车载卫星通信系统= 391;动设计与分析

车载卫星通信&= #31995;统振动设计与分析

铱动科技类型：转载= ; 日期：2008/4/30 责任编辑：李勇

摘 &#= 35201;：介绍了车载卫星Ű= 90;信系统振动产生的原= 因，并结合振动理论= 5292;着重分析了进行车๙= 3;卫星通信系统振动设&= #35745;的途径与方法，有= 161;于提高系统的抗振能= ;力。
　　关键词：固有'= 057;率；结构谐振；加固= ;设计；振动隔离；振&#= 21160;试验
　　1前言= 
　= 2288;车载卫星通信系统ߒ= 7;要由三部分组成：一&= #26159;前端天线系统设备A= 292;包括天线、馈线、以= ;及天线座与传动系统&#= 65307;二是电子设备部分ʌ= 92;包括接收、发射和信= 道等；三是运输载体= 1644;系统保障设备，包৤= 4;车辆、方舱、电源和&= #31354;调等。这些设备在$= 816;输和使用过程中，由= ;于内外因素的影响，&#= 20250;产生振动。
　　产生振动的原= 240;主要有：
　　·运输&#= 29366;态下，路面的不平ă= 72;性引起各设备的上下= 、前后、左右多方向= 0340;振动；
　　·工作&#= 29366;态下，天线系统的ń= 67;构谐振；
　　·工作&#= 29366;态下，风载造成的ä= 25;线激振；
　　·包括&#= 30005;源、空调、风机在Ð= 69;的各有源设备工作时= 的自主振动。
　　其中前两个因 = 032;对系统的电讯性能以= ;及系统的稳定性影响&#= 26368;大，容易引起设备į= 40;破坏。其现象大致分= 两类：
　　·结构&#= 19982;工艺性破坏，如结ĉ= 00;件的疲劳、断裂、磨= 损、连接件的松动、= 0998;离等；
　　·功能&#= 19982;性能性破坏，包括ð= 37;作失灵、性能降低以= 及超出容差范围等。
　　为此，对车载= 355;通系统的振动进行控= ;制和分析十分必要。&#= 30001;于保障设备一般由Ç= 87;业厂家提供，所以着= 重探讨天线系统与电= 3376;设备的抗振设计，ॲ= 2;从振源的控制、结构&= #30340;加固设计、设备的= 943;振隔振、试验的验证= ;等四方面进行分析。
　　2设计与&= #20998;析
　　2.1改善运= ;输环境，控制振源
　　在运输状态下A= 292;公路运输环境最为恶= ;劣，因此，以公路运&#= 36755;环境来作为系统的Ű= 16;输环境。公路运输环= 境是一种宽带振动，= 3427;是由于车体的支承ӌ= 9;结构与路面平度的综&= #21512;作用产生的。车体= 312;上下、前后、左右方= ;向上同时存在不同的&#= 25391;动，而上下方向的ý= 91;动量又最为严重〔1〕〔2〕= 2290;所以，运输环境下௬= 8;重分析设备上下方向&= #30340;振动。
　　在公路运输状= 577;下，振源的形成主要= ;来自于路面，它是路&#= 38754;状况与行驶速度的Ñ= 89;数〔3〕〔4〕= 2290;在该状态下，系统௚= 0;振动模型如图1所示。

