便携式米天线的结构设计(论文)(共35页)

1、便携式2米天线(tinxin)的结构设计摘要(zhiyo)：本课题(kt)着重阐述便携式2米天线结构特点和天线面图绘制的过程。着重讲述了天线的工作原理和性能指标，介绍了一种结构新颖的便携式天线的设计，天线具有结构灵巧、重量性对同类天线的结构设计具有借鉴作用，并以创新的理念和实用性相结合设计出适应现代化信息的天线。本设计运用了UG作图软件绘制图形，虽然以前课程没学习UG，但是UG也是一种绘制三维图强大的工具。运用UG里面的各种操作命令能轻松而且快捷的绘制出你自己设计的各种零件图和装配图形。它不但能节省设计者的时间，还能准确绘制出你所需要的零件图和装配图。所以本文就以UG软件绘制天线天线面的结构进

2、行说明和讲解。关键词：2米天线；图绘制；结构新颖；创新的理念和实用性The Structure Design of a 2m Portable AntennaAbstract：This paper briefly introduces design feature of a 2m Portable Antenna and the process of pareto by parabola.And combining creative idea with practicability design aerial adapting to modernize. UG used the design

3、drawing graphic mapping software, though not before learning courses UG, but UG is also a three-dimensional graph drawing powerful tool. UG which use a variety of command can easily and quickly map out the design your own map of various parts and assembly graphics. It will not only save time for des

4、igners, but also to map out the exact parts you need maps and assembly drawings. Therefore, this article on UG software to draw the structure of the antenna to the antenna face and explain .Key words：2m antenna; pareto; structure design目录(ml)第一章绪论(xln)11.1 课题的背景(bijng)介绍. .11.2天线结构形式介绍21.3本课题主要研究内容3

5、1.4课题的意义与创新3第二章 总体方案设计32.1便携式2m天线的结构性能指标32.2 2m天线系统用途及设计总体要求42.3总体结构型式确立42.3.1便携式天线面的结构设计52.3.2天线座结构设计62.4天线面结构设计的方案比较与确定62.4.1 方案比较624.2选择和评价6第三章 详细设计63.1 设计软件介绍73.2设计思路73.3设计原则73.4零件的设计与部分零件的装配73.4.1中心盘零件的设计7a底板和圆管零件的设计和装配8b支耳零件的设计和装配9c夹块零件的设计和装配11d 中心柱零件的设计和装配12e螺钉零件的设计13f馈源支杆零件的设计和装配14I天线面板零件的设计

6、和装配153.5天线面的总体装配设计173.6天线面的总体二维装配设计22第四章 结语23谢辞.23参考文献.24附录.25第一章 绪论(xln)1.1 课题的背景(bijng)介绍本天线主要应用于青藏高原。那里海拔高，空气稀薄，地理环境复杂(fz)，气候条件恶劣，如呼吸困难，道路崎岖，地面凹凸不平，温差大，相对湿度大，紫外线辐射严重，风沙侵袭严重及降雪频繁等等；另外本天线还要求经常更换架设地点。根据具体要求和用途，我们将本天线设计为一种可折叠、可拆卸、可人工搬运的轻便型的移动式天线，简称“便携式2米抛物面天线”，它结构简单、设计新颖、安装和使用方便，能适应地理环境相对复杂、气候条件较为恶劣的

7、场所。另外，在设计本天线时除了保证其电性能和机械性能外，还充分考虑了其安装使用的简便性、运输时的抗震性、人工搬运时的可承受性等，使天线具备了良好的可靠性和环境适应性。1.2天线结构形式介绍天线的三种结构型式应分为：方位俯仰型、极轴型和XY型。方位俯仰型天线：就是本课题所要求设计的类型。天线的天线面体主要由面板、馈源及其支撑杆等组成，俯仰-方位天线座主要由方位转动装置、俯仰转动装置等组成。如下图：极轴型天线：所谓极轴型就是指经过天线所在的地点处与地球自转轴平行的一根(y n)轴线。极轴的概念最早应用在天文观测中，为了抵消地球转到导致的天文望远镜中被测目标的移动，将天文望远镜安装上极轴，并围绕极轴

