车载天线倒伏装置传动系统零部件的设计

方铁勇

（中兴通讯股份有限公司，深圳 518000）

车载天线倒伏装置主要安装在通信车上，可以军用、警用或者民用，带动车载天线自动倒伏或竖起，以避免通信车辆在经过障碍物时撞坏而导致通信中断。现阶段使用的通信车辆安装的天线倒伏装置主要使用螺栓固定，可以将天线基座固定在车顶上，在基座部分预设限位支座，以完成竖直或者倒伏两种固定性的状态。

1 新型化车载天线倒伏装置的结构化设计分析

现阶段国内车载天线倒伏装置研究处于初期发展阶段，国内已经有部分工程将研究重点放在产品研发，但并没有引起相关部门的重视。研发的产品仅仅在原产品功能技术上单一增加某种功能，比较常见的有改变现存车载天线倒伏装置的手动机械式操作。在改进结构后，可以保证倒伏天线自动切换到竖直或者倒伏状态，即单一性增加制动功能，提高天线的实际定位准确性。在现存天线倒伏装置基础上可以改进传动结构，设计数字化车载天线倒伏装置，具备合理性和精确性，以满足市场产品需求[1]。

目前使用的天线倒伏装置有两种形式，分别为0°和90°的倒伏和竖直。机械传动方式是电机在连接连杆过程中可以实现传动轴带动天线进行托座传动，传动结构会在托座停止之后产生机械间隙。天线有所晃动，功能存在单一性，与信息化时代对产品的数字化需求不符。图1为传统连杆倒伏装置。

图1 传统连杆倒伏装置

2 车载天线倒伏装置传动系统零部件的设计措施分析

2.1 电动机选择阶段分析

在倒伏装置传动系统运行过程中，影响其工作性能的关键因素是电动机部分。现阶段市场上的发动机类型比较多样，精细挑选可以满足需求。第一，选择电动机的过程中，需要分析电动机的基本负载特征，保证设备的额定功能，以满足使用需求。第二，要重视基本工艺。电动机中的过载能力比较重要，可以根据其过载能力判断功率。一般情况下，与汽车设备想适应的电源相匹配。功率不能过大也不能偏小，确保使用能力，满足经济性。第三，要注意电动机的实际防护等级。通常情况下，欧美和日本的进口电动机主要可以划分为不同的安全等级，挑选过程中须重视级别划分的区别性。第四，要注重电动机的实际可维护性。拆卸电动机具有便利性，同时要保证外壳的绝缘性。第五，它的转速和频率具有可调整性，满足使用需求。额定转速和频率需要处于较大范围，调节也要具备智能性，避免人员操作问题。电动机在使用过程中需要满足国家节能标准，以提升经济性，且新型技术推广也有其现实意义。现阶段市场中电动机质量存在差异，选择时需要综合我国车辆类型和使用需求，使用24 V、50 W的电机作为原动机设备，适用性较强[2]。

2.2 摩擦传动装置部分分析

汽车实际行驶过程中会遭遇路面起伏或者急转弯情况，影响车载天线倒伏装置发生故障。一般情况下，传动系统本身具有保护功能，蜗杆部分具备自锁特性。工作人员未及时修复的情况下，车载天线系统会受到影响难以使用。结合这一情况，需要在传动系统中设置摩擦传送装置。

摩擦传动装置在天线倒伏系统产生异常情况时松开螺栓，使得蜗杆减速装置和执行部件之间的传动停止。在这一系统正常运行过程中，螺栓中的预紧力会形成基本反作用力，系统也会产生充足的摩擦阻力，使得各个部件之间并不会出现滑动问题。在使用摩擦传动装置后，可以帮助人工操作排除部分故障。

摩擦传动装置并不会影响模型的建立，以此实施具体分析获得具有代表性的结果。模型设置过程中忽视倒圆和倒角部分，增加荷载与约束。分析阶段主要针对总体变形情况、不同方向变形等，在计算机设备中建立模型，并选择齿轮作为主要对象。过程中可以模拟不同情况下的摩擦力、作用力等，以获得相应结果。摩擦传动装置在径向振动过程中的轴向振动频率和幅度较小，仅仅是径向振动的7%左右。在产生扭振情况后，轴向振动情况并不显著。折振发生后，轴向振动会出现波浪型特征，端面部分主要表现为多边振动。在伞形振动过程中，轴向方面的振动方式主要呈现伞状振型，并伴随振动频率不断提升，也会呈现出相应的收缩性。弯曲振动情况下，轴向和径向也会出现相应的振动情况，幅度比较类似。将模型试验作为基础，强化摩擦传动装置的性能，采用降低激振力的措施，结合摩擦传动装置中的回转频率和装置中存在的频率形成的差值调整摩擦传动装置，调节其可承受力的上下限，确保装置具有更好的适应性。