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　　试验与= ;分析表明，路面越不&#= 24179;整，车速越快，车ů= 42;及其设备的振动越激= 烈，振动的振幅以及= 1152;速度均很大。所以ᦁ= 2;合理选择行车道路和&= #34892;驶速度，有助于减= 567;振动振幅。在等级较= ;差的路面上行驶时，&#= 38477;低车速可以减缓车ů= 42;及其设备的振动，有= 助于保护设备。但由= 0110;行车道路和行驶速ॷ= 0;不是设计人员所能控&= #21046;的，因而，设计者= 312;进行系统设计时，要= ;以最为恶劣的环境来&#= 32771;虑。
　　2.2加固设= ;计
　　无论是天线系 = 479;，还是电子设备，均= ;应遵循刚度设计为主&#= 12289;强度校核为辅的设ť= 45;指导思想。加固设计= 就是针对结构的最薄= 4369;环节进行的。通过ࡃ= 2;固设计，能够提高设&= #22791;的刚度、强度，提'= 640;结构固有频率，进而= ;提高设备抗振抗冲击&#= 24615;能。
　　2.2.1天线系统的加固&= #35774;计
　　工作状态下，= 825;线系统一旦发生结构= ;谐振，就会直接影响&#= 21040;天线电讯性能以及Ŀ= 95;统的稳定性，甚至造= 成系统毁坏。避免结= 6500;谐振的最直接的方ૢ= 1;，是提高天线结构的&= #22266;有频率。而天线座= 340;传动系统是天线反射= ;体与基础构件连接的&#= 26725;梁，又是运动受力ů= 33;体，故传动系统刚度= 对天线系统固有频率= 0340;影响非常重大。结ਗ਼= 0;设计时，增大传动系&= #32479;刚度，降低天线负$= 733;的转动惯量，可以有= ;效地提高系统的固有&#= 39057;率。
　　在天线传动系 = 479;刚度满足要求的前提= ;下，天线反射体和天&#= 32447;座架的刚度决定着Ŀ= 95;统的固有结构谐振频= 率。运用有限元分析= 5292;运用大型结构分析๗= 9;件NASTRAN、SAP或ANSYS，对天线反射&#= 20307;和天线座架进行动ƃ= 45;力分析和优化设计，= 在重量符合要求的条= 0214;下，将自重和风载߯= 6;为载荷，以固有频率&= #20026;目标函数，寻求最= 823;结构刚度，获取最佳= ;设计方案。通过优化&#= 35774;计、分析，改善结ĉ= 00;的整体刚度，使薄弱= 环节得到加强，使结= 6500;的固有频率得到提ོ= 0;，使结构的应力分布&= #36235;于均匀合理。
　　汽车运输状态= 979;，天线系统或者直接= ;刚性安装在车辆或方&#= 33329;上，或者通过包装ĉ= 50;刚性安装在车辆上。= 因而在对天线、天线= 4231;加固设计的同时，ව= 1;对安装基座、车顶、&= #36710;架或包装架进行加= 266;，从而提高刚性，确= ;保其共振频率比汽车&#= 27491;常遇到的强迫频率ƌ= 40;得多。
　　2.2.2电子ť= 74;备的加固设计
　　电子设备在结= 500;上一般包含机柜、机= ;箱和组件（或印制板&#= 12289;电源板）三个层次ń= 67;构。层次设备的刚度= 设计必须遵守倍频程= 5268;则。机架的固有频஍= 5;应大于扫频激励频率&= #12290;装于机架内的模块= 289;插箱的固有频率应大= ;于2倍的机架固有ཁ= 7;率；而装于模块插箱&= #20869;的结构件、器件、= 360;制版等的固有频率应= ;大于2倍的模块、插౞= 5;固有频率〔5〕。
　　对电子设备进"= 892;加固设计，目的就是= ;增大刚度，提高固有&#= 39057;率。机柜机架的刚ò= 30;主要取决于组成机架= 机柜各结构件的自身= 1018;度和各结构件联接ࣦ= 8;的刚度。
　　2.2.2.1设备= 3258;身刚度设计
　　机箱、机柜在$= 733;荷作用下会产生弯曲= ;和转动，即沿垂直轴&#= 25391;动时将产生弯扭耦×= 12;振动。机箱、机柜等= 结构件的刚度，取决= 0110;各自的结构形式、੔= 8;料、固定方式。通常&= #65292;在计算时假设机箱= 289;机柜相当于单自由度= ;系统，则机箱、机柜&#= 24367;扭耦合振动固有频ħ= 75;fn估算如下〔4〕〔5〕： =

