книги / Механизмы затворов ствольного оружия. Основы теории, расчета и проектирования

клина к направлению его перемещения; r, R – длины соответственно малого и большого плеч экстрактора; β – угол между малым плечом рычага a и плечом s.

а

б

Рис. 1.3. Основные механизмы клинового затвора: а – при закрытом положении клина; б – при открытом положении клина; 1 – открывающий рычаг; 2 – профилированный копир; 3 – клин (запирающий механизм); 4 – казенник; 5 – экстрактор; 6 – закрывающая пружина

11

Действие механизмов происходит при движении (накате) основного движущего звена (ствола) и взаимодействии открывающего рычага 1 с профилированным копиром 2, установленным на люльке орудия. При обкатывании ролика короткого плеча по рабочей поверхности копира происходит поворот рычага, и ролик длинного плеча, двигаясь по клиновому пазу, перемещает клин 3 относительно казенника 4 на величину zк, открывая затвор. В конце открывания за счет удара скоса накладки, установленной на клине, о короткое плечо экстрактора 5 происходит выбрасывание гильзы от действия большого плеча на ее фланец. При вращении открывающего рычага сжимается закрывающая пружина затвора 6 и боевая пружина ударника стреляющего механизма. После экстракции клин под действием закрывающей пружины начинает перемещаться вверх и фиксируется в открытом положении за счет сцепления захватов длинного плеча экстрактора с верхним выступом накладки. В дальнейшем, после подачи очередного патрона, в конце его досылания при ударе фланца гильзы по захватам экстрактора клин освобождается и под действием закрывающей пружины перемещается вверх, в сторону закрывания канала ствола.

На рис. 1.4 показана схема функционирования системы с коротким откатом ствола с использованием продольно скользящего ЗПМ в двух положениях: в начале отпирания и в конце при полном его перемещении.

Роль открывающего механизма выполняет так называемый ускоритель рычажного или кулачкового типа, воспринимающий воздействие откатывающегося ствола и при своем вращении передающий движение на запирающий элемент ЗПМ. При этом поступательное движение запирающего элемента (затворной рамы) через шип и наклонный паз создает вращающий момент замыкающего элемента (поршня), что приводит к выходу его секторов из нарезки в камере ствола и отпиранию канала. В дальнейшем затвор движется по инерции до крайнего заднего положения, при этом на определенном участке происходит работа патроноподающего механизма.

12

а

В дальнейшем ускоритель, воздействуя на ЗПМ, обеспечивает его движение с большей, чем у ствола, скоростью. После прекращения воздействия ускорителя на ЗПМ затвор продолжает движение

всторону отката по инерции, сжимая возвратную пружину. Существуют схемы, в которых ЗПМ в крайнем заднем положении садится на защелку и временно прекращает движение. Это так называемые схемы оружия с задержкой затвора. При отсутствии задержки схема обеспечивает независимое движение ствола и затвора.

Далее после наката ствола производится подача очередного патрона на линию досылки, освобождение ЗПМ и досылка патрона

вкамеру с последующим запиранием канала через описанную ранее связь между затворной рамой и поршнем и производство выстрела.

Системы оружия с отдачей затвора нашли применение в ос-

новном в маломощных образцах стрелкового оружия ближнего боя вследствие определенной специфичности их работы. Этот принцип действия может использоваться только для затворов с продольно скользящими ЗПМ.

Рис. 1.5. Схема оружия с затворами, действующими за счет энергии газов, отводимых из канала ствола

При этом в основном используются запирающие механизмы разомкнутого типа, не имеющие механического сцепления со стволом, вследствие чего их называют свободными или инерционными. При выстреле давление пороховых газов воздействует как на дно гильзы, выталкивая ее из камеры, так и на ее боковую поверхность, прижимая гильзу к стенкам камеры и создавая противодействующую движению силу трения. Разность выталкивающей силы

14

и силы трения создает продольное разрывное усилие в стенках гильзы, и чем больше длина гильзы, тем больше растягивающие напряжения. Для схем оружия со свободным ЗПМ во избежание продольного разрыва характерно использование так называемых коротких гильз, у которых приемлемая сила трения позволяет производить выталкивание гильзы из камеры с одновременной продольной деформацией без ее радиального защемления.

Системы оружия, работающие по принципу отвода части пороховых газов из канала ствола в газовый двигатель широко используются в стрелковом и пушечном оружии. После прохождения снарядом газоотводного отверстия пороховые газы, перетекая в рабочую полость газового двигателя, воздействуют на поршень со штоком, передавая поступательное движение на ЗПМ (рис. 1.5).

1.2.Простые механизмы, механические связи

иих характеристики

Работа механизмов затворов обеспечивается в основном простыми двухзвенными или трехзвенными механизмами, передающими механическую энергию и являющимися преобразователями движений в плоскости или пространстве. Рассмотрим наиболее распространенные механизмы, включающие звенья: ползун, кулачок, рычаг, подвижную направляющую, шатун.

Основными характеристиками простых механизмов, образующих механические связи, являются передаточная функция k и коэффициент полезного действия η.

Передаточная функция двухзвенного механизма – это отношение бесконечно малого перемещения ведомого звена x1 к бесконечно малому перемещению ведущего звена x0, что соответствует мгновенному значению отношения скоростей V1 и V2 этих звеньев:

Коэффициент полезного действия показывает отношение по-

лезной работы, совершаемой ведомым звеном, к затраченной работе, производимой ведущим звеном:

15

где Q0, Q1 – результирующие силы реакции на ведущее и ведомое звенья в направлении их движения со стороны соседнего взаимодействующего звена и направляющих опор.