8、向地球自转的相反方向转到。XY型天线(tinxin)：为满足过顶跟踪的要求，XY天线是个很好的选择，相对俯仰天线，它具有独特的优势。轴系的原始(yunsh)误差项目与俯仰方位天线相似，但也有其独特的地方。1.3本课题主要(zhyo)研究内容本课题主要是研究天线的天线面结构. 它由软钢索箍绷紧的天线面结构.第一步,对天线整体进行方案设计,比较确定整体方案;第二步,对馈源支架结构设计,并确定这一部分的结构方案;第三步,对天线面部分详细结构设计, 确定全部尺寸; 第四步, 了解各部分零件功能及加工方法说明,并出该部分的二维装配图; 第五步,出圆盘接口的的二维详图。1.4课题的意义与创新天线的型式与种

9、类繁多。根据用途不同及机动性要求，天线结构分为固定式和移动式两类，与固定式天线比较而言，移动式天线设备在使用时不是一直固定在某一地点上使用的天线，而是需要经常移动、经常拆卸、便于搬运和架设的天线。随着科学技术的发展，需要适合野外工作小分队和作战小分队使用的天线。要求这种天线较传统的移动式天线而言，在机动性方面有特殊的要求,除应具有结构简单、重量与口径比小以外,架设、调整、拆卸及搬运时只依靠人力便可完成，不使用有动力的机械设备。本课题即研究这种适合野外作战的要求机动性很强的便携式天线，因此，本课题具有一定的研究价值和研究意义。在天线面板拼合上拟采用由中心板及销定位、Z形耳钩快速连接的钢索箍绷紧拼

10、合结构，这类天线结构具有强度高、刚度好，拼合面的表面形状(xngzhun)精度高，装拆时间少等优,这是本课题的一大特色。第二章 总体方案设计(shj)2.1便携式2m天线(tinxin)的结构性能指标 天线面：普通抛物面口径1.6米，拆装面精度要求：0.7mm（均方根值）；天线座架：天线座架采用方位俯仰座架；人工调整方位、俯仰；座架上安装有方位、俯仰刻度盘，以便指示方位、俯仰刻度；天线指向范围：方位：0360；俯仰：-530；天线的总重量：30kg左右，为了便于搬运，每一天线部件都具有便于人力搬运的机构或包装，且每一部件的重量不应超过20kg；天线的方位、俯仰位置具有锁紧功能；天线座架便于在山

11、地等复杂环境架设；带有地锚、拉绳等固定设备。2.2 2m天线系统用途及设计总体要求2米抛物面天线主要用于青藏高原，在满足天线系统性能指标的同时，又要充分考虑以下几点 ：天线需要在复杂地理环境下（如山道上）依赖人力搬运，故天线的结构应充分考虑其可搬运性、易搬运性；高原缺氧，天线展开与收藏应快捷、方便；不需要太多人力及复杂辅助工具；尽量减小拆装环节，且具有较好的重复安装性能；道路条件差，收藏状态时具有良好抗震性，并适应长途运输；高原环境条件恶劣，紫外线辐射严重，温差较大，风沙侵袭严重。要求天线系统具备良好的可靠性、可维修性、互换性和环境适应性。2.3总体结构型式确立 2.3.1便携式天线(tinx

