节制杆式制退机设计计算课程设计.doc

课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号：学院（系）： 机电工程学院动力机械系 专 业： 武器系统与发射工程 题 目： 节制杆式制退机设计计算 年 月 日后坐正面问题计算以及结构设计1 自由后坐运动计算1.1 弹丸在膛内时期时（0ttg）根据已经给定参数,查找所要的参数如表所示：口径：d=23mm 最大射角： 弹丸质量：m=0.2kg 装药质量： 炮膛横截面积： 后座部分质量： 炮口制退器效率： 火药气体作用系数：后座长度： 某瞬时后坐部分的绝对速度和后坐位移分别为W和L,弹丸的速度和位移分别为v和l，则有： ,根据已给的初值计算得：序号t(ms)v(m/s)W(m/s)l(m)L(m)00000010.613.650.15170.00080.0000021.0131.41.46000.025390.000331.2227.12.52330.061160.000741.6291.83.24220.187040.002152.0499.45.54890.366810.004162.2538.95.98780.470770.005272.39572.16.35670.581970.006582.59599.56.66110.699240.007892.79621.56.91000.821450.0091102.99640.67.11780.947750.0105113.19663.67.37331.077500.0120123.59682.37.58111.345500.0150133.62684.07.60001.36600.0152 弹丸脱离炮口时膛内的平均压力为Pg=29.5MPa,一般取仅考虑弹丸旋转和摩擦两种次要功的计算系数,次要功系数为 1.2 有炮口制退器时火药气体后效期（tgttk）某瞬时后坐部分的速度和位移分别为W，L 时间常数= 0.0032s 后效期作用时间 =0.02012s 炮口制退器冲量特征量 火药气体后效时期数据计算如在后面的表中。 火药气体后效时期数据计算（自由后坐） 序号 时间(s) W(m/s) L (m)10.003627.60.01517777820.0037832267.6392769480.0164215330.0039464537.6766383370.01767153640.0041096797.7121775890.01892748950.0042729057.7459835720.02018910260.0044361327.7781408170.02145609670.0045993587.8087297350.02272821180.0047625847.8378268140.02400519590.004925817.8655048120.025286813100.0050890377.8918329380.026572837110.0052522637.9168770260.027863052120.0054154897.9406996990.029157255130.0055787167.9633605270.030455251140.0057419427.9849161730.031756855150.0059051688.0054205380.033061891160.0060683958.0249248930.034370191170.0062316218.043478010.035681597180.0063948478.061126280.036995957190.0065580748.0779138340.038313126200.00672138.093882650.039632968210.0068845268.1090726570.040955353220.0070477528.1235218390.042280156230.0072109798.1372663260.043607259240.0073742058.1503404860.044936551250.0075374318.1627770120.046267925260.0077006588.1746070010.047601278270.0078638848.1858600350.048936515280.008027118.1965642530.050273544290.0081903378.2067464190.051612277300.0083535638.2164319950.052952631310.0085167898.22564520.054294527320.0086800168.2344090720.055637889330.0088432428.2427455240.056982648340.0090064688.2506754040.058328733350.0091696948.2582185380.059676081360.0093329218.2653937890.06102463370.0094961478.2722190990.062374322380.0096593738.2787115350.0637251390.00982268.2848873310.065076911400.0099858268.290761930.066429706410.0101490528.2963500210.067783437420.0103122798.3016655780.069138057430.0104755058.3067218930.070493523440.0106387318.3115316070.071849794450.0108019588.316106750.073206832460.0109651848.3204587590.074564597470.011128418.3245985190.075923056480.0112916368.3285363810.077282173490.0114548638.332282190.078641918500.0116180898.3358453150.080002259510.0117813158.3392346640.081363167520.0119445428.3424587120.082724615530.0121077688.3455255210.084086576540.0122709948.3484427610.085449025550.0124342218.3512177250.086811939560.0125974478.3538573520.088175295570.0127606738.3563682440.08953907580.01292398.3587566770.090903246590.0130871268.3610286260.092267802600.0132503528.363189770.093632722 复进机工作参数确定复进机为弹簧式复进。