机场激光驱鸟器扫描系统设计及应用2 生产成本, 分系统, 反射镜, 球轴承, 机械

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3 各分系统设计
3．1 方位伺服系统、高低伺服系统设计
    (1)方位扫描范围：-120°～+120°，所以无需采用回流环，可以节约生产成本。
    (2)因激光经位于转台正下方的饥柜内扩束器，射入反射镜内，所以为使光束不受线缆的影响，采用双层壁的设计方法。
    (3)轴承的选取：根据总体要求，主轴中心既要通过80～100mm光束，又要通过电缆，且电缆不允许干扰光束，同时需要承受轴向力和径向力，选取向心推力球轴承。
    (4)传动方式：齿轮传动。
    齿轮传动具有以下特点：
    ①效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，这对大功率传动有很大的经济意义；
    ②结构紧凑，比带、链传动所需的空间尺寸小；
    ③传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性能的基本要求；
    ④工作可靠、寿命长。
    根据实际结构尺寸要求，拟定Z1=17，Z2=403，减速比i为23．7。
    (5)电机选取：驱动部分是利用电机产生的力矩和力，通过机械传动装置来驱动执行机构。直流电机控制性能优越，惯性小，启动力矩高，因此这类系统的动作灵敏，快速响应特性好，能迅速跟上控制信号的变化。
    选取电机时，初步估计各运动构件相应的质量和转动惯量，并把所有参与运动构件质量或转动惯量都等效到电机主轴上。并把各构件所受的外力也同样等效到电机主轴上进行计算，动力学方程为：
   
    式中：T——折算到电机主轴的转矩；
          JM——电机主轴及同步运动件转动惯量；
          J1——负载转动惯量；
          j1——从电机主轴到负载的速比；
          Tf1——摩擦转矩；
          ω——电机角速度；
          t——时间。
    负载功率P的计算公式为：
    P=ω1·T1           (2)
    式中：T1——负载的转矩；
          ω1——负载角速度；
    估算出负载功率P。
    以方位伺服系统为例计算，拟选方位电机BLM57050，具体参数见表1，电机转子惯量JM=0．011 9 Nm。
    方位角加速度为57．3°／s2(1 rad／／s2)，摩擦力矩Tf1要求做到0．12Nm。
    经计算J1=108．5g·m2，代入公式(1)中，
   
    根据估算结果，进行校核：
    ①负载力矩T=0．32 Nm小于电机的额定转矩0．29 Nm；
    ②电机功率大于估算功率P=1．8 W；
    ③电机转速0．4 rpm小于电机的额定转速Nn；
    ④负载等效惯量限制在2．5倍的电机惯量之内。
    经过校验，选定方位电机为BLM57050电动机，符合要求。同时，高低电机选为BLM57025。
    根据实际要求，距离为1500m时光斑的步长为200mm。
    伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。该电机带有标准1000线编码器，细分后达4000线，配以23．7倍减速器，其脉冲当量为(2π×1500／360)×(360／4000／23．7)=120mm<200mm，精度足够高，完全符合技术要求。

    (6)传感器的选择与设计
    传感器是实现测量和控制的首要环节，是测量系统的关键部件。如果没有传感器对原始信号进行准确可靠地采样和转换，那么一切的测量和控制都将是不可靠的。因此要求所选传感器有高准确度和灵敏度，以保证仪表的测量和控制的可信度。
    行程开关采用霍尔传感器，属非接触式传感器，稳定性好，工作安全、可靠。
    安全开关采用机械行程开关，结构简单，功耗小，易于维修和校准，使用方便，工作安全、可靠。