12、in)面的结构设计 由天线面板，中心体，馈源，馈源支撑杆，馈源夹，钢索，正反扣等部分组成(z chn)。天线面为普通园抛物线，反射面表面精度要求小于0.7mm。由于天线(tinxin)的口径为2m，外圆周长达6.28m，为便于背负行动，将抛物线切割成相同的9块。天线面的拼合和组装若采用通常的背架结构，结构将会比较复杂，同时结构的重量会稍大，故不可取。为此采用上部用钢索箍张紧，下部用中心架固定的拼合设计，省去了背架，使结构简单，有效的控制了结构的重量，但为了拼合和提高面板的刚度，每块面板四周均翻了了筋边。面板拼合后，整体精度经检测0.7mm。单块面板见图3所示。馈源根据电性能指标设计，通过联接馈

13、源夹，由在面板边筋上固定的3根杆件支撑，结构简单，刚度较好。图表 SEQ 图表 * ARABIC 1天线面总体图图表(tbio) SEQ 图表(tbio) * ARABIC 2单个天线(tinxin)面板2.3.2天线座结构设计天线座分为三大部分，一是俯仰转动装置；二是方位转动装置；三是座架支座体。由于天线俯仰范围要求为-20-30且90可收藏；较低仰角的工作范围实现比较困难，给结构设计带来压力，若采用纯丝杆的常规手动调节的话，丝杆会较长，收藏位置至工作位置之间，区域较大，而调节速度又比较慢，故所花时间太长，不能满足快捷安装等要求。为此，在工作区间-20-30范围内采用丝杆结构，实现连续可调，

14、30至90间采用一次到位的快速打开与收拢的胳膊轴型式结构。这部分结构工作过程为，当天线需要从收藏状态转到工作状态时，只要将胳膊轴提起，天线立即处于仰角为60的指向位置，随后，调节丝杆至工作角度。从工作状态到收藏状态的过程刚好相反。可见这种结构形式简单及便于快速调节。天线方位转动结构可选用360转动范围内可连续精调的机构，如蜗轮蜗杆减速器等；也可选用360范围内能实现粗调，在一定有限角度内可精调的方案。此结构实现功能如下：方位粗调时，先松开上、下调节环的锁紧螺母，人工将天线体旋至所需的大致方位角，再锁紧调节环的锁紧螺母。方位精调时，先松开上调节环的锁紧螺母，通过旋动调节丝杆，推、拉上调节环，来带

15、动天线体在一定范围内作方位调节，到工作方位后，旋紧上调节环的锁紧螺母。方位转动装置方案结构也十分简单、灵巧且维护方便。由于本天线为野外工作小分队背负移动设备，要求单件背负重量不超过15 kg；同时，天线俯仰范围是-20-30，能适应在高低不平的山地使用。故天线座支座体需满足三个条件：一是可靠地支承天线并具有足够的抗倾覆能力；二是结构简单、便于装拆、重量轻；三是结构布置要巧妙，避免工作时天线面体与支座体产生干涉，而使天线俯仰范围在低仰角时达不到指标要求。其中第一和第二两个条件是相互矛盾的，从而使结构设计较为困难。经过几个(j )方案的对比、载荷的校核，最终，天线座支座体结构设计确定(qudng)

16、如下：它由直立柱、底板、调节撑杆(chn n)及地锚等组成。底板通过轴销与直立柱联接，并可转动，以适应高低不平的山地。在每块底板与直立柱之间用调节撑杆连接，从而使支座体成为一个刚性较好的结构体，根据使用环境的条件，校核结果表明，抗倾覆能力能较好满足。同时，能较好地提供-20-30的俯仰工作空间。2.4天线面结构设计的方案比较与确定2.4.1 方案比较方案A:采用常规结构，分成69块，块与块之间用定位销和螺栓连接。方案B：创新结构，69块扇型面板中心定位于中心套。分块面板外缘加穿柱销连接，最后软索张紧，中间加圆形托盘，并产生与俯仰支耳调整杆的联接点。24.2选择和评价我们偏向于选择方案B，原因:

17、结构新颖有特色；张紧索重量轻，并能使结构强刚度增大，受力好；用手轮调整方便、轻巧；能满足技术要求的各项条款。第三章 详细(xingx)设计3.1 设计软件(run jin)介绍UG是美国(mi u)EDS公司的集 CAD/CAM/CAE功能于一体的软件集成系统.EDS公司的Unigraphics NX是一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。UG软件是通用软件，其提供的二维出图环境、平台中的符号、图框、标题栏、明细表等不符合我们的企业标准，不能直接应用，所以我们在采用UG

18、软件进行工装设计时，开发了符合国家标准和企业标准的二维工程图模板。NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。并可建立参数关系使特征之间在相依关系，关系式为数学方程式。该软件的另一个重要特性为全相关性：可以在所创建的零件，装配，二位试图之间任意修改设计，而系统就会在其他阶层上自动的做出反应。3.2设计思路众所周之，在各种电子专用设备的结构设计中，天线的结构设计较为复杂。而其中的抛物面天线，由于其横纵截面为圆截面及抛物线，决定了支撑天线的其余零部件形状都从基本抛物面转化而来，也就是说，天线的

19、结构件都是为天线面本身服务的。天线的零部件多为异型件，给造型及装配带来困难。但抛物线天线的结构又是有规律可循的，因为其基本的结构形式是不变的，所以，只要掌握了一定方法及技巧，就可以举一反三，使圆截面，非圆截面等类抛物面天线的结构设计有章可循，从而大大提高工作效率及准确性。3.3设计原则满足性能指标的前提下，结构形式力求适合实用、简单、轻巧；结构应便于架设、拆卸和背负运输；且能适应地理环境相对复杂、气候条件较为恶劣的场所。采用直观的三维造型软件进行结构设计，便于交流、检查，提高设计效率。3.4零件的设计与部分(b fen)零件的装配3.4.1中心(zhngxn)盘零件的设计首先(shuxin)是

20、中心盘部分的设计绘制，中心盘也比较复杂，大体可分为5个部分组成，底板，圆管，支耳，夹块，中心柱这5个零件，下面让我们一个一个的介绍各零件的绘制过程。a底板和圆管零件的设计和装配首先新建三维零件模式，选取一个基准面进入草绘，然后做出给出尺寸的两个圆的二维图，大圆的直径为500mm（以下的单位都为mm），小圆的直径为136，在UG中直接用拉伸命令对二维曲线拉伸成实体。如下图：再以内(y ni)孔上边缘为基准面进行拉伸偏置8成圆柱，以圆环最顶端的边缘线为基准线，画一个直径为8的圆拉伸成圆柱，再上步的圆心为基准心画一个(y )直线80圆拉伸成圆柱实体，以原有的实体相减得到中间的圆孔。以Y轴为基准轴向负

21、方向偏置(pin zh)50，作直径为6，深为8的圆拉伸成圆柱，再以大圆柱圆心为基准，把小圆柱旋转成9个角度相等的圆柱再将9个小圆柱与原有实体相减得到9个角度相等的空。再以顶端圆心为基准心向Z轴偏置-15，Y轴偏置-58，再以Y轴为基准轴做一个圆拉伸成圆柱，再以原有实体圆心为基准心，旋转成9个小圆柱，如图：两个零件的实体装配图：得到的小圆柱与原有实体相减，得到侧面9个大小相同(xin tn)，角度相等的孔。此时底板和圆管零件图和装配图设计(shj)完成(wn chng)。b支耳零件的设计和装配支耳的装配主要有支耳的三个零件组成，但是天线面板要有倾斜角度，所以有一个高度比其它两个要低。其设计如下

