火炮设计火炮自动机主要机构设计.ppt

火炮设计理论,南京理工大学火炮教研室,1 概述,主要任务：解决创造新机构时所面临的问题。主要内容：机构类型设计；几何学设计；运动学设计；动力学设计等。主要机构设计：炮闩设计；开闩机构（加速机构）设计；装填机构设计。,4.3 火炮自动机主要机构设计,2 炮闩设计,2.1 炮闩及其组成（1）炮闩 炮闩 炮闩的作用（2）炮闩的组成 闭锁机构 闩体 击发机构 开锁机构 抽筒机构 保险机构等。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（3）炮闩的分类 1)按自动化程度分 非自动炮闩 半自动炮闩 自动炮闩 2)按利用能源分 内能源炮闩 外能源炮闩.混合能源炮闩 3)按炮闩相对炮身运动方向分 纵动式炮闩 T 横动式炮闩 T 起落式炮闩 T 摆动式炮闩 T,4.3 火炮自动机主要机构设计,2.2 闭锁机构设计（1）闭锁机构 闭锁 闭锁机构 闭锁机构主要作用（2）闭锁机构必须满足的要求 1）各零件必须有足够的强度和韧性；2）各零件必须有足够的刚度；3）动作必须确实可靠；保证闭锁确实后才能击发；保证击发后不能自行开锁；保证不会提前开锁；保证闭锁构件损坏时不能击发等。4）结构尺寸及质量应尽可能小；5）结构形状应尽管简单。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（3）闭锁机构类型 1）炮闩纵动式闭锁机构 炮闩纵动式闭锁机构 回转闭锁机构；T 卡铁闭锁机构；T 倾斜闭锁机构；T 节套闭锁机构；凸轮闭锁机构；杠杆闭锁机构；惯性闭锁机构；无弹壳闭锁机构等。,4.3 火炮自动机主要机构设计,2）炮闩横动式闭锁机构 炮闩横动式闭锁机构 楔式闩体 自锁闭锁 摩擦自锁 T 位置自锁 T3）转膛式自动机闭锁4）转管式自动机闭锁,（4）闭锁机构设计特点 闭锁机构设计的主要内容 结构设计 闭锁确实性计算 1）闭锁机构结构设计 结构类型；闭锁方式；结构设计。2）闭锁确实性分析计算 闭锁支承面设计计算；闭锁倾角设计计算；闩体等主要零件的强度校核等。,4.3 火炮自动机主要机构设计,2.3 击发机构设计（1）击发机构 击发 击发机构（2）对击发机构的要求 1）可靠引燃底火；2）不得击穿底火，以免燃气后泄；3）击针要有足够强度、刚度、硬度、韧性、寿命；4）能快速更换。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（3）击发机构的分类 1）撞击引燃法击发机构 撞击引燃法 击针式击发机构；复进簧式击针击发机构；T 击针簧式击针击发机构；T 击锤式击发机构；击锤平移式击锤击发机构；T 复进簧式；击锤簧式；击锤回转式击锤击发机构；T 复进簧式；T 击锤簧式。T 2）电流引燃法击发机构 T 电热丝式击发机构；电磁感应式击发机构。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（4）影响击发可靠性的主要因素 击针撞击底火的速度；击针凸出量；镜面与药筒底间隙；底火底部厚度；底火陷入深度；击针中心与底火中心偏差。设计中要严格控制；制造中要严格保证；使用中要严格检查。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（5）击发机构设计 为了保证引燃底火，根据底火要求的引燃底火能量，确定击针撞击底火所需动能，即确定击针撞击底火的速度。一般57m/s。,根据击针撞击底火的速度，设计弹簧的行程，并设计弹簧。