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　　由上式= ;可以推断，提高箱柜&#= 22266;有频率fn的主要方法是ʍ= 06;
　　·减小&#= 36136;量；
　　·缩短&#= 38271;度；
　　·提高&#= 25239;弯、抗扭刚度。
　　在设备的质量= 289;尺寸一定的条件下，= ;提高机柜、机箱的抗&#= 24367;、抗扭刚度是提高Þ= 66;有频率的重要手段。= 这些手段主要有：
　　·合理&#= 36873;择构件的截面形状Ø= 44;尺寸，可有效提高抗= 弯抗扭刚度。
　　·多采&#= 29992;框架结构，从结构ĸ= 83;定性、整体性、可靠= 性等多方面进行结构= 5774;计。
　　·对薄&#= 24369;环节以及承载零部Ê= 14;进行重点分析。机柜= 骨架是决定机柜刚度= 0340;关键；插箱底板是ஸ= 5;子模块、组件的安装&= #22522;础。因而结构设计= 102;，尽可能提高机柜骨= ;架、插箱底板的刚度&#= 12290;
　　·合理&#= 24067;置受力点，合理分ð= 67;载荷，防止耦联振动= ，减小集中应力。机= 1665;内电子组件应尽量༣= 2;近两边侧板，不能集&= #20013;在中间；三级导轨= 340;安装位置应尽量与机= ;箱重心高度一致。
　　2.2.2.2连接刚度设计
　　·机箱&#= 19982;机柜、机箱内组件Ç= 82;机箱、各过渡件与机= 柜机箱联接应可靠。= 7319;用螺纹紧固剂、防ਖ਼= 4;垫圈、防松螺母等措&= #26045;可有效防止螺栓联= 509;松脱。
　　·联接&#= 29992;的螺钉，根据具体÷= 73;况确定其规格、数量= 、分布，以起到加固= 0316;用。
　　·通常&#= 26426;箱与机柜的联接除Ò= 69;面板螺钉、两侧导轨= 支撑外，应在后面板= 9978;设置定位销进行锁ऩ= 0;，从而承受上下、左&= #21491;方向的振动与冲击$= 733;荷。
　　·机柜&#= 19978;安装侧门与后门，ć= 77;助于增加机柜的整体= 刚度，同时门板与骨= 6550;的联接应牢固。
　　2.3振动隔= ;离
　　2.3.1隔振系统模型
　　在对电子设备$= 827;行加固设计的同时，= ;应采取隔振缓冲措施&#= 12290;设备采取隔振缓冲ą= 59;抗振抗冲击的重要措= 施，一个好的隔振缓= 0914;系统可有效地降低৫= 1;动传递率、碰撞传递&= #29575;和冲击传递率。
　　电子设备一般= 433;放在机柜内，对电子= ;设备的隔振缓冲，主&#= 35201;依靠机柜隔振器的Ɓ= 48;振缓冲作用。目前对= 高1.2౱= 9;以上机柜，隔振&#= 22120;的安装方式已标准Ô= 70;〔5〕，即在设备ॵ= 3;部安装四只相同特性&= #30340;隔振器，后背上部= 433;装两只相同特性的隔= ;振器。这样，有助于&#= 20943;小设备的摇晃。其Ó= 47;学模型如图2所示。

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　　对机柜= ;的背架式隔振系统而&#= 35328;，根据振动理论分ĉ= 12;，得知其存在着耦联= 自由度，会引起局部= 0849;振和系统耦联共振Ӎ= 0;因而，抗共振设计和&= #35299;耦设计是背架式隔= 391;系统要解决的两大问= ;题〔6〕。
　　2.3.2抗共振设计
　　抗共振设计的= 446;的是避免或抑制共振= ;。对于机械振动系统&#= 65292;共振现象总是难以ű= 91;免的。为了防止隔振= 系统过大的共振传递= 9575;对设备的损坏，所๧= 3;隔振器的传递率应在&= #26631;准规定的范围之内A= 292;即最大共振传递率（= ;ηv）max≤5= 2290;对于不产生共振的ச= 2;想隔振系统，ηv≤1，隔振器的= 刚度和固有频率应尽= 1487;能低，同时隔振器ॵ= 2;具有变阻尼特性〔4〕。
　　在实际应用中A= 292;我们应优先选用隔振= ;传递率小、固有频率&#= 20302;的隔振器来抑制电é= 76;设备的共振。
　　2.3.3解耦ť= 74;计
　　对于机柜隔振= 120;采用重心安装方式，= ;质量中心与刚度中心&#= 37325;合，能避免耦合振Ó= 60;。但在实际工作中，= 这种安装方式难以实= 9616;，且结构稳定性差ᦁ= 2;因而多采用标准安装&= #26041;式。
　　但对于背架式= 433;装隔振系统而言，耦= ;合振动不可避免。解&#= 32806;设计的目的，是避Ð= 13;或减小耦合振动，尽可能减小或避免耦= 1512;振动带来的有害影ࡺ= 9;。为使背架式安装的&= #38548;振缓冲系统具有较= 909;的隔振效果，必须使= ;背架式安装隔振系统&#= 30340;重向刚度为零，且Ð= 54;水平刚度与底部隔振= 器的水平刚度匹配〔5〕。试验证明ᦁ= 2;GWF和GBJ匹配= ;使用时可获得三向无&#= 20849;振放大的隔振系统z= 90;
　　2.3.4减震Ý= 20;的选型
　　在隔振系统安#= 013;方式固定后，减振器= ;的选型及其组合形式&#= 20915;定了系统的动态特ö= 15;和稳定性。目前，常= 用的减振器有三种：E型减震器、无ก= 6;峰减震器和钢丝绳减&= #38663;器。
　　三种减震器各= 377;优缺点：
　　·E型减&= #38663;器：静变形较小，= 433;装方便，比较适合方= ;舱和厢体内部安装，&#= 20294;固有频率高。
　　·无谐&#= 23792;减震器：减振及隔Ñ= 14;效果好，无共振放大= ，寿命长，但载荷必= 9035;在减震器的额定载ഥ= 5;的20%以内，否则效= 524;会差些。
　　·钢丝&#= 32499;减震器：刚度具有ę= 76;软的非线性特性，传= 递率低，能适应多种= 1463;力状态，主要适合ߛ= 0;壁式安装。
　　三种减震器常= 992;型号的组合使用情况= ;及各自性能，分别见&#= 34920;1、表2。

