книги / Механизмы затворов ствольного оружия. Основы теории, расчета и проектирования
.pdf
η ОТМ= |
1 + f ctg (θ |
0+ θ + α ) |
|
1 − 2 f tg ε |
|
. |
(3.20) |
|
1 + 2 f |
ctg α |
1+ f ctg (ψ 0 + θ − ε |
) |
|||||
|
|
|
||||||
Проектирование рычажно-копирных ОТМ плавного дейст-
вия. Для эскизного проектирования используются следующие исходные данные: Vс – средняя скорость движения ствола при работе ОТМ; Vк1 – расчетная скорость клина в конце работы ОТМ (при ударе клина по экстрактору).
При выборе конструктивных размеров открывающего рычага можно воспользоваться рекомендациями: l/a = 1,5…2,0; θ0 = 5…15º,
ψ0 = 25…40º, ε = 0º … ψ0.
Произведем необходимые расчеты. Полное (конечное) перемещение клина
zк = (1,1...1,2) dк.
Текущее перемещение клина, зависящее от угла поворота ры-
чага,
z = (l cos ψ 0 |
− l cos (ψ |
0 + θ ))− (l sin (ψ 0 + θ )− |
l sin ψ 0 ) tg ε |
|
|||||||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z = |
|
( cos (ψ |
0 − ε )− cos (ψ |
0 + θ − ε )). |
(3.21) |
||||||
|
|
cos ε |
|||||||||||
Полный |
|
(конечный) |
угол поворота |
открывающего |
рычага |
||||||||
(из (3.21)) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
θ |
к |
= arccos cos ( ψ |
0 |
− ε )− |
zк |
cosε |
− ψ |
0 |
+ ε . |
(3.22) |
|||
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Передаточную функцию ОТМ и необходимый угол наклона касательной к поверхности скольжения αк в конце открывания находим по формулам:
kк = |
Vк1 |
= |
l |
|
sin α к |
sin (ψ |
0 + θ к− ε |
) |
, |
|
|
|||
Vс |
a sin (θ 0+ θ к+ α к ) cosε |
|
|
(3.23) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
l |
sin (ψ |
0+ θ |
к )− ctg(θ |
|
|
|
|||||
ctg α = |
|
|
+ θ |
к |
). |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
к |
kкa cos ε |
sin (θ |
0+ θ |
к ) |
0 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
81
Текущая вертикальная координата точки контакта с поверхностью скольжения
y = a cos θ 0− a cos (θ 0+ θ ). |
(3.24) |
Для работы механизма в плавном режиме копир должен иметь криволинейный профиль скольжения, обеспечивающий нулевое значение передаточной функции в начале работы. Данное ранее выражение (1.21) определяет функцию для такого профиля.
Согласно выражению (1.21) параметр профиля копира для момента окончания работы открывающего механизма
µ = − |
1 |
ln |
|
cos α |
к |
|
. |
(3.25) |
|
|
|
||||||||
|
|||||||||
n |
yк |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Текущее перемещение ствола, связанное с параметрами дви- |
|||||||||
жения ОТМ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xc = λ + a (sin (θ 0+ θ −) |
|
sinθ 0 ), |
(3.26) |
||||||
где λ = µα п .
При получении численных зависимостей изменения характеристик ОТМ от перемещения основного движущего звена (ствола) в качестве исходного аргумента целесообразно принять текущую координату λi (0 ≤ λ ≤ λк).
Вычисления производим в следующем порядке:
λi → αi →(используя (1.17)) → yi →(используя (3.24)) → θi → → (используя (3.26)) → xci → (используя (3.19)) →ki → (используя
(3.20)) → ηi.
В результате расчетов имеем численные функции ki (xci), ηi (xci), которые необходимы для численного решения уравнения движения основного движущего звена при работе открывающего механизма.
Проектирование рычажно-копирных ОТМ ударного дейст-
вия. Для эскизного проектирования таких механизмов используются следующие исходные данные: Vс – скорость движения ствола (средняя) в момент удара открывающего рычага по копиру с ненулевой передаточной функцией; Vк1 – расчетная скорость клина при ударе по экстрактору; ЕЗКМ(+) – энергия, необходимая для преодоле-
82
ния сопротивления движению клина со стороны затворной пружины закрывающего механизма.
Отличие работы ОТМ ударного действия заключается в том, что взаимодействие движущегося ствола через малое плечо открывающего рычага с копиром происходит с жестким несвязывающим ударом. После удара клин, приобретая некоторую скорость Vк0, движется самостоятельно, преодолевая энергию сопротивления со стороны ЗКМ, и в конце открывания он должен иметь необходимую скорость удара Vк1 по лапке экстрактора, определяемую из расчета гильзовыбрасывающего механизма.