2.3 有限元分析措施分析

在这一装置传动系统中，结构数量和功能不同，各个环节工作内容存在差异性，以此构成具有完整性的装置。其中，利用有限元分析可将不同部分按照功能进行划分，逐渐简化复杂性问题，实现分别处理。例如，电动机的使用属于有限元中的具体元素之一，基于传动系统中的不同部分均会在使用过程中出现问题，但实际影响程度和产生的频率存在差异，借助有限元分析法可有效开展综合性分析。一般情况下，基于有限元分析法的前提，一为是否综合性分析所有元素，二是针对各个元素的分析是否到位。在车载天线倒伏装置传动系统中，它的主要构成部分除电动机之外，还有天线、接收装置等。处于有限元模式环境下，天线未实现有效分析会导致后续设计工作中天线部件不正确而难以满足需求。构建有限元模型的过程中，针对各个元素的分析工作属于有限元分析法中的第二个步骤。这一步骤主要包括负载能力、经济价值、功率以及安全等级等内容。以经济价值为例，将其作为有限元元素中的重要元素之一。零部件设计工作产生的影响，主要表现在性价比上。例如，在生产过程中，设计合金材料的生产费用为5元，利用钢材料开展设计工作和生产工作的费用成本为3元。基于使用需求可知，钢材是其中十分重要的选择。

2.4 结构振动特征分析措施

在传动系统运行过程中，结构振动对其产生的重要影响是指在信号接收过程中振动情况比较严重的情况下车载天线的实际信号接收存在不稳定性。结构振动特征中的主要内容是固有频率和主振型。一般情况下，固有频率和主振型仅仅受到系统刚度、质量因素等影响。基于此，分析工作可利用自由振动产生的运动微分方程进行，过程中缺乏阻尼，指导环节可采用自由振动的相关原理。此外，需要考虑振幅因素等。不同类型的振型节点不同，借助节点的数量可判断主振型的实际情况。

3 新型化车载天线倒伏装置创新措施分析

3.1 角度控制功能分析

在天线托座一端传动轴安装传感器，在控制盒上设定0°～90°任意角度，使用单片机接收传感器反馈信号，以控制这一角度范围内按照设定角度停止。

3.2 定位准确较为精确

减速器输出轴上安装相应的制动装置，天线角度接近设定数值相差1°，系统控制电机驱动器进行减速，以确保天线停止过程中不会过冲以配合制动装置，消除机械传动间隙，确保设定的角度准确，使得天线具备稳定性。

3.3 人工完成天线的竖直与倒伏

在减速器内部设置自锁装置和外部制动装置。在天线倒伏装置产生异常或者停电情况时，天线会被锁定。这一过程中通信车辆遇到障碍物会对其行进和天线信号的接收造成影响。在两转动齿轮中增加一个过渡齿轮，过程中可以采用拆移过渡齿轮的方式，通过手动实现天线竖直与倒伏功能，从而实现躲避障碍物的目的[3-5]。

3.4 提高车载天线竖直与倒伏状态的切换效率

在系统运行过程中选择的电机可以进行慢速启动，保证启动的电流处于平稳状态。依据车载天线的型号、质量等，控制系统可以设计快档和慢档功能。轻型天线可以选择快速倒伏或者竖直状态，重型天线可以选择慢速倒伏和竖直状态，以实现天线的准确定位，保护电机平稳运行。图2为新型化车载天线倒伏装置。

图2 新型化车载天线倒伏装置

4 结语

车载天线倒伏装置采用手动方式调整固定螺栓，保证天线处于竖直或者倒伏状态，操作机械化，且定位工作中准确性较低，经常发生故障，需要进行改进和优化。本文通过分析车载天线倒伏装置传动系统零部件的设计方式，对结构中使用的电动机或者摩擦传动装置等提出了具体的优化措施。