轉(zhuǎn)管炮降低機(jī)心組導(dǎo)軌摩擦力研究*

徐健，李強(qiáng)，楊臻

（中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，太原030051）

轉(zhuǎn)管炮降低機(jī)心組導(dǎo)軌摩擦力研究*

徐健，李強(qiáng)，楊臻

（中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，太原030051）

為了使轉(zhuǎn)管炮機(jī)心組消耗的驅(qū)動(dòng)功率最小，對(duì)機(jī)心組速度、主滾輪相對(duì)機(jī)體位置、機(jī)心體左右導(dǎo)軌及傾角關(guān)系等對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的影響進(jìn)行研究。表明最好選用機(jī)心組凸輪加速度最小，主滾輪相對(duì)機(jī)體質(zhì)心位置等于零，最好用無(wú)橫向位移以及有夾角的關(guān)系最好。優(yōu)化結(jié)果表明：9 000 rpm的射速，驅(qū)動(dòng)功率由機(jī)心組加速度變化引起140 kw下降到31 kw，降到不足于原設(shè)計(jì)曲線的22%；射速為3 300 rpm的主滾輪壓力峰值參數(shù)化峰值1 086.5 N，升高到10 000 rpm的峰值9 779.3N。無(wú)橫向以及有夾角降低壓力有橫向以及無(wú)夾角90.9%。

兵器科學(xué)技術(shù)，轉(zhuǎn)管炮，導(dǎo)軌，摩擦力，驅(qū)動(dòng)力

0　引言

為了使得轉(zhuǎn)管炮機(jī)心組所消耗最小的驅(qū)動(dòng)功率，對(duì)機(jī)心組速度，主滾輪相對(duì)機(jī)體位置，機(jī)心體左右導(dǎo)軌及傾角關(guān)系研究。得出了一些結(jié)論，可以供使用者參考。

1　機(jī)心組加速度

轉(zhuǎn)管炮最大加速度與過(guò)渡段的角度關(guān)系可以表示為［1-2］，如果能有效削弱加速度值，則通過(guò)改變凸輪曲線槽可以顯著減小驅(qū)動(dòng)功率（在速度變化不很明顯的情況下）。

而式中：θA，θB，θC——其中θA，θC為兩段擺線所占據(jù)的角度，為了降低加速度，措施就是增大過(guò)渡曲線段所θB為連接兩段擺線的拋物線所占據(jù)的角度；m——斜直線段斜率；

表1　凸輪曲線對(duì)比

表2為不同射速下兩種情況的對(duì)比［3-4］，可見(jiàn)射速越高，越能體現(xiàn)新凸輪曲線在節(jié)省驅(qū)動(dòng)功率方面的優(yōu)勢(shì)。

表2　機(jī)心組驅(qū)動(dòng)功率對(duì)應(yīng)不同射速

從中可以看出，5 000 rpm的百分點(diǎn)，降低到原設(shè)計(jì)曲線的不足25%；9 000 rpm的射速，功率由140 kw下降到31 kw，降到不足于原設(shè)計(jì)曲線的22%。

2　主滾輪相對(duì)機(jī)體位置（x0，y0）

如圖1所示，h=30mm；b=80mm；c=60mm；x0，y0為主滾輪位置距離機(jī)心組質(zhì)心的位置。

圖1　機(jī)心組上主動(dòng)力

將所有的力對(duì)其列出縱向運(yùn)動(dòng)微分方程：

要看（x0，y0）對(duì)N峰值的影響，可以做式（3）如圖所示。由凸輪曲線以及壓力角隨回轉(zhuǎn)角的變化如圖2所示［5-7］。

圖2　凸輪行程及壓力角曲線

滾輪公轉(zhuǎn)半徑r2=158 mm，機(jī)心組公轉(zhuǎn)半徑r1=118mm，機(jī)心m=1.15 kg。h=30mm；b=80mm；c=60mm。滾輪外徑R=12.5mm，內(nèi)孔半徑Rn=4mm。

根據(jù)數(shù)據(jù)，x0的變化范圍（單位：mm）是（-21 21），y0的變化范圍是（-31 31）。以10管轉(zhuǎn)管炮為例，通過(guò)改變回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速，得到了射速為3 300 rpm，10 000 rpm時(shí)的主滾輪壓力峰值隨著主滾輪位置（x0，y0）的變化規(guī)律如下所示，比如從3 300 rpm的峰值1 086.5N，升高到10 000 rpm的峰值9 779.3N。射速增大3倍，主滾輪和曲線槽接觸壓力峰值基本增大9倍，數(shù)據(jù)如表3。