Характер движения клина при открывании показан на рис. 3.8. После удара по экстрактору клин, имея остаточную скорость, перемещается дополнительно на расстояние zд, которое для надежного зацепления клина в открытом положении лапкой экстрактора
должно составлять (1,05…1,1) zк.
Рис. 3.8. Изменение скорости клина при работе ОТМ ударного действия
Проектирование механизма носит итерационный характер, что означает подбор таких конструктивных параметров, при которых расчетная скорость клина при ударе по экстрактору будет близка к требуемой Vк1(тр), т.е.
|Vк1 − Vк1(тр)|≤ εV,
где εV – задаваемая погрешность итерационных приближений. Воспользуемся указанными выше рекомендациями:
83
l/a = 1,5…2,0; θ0 = 5…15º; ψ0 =25…40º; ε = 0º … ψ0.
Принимаем начальное приближение для угла наклона профиля скольжения копира α постоянным по всей длине профиля.
Определим характеристики ОТМ при ударном взаимодействии ствола с механизмом:
|
kОТМ |
= |
l |
|
sin α |
sin (ψ 0 − ε ) |
; |
|
|
(3.27) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
a sin (θ 0+ α |
) cosε |
|
|
||||||||||
η ОТМ= |
1 + f |
ctg (θ 0+ α ) |
|
|
1 − 2 f tg ε |
|
. |
(3.28) |
||||||||||||
|
1 + 2 f ctg α |
|
|
1+ |
f ctg (ψ 0 − ε ) |
|||||||||||||||
Скорость клина после ударного взаимодействия со стволом |
||||||||||||||||||||
|
|
V |
|
= |
mс (1 + b) kЗКМ Vс |
. |
|
(3.29) |
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
к0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
m + |
kЗКМ |
m |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
η |
|
|
к |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗКМ |
|
|
|
|
|
|
||
Используя уравнение баланса энергии, находим скорость клина |
||||||||||||||||||||
при ударе по экстрактору: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
m V |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Vк1 = |
|
|
|
|
|
к к0 |
|
+ mк g zк − ЕЗКМ(+) ) . |
|
(3.30) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
mк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Если условие |Vк1 − |
Vк1(тр)| ≤ εV |
|
не выполняется, |
необходимо |
||||||||||||||||
скорректировать угол α и провести вычисления заново. |
|
|||||||||||||||||||
3.3.2. Открывающие механизмы для замкнутых продольно скользящих запирающих механизмов
Для продольно скользящих затворов замыкание узла запирания осуществляется за счет силового взаимодействия запирающего и замыкающего элементов. Принудительное открывание производится для систем с коротким откатом ствола ускорительными механизмами, действие которых аналогично действию открывающих механизмов для клиновых поперечно перемещающихся затворов. Различают ускорительные механизмы плавного и ударного действия.
Проектирование рычажных ускорительных механизмов ударного действия. На рис. 3.9 представлена расчетная схема рычажного ускорительного механизма ударного действия.
84
Рис. 3.9. Расчетная схема работы рычажного ускорительного механизма
Механизм включает в себя четыре последовательно действующих звена: ствол, движущийся при откате, открывающий рычаг с осью вращения, расположенной в кожухе, запирающий элемент ЗПМ (затворная рама) и замыкающий элемент ЗПМ (поршень), а также три связи: ствол– рычаг с характеристиками kс-р, ηс-р, рычаг– запирающий элемент с характеристиками kр-зп, ηр-зп, запирающий элемент– замыкающий элемент с характеристиками kзп-зм, ηзп-зм.
Пользуясь полученными ранее общими выражениями для ха-
рактеристик этих связей (1.7), (1.9), (3.4), (3.5), (3.6), можно сфор-
мировать зависимости для передаточной функции и коэффициента полезного действия отдельных связей и всего механизма:
k |
c-р |
= |
1 |
|
|
sin γ |
|
|
, |
η |
= |
1 − f tg (γ + θ 0+ θ ) |
; |
(3.31) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
a cos (γ + θ |
0+ θ |
) |
|
|
c-р |
|
+1 2 f ctgγ |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
k |
|
|
|
|
= l sin (ψ |
− θ |
), |
η |
= |
1 |
. |
|
(3.32) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
р-зп |
|
0 |
|
|
|
р-зп |
1 + f ctg(ψ 0 − θ ) |
|
||||||
Для определения характеристик связи запирающий элемент– замыкающий элемент можно использовать выражения (3.4) или
(3.5) и (3.6).
85
Исходными данными для проектирования являются: Vс, Vз – скорости ствола и затвора в момент удара по рычагу ускорительного механизма, Vс = Vз; mс – масса ствола, включающая 1/3 от массы ствольной возвратной пружины; mз – масса затвора, включающая массу запирающего элемента (mзп), приведенную массу замыкающего элемента (mзм· kЗПМ2/ηЗПМ) и 1/3 от массы затворной пружины; Iр – момент инерции открывающего рычага; сс, сз – жесткости ствольной и затворной пружин; Пс.н(+), Пз.н(+) – начальные усилия поджатия возвратных ствольной и затворной пружин; lп – длина патрона; xс.п – полная длина отката ствола.