,为了保证击针与底火间可靠接触，击针需要一定突出量，一般为1.32.8mm。为了提高击针强度和寿命，击针材料、热处理、形状和尺寸及其公差设计都应引起足够重视。,4.3 火炮自动机主要机构设计,2.4 抽筒抛筒机构设计 抽筒抛筒机构 对纵动式炮闩 抽筒钩 单钩与双钩 刚性与弹性 抽筒爪 T 挤压抛筒 抛筒挺 T 对横动式炮闩 抽筒子 杠杆式（冲击作用式）T 凸轮式（均匀作用式）T,4.3 火炮自动机主要机构设计,3 开闩机构设计,3.1 开闩机构 开闩机构 加速机构 开闩机构的作用 开闩行程 纵动式炮闩，开闩行程略大于一个弹长；横动式炮闩，开闩行程略大于一个弹底直径。强制运动段 惯性运动段,4.3 火炮自动机主要机构设计,3.2 开闩机构结构（1）纵动式炮闩的加速机构 1）按动作特性 撞击作用式加速机构；平稳作用式加速机构；混合作用式加速机构。,4.3 火炮自动机主要机构设计,2）按中间构件 杠杆式加速机构；T 凸轮式加速机构；T 杠杆-卡板式加速机构；T 齿轮式加速机构；T 液压式加速机构；T 弹簧式加速机构；T 混合式加速机构。,4.3 火炮自动机主要机构设计,(2)横动式炮闩开闩机构（包括半自动机）D 卡板式开闩机构；T 弹簧式开闩机构。T,4.3 火炮自动机主要机构设计,3.3 对开闩机构的要求 安全性要求：开始工作时机要满足开锁压力要求（一般4060MPa）；动力特性要求：传速比合理；可靠性要求：保证开闩；工艺性要求：结构简单、工艺性好。,4.3 火炮自动机主要机构设计,3.4 加速机构设计 加速机构设计，关键合理选择传速比。杠杆-卡板式加速机构设计方法和步骤：（1）在暂不考虑加速机构工作影响时，可以根据选取的后坐阻力变化规律，计算出炮身制退后坐运动诸元，即炮身后坐速度V(t)和后坐位移X(t)。（2）选择加速机构开始工作时机t0。加速机构开始工作时机应满足对开膛压力p0 的要求，一般p0 可在40MPa60MPa范围内选取。选择了加速机构开始工作时机t0，即选定了加速机构开始工作时炮身行程X0=X(t0)和炮身速度V0=V(t0)。（3）选择加速机构结束工作时机tj。选择加速机构结束工作时机tj 主要是通过选择加速机构结束工作时炮身行程Xj 来进行。为了满足最短后坐长时加速机构也能正常工作，一般取Xj 0.85（为常温正装药时炮身最大后坐长）。选择了加速机构结束工作时炮身行程Xj，即选定了加速机构结束工作时机tj=t(Xj)和炮身速度Vj=V(tj)。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（4）选择加速机构结束工作时炮闩最大速度Vmax。为了保证加速机构结束工作时炮闩能依靠惯性及时后坐到位，根据炮闩后坐结束速度、惯性行程长和炮闩复进簧参数，可以计算出加速机构结束工作时炮闩最大速度V1j，一般V1j(1015)m/s。（5）合理选择传速比K1(t)。开始时，为了保证平稳地开锁和开闩抽筒，速比应小一点，一般取K0=K1(t0)=1。当抽动药筒之后，速比应迅速平稳增大，以保证强制开闩结束时炮闩能获得预定的最大速度V1j，即强制开闩结束时速比,。选择了速比之后，即可计算出炮闩,运动速度V1(t)=K1(t)V(t)和炮闩运动位移,以及炮闩相对炮身运动的相对位移,4.3 火炮自动机主要机构设计,（6）选择杠杆结构尺寸l1、l2、0（或代表杠杆结构的A、B、C三点，A代表炮身，B代表炮闩，C代表卡板理论轮廓曲线）及初始位置 0。杠杆结构尺寸l1、l2、0 的选择主要是根据总体结构布置。为了不使加速机构开始工作时的压力角过大，通常取 0=1015。