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　= 2288;以上三种减震器及ࠥ= 4;组合在不同的产品中&= #22343;使用过。根据使用= 773;况来看，三者各有优= ;缺点。相比而言，组&#= 21512;I方便、简单、ಮ= 3;济，但减振效果一般&= #65307;组合Ⅲ性能最佳、ă= 28;果最好，但价格上相= 对要贵一些；而组合= 545;各方面居于两者中间= ;。因而在设备振动环&#= 22659;较好时，可优先选ī= 92;组合Ⅰ；在有较高要&= #27714;或设备振动环境较= 694;劣时，则应优先选用= ;组合Ⅲ，以取得良好= 0340;减振隔振效果。
　　2.4振动试= ;验
　　由于振动环境&= 169;综复杂，振动分析的= ;结果不可避免存在一&#= 23450;的误差和不确定性ʌ= 92;因而还需通过振动试= 验来进行分析与验证= 2290;
　　振动试验，用= 110;评定设备在其预期的= ;运输和使用环境中的&#= 25239;振能力。通过振动ť= 97;验，可以分析设备的= 振动特性和动态参数= 5292;为新设计的电子设ࣧ= 1;的振动分析与设计计&= #31639;提供可靠数据，极= 823;提高振动计算分析的= ;准确度；暴露现有电&#= 23376;设备结构工艺中的Ņ= 70;陷、薄弱环节，为进= 行设备的结构修改提= 0379;依据。
　　通过进行计算= 998;析、结构设计与振动= ;试验，再到计算分析&#= 21644;结构设计的循环，ä= 23;大提高了设备抗振能= 力。
　　对于已经定型= 983;产的保障设备和天线= ;设备以及个别不能做&#= 25391;动试验的特殊设备ʌ= 92;一般是通过跑车试验= 代替振动试验，以达= 1040;验证的目的。
　　3工程应&= #29992;实例
　　某6米移动站෹= 4;备，由天线系统、电&= #23376;设备、保障设备三%= 096;分组成。天线系统主= ;要包括天馈伺有关设&#= 22791;，电子设备包括数Ö= 88;机柜、机箱，保障设= 备包括车辆、方舱以= 1450;空调等。
　　考虑到车载特= 615;，结构设计时开展了= ;以下几方面的工作：
　　（1）运&= #29992;ANSYS5.5对天线反射体= ;、天线座架、副车架&#= 36827;行计算分析，以重ŵ= 27;和固有频率为目标函= 数，以精度或变形为= 2422;束，实现重量与刚ॷ= 0;的双重优化。
　　（2）针&= #23545;原车载机柜、机箱= 340;薄弱环节进行分析改= ;进、加固设计；同时&#= 65292;舱内机柜采用6只减震器的标࠭= 4;方式进行安装。
　　（3）空&= #35843;采购军用空调，并$= 827;行隔振安装。
　　（4）电&= #23376;设备按GJB150.16-86进行振动试= 9564;；天线车、电子设ࣧ= 1;车总装后进行500kmฮ= 5;车试验。
　　在振动试验、$= 305;车试验以及实际使用= ;过程中，系统未发现&#= 24322;常情况，运行正常z= 90;同时，得到以下结论= ：
　　·机柜&#= 26426;箱的刚强度大大提ƌ= 40;；
　　·系统&#= 25239;振、减震性能良好ʍ= 07;
　　·天线&#= 31995;统结构谐振频率大É= 10;5Hz，具有很好的= 018;性。
　　4结束语<= span lang=3DEN-US>
　　就卫星通信系 = 479;而言，尤其是车载卫= ;星通信系统，对天线&#= 31995;统、电子设备和保Ɓ= 56;设备进行必要的抗振= 设计、分析和试验，= 6377;助于系统增强环境੖= 5;件的适应能力，增强&= #31995;统的可靠性。
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