Задаваясь конструктивными параметрами ускорительного и запирающего механизмов и используя зависимости (1.49), определяем скорости ствола и запирающего элемента (затворной рамы) после жесткого соударения через ускорительный механизм. При этом в отличие от расчета изменения скорости клина при жестком соударении в ОТМ ударного действия артиллерийских систем необходимо учесть наличие в структуре механизма открывающего рычага, момент инерции которого для стрелкового оружия соизмерим с массовыми характеристиками соседних звеньев. Принимая, что скорости всех ведомых звеньев механизма относительно ствола до удара равны нулю, имеем:
∆ Vс=
|
|
|
|
|
|
kс-р |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
I |
|
(1 + b |
) |
|
|
+ m (1 |
+ b |
) |
|
с-зп |
|
+ I |
|
|
(1 + b |
|
) |
|
с-зм |
|
V |
(3.33) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
р |
|
с-р |
|
η с-р |
з |
|
|
|
|
р-зп |
η с-зп |
|
|
зм |
|
|
|
зп-зм |
η с-зм |
|
|
c |
||||||||||||||||||
= − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
k |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
m + |
kс-р |
|
I |
|
|
+ |
|
с-зп |
m |
+ |
с-зм |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
η с-р |
|
|
η с-зп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
р |
|
|
з |
η |
|
|
|
с-зм |
зм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
∆ V |
|
= |
mс (kс-р (1 + bс-р ) + kс-зп (1 + bр-зп ) + kс-зм (1 + bзп-зм ))Vс |
|
, |
(3.34) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ЗПМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
m + |
kс-р |
I |
|
|
+ |
kс-зп |
m + |
kс-зм |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
η с-р |
|
|
|
р |
|
|
η с-зп |
з |
|
η |
|
с-зм |
зм |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Vз.у = Vс + ∆ VЗПМ ,
где Vз.у – скорость затвора после соударения со стволом через ускорительный механизм; Iзм – момент инерции замыкающего элемента.
86
Приобретенной после удара энергии должно быть достаточно, чтобы затвор переместился на расстояние, достаточное для подачи на линию досылки очередного патрона. Это так называемый инерционный участок движения затвора. Для обеспечения надежной работы в конце движения при ударе о затыльник оружия скорость ЗПМ должна быть больше или равна 1,0…1,3 м/с.
Полное (конечное) перемещение затвора до крайнего заднего положения при ударе о затыльник xз.к выбирается из условий возможности подачи очередного патрона на линию досылки и зависит от конструкции патроноподающего механизма и положения ствола при подаче.
Наиболее рационально с точки зрения получения наименьших перемещений звеньев механизма и обеспечения высокого темпа стрельбы принять условие, что в момент полного перемещения затвора ствол находится в исходном положении после наката, т.е. время движения затвора до крайнего заднего положения tз.п = tс(отк)+ +tс(нак), где tс(отк), tс(нак) – соответственно время отката и наката ствола.
Кроме того, при определении полного перемещения затвора при откате необходимо учесть используемый в оружии способ подачи патронов.
При подаче патронов из магазина в конце движения перед ударом о затыльник оружия затвор проходит фланец гильзы патрона, находящегося в приемнике механизма подачи, и именно в этот момент начинается подача патрона на линию досылки. Для обеспечения нормальной подачи общее время движения затвора от фланца гильзы до крайнего заднего положения и обратно до соприкосновения с дном уже поданного патрона должно быть больше времени самой подачи.
В первом приближении величину дополнительного перемещения затвора от фланца гильзы до крайнего заднего положения можно определить, используя представленные ниже соотношения:
t |
|
= |
hп.п |
≤ |
∆ xз.к |
+ ∆ |
xз.к |
или ∆ x ≥ t |
|
Vз.к Vз0 |
|
, |
|
|
|
|
V |
|
|
||||||||
|
п.п |
V |
V |
з.к |
п.п V |
+V |
* |
|
|||||
|
|
|
п.п |
з.к |
з0 |
|
|
з.к |
з.п |
|
|||
87
где tп.п |
– время подачи патрона; hп.п, Vп.п – |
шаг и средняя скорость |
подачи |
патрона; ∆ xз.к – дополнительное |
перемещение затвора; |
Vз.к, Vз0 |
– скорости затвора в крайнем заднем положении до и после |
|
удара о затыльник, |
|
|
|
Vз0 = bVз.к , |
|
где b – |
коэффициент восстановления, b = 0,33. |
|
При использовании ленточных или обойменных ППМ подача патронов для систем автоматического оружия производится, как правило, в конце открывания затвора перед его ударом о затыльник оружия за счет воздействия затвора на подвижное подающее звено, обеспечивающего перемещение патрона на шаг подачи в сторону линии досылки. В этом случае перемещение затвора за время подачи ∆xз.п зависит от осредненной передаточной функции механизма
kППМ:
∆xз.к ≥ hп.п / kППМ.