（7）卡板理论轮廓曲线设计。对于任意给定的时刻t，可得炮身运动位移X(t)和炮闩运动位移X1(t)，及炮闩相对炮身运动的相对位移1(t)，由此可以计算出杠杆对应位置，即可以得到杠杆上滚轮中心对应位置，即为卡板理论轮廓曲线上对应点。由于给定时刻t的任意性，故得到卡板理论轮廓曲线。（8）为了便于加工，可用直线或圆弧等简单曲线作为卡板理论轮廓，以理论轮廓为心，以滚轮半径作圆，其包络即为卡板实际轮廓。（9）进行反面计算。考虑修改后卡板理论轮廓与原卡板理论轮廓之间的差异，应对修改后的卡板理论轮廓计算相应速比（实际速比）。考虑加速机构工作对炮身运动的影响，应反算炮闩与炮身相应运动关系，以及考虑了加速机构工作影响的炮身运动规律，并校核开闩性能。,4.3 火炮自动机主要机构设计,卡板理论轮廓曲线设计的具体步骤：1)首先给定杠杆的初始位置ABC，过A作水平线代表炮身运动方向；2）再根据加速机构开始工作时炮身位移X0，给定杠杆的位置A0B0C0；3）对于任意给定的时刻t，可得炮身运动位移X(t)和炮闩运动位移X1(t)，即可确定代表炮身的Ai点，以及代表炮闩的Bi点的水平位移(可作垂线)，以Ai点为心，以l1为半径画弧交过Bi 点的垂线于Bi点，过Ai点作与AiBi成夹角0的射线，以Ai点为心，以l2为半径画弧交射线于Ci点，Ci点的轨迹即为所求卡板理论轮廓曲线。,GOTO,4.3 火炮自动机主要机构设计,纵动式炮闩,横动式炮闩,起落式炮闩,摆动式炮闩,回转闭锁机构,卡铁闭锁机构,倾斜闭锁机构,摩擦自锁,位置自锁,复进簧式击针击发机构,击针簧式击针击发机构,击锤平移式击锤击发机构,击锤回转式击锤击发机构,复进簧式击锤回转击发机构,击锤簧式击锤回转击发机构,电流引燃法击发机构,抽筒爪,抛筒挺,冲击作用式抽筒子,均匀作用式抽筒子,杠杆式加速机构,凸轮式加速机构,杠杆-卡板式加速机构,齿轮式加速机构,液压式加速机构,弹簧式加速机构,横动式炮闩开闩机构,卡板式开闩机构,弹簧式开闩机构,4 供输弹机构（装填机构）设计,4.1 供输弹机构 供输弹机构的作用：将炮弹从弹箱或炮弹储存器中送到炮膛中。(1)供输弹过程（1）供输弹过程中三大位置 药室 输弹出发位置 进弹口（2）供输弹过程中三大阶段 拨弹 压弹 输弹 拨弹和压弹合称为供弹,4.3 火炮自动机主要机构设计,（2）供弹方式（1）有链供弹 T 弹链 T 开口式弹链 T 封闭式弹链 T 脱链力 弹节 T 弹带 弹带柔性 T（2）无链供弹 弹夹供弹 T 弹匣供弹 T 弹鼓（舱）供弹 T 传送带供弹等等,4.3 火炮自动机主要机构设计,（3）输弹方式 1）强制输弹 2）惯性输弹（4）供输弹机构 拨弹机 压弹机 供弹机 输弹机 供输弹机构,4.3 火炮自动机主要机构设计,4.2 供输弹机构的分类（1）按能量来源分 内能源供输弹机构 后坐动能 火药燃气 外能源供输弹机构 势能 电能等 混合能源供输弹机构,4.3 火炮自动机主要机构设计,（2）根据供弹机构工作原理分 直接供弹机构 T 单面约束 T 双面约束 T 阶层供弹机构 T 推式供弹机构 T（3）根据供弹路数分 单路供弹机构 T 双路供弹机构 T 单向双路供弹机构 T 双向双路供弹机构（简称双向供弹机）T 不动式双路供弹机构 T 移动式双路供弹机构 T 摆动式双路供弹机构等 T 多路供弹机构,4.3 火炮自动机主要机构设计,（4）根据拔弹机结构分 杠杆式拨弹机构 T 滑板式拨弹机构 T 凸轮式拨弹机构 T 转轮式拨弹机构 T 链轮式拨弹机构 T（5）根据输弹机结构分 弹簧式输弹机构 液体气压式输弹机构,4.3 火炮自动机主要机构设计,4.3 对供输弹机构的要求（1）保证装填动作可靠 1）弹夹供弹时，供弹台在射击过程中固定不动或运动很小；2）弹链供弹时，设计可靠的硬、软导引。