22、：在上面设计出的底板实体的底端为支耳的基准面，对底面的正方形拉伸成实体再以方块侧面边缘线拉伸成高度105的长方体，长方体的底端倒半径为30的圆角，大小为16的孔步骤和上面所做的孔步骤相似（以这个圆心作出一个直径为16的圆拉伸成深度为10的圆柱，再与长方体相减，得到大小为16的孔），得到其中一个支耳。由于还有一个支耳大小，形状和这个相同，所以以X为中心轴将作出的支耳镜像过去得到另一个支耳。支耳装配图如下图：第三个支耳设计过程(guchng)和前两个步骤相似。此时(c sh)支耳的零件设计完成。装配图如下(rxi)图：c夹块零件(ln jin)的设计和装配(zhungpi)以开始底板顶端为基准面，

23、大圆的边缘线为标准作出一个大小为25x40的长方形并对其拉伸(l shn)成高为5的长方体，再以长方体的顶端为基准面，画以沿斜线轴线拉伸成实体。成实体后倒两端的斜角，中间的圆角，得到夹块的实体。如下图：单个夹块和以上实体的装配图如下再以Y轴为中心轴把画好的实体(sht)镜像到对称的另一边，得到单个夹块实体。如下图：以底板的圆心为基准(jzhn)心把已画好的夹块旋转成大小相同，角度为40的9个实体夹块。目前为止，中心盘已设计好。以上的设计主要考察了对UG拉伸，旋转，镜像和图成以及基准面之间的关系(gun x)的了解和熟练程度，同时也将几个零件之间的关系合理的联系在一起。d 中心柱零件(ln ji

24、n)的设计和装配画一个直径为100的圆拉伸成一个圆柱体，再以实体的顶端面为基准面画一个直径为100的圆拉伸成高度高度为30的圆柱实体，在此实体顶端倒成角度45的斜角(xi jio)，底端倒成半径为2的圆角，侧面九个孔的成形步骤和上述成孔的步骤相似。实体图如下：装配时以圆管的顶端为基准面作圆，如下图：其次馈源和馈源支杆的零件设计(shj)和装配设计如下；e螺钉(ludng)零件的设计画一个直径为7的圆拉伸成一个圆柱体，以圆柱体的顶端为基准面向上画一个直径为3，高度为12的圆柱体（可直接(zhji)画出螺纹），以整个实体的底端为基准面画一个单边为1的等边六边形，对六边形进行曲面拉伸再与原圆柱体相减

25、得螺钉。f馈源支杆零件的设计和装配以支杆底面二维曲线为扫描轴向，扫描成支架实体，对支杆两端倒圆角得单个馈源支架。并在两端作孔（与上面步骤相似），将螺钉装配到两孔中。如下图：再以原圆柱体的圆心(yunxn)为为旋转轴，旋转成3个角度相等，大小相同的支架实体。馈源支架零件的设计(shj)和装配以完成。这幅图运用了UG扫描的这一功能，这不但能准确的表达出图形所想表达的效果，也大大的节约了设计者的时间。h馈源零件(ln jin)的设计与装配（下面）以给定的二维曲线边缘线旋转为一实体，三个成形孔的步骤与上面相似。再以以画好的实体顶端面为基准面作一个直径为90的圆拉伸成高度为30的圆柱，再对圆柱的底部进行

26、抽空得到边缘厚度为5的薄片，以大圆柱的圆心为中心，对边缘薄片分割成角度相等的六份，其中等角度的三分删除，得角度相等的另三份实体，以大圆柱圆心为中心，薄片顶端面为基准面画一个直径为40的圆柱再与原薄片相减得一实体。孔与螺钉的装配与上面相似。馈源零件设计(shj)（上面）以二维边缘线旋转成实体，倒成半径为20的圆角，以Y轴为中心轴，向正方向偏移20，再以Z轴为中心轴偏移-70，画一个40 x40的正方形，对正方形进行拉伸(l shn)并与圆柱相接触后相加合并成实体。之后再以正方体的的顶端为基准面作长方形再拉伸成高度为20，并向四周偏置9，7的长方体实体。对长方体进行为15度的倒角，其余边缘倒半径为

