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自行加榴炮平衡机设计毕业论文.doc

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自行加榴炮平衡机设计毕业论文.doc

中北大学2009届本科毕业设计说明书第1页共40页1绪论1.1选题背景随着科学技术的快速发展,现代战争对火炮,特别是对大口径自行火炮战技性能的要求越来越高,迫切需要大口径自行火炮在远程压制、精确打击和自身生存能力等方面较传统火炮有较大的提高。其中对大口径自行火炮具有更大的射程、实现自行火炮快速进入/撤出阵地,具备打了就跑的生存能力方面的要求尤为突出。1.为了实现大口径自行火炮的远射程,现代大口径自行火炮的身管长度明显加大,由此带来了火炮设计中诸多新的矛盾。现代大口径自行火炮身管的不断加长,以及耳轴位置不断向炮尾方向的后移,使火炮起落部分相对于耳轴产生的重力矩KM明显加大。这样就为实现火炮全射角范围内起落部分的不平衡力矩M尽可能小的目标带来了更大的难度,对平衡机的设计提出了更高的要求。2.为实现大口径自行火炮快速进入/撤出阵地,完成射击任务,打了就跑,以提高自身的生存能力,客观上要求大口径自行火炮的高低随动系统能快速、准确地完成高低调炮。为了实现随动系统快速、准确地进行高低调炮,一般情况下,可以单纯地采取增大随动系统功率来完成。但是考虑到大口径自行火炮电气系统有限的总功率,就必须首先考虑通过尽量减小不平衡力矩M载荷来保证随动系统快速、准确地完成高低调炮功能。仅从以上两点可以明显看出,大口径自行火炮平衡机性能的好与坏,已经在很大程度上影响到自行火炮总体性能的充分发挥。如何有效地完成大口径自行火炮平衡机设计、保证平衡机具有良好的平衡性能,己逐渐成为制约大口径自行火炮总体性能提高的一大难题。国内新155毫米自行加榴炮是我军在二十一世纪的主要作战武器系统,具有相当先进的战技性能。为了使其具备较高的性能指标,在武器系统的方案论证阶段就对平衡机的设计给予了极大的关注,进行了相应深入的研究,形成了多种方案。其中推式弹簧平衡机凭借其优良的平衡性能而成为众多方案中的一种。本文就是针对国内在研的新155毫米自行加榴炮推式弹簧平衡机进行设计。1.2研究内容155毫米自行加榴炮推式弹簧平衡机是利用弹簧作为储能元件,火炮起落部分中北大学2009届本科毕业设计说明书第2页共40页的俯仰运动和相对耳轴产生的重力矩KM传递给弹簧,以改变弹簧的长度,从而产生相应不同的平衡力矩KM,来实现其平衡功能。即推式弹簧平衡机是利用弹簧压缩产生的平衡力矩KM去平衡火炮起落部分的重量对耳轴产生的重力矩KM。本文的主要任务就是以155毫米自行加榴炮推式弹簧平衡机初始方案为研究对象,通过对推式弹簧平衡机进行深入的分析、合理地选择影响平衡机平衡性能的主要结构参数角度和进行优化设计,有效地减小不平衡力矩M,提高平衡机的平衡性能,在全射角范围内,使火炮起落部分相对耳轴产生的重力矩曲线与平衡机的平衡力矩曲线更大限度地拟合,保证高低随动系统快速、准确地完成高低调炮功能。本论文共由六章组成。第一章为概述,重点介绍了本论文的选题背景、研究的内容和采用的方法以及研究途径。对155毫米自行加榴炮推式弹簧平衡机进行设计。第二章为平衡机的设计概述,重点系统地论述了平衡机的平衡机理、目前现有的各类平衡机的典型结构、平衡机设计的基本思路和方法,并介绍了在工程实践中对平衡机结构类型的选用原则。第三章为推式弹簧平衡机设计概述,详细、系统地介绍了推式弹簧平衡机设计的方法、思路和具体的步骤。第四章为平衡机的理论计算,通过对155毫米自行加榴炮推式弹簧平衡机的工作原理和结构进行详细的分析和计算,建立起了符合客观实际的推式弹簧平衡机数学模型。第五章为平衡机具体机构设计。在推式弹簧平衡机数学模型的基础上,按照平衡机设计的思想,对弹簧、内外筒、螺杆进行设计和确定尺寸。第六章为平衡机零件强度的验算。在确定尺寸的基础上,对推式弹簧平衡机的零件进行强度校核。1.3采用的方法、途径推式弹簧平衡机结构参数优化是一个多参数的优化设计问题。本文将重点应用产品设计的思想,根据现有大口径自行火炮的总体设计方案和结构特点,认真分析推式弹簧平衡机原理和结构的特殊性,通过抓住影响推式弹簧平衡机平衡性能的主要矛盾,建立起符合实际的、科学的数学模型,以减小全射角范围内的不平衡力矩中北大学2009届本科毕业设计说明书第3页共40页M为目的,对推式弹簧平衡机进行合理的设计,得到结构参数匹配合理、符合自行炮总体要求的、平衡性能良好的推式弹簧平衡机结构参数匹配方案,使火炮起落部分相对于耳轴的重力矩KM曲线和平衡机平衡力矩曲线KM达到更大限度的拟合,改善和提高推式弹簧平衡机的平衡性能,有效地减小155毫米自行加榴炮推式弹簧平衡机全射角范围内的不平衡力矩M,缓解火炮高低随动系统为实现快速、准确调炮而不断增大功率要求的突出矛盾,提高火炮随动系统的高低调炮速度和性能,缩短该火炮进入/撤出阵地的时间,增大该火炮在战斗中的自身生存能力。中北大学2009届本科毕业设计说明书第4页共40页2火炮平衡机设计2.1平衡原理与平衡机结构随着现代火炮威力的日益提高,炮身增长,使得起落部分质心靠前。为了保证火炮射击稳定性,需要尽量降低火线高,增大后坐长同时为了避免大仰角射角时炮尾后坐碰地,通常将火炮后坐部分向前布置。为了提高发射速率,在起落部分后端设有供弹、输弹等机构,以利于装填弹药,也需将炮身向前布置。这样,起落部分质心就位于耳轴前方,不能实现自然平衡。当自然平衡时,进行高低瞄准时,手轮力或驱动电机力矩只需克服起落部分的摩擦力矩。当不能自然平衡时,进行高低瞄准时,手轮力或驱动电机力矩不仅要克服起落部分的摩擦力矩,还要克服起落部分的重力矩。在将炮身打高时,手轮力很大,甚至无法进行高低瞄准。在将炮身打低时,由于瞄准机的自锁性要求,使得高低瞄准不平稳,甚至产生冲击。为了平衡起落部分重力矩,火炮设计中通常有两种平衡方式l.配置平衡,又称自重平衡,自然平衡。在起落部分耳轴后端炮尾或摇架上附加适量的配重。配重可用灌铅或能调整质量的铅板。结构简单,易于实现完全平衡。载体车、船的颠簸、摇摆运动对这种平衡的影响小,高低机手轮力不致变化太大。广泛用在自行炮、坦克炮和舰炮上。缺点是使起落部分质量增加。2.外力平衡,又称平衡机平衡。用专门设计的平衡机所产生的拉力或推力来达到平衡的方法。与配重平衡相比,平衡机质量小,但结构较复杂,主要用于各种牵引式地面炮。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。图2.1为最简化的平衡机平衡原理简图。为了讨论的方便,进行了如下的假设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见图2.1

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