（2）保证供输弹过程中炮弹的确定性 1）运动轨迹确定性；2）三大位置确定性；3）运动强制性；4）设置阻弹装置 保证每次必须供输一发炮弹并且只能供输一发炮弹 5）满足输弹到位速度要求。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（3）保证足够的强度和刚度 1）满足强度要求；2）满足刚度要求；3）设置保险装置（阻力太大不能供弹）。（4）保证工作平稳性 1）避免撞击；2）传速比变化平稳；3）效率高，耗能小。（5）保证经济性 1）结构简单；2）工艺性好。,4.3 火炮自动机主要机构设计,4.4 供输弹机构设计（1）供输弹机构设计主要解决的问题 1）合理增大供弹机构的容弹量；2）射击过程中方便续弹；3）合理缩短供弹时间；4）保障动作可靠性减小故障率等。（2）供输弹机构设计的主要步骤 1）供输弹机构总体设计；2）供输弹线路设计；3）几何分析；4）结构设计；5）动力分析。,4.3 火炮自动机主要机构设计,4.5 供弹带阻力计算 弹带阻力 弹带运动的复杂性 间歇性 间隙 作用力偏心 撞击等（1）简化模型 1）等截面弹性带模型（均匀弹性带模型）；T 2）变截面弹性带模型；T 3）弹性铰多刚体模型；T 4）复杂铰多刚体模型。T,4.3 火炮自动机主要机构设计,（2）弹带阻力计算 1）等截面弹性带模型,其中,t时刻，微元du的绝对伸长,相对伸长,内力,微元du的运动微分方程,4.3 火炮自动机主要机构设计,初始条件：,边界条件：,波动方程的通解为：,式中：,为入射波,为反射波,4.3 火炮自动机主要机构设计,先看入射波（张力波），即设,在t1时刻，x1断面的位移为：,时刻，x2断面的位移为：,此式说明，x2断面重复了x1断面的运动，只是时间滞后了,4.3 火炮自动机主要机构设计,再看反射波（压缩波），即设,在t1时刻，x1断面的位移为：,时刻，x2断面的位移为：,此式说明，x2断面重复了x1断面的运动，只是时间滞后了,4.3 火炮自动机主要机构设计,一般只考虑最大力，因此不计反射波的影响。,由边界条件：,弹带任一断面x处将重复主动端位移，只是时间滞后：,即x断面的位移变化规律为：,弹带x断面的内力为：,4.3 火炮自动机主要机构设计,将波速a、弹性带弹性模量E、弹性带的线密度用为弹链刚度k、一个弹链节（包括炮弹）的质量m来表示，则作用在拨弹板上的力，称为弹带阻力，可以表示为：,式中Vp为拨弹板的速度。如果弹带倾斜放置，则弹带阻力还应包括炮弹和链节的重力分量及摩擦力，通常用如下近似公式计算：,式中：N为悬挂部分的炮弹数；为弹带的倾角；f为摩擦系数。,4.3 火炮自动机主要机构设计,（2）多刚体模型 T,单个弹节运动微分方程：,弹带系统运动微分方程：,弹链阻力：,GOTO,4.3 火炮自动机主要机构设计,弹链供弹,弹链,开口式可散式弹链,封闭式弹链,弹节,弹带柔性,弹夹供弹,弹匣供弹,弹鼓供弹,直接供弹机构,单面约束直接供弹,双面约束直接供弹机构,阶层供弹机构,推式供弹机构,单路供弹机构,双路供弹机构,单向(不动式)双路供弹机构,双向（移动式）双路供弹机构,摆动式双路供弹机构,杠杆式拨弹机构,滑板式拨弹机构,凸轮式拨弹机构,转轮式拨弹机构,链轮式拨弹机构,等截面弹性带模型,变截面弹性带模型,弹性铰多刚体模型,复杂铰多刚体模型,多刚体弹带模型,谢谢！下次见！,感恩的心 有你！,感谢,