Для обеспечения надежности работы при возможных отклонениях от номинальных условий вводится двойной запас по величине
дополнительного перемещения: |
|
xз.к = (1,05…1,15) lп +2∆xз.к |
(3.35) |
Уравнение баланса энергии для движущегося при открывании ЗПМ дает возможность определить действительную его скорость в конце движения и сравнить с требуемой.
Для систем оружия с магазинной подачей патронов эта скорость
V |
= |
V 2 |
− |
2 |
∆ Е |
(+) , |
(3.36) |
|
|||||||
з.к |
|
з.у |
|
mз |
з.к |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где ∆Ез.к(+) – энергия, необходимая для сжатия возвратной затворной пружины на пути инерционного участка открывания (в конце движения затвора),
|
|
|
Пз.н(+) (xз.к− xз.у +) |
c |
|
|
|
|
||
∆ Ез.к(+ )= τ |
п |
(+) |
з.п |
(xз.к |
2− |
xз.у |
2 ) , |
(3.37) |
||
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
88
где xз.у – перемещение затвора в момент соударения ствола с рычагом ускорителя; cз.п – жесткость затворной пружины.
Для систем оружия с ленточной или обойменной подачей патронов необходимо последовательно использовать два уравнения балланса энергий, учитывающих промежуточные энергетические затраты на работу патроноподающего механизма.
Сначала определяется скорость затвора в момент соударения с подающим звеном ППМ Vз.п, затем скорость затвора после удара о подающее звено Vз.п*, после чего проверяется требуемое значение скорости подачи патрона Vп.п:
V |
= V |
2 |
− |
2 |
|
∆ Е |
|
(+ ) |
, |
|||
|
|
|
|
|
з.п |
|||||||
з.п |
з.у |
|
|
mз |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
* |
= Vз.п |
|
|
|
|
|
|
|
mз |
|
|
, |
Vз.п |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||
|
|
|
m |
|
+ |
kППМ |
|
m |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
з |
|
|
η |
|
|
|
ППМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ППМ |
|
|
|
|
|
V |
= k |
ППМ |
V * |
, |
|
|
|||||
|
п.п |
|
|
|
|
з.п |
|
|
|
|||
где ∆Ез.п(+) – энергия, необходимая для сжатия возвратной затворной пружины на пути движения затвора до удара о подающее звено ППМ.
Далее на основании уравнения баланса энергии движения затвора на участке работы ППМ можно найти расчетное значение Vз.к:
|
* |
|
2 |
|
2 |
|
|
(+ ) |
∆ ЕППМ |
(+ ) |
|
|
Vз.к = |
(Vз.п |
) |
|
− |
|
|
∆ Ез.п.п |
+ |
|
|
, |
(3.38) |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
η ППМ |
|
||
|
|
|
|
|
mз |
|
|
|
||||
где ∆Ез.п.п(+) – энергия, необходимая для сжатия возвратной затворной пружины на пути движения затвора при работе ППМ; ∆ЕППМ(+) – энергия, необходимая для работы ППМ при подаче патрона.
Проектирование кулачковых ускорительных механизмов плавного действия. Ускорительные механизмы кулачкового типа обеспечивают плавное безударное открывание. По своей конструкции они аналогичны рычажным механизмам, однако плавность работы позволяет получить хорошую живучесть деталей и надеж-
89
ность всего открывающего механизма. Плавность достигается наличием в конструкции спрофилированной рабочей поверхности скольжения, которая в зависимости от схемы работы может располагаться:
–на запирающем элементе ЗПМ;
–на деталях, связанных со стволом;
–на деталях, связанных с коробкой основания оружия;
–на самом кулачке в зонах его контактного взаимодействия
сзапирающим элементом, стволом или коробкой основания. Исходные данные для проектирования аналогичны данным для
рычажных ускорительных механизмов. Дополнительно используются скорости ствола Vс.н и затвора Vз.н в момент начала работы ускорительного механизма, перемещение ствола xс.н в момент начала работы ускорительного механизма.
Рис. 3.10. Расчетная схема работы ускорительного механизма кулачкового типа
Рассмотрим задачу проектирования открывающего ускорительного механизма для одной из возможных конструктивных схем, когда профильная поверхность скольжения расположена на копире, связанном с коробкой основания оружия. Принципиальная расчетная схема представлена на рис. 3.10, где показаны три основных положения затвора: в начале открывания, в конце работы ускори-
90