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DIY 天线测量系统之第 2 部分:机械原型制作

将 ebm-papst EC 电动机与用于控制的 RevPi Core 和用于信号生成和接收的 LimeSDR Mini 集成在一起,以搭建一个可测量天线性能的系统。

此处查看由 DesignSpark 预览的全新 K4 驱动系统开发套件系列

本系列博客文章介绍了在很大程度上基于增强型机器控制器天线范围 (EMCAR) 开源项目的低成本系统的设计和搭建过程。在第 1 部分,我们对该项目进行了介绍,而在这篇文章中,我们将讲解机械设计和原型制作。

外壳设计

我们想制作这样一个外壳,它应当具有合适的硬度,可为电机和转盘提供相当稳固的底座,还应当拥有较大的空间,可容纳相关的电子装置。

我决定利用 30 x 30 铝型材 (761-3284) 制作一个框架。以前我在其它项目中使用过类似的制作工艺,例如慕尼黑电子展上的 RS 展台示范装置就是使用 20 x 20 型材制作的。我相信,规格更大的型材将为电机以及装在上面的天线(无论选择何种天线)提供稳固的支撑。

我绘出初始设计图,确保外壳拥有较大的空间,足以容纳所有零件而不会显得拥挤。转盘的尺寸在一定程度上受到限制,因为我将在激光切割机上切割原型零件,而激光切割机的最大加工尺寸为 600mm x 400mm。我确定了转盘尺寸,并计算出所需的型材数量。

制作铝框架

铝材已经送达,我认真地对它们进行测量和切割。请记住那句老话,“测量两次,切割一次”。

用于切割的带锯精准且快速,但是会残留一些切屑,因此每段铝材的末端需要用细锉加工平整。

工件切割完毕后,我就可以开始组装框架了。如下图所示,框架由 90 度连接器托架 (767-5566) 组装在一起。

尽管垂直工件可以由单个托架固定,但是为了增加强度,我还是决定使用两个托架。

这样一来,外壳应当能达到“防爆”强度,从而足以支撑转盘上的重载,无需担心它变形或甚至被压塌。

ebm-papst 电机和减速机

我们收到的 K4 驱动系统开发套件包含一个 K4 Variodrive Compact 电机和冠状减速机。

ebm-papst 生产多种电机和配套的变速箱,并提供各种不同的组合产品。本文中使用的装置为 VDC-49.15-K4 电机,该电机采用 24V 直流电压运行,空载时转速为 6000 rpm,额定输出功率可达 99W。

配套的变速箱为 EtaCrown Plus 63,它的额定输出扭矩为 40.0Nm。轴杆上采用标准 DIN 6885 5x5x20 滑键,可与转盘中心形成稳固的键连接,详见下文。

电机采用完全集成式的电子装置,在实际操作中,这意味着可以通过 RS485 接口连接至运行 ebm-papst Kickstart 软件的个人电脑,从而控制电机的速度、扭矩和位置并监测其性能。

Kickstart 软件可从 ebm-papst 网站的此页面底部下载。

安装电机和转盘

顶面板是从 2 块 5mm MDF 上切割下来的,因为它的尺寸稍大于激光切割机的一次性最大加工尺寸。它支撑电机,而“圆转盘”轴承位于它和转盘之间。电机安装在顶面板下方的对角位置,与其它零件保持较远的距离。

从两块 5mm MDF 上切割下来的凸台固定在转盘的下方,以便牢固地安装电机轴和键槽。

然后将轴承的内圈固定在面板上,再将外圈固定在转盘上,从而成功地将转盘安装在顶部。

在将轴承固定到顶部的螺钉上增加一颗螺母和几个垫圈,确保中央凸台和其它紧固件不会在旋转过程中卡在顶部。

转盘的最终原型包括一系列孔,用于安装 M8 夹紧杆 (047-8305) 和其它夹紧螺栓,使待测天线或天线连接的三脚架或杆牢牢固定到位。

下一步是什么呢?

框架将留作最终搭建使用,而 MDF 底座和顶面板将替换为激光切割的铝质工件,带适用于电子装置的安装点。我们还将添加侧面板以保护电机和控制电子装置,我们计划使用透明的亚克力面板,这样便可以看到内部运行情况。

 

I currently look after production at AB Open. I have a background in the arts, environmental conservation and IT support. In my spare time I do a bit of DJing and I like making things.

19 Dec 2019, 9:11