文档介绍：火炮设计理论
南京理工大学火炮教研室
§ 平衡机设计
1 平衡原理
现代火炮威力↑→炮身增长→起落部分质心靠前;
稳定性↑→火线高↓→后坐长↑→后坐碰地→后坐部分前置;
发射速率↑→自动供输弹机构→炮身前置;
→起落部分质心位于耳轴前方,不能实现自然平衡;
→高低瞄准时,不仅要克服惯性力矩,还要克服重力矩;
→打高时,手轮力很大,甚至无法进行高低瞄准;
→打低时,瞄准不平稳,甚至产生冲击。
两种平衡方式:
(1)配置平衡,又称自重平衡,自然平衡。
(2)外力平衡,又称平衡机平衡。
平衡原理是设计火炮的平衡装置所依据的假设和基本理论。
常规平衡装置设计所作假设:
(1)把起落部分视作一绕耳轴中心回转的刚性梁;
(2)起落部分的质心任何时候均处于通过耳轴中心并与炮膛或发射装置定向器轴线平行的直线上;
(3)起落部分的质心任何时候距耳轴中心的位置不变;
(4)起落部分质量不变。
根据以上假设,得平衡力矩间的关系:
起落部分重力矩:
平衡机平衡力矩:
§ 平衡机设计
|Mq- Mp|称为不平衡力矩。
不平衡力矩要限制在一定范围内。
根据不平衡力矩的情况有:
(1)完会平衡
(2)三点平衡
(3)两点平衡
§ 平衡机设计
2 平衡机结构
平衡机是一种平衡某些火炮起落部分的重力矩,使俯仰操作或动力传动轻便、平稳的装置。
平衡机的功能就是提供一个与重力矩大小大约相等、变化规律相似、方向相反的力矩,以减小高低机手轮力和动力传动扭矩,以保证操作高低机时,打高轻便,打低平稳。
平衡机一端铰接于上架或托架上,一端直接或通过挠性体与起落部分连接。根据总体要求,平衡机一般制成单件装于上架或托架一侧或两件对称装于两侧。
§ 平衡机设计
根据产生平衡机力的弹性元件不同,平衡机分为:
弹簧式平衡机; T
螺旋弹簧式平衡机;
圆柱螺旋弹簧式平衡机;
平面涡卷弹簧式平衡机。
扭杆弹簧式平衡机。
圆截面整体式扭杆弹簧;
多层叠板式扭杆弹簧。
气压式平衡机; T
气液式平衡机; T
弹簧液体式平衡机。
按对起落部分施力情况的不同,平衡机分为:
拉式平衡机; T
推式平衡机。 T
具有平衡机和高低机双重功能的装置称为高低平衡机。
有机械式和液体气压式两种。
还有变行程平衡机和考虑起落部分质心位置变化因素的万能平衡机。
§ 平衡机设计
3 平衡机设计
平衡机设计就是合理设计平衡机结构,使得不平衡力矩最小。
平衡力矩取决于三个因素,即平衡机力Fp、平衡机力作用距离lp和平衡机力作用方向α。平衡机设计也就是通过结构设计,确定Fp 、lp和α的变化规律。下面以弹簧平衡机设计为例,说明平衡机设计方法。
平衡机的弹性力一端作用在上架上的一点,相对耳轴来说,这个点是一个定点,另一端作用在摇架上的一点,这个点以耳轴为中心作圆弧运动。
为了便于对各式平衡机进行分析,先看看结构和位置参数相互间的关系。
§ 平衡机设计
脚注0表示仰角为0时的状态,j表示任意仰角时的状态,m表示最大仰角时的状态。
有以下几何关系:
§ 平衡机设计
在任意仰角,重力对耳轴的力矩为:
平衡机对耳轴的平衡力矩:
要实现完全平衡,就是对于任意仰角有Mq=Mp。由于随仰角变化的量只有lj、δj和γj,其余都是常量,而Mq是γj的余弦函数,如果在结构上能保证lj=δj及β0+γ0=90°,则Mp也可以转化为γj的余弦函数,这样就保证了Mq与Mp的函数形式一致,再适当选择弹簧的刚度系数就可以使Mq与Mp相等,即:
至此可知实现完全平衡需要的三个条件为:
lj=δj
推导这些关系时,要牵涉到平衡机的结构参量ra、rb、β0,而与ra、rb、β0 所构成的三角形ΔAOB的位置无关。在绕耳轴摆动的任何位置上,上述结论均可成立。这一特点对结构设计是有利的。显然对上拉式平衡机上述结论同样适用。
§ 平衡机设计
β0+γ0=90°
对于β0+γ0=90°这个条件可通过结构布置来实现。因γ0是一个确定角,故只要在结构上保证仰角为0°时OA与OB之间的夹角β0=90°-γ0即可。当OG水平时(γ0 =0°),只要保证OA⊥OB即可。
是通过弹簧设计来保证的。
对于拉式平衡机,lj与δj都随仰角减小而增大,两者变化趋势相同,而且两者增减的是同一个量,即:
因此,只要lm=δm就可以保证lj=δj,也就是说,在装配时必需保证在最大仰角时弹簧的初压缩量δm与最大仰角时A、B两点的距离lm相等。
对于弹簧推式平衡机,因为,随着仰角增大,lj增大,δj却减小,两者变化方向相反,排除了任何仰角下lj=δj的可能性。因此弹簧推式平衡机不可能实现完全平衡。
虽然我们不能在