是非常必要的。
4結構設計階段
本階段要根據方案擬定階段擬定的方案對每個零件進行結構細化設計。同時，進行必要剛度、強度複核。
4.1 箱體設計
減速箱箱體是最終承載體且形狀不規則。因此，箱體多為鑄造，也有部分採用鋼板焊接。鑄件設計應遵循如下原則：
·必須針對不同的鑄造材料的性能、鑄造方法等考慮合理的結構；
·鑄件的壁厚不同，其對應的金屬的機械性能也不盡相同，查閱手冊時必須注意不同壁厚對應的機械性能。一般在壁厚增加時，鑄件的單位抗彎強度和硬度下降，壁厚太薄又會發生白口；
·鑄件的最小壁厚必須結合零件的複雜程度、尺寸大小、材料以及製造工藝來確定；
·在模型設計時寧簡勿繁。
根據結構允許的空間尺寸，合理設計減速箱箱體、箱蓋，匹配布置加強筋，盡量提高箱體剛度。同時，觀察窗位置布置須合理，在結構系統總裝后要便於觀察。
4.2軸類零件設計
軸類零件是減速箱的重要組成部分，設計時要根據對軸的強度、剛度等要求，以及為實現這些要求而採取的熱處理方式、製造工藝合理選材；同時，軸的結構應盡量減小應力集中，受力合理，有良好的工藝性，並使軸上零件定位可靠，裝拆方便。
4.3齒輪設計
根據上一章確定的齒輪參數，遵循如下原則確定齒輪主要尺寸，且進行合理選材，複核齒輪強度、剛度。
·參照已有工作條件相似的齒輪傳動，用類比法初步確定主要尺寸；
·根據齒輪傳動在設備上的安裝結構要求，確定主要尺寸；
·根據齒輪強度計算簡化公式確定主要尺寸。
在齒輪主要尺寸確定后，選用合理熱處理方式，提高零件強度、剛度；同時，零件結構要有良好工藝性。
4.4密封設計
減速箱作為傳動鏈的主要組成部分，其密封性的好壞直接影響天線結構系統的可靠性。因此，減速箱的密封設計大家應給予足夠的重視。根據方位減速箱、俯仰減速箱安裝位置的不同，兩者的密封側重點不盡相同。
4.4.1方位減速箱的密封
方位減速箱一般安裝在天線座內部，且傳動軸是鉛垂的。因此，其密封的對象主要為防止箱體內部油液的外泄。對於減速箱內齒輪潤滑為脂潤滑的密封較為簡單，對於箱體內齒輪潤滑為噴油潤滑的密封較為複雜。採用噴油潤滑方式的減速箱的泄漏由於兩方面原因：密封不嚴、回油不暢。解決這類泄漏建議採用如下方法：
·箱體裝配前，內腔均勻塗密封膠，然後再刷漆，以防止箱體內油液從鑄件的砂眼、氣孔等泄漏；
·箱體或箱蓋上回油孔位置處於最低點，使其它地方不能存油；
·電機安裝在輸入軸正下方，因此，輸入軸的密封顯得尤為重要。在此處存在動密封和靜密封的問題：輸入軸與軸承蓋之間為動密封，採用無骨架橡膠油封；軸承蓋與箱蓋之間為靜密封，採用O形密封圈。杯形件與軸套組合可應用在動密封處，防止油液順軸滲漏，確保軸套與軸之間、杯形件與箱蓋之間完全密封，無任何泄漏。如圖1所示；
·其餘傳動軸低端的密封採用如圖2所示結構形式。在箱蓋上設計一凸台，擋油環設有向下的翻邊，以阻止油液進入軸承室，如圖2所示；
·方位減速箱輸出軸齒輪一般在減速箱上部，油液無法噴濺到軸承室，此處密封可採用迷宮密封。
4.4.2俯仰減速箱的密封
俯仰減速箱一般暴露在天線座外部，經受雨淋、風吹、日晒，工作條件較方位減速箱惡劣。其密封既要防止減速箱內部油液的外泄，又要防止外部雨水的進入。俯仰減速箱進水主要從減速箱輸出軸進入箱體。從目前一些雷達天線出現的問題來看，俯仰減速箱的防水顯得尤為突出和迫切。解決這類問題的方法，主要為導流和封堵：
·箱體裝配前，內腔均勻塗密封膠，然後再刷漆，以防止箱體內油液從鑄件的砂眼、氣孔等泄漏；
·在伸出減速箱外的輸出軸上部加裝導流罩，在輸出齒輪後部設置軸肩，使流經箱體的水流不能接觸輸出軸，如圖3所示；
·在結構尺寸允許的情況下，加大輸出軸齒輪輸出端安裝軸承處直徑，使此處外徑大於減速箱輸出齒輪齒頂圓直徑。這樣，可採用軸承蓋加無骨架油封形式來密封；
·當結構尺寸緊張，輸出軸齒輪輸出端安裝軸承處直徑小於減速箱輸出齒輪齒頂圓直徑時，剖分式軸承蓋與輸出軸之間的密封可採用以膨脹石墨、石棉盤根等作為填料的填料密封形式；
·俯仰減速箱輸入軸電機連接端軸與軸承蓋的密封採用無骨架油封密封；軸承蓋與箱體之間的密封採用O形密封圈密封。
另外，隨著外界溫度的變化，箱體內的介質溫度也隨之變化，這樣將導致箱體內壓力的變化。因此，不論採取哪種密封形式，箱體上必須開設呼吸孔，以保證箱體內部與外界氣壓相等。
5結束語
圓柱齒輪減速箱作為雷達天線設備中傳動部分較常用的一種齒輪傳動型式，對圓柱齒輪減速箱的設計，以及易出現的一些問題進行了歸納和分析，對文章中不妥之處，望提寶貴意見。
參考文獻
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