表3　主滾輪布局與射速之間的關(guān)系

3　機(jī)心體左右導(dǎo)軌及傾角關(guān)系研究

機(jī)心組列出軸向運(yùn)動(dòng)牛頓第二定律方程：

式中：其中元素可參考式（3）。

圖3　有導(dǎo)軌高度差的機(jī)心組布局與受力圖

3.1仿真計(jì)算

3.1.1雙邊旋轉(zhuǎn)角α

雙邊的旋轉(zhuǎn)角按照旋轉(zhuǎn)角的范圍，取值［0°20°］。按照上面的取值范圍，取得雙邊旋轉(zhuǎn)角的范圍，得到如下的結(jié)果：

圖4　雙邊旋轉(zhuǎn)角α?［0°20°］

3.1.2雙邊高度差H

雙邊的高度差按照高度差的范圍，取值［0，20］。按照上面的取值范圍，取得雙邊高度差的范圍，得到如下的結(jié)果：

圖5　雙邊高度差F?［0 20］

3.1.3兩種情況下對(duì)比

兩種情況下對(duì)比，針對(duì)20高度差25°角度差，還有0高度差0°角度差，進(jìn)行計(jì)算得到了如下結(jié)果。

3.2仿真結(jié)果

仿真結(jié)果如表4所示。

計(jì)算結(jié)果討論：

還是具有無(wú)橫向以及有夾角的關(guān)系最好。降低壓力比第一種情況有橫向以及無(wú)夾角90.9%。所以在實(shí)踐中，大部分還是有交角的情況，為了維護(hù)機(jī)心組的同軸心，一些機(jī)槍、炮上才有了有夾角的方向。有無(wú)橫向的位置，看具體的打算，有的有位置，可以具體打算，但是不一定會(huì)帶來(lái)壓力的劇增；有的無(wú)位置，則可以不打算。

圖6　20高度差25°角度差視圖

圖7　0高度差0°角度差的視圖

表4　橫向以及夾角

4　結(jié)論

①利用機(jī)心組加速度最小的凸輪曲線，會(huì)導(dǎo)致最小的機(jī)心組加速度，機(jī)心組驅(qū)動(dòng)功率會(huì)小。

②主滑輪位置為機(jī)心組體系的質(zhì)心之上最好。

③機(jī)心組最好用無(wú)橫向位移以及有夾角的關(guān)系最好。

［1］劉紹奎，張清，薄玉成.轉(zhuǎn)管機(jī)槍凸輪曲線設(shè)計(jì)［J］.華北工學(xué)院學(xué)報(bào)，1999（3）：36-39.

［2］戴成勛，靳天佑，朵英賢.自動(dòng)武器設(shè)計(jì)新編［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990.

［3］徐健，薄玉成，常學(xué)芳.超高射速轉(zhuǎn)管炮凸輪曲線槽分析與改進(jìn)［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2007，29（4）：43-46.

［4］徐健，薄玉成，常學(xué)芳.超高射速轉(zhuǎn)管炮新型低功耗凸輪曲線設(shè)計(jì)［J］.彈道學(xué)報(bào)，2009，21（2）：70-73.

［5］徐健，薄玉成，李強(qiáng)，等.轉(zhuǎn)管炮主滾輪在機(jī)體上位置布局研究［J］.兵工學(xué)報(bào)，2010，32（8）：1036-1040.

［6］尤國(guó)釗.自動(dòng)武器設(shè)計(jì)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1992：224-225.

［7］QIU H，LIN C J，LIZY，etal.A universaloptimal approach to cam curve design and its application［J］.Mechanism and machine theory，2005，40：669-692.

Reducing BoltsRail Friction for Gatling Gun

XU Jian，LIQiang，YANG Zhen

（Electromechanical Engineering School，North University of China，Taiyuan 030051，China）

In order to reduce the minimal driving power，to reduce the bolts velocity，the main roller relative to whole body，and the right-and-left rail and obliquity is researched.And the result indicates themaximal acceleration of cam，themain roller relative to whole body is zero.It is well in non-altitude difference with bilateral angle.The optimization results shows that in the case of 9 000 rpm its driving power is 140 kw bellows to 31 kw and it is 22%of its intrinsic；its show in the case of 3 300 rpm 1 086.5 N to 10 000 rpm 9 779.3 N.And it shows in the no-transverse and yesinclination 90.9%that yes-transverse and no-inclination.

weapon，gatlinggun，guide rail，friction force，driving force

TJ301；TJ391

A

1002-0640（2016）09-0050-03

2015-06-13

2015-08-15

國(guó)家自然科學(xué)基金（51175481）；中北大學(xué)基金資助項(xiàng)目（200401）

徐?。?979-），男，湖北英山人，博士。研究方向：高射速轉(zhuǎn)管武器。