Силы реакций связываются через коэффициент приведения

сил:

Q0 = Q1 ηk ,

где ηk – коэффициент приведения сил.

1.2.1. Характеристики связей двухзвенных механизмов

Звенья ползун и кулачок образуют двухзвенные механизмы и соответствующие связи: ползун– ползун, ползун– кулачок, кулачок– ползун, кулачок– кулачок (рис.1.6, а, б, в, г).

Рис. 1.6. Простые двухзвенные механизмы: а – ползун– ползун; б – ползун– кулачок; в – кулачок– ползун; г – кулачок– кулачок (x0, x1, V0, V1 – перемещения и скорости поступательно движущихся ведущего и ведомого ползунов, φ0, φ1, ω0, ω1 – углыповоротаиугловые скорости вращающихся ведущего и ведомого кулачков)

16

PNRPU

Плоские двухзвенные механизмы имеют по две кинематические пары с одной степенью свободы, определяющие движение звеньев в направляющих и шарнирах, и одну пару с двумя степенями свободы, обеспечивающую взаимное движение звеньев при их контакте. В соответствии со структурной формулой Чебышева степень подвижности механизма W = 3n – 2 U1 – U2 = 1, где n – число подвижных звеньев механизма; U1, U2 – соответственно количество кинематических пар с одной и с двумя степенями свободы, U1 = 2, U2 = 1.

Механическая связь ползун–ползун образует двухзвенный ме-

ханизм, состоящий из ведущего и ведомого ползунов и определяющий работу большинства механизмов перезаряжания ствольного оружия. Для определения передаточной функции и КПД механизма с данной связью введем следующие обозначения (рис. 1.7): n– n – линия нормали в точке контакта звеньев; α0, α1 – острые углы между векторами скоростей ведущего и ведомого ползунов и линией нор-

мали; QN0, QN1, fсQN0, fсQN1, Q0, Q1 – нормальные реакции, реакции от сил трения и суммарные реакции на ведущий и ведомый ползуны

соответственно; N0, N1 – нормальные реакции в направляющих опорах ползунов; fс – коэффициент трения по поверхности скольжения в связи; fн – коэффициент трения в направляющих опорах ползуна; γ – угол наклона касательной к поверхности скольжения ведущего ползуна; δ – угол между направлениями движения ползунов.

Рис. 1.7. Определение характеристик механической связи ползун– ползун: а – к определению передаточной функции; б– к определению КПД

17

Следует отметить, что для ведущего ползуна положительное направление сил реакций противоположно направлению его движения, а для ведомого совпадает с направлением движения.

Кроме того, в зависимости от конструкции и текущего положения механизма сила реакции на ведомый ползун от трения при взаимодействии с ведущим ползуном может препятствовать или способствовать движению ведомого ползуна.

Учитывая выражения (1.1), скорости ведущего и ведомого звеньев определяются через общую скорость VN точки контакта поверхностей скольжения, тогда характеристика связи

опорах составляются уравнения статического равновесия сил относительно выбранных направлений осей y0 и y1:

18

Для случая, когда сила реакции от сил трения способствует движению ведомого ползуна, в уравнениях равновесия для реакции в направляющей N1 соответствующие проекции сил в связи на ось y1 будут иметь разные знаки в зависимости от положения механизма:

N1 = QN1 sin α 1− fс QN1 cosα 1 или N1 = − QN1 sin α 1+ fс QN1 cosα 1.

Поэтому для коэффициента полезного действия имеет место выражение:

Следует отметить, что схемы, где силы трения способствуют движению ведомых ползунов, не характерны для простых механизмов затворов. Поэтому зависимость (1.5) следует в большей степени считать чисто теоретической.

Характеристики связи можно определить и через конструктивные параметры, в частности через текущий угол наклона касательной к поверхности скольжения ведущего ползуна γ и угол между направлениями движений ползунов δ. Если пренебречь малой величиной fс·fн, то выражения (1.3) и (1.4) преобразуются:

Для частного случая взаимно перпендикулярного движения ползунов, т.е. если δ = π/2, выражения для характеристик принимают вид:

Максимальное значение коэффициента полезного действия механизма зависит от коэффициента трения fс и некоторого оптимального угла γ*или tg γ*. Исследуя функцию η(tg γ), можно найти оптимальное значение tg γ*. Если принять

19

то tgγ * = −( fс + fн ) + ( fс + fн ) +1.

Механическая связь ползун–кулачок. Данную связь образуют ведущий ползун и ведомый кулачок (рис. 1.8).

Рис.1.8. Определение характеристик механической связи ползун– кулачок: а – к определению передаточной функции; б – к определению КПД

Передаточнаяфункциядляэтойсвязирассчитываетсяпоформуле

где r1 – радиус, соединяющий ось вращения ведомого кулачка с точкой контакта звеньев; β1 – острый угол между радиусом вращения кулачка и линией нормали; ω1 – угловая скорость вращения ведомого кулачка.

На рис. 1.8, б видно, что реакция от сил трения fcQN1 на ведомый кулачок создает вращающий момент, направленный по часовой стрелке, т.е. способствующий вращению кулачка. Это увеличивает коэффициент полезного действия механизма.

На ведомом кулачке возникает момент от сил трения в направляющем шарнире, направленный против часовой стрелки:

MF1 = fн N1 e1,

где e1 – плечо момента трения от нормальной силы реакции в шарнирной направляющей N1. Здесь

20