内置式手动天线升降杆设计.doc

2002 年第 18 卷第 3 期2002 . Vol . 18 No . 3电 子 机 械 工 程Electro - Mechan ical Engineering45 内置式手动天线升降杆设计何翠瑜(信息产业部电子五十四所 ,河北 石家庄050081)摘要 :介绍了一种新型内置式手动天线升降杆的设计 , 详细论述了其设计原理和内部结构 。内置式手动天线升降杆具有显著的优点 ,有广泛的应用前景 。关键词 :天线升降杆 ;内置式 ;手动驱动中图分类号 : TN820 . 8文献标识码 :A文章编号 :1008 - 5300 (2002) 03 - 0047 - 03The Design of Built- in Manual Antenna Lif terHe Cuiyu( T he 54 t h Resea rch I nst i t u te of Elect ronics i n M I I , S hi j i az h u a n g 050081 , Chi n a)Abstract :A new t ype of built - in manual antenna Lif ter is p resented. The p rinciple of design and in2 ter nal st ruct ure are discussed in detail . The built - in manual antenna Lif ter can be widely used fo r it s significant advantages.Key Words :Antenna Lif ter ;Built - in t ype ; Manual driving1前言2设计原理天线升降杆的结构简图见图 1 。图 1 为三根杆天线升降杆是为升降天线而设计 ,随着机动车载天线需求量的增加 ,天线升降杆已经得到广泛应 用 。本文设计的内置式天线升降杆是用滑轮和钢丝 绳来提升各级杆 ,产品轻便快捷 ,稳定可靠 ,操作方便 ,符合产品的使用要求 ,获得用户好评 。 天线升降杆按驱动方式通常分为手动方式 、气动方式和电动方式 。手动驱动天线升降杆一般采用 钢丝绳 、滑轮传动 。早期升降杆产品 ,钢丝 、滑轮和 升降机构外置 ,影响外观 ,本文采用内置式设计 。的天线升降杆 ,杆 1 为固定杆 ,里面的 杆 2 、杆 3 分别由一根钢丝绳承拉着 ,它们分别是主动钢丝绳和 从动钢丝绳 。主动钢丝绳的一端固定在固定杆 1 的a 处 ,另一端从杆 2 的下滑轮 1 、2 上绕过 ,再上升绕 到固定杆 1 的上滑轮 3 ,并通过滑轮 4 导出升降杆 , 固定在手摇机构上 。从动钢丝绳的两端分别固定在 固定杆 1 的底部 b 、c 处 ,中间绕过升降杆 2 的上滑 轮 5 、8 和升降杆 3 的下滑轮 6 、7 ,把杆 3 托起 。当摇动手摇机构时 ,主动钢丝绳被从升降杆内拉出 ,杆 2 被提起 。当主动钢丝绳把杆 2 提起时 ,从 动钢丝绳随着杆 2 的上滑轮的升高而把杆 3 同时提 起 。当天线升降杆内套着多根杆时 ,内部升降杆的 结构及运动方式与杆 3 相同 。从天线升降杆的运动原理可以看出 ,当主动钢 丝绳移动时 ,内套的所有升降杆将一起被提起 ,下面 对升降杆的运动状态作简单分析 ,原理见图 2 。当主动钢丝绳被拉出 L 长时 ,升降杆内主动钢 丝绳的总长度 将减少 L 。由图 1 和 图 2 左 视 图 比2 h1 ,即 h1 = L / 2 。当杆 2 升高h1 时 ,再比较一下图 1 和图 2 右 视图 ,由于 b 、c 端固定在杆 1 上没有位移 ,杆 2 的上滑轮 5 、8 随杆 2 升高了 h1 ,即 b5和 c8伸长了 h1 。设杆 3 相对于杆 2 提升前 56 = 78 = C , 当杆 3 提升 h2 时 ,56 = 78 = D ,即提升后56和78段长度缩短量为 D - C = h2 。由于从动钢丝绳总长度一定 ,故 b5和 c8 段 总 的 伸 长 量 等 于 56 和 78 段 总 的 缩 短 量 , 即2 h1 = 2 (D - C) = 2h2 ,得 h2 = h1 = L / 2 。 