基站电调天线电动驱动器设计

范思鹏

摘要：基站电调天线系统，是移动通信网络的重要组成部分。移相器，及其控制系统，作为实现天线电调功能的关键部件，是电调天线的重点研究对象。其中电动驱动器是控制移相器的核心部件。主要由控制主板，步进马达，传动系统等组成。为了节省成本，减少价格相对较高的步进马达的使用数量。通常将电动驱动器设计成一个步进马达可以带动多个移相器的方案。具体通过使用一系列齿轮，由公共齿轮与不同的输出齿轮啮合，从而实现由一个步进马达可以带动不同输出轴，进行控制不同的移相器。

关键词：电调天线；电动驱动器；多个移相器

1.设计目标：

输入电压：12VDC

输出扭矩：

输出转速：40RPM～60RPM

设计出一个步进马达，可以控制多个移相器的驱动器。具体通过设计一系列周转轮系以实现。

2.设计方案及工作原理：

选用步进马达作为原动机，实现对移相器的精确控制。

选用三级齿轮传动进行减速，使用行星轮传动机构，单向机构（棘轮棘爪机构）实现将运动和扭力从步进电机端传递到不同的移相器。

如图1所示：

需要让输出轴正转时：齿轮A为主动轮，并反转，齿轮A带动齿轮D，齿轮D带动齿轮E，齿轮E带动输出轴。（两级传动）

需要让输出轴反转时：齿轮A为主动轮，并反转，齿轮A带动齿轮B，齿轮B带动齿轮C，齿轮C带动齿轮E，齿轮E带动输出轴。（三级传动）

即输出轴正转、或反转都是由齿轮A的反转来驱动，通过两级传动和三级传动的不同来实现输出轴的正转和反转。

需要带动其他的输出轴时：齿轮A正转，此时齿轮D，齿轮B，齿轮C绕齿轮A的轴线做公转运动，直到啮合上另一个输出齿轮。在公转时：齿轮D作为行星齿轮与内齿轮啮合。

即齿轮A正转时，使齿轮D、齿轮B、齿轮C公转。此时内齿轮处于固定不动的状态。齿轮A反转时，由于此时内齿轮处于打滑状态，不使其他齿轮公转。即内齿轮只允许在一个方向转动，另一个方向无法转动。这通过单向机构：棘轮棘爪机构来实现。

图2

3.电机选型：

电机性能指标要求：

电压：10～30V

绝缘等级：F

电机减速箱减速比：71

电机输出扭矩：0.3N?m以上（常温）

电机输出转速：16RPM～50RPM

4.设计计算

4.1齿轮总体几何参数：

齿轮模数：m=0.6

齿轮压力角：an=20

齿轮齿顶高系数：1

齿轮顶隙系数：0.25

齿轮A齿数：=32、=16、

齿轮B齿数：=26

齿轮C齿数：=11

齿轮D齿数：=14

齿轮E齿数：=20

齿轮A分度圆直径：

齿轮B分度圆直径：

齿轮C分度圆直径：

齿轮D分度圆直径：

齿轮E分度圆直径：

表1：齿轮参数表

4.2强度验算

该驱动器，传递运动，传递扭矩不高，且转速较低。应对齿轮进行齿根弯曲疲劳强度进行计算。

齿根弯曲疲劳强度计算：

齿宽系数：

式中：

K―使用系数，这里取1

T1―齿轮所受扭矩

YF―齿形系数，无单位，其值与齿数有关；

YS―齿根应力集中系数；

―许用强度

将参数带入公式，验算得齿轮强度符合设计要求。

5.结论

电动驱动器设计的核心，是把一个电机输出的运动和动力，根据需要传递给不同的输出轴，以便驱动不同的驱动器。从驱动一个输出轴，切换到驱动另一个驱动轴，利用了电机的正反转。其中利用电机的其中一个转向来进行切换，再利用电机的另一个转向来驱动输出轴。而输出轴的正反转则是通过齿轮传动的级数不同来实现。

在实践中，可以得出以下经验：

（1）注意选择材料的时候应关注部件所需的工作温度范围，避免选择耐温性不够的塑料材料，以避免齿轮等传动件在高温下产生变形。

（2）使用单向机构的时候，应注意单向机构在低温条件下失效的问题。如使用单向轴承的时候，可能在低温的情况下产生失效的情况。

（3）由于齿轮的模数较小，实际工作齿高并不大。因此在进行“切换”的时候应保证较好的切换精度，以避免齿轮之间啮合不良而产生传动件强度，刚度等问题。

（4）在设计较长的输入轴时，应注意输入轴的刚度是否足够。以避免在较大的负载时，输入轴产生较大的变形。

参考文献

[1]《渐开线圆柱齿轮传动智能设计及啮合仿真分析》ISBN：9787030488077

[2]《行星齿轮传动设计（第二版）》ISBN：9787122199027

[3]《齿轮传动装置设计与实例》ISBN：9787111491040

[4]《机械设计手册单行本：齿轮传动9787111491347》ISBN：9787111491347