2.1 液体弹簧式复进机初力的确定要保证在整个射角范围内保持后坐部分处于待发位置，并且即使后坐部分有微小位移是，能克服各种摩擦力，将后坐部分推回原位。因此复进机的初力由下式确定： =245N 式中：为一经验系数。当，时，查表与的关系有：，g取。2.2 压缩比Cm确定弹簧式复进机的压缩比Cm通常在2左右，故Cm取2.05。2.3 弹簧刚度K的确定： K=17153 后坐制动图参数计算 根据所选择的后坐制动图，需要计算制动图上各特征点的参数值，以确定后坐阻力曲线。该设计中选用固定火炮第二类后坐制动图，需要确定、。固定火炮第二类制动图 计算得 固定火炮第二类制动图4 制退后坐运动计算及运动参数曲线制退后坐运动用转换方程 4.1 弹丸在膛内运动时期（0ttg）计算结果列表: 膛内时期tvx0000.60.1303866713.56E-0611.41284490.0002634041.22.4597341490.0006498121.63.1387218050.0020153725.3961364870.0039618762.25.8068928520.0050836622.396.1468905590.0062821382.596.4186439880.0075399532.796.6325041730.0088458842.996.8029155580.0101900213.197.0187670340.0115647843.597.1401235870.0143837623.627.1521539320.0145982084.2 火药气体后效期（tgttk）这一时期后坐阻力为，积分初始条件为：t=tg=0.00362s v R=v R g=7.152m/s x R=x R g=0.0145m对后坐阻力积分得： 代入转换方程计算数据如表所示。 火药气体后效期 t v x0.003627.15220.01460.0048114296.936450.0216071430.0060028576.72070.0286142860.0071942866.504950.0356214290.0083857146.28920.0426285710.0095771436.073450.0496357140.0107685715.85770.0566428570.011965.641950.063650.0131514295.42620.0706571430.0143428575.210450.0776642860.0155342864.99470.0846714290.0167257144.778950.0916785710.0179171434.56320.0986857140.0191085714.347450.1056928570.02034.13170.11274.3 惯性后坐时期（tktt）此时期后坐阻力的变化规律为将制退方程改写成为： ，按初始条件：时， ，积分得： 当后座结束时，则后坐结束时刻为 ： 将惯性时期内的位移分为N段 取N=5，则dx=0.0074m 计算数据如表所示：惯性后座时期tvx0.0203323874.1172739510.1129242190.0222264273.6826017750.1203108560.0243762583.1892266890.1276974930.0269263562.6039926870.135084130.0302497071.8413008870.1424707660.0382729885.96E-080.149857403运动参数曲线 5 制退机主要结构尺寸确定和节制杆尺寸计算 设计选用典型的节制杆式制退机，制退机力5.1 节制杆式制退机结构设计1) 制退机工作长度制退机工作长度，式中：为最大后坐长度；为制退活塞长度，d=23mm,一般取；e为考虑装配误差及极限射击条件而保留的余量，一般取e=30mm。 计算得。2) 制退杆活塞的工作面积A0 制退机活塞工作面积A0应从制退机工作腔最大压力满足密封装置的可靠性要求和制退机液体温升满足火炮射击发数和射速的要求来确定。 计算得。 的选取应考虑制退机密封装置的可靠性。选用石棉织物填料，取，则A0=0.000285m2。按结构尺寸估算制退机的液量： 计算得 按自由后坐能量估算液量： 计算得，与上式估算液量值相差不大，选取合适。3) 制退筒内径及制退杆外径 由和得： 取经验系数=2计算得。 计算得。4) 制退杆内腔直径制退杆内腔直径根据制退杆拉伸强度和受内压的薄壁圆筒强度来确定。当制退机为杆后坐时，有： 式中：FI为制退杆的惯性力；Fz为制退杆密封装置的摩擦力；为制退杆材料的许用拉伸应力。 制退杆惯性力为： 式中：mg为制退杆与活塞的质量。 假设制退杆腔室为厚壁圆筒，则有： 所以 选取制退杆材料的许用应力时，安全系数取3。制退杆材料一般用40Cr，其s=570MPa，= s/3=190MPa复进节制器工作面积： 计算得。对于大多数火炮，有 所以。制退机力为： 计算得。 在进行受内压强度校核时，可能出现在或处，取其中最值，。 初步受内压的薄壁圆筒强度估算时取： 计算得。 受内压的薄壁圆筒强度校核：（取复进节制器沟槽最大深度为hm=2mm）带入计算得 ，故强度能满足要求，所以取 。5) 节制环直径节制环直径的择主要取决于制退杆与节制杆调速筒的装配关系。对于0，由于和是后坐行程的函数，在（对应后坐速度）时有最大值，计算得。 液压阻力方程： 计算数据结果如表3.9所示。 节制杆式制退机的液压阻力系数K1和K2值通常为：K1=（1.21.6），K2=（24）K1，取K1=1.5，K2=3K1=4.5。制退液选用斯切奥尔制退液，其密度为=1168.5kg/m3(150时)。2）计算流液孔面积 计算数据如表3.9所示，理论计算的变化规律如图3.9。曲线5.3 节制杆理论外形尺寸的计算流液孔面积确定后，由得：，制退机液压阻力、流液孔面积、节制杆直径的理论曲线如下图所示曲线由于节制杆长度与直径之比很大，必须校核其纵向稳定性。校合稳定性：计算压杆稳定性的欧拉公式为： 式中：为杆件纵向弯曲的临界载荷；为杆件长度，节制杆长度可取；E为材料的弹性摸量，对于钢E=2.06MPa；为节制杆最小截面的惯性矩；为与压杆两端约束情况有关的系数，对于节制杆制退机，通常将节制杆的约束视为一端固定，一端铰接， ，计算得。为保证压杆稳定性，校核时安全系数n不低于5。节制杆承受最大载荷为复进节制器的最大液压阻力 故节制杆的纵向稳定性满足要求。 液压阻力变化如下图所示：曲线6 节制杆理论外形的初调整节制杆理论外形对火炮实际射击条件的适应性差（在后坐开始和后坐结束点处容易出现“液力闭锁”现象），且加工工艺性差。6.1 起始段调整节制杆起始段的调整应使外形尽量简单。一般从节