当升降杆内套着多根杆时 ,里面杆的升降原理较 ,钢丝绳的 a1 段和 23 段 随 着 杆 2 的 提 升 缩 短 了同杆 3 一样 ,其 h = L / 2n h1 ,其它 钢丝绳段长度没变 。若 a1 = 23 ,升降杆提由上面公式可以看出当主动钢丝绳向外拉出 L时 ,所有升降杆同时升起 ,且每根杆相对外面的杆提升前 a1 = 23 = A ,升高 h1 后 , a1 = 23 = B ,即 h1= A - B 。当钢丝绳被拉出 L 时 ,升降杆内钢丝绳总升高度为 L / 2 ,升降杆总的提升高度为 ( n - 1) L / 2 。的缩 短 了 2 ( A -B ) 。由 此 得 出 L = 2 ( A - B ) =图 2 天线杆升降原理图设计天线升降杆时 ,每根钢丝绳的承受力是重要的参 数 , 下 面 计 算 一 下 主 动 钢 丝 绳 所 承 受 的 力F1 。根据能量守衡定律 ,当摩擦力忽略不计时 ,力所 作的功等于势能 :F1 L = G2 L / 2 + G3 2 L / 2 + G4 3 L / 2的力跟升降杆的根数和重量有关 ,根数越多 ,里层杆的重量越大 ,钢丝绳所承受的力也就越大 。3结构设计3 . 1升降杆的内置式设计这种内置式升降杆要求当天线升起后 ,钢丝绳+ Gn ( n - 1) L / 2+不裸露在外 。这就要求设计时 ,在杆与杆之间有限的空间内合理安排钢丝绳的缠绕方式 。首先 ,升降杆的管材截面采用正方形截面 。这 是因为 ( 1 ) 杆 内 壁 要 安 装 滑 轮 , 需 要 大 的 安 装 平 面 ,若选用圆管 ,它的内壁不好安装滑轮 ; (2) 相同壁得 :F1 = G2 + 2 G3 + 3 G4 + ( n - 1) Gn / 2( 1)其中 : Gn 为从外向里第 n 根升降杆的重量 ,其中最里面的杆的重量包括天线负载的重量 。第 3 期何翠瑜 :内置式手动天线升降杆设计47 第二 ,天线升降杆的钢丝绳与杆件之间的缠绕形式如前面的结构简图 (图 1) 所示 。主动钢丝绳的 安装平面在杆 2 的中间平面内 ,从动钢丝绳的安装 平面在杆 3 的中间平面内 ,且与主动钢丝绳安装平 面垂直 。这种形式可以避免两根钢丝绳在同一平面 内相互交叉碰闯 。第三 ,滑轮安装关键在于减小摩擦 。前面的原 理受力计算过程忽略了摩擦力 ,但钢丝绳在滑轮上 滚动时产生的摩擦力是实际存在的 ,而且如果设计 考虑不周 ,摩擦力将很大 ,直接影响能否提起各级杆 以及钢丝绳的粗细 。因此在设计时滑轮内安装滚动 轴承 。3 . 2 手摇机构的设计这种升降杆的另一个特点是手摇机构内置 ,而 不是将钢丝绳直接缠绕在外面 。下面就简单介绍一 下手摇机构的原理 。手动天线升降杆的手摇机构采用行星齿轮结构 设计 ,其结构简图如图 3 所示 。齿轮 b 为固定齿轮 , 齿轮 a 为输入轴 , 转臂 H 为输出轴 , 钢丝绳卷筒与 转臂 H 固定在一起 ,其传动比计算如下 :用要求 ;下降速度的快慢可用手在摇把上加点阻尼来调整 。3 . 3 钢丝绳计算实例要求设计一个能负载 G = 30 kg ,提升高度 18 m的天线杆 ,计算一下钢丝绳的大小 。 设杆采用边长为 a 、壁厚为 m 的方铝 ,杆长度为L ,节数为 7 ,由此可推算出杆的重量由外向里分别 为 : G1 = 17 kg , G2 = 10 . 6 kg , G3 = 9 . 4 kg , G4 = 8 . 2 kg , G5 = 7 kg , G6 = 5 . 8 kg , G7 = 7 kg 。代入公式 (1) ,得到最外面的钢丝绳受力为 :F = G2 + 2 G3 + 3 G4 + 4 G5+ 5 G6 + 6 ( G7 + G) / 2 = 166 . 5若考虑摩擦力和其它因素 ,取安全系数为 4 ,则 钢丝绳实际受力为 4 F , 即 666 kg 。查设计手册 , 选 取直径 3 钢丝绳 ,其抗拉强度最低 715 kg ,满足设 计要求 。4结束语手动内置式天线升降杆的特点是提升速度快(多杆联动) ,操作方便灵活 ,由于采用钢丝绳内置 ,故升降杆结构紧凑 ,外形美观 。参考文献1 机械设计手册 (87 年版)2 BH 柯特略者夫 . 行星齿轮传动. 苏联(60 版)作者简介 :何翠瑜 ,毕业于河北工业大学 ,获工学学士学位 ,现为信息产业部五十四所工程师 ,主要 从事天线座结构