27、8的圆角。最后是天线面的设计，这是本设计最难的设计，不但(bdn)对轴之间转换把握准确，还要对尺寸的定制要求严格，其制图过程如下：I天线面板零件的设计和装配作一个直径(zhjng)为1996的圆球，点击工具栏分割体的命令(mng lng)向圆轴的圆心偏置-689，得到一半圆实体。再点击外壳命令将此实体抽空(chu kng)为厚度为2的锅体薄片，再点击工具栏基本曲线命令，以Y轴画一条直线，再将此直线拉伸成曲面并与锅体相交叉，如图：以锅体的圆心为基准(jzhn)心，以Z轴为轴向将曲线旋转角度为40，得到另一个薄片实体且与锅体相接触，两个片体与锅体相减得到如图的实体。以锅体圆心为基准心，画一个直径为

28、200的圆并拉伸成圆柱，再与锅体相减得到(d do)一半孔。再将得到的实体(sht)偏置17，得到另一实体。再将锅体的顶面倒长15，宽3 的斜角(xi jio)，把所得到的总实体的两侧同时向内偏移0.2(为了装配时留得空隙)，再将得到实体抽空，得到厚度为2的薄片锅体，以锅体的圆心为基准心以Z轴为轴向将此实体旋转成9个角度相等，大小相同的抛物面，得到天线的天线面实体。此时天线(tinxin)面实体完成。作天线面图也是本课题的重点，这主要考察了我们运用怎样的方法去做，并用到分割，旋转等操作命令进行制图。3.5天线(tinxin)面的总体装配设计以中心盘为总体装配的基准(jzhn)实体，在以中心盘的

29、中心孔上表面为基准面（天线面的原点为定位基点），做与圆柱外径大小相等的圆，按上述步骤作出中心柱实体如图：再以中心柱的两侧(lin c)为基准面将上面作出的天线(tinxin)面装配到实体(sht)上得下图：馈源支杆的装配要注意首先要先将馈源下部先与馈源支杆装配，然后再与天线面装配,如下图：最后得到总的装配图，也就是本课题最终(zu zhn)的任务。3.6天线(tinxin)面的总体二维装配设计将上面(shng min)所绘制的三维实体图运用UG导出的命令导出二维装配图的，得到二维装配图。再按步骤加上二维装配图的加工图纸。（注意要A4）3.7天线面的二维零件图设计 运用我们在大一学过的Auto

30、CAD进行天线的天线面二维零件图设计。第四章 结语匆匆忙忙的几个月的毕业设计和毕业论文快要结束了，课题的设计达到预定的效果。从这次设计中，我认识到了天线的工作原理和性能指标，以及对天线面的设计和绘图有了更深的理解，这是在平时学习中所不能遇到的，它不但使我对作图有了更深一步的了解，还发挥了自己的创造思维。尤其让我懂得了UG软件强大的功能。采用UG设计天线面主要有以下几点优点：第一，设计零件简单而又准确，所有的零件画出来简单不繁琐，装配图的绘制全都是从同一个模型中生产出来的，这不但节省了时间，又保证了所有零件都与抛物面紧密联系再一起；其次装配图绘制简单，只通过坐标轴的转换和作为基准就可以完全定位，解决了天线面由于形状不规则在装配中装配的困难：第三，也是最总要的一点，由于所有零件都是以中心盘的顶端面定位（也是抛物面的原点定位），所以装配关系绝对准确，这一点至关重要，因为天线面的装配尺寸直接影响到天线面的精度，也直接影响到天线的电气指标。从二维图到三维图的绘制，再到三维装配图，再到二维装配图，这一步步的过程都运用到我们上课所学的综合知识。当然本设计离不开指导老师的悉心指导和严格要求，从课题选择、方案论证到具体设计，无不凝聚着吕老师的心血和汗水，正是在这种严格而又紧张的环境下才使设计和论文成功的做出来。谢辞(xi c)大学三年，盛宴一场，曲终人散时，发现青春的末班车已经悄然