离心保险机构课设

1、沈阳理工大学课程设计说明书摘 要离心销保险机构是靠离心力解除保险的机械保险机构，主要用于旋转弹。本文重点介绍成对配置的离心销保险机构，分析离心保险机构的工作原理以及应用特点，通过计算离心销开始运动时间和炮口保险距离，并进行MATLAB仿真来验证分析离心销保险机构在平时安全性和解除保险可靠性。关键字：离心力；离心保险机构；离心保险机构解除保险可靠性I目 录1 前 言11.1 引信简介11.2 引信的分类11.3 未来发展22 离心保险机构的设计及应用32.1 离心保险机构结构设计3 2.2 离心销设计42.3 离心保险机构应用43 分析计算并判定保险机构设计的合理性53.1 设计参数53.2 离

2、心销启动判别53.3 离心销膛内运动的微分方程53.4 离心销在膛内开始启动的判别73.4 离心销在后效期内开始启动的判别83.5 后效期离心销运动的距离x与时间t方程建立94 校核平时安全性125 离心销解除保险可靠性验算13总 结14致 谢15参考文献16附 录17II1 前 言1.1 引信简介引信包括有发火控制系统、安全系统、传爆序列和能源装置4个基本部分。引信按作用原理分为：触发引信、非触发引信和时间引信3种类型。按配用的弹药分为：炮弹、迫击炮弹、火箭弹、导弹、手榴弹、航空炸弹、深水炸弹、地雷、水雷、鱼雷等引信。按配置在弹药的部位分为：弹头、弹底（或弹尾）、弹身引信，以及弹头激发弹底引

3、爆引信等。按安全程度分为：隔离雷管型、不需隔爆型、隔离火帽型和没有隔离等引信。1.2 引信的分类（1）着发引信，碰着物体即起爆。大都由击针、火帽、雷管、传爆药和保险机构等组成。按作用原理，触发引信可分为机械触发引信、电触发引信、光触发引信、化学触发引信和组合式触发引信(如机电一体化触发引信)等。按敏感装置的功能，可以分为起爆式敏感装置触发引信和非起爆式敏感装置触发引信两大类。前者的目标敏感装置不仅提供控制发火的信息，而且提供发火的能量；后者的目标敏感装置只提供控制发火的信息，而发火的能量是由其他储能机构或装置提供的。按引信碰撞目标到引信起爆的时间间隔，可以分为瞬发、惯性和延期触发引信3类。（2

4、）时间引信，它是指弹药发射、投掷、布设后，按照装定的时间作用的引信，又称为定时引信。时间引信广泛配用于空炸、跳炸、穿透目标后爆炸和深 入目标（如防御工事等）内部爆炸等各种定时起爆的弹药。时间引信的延期时间是根据弹药的战术使命和使用要求设计的，短的只有几百毫秒或几秒，长达几天、几十天，甚至几个月。时间引信的分类方法很多，按计时装置的作用原理，可分为药盘（火药）时间引信、机械（钟表）时间引信、化学时间引信、电子时间引信、射流时间引信等几大类。各大类还可以细分，如机械和电子时间引信还可以按使用时是否可以重新装定，分为可装定时间引信和不可装定时间引信。按配用的弹种，可分为炮弹时间引信、迫击炮弹时间引信

5、、地雷时间引信、水雷时间引信、火箭弹时间引信、枪榴弹时间引信、手榴弹时间引信和小型榴弹时间引信等。除此之外，还有很多分类方法。（3）非接触式引信，当弹丸、导弹等飞行至接近目标一定距离时，利用物体对电波的反射或物体放出的红外线和音响等而起爆。按照保险类型分还可以分为：一、当引信处于保险状态时，传爆元件均不隔离开的，称为非保险型引信。二、将火帽与下一级传爆元件隔离开来的引信，称为半保险型引信。三、将雷管与下一级传爆元件隔离开来的引信，称为全保险型引信。引信安全系统必须有两个独立的保险件，其中每个保险件都必须能防止意外解除保险，而解除两个保险件的力必须从不同的环境获得，成为双环境激励全保险型引信。引

6、信,如同人类的大脑,是弹药系统中最核心的控制单元。如今，面向信息化战争军事需求，引信不断吸收当代高科技精华，提高“大脑”智商，发展“大脑”智力，丰富“大脑”智慧，优化“大脑”体系，时刻迎接新军事变革的挑战。安全性和可靠性是引信家族完成作战任务的根本保证，也是引信家族进化与发展的永恒主题。无数血的警示和教训以及众多生命的代价换来了超越引信安全系统失效概率“百万分之一”的设计目标，不断实现向“0”极限目标迈进；可靠性，则是一个向“1”挺进的艰难过程。保证高安全性和实现高可靠性始终是引信专家努力追求的最高设计目标和新境界。1.3 未来发展高技术武器装备的广泛应用，推动着战争模式由大面积地毯式打击向点

7、目标精确打击和高效毁伤方向迅疾发展。尤其近段时间来，世界武器系统已经从以武器平台为重点转向了以高效毁伤弹药为重点发展，信息化弹药成为武器系统中最为活跃的发展领域，微电子技术、微机电技术和毫米波、激光、红外光电等高新技术成就为引信家族发展提供了雄厚的技术基础。为对付地下欺骗性空穴或钢板等伪装层，各种灵巧引信纷纷问世，同时用于各种精确打击弹药、各种杀爆战斗部和子母战斗部的近炸引信及定高引信等纷纷亮相。为适应防空反导作战需要，提高防空反导弹药对目标的毁伤和拦截效果，引信家族推出了可编程无线电近炸引信和瞄准式定向起爆引信等。如“爱国者”PAC-3型导弹战斗部和俄罗斯C-300B战斗部均采用先进的定向战

8、斗部和瞄准式定向起爆引信。2 离心保险机构的设计及应用2.1 离心保险机构结构设计离心销保险机构应尽可能成对称配置。实践中，如果没有不同作用原理的冗余保险，极个别情况下，成对配置的离心销经冲击振动后，有一个离心销解除保险并且不能自动复位，甚至进而解除保险。离心销成组配置(三个，呈“人”形均布；甚至四个，呈“十”形布置)，可以防止反跳造成意外解除保险。离心销成组配置保险可靠度更高，但结果稍复杂些，并且理论上解除保险可靠度有所下降，一般只用来保险质量较大的惯性体。受空间限制难于成对，成组配置时，单个离心销保险机构也是允许的。但前提是依靠其他环境解除保险的另一独立保险件在冲击，振动中不运动。否则设计

9、中还要考虑离心销在跌落时尽量不解除保险。这种形式没有充分发挥离心保险机构的优点。离心销可以倾斜布置，以便利用后坐力量延长解除保险时间，适用于后坐力较大的炮弹引信。倾斜角一般取15度，太大对于头向下跌落安全不利，而太小则后坐力分量不够。离心销轴线应尽肯能与弹轴相交，否则用于解除保险的只是离心力的分量，并且另一分量还形成摩擦力阻碍解除保险。如果做不到，离心销轴线与过质心的弹轴垂线之间的夹角不应大于15度，否则应该用离心板保险机构。离心保险机构的不解除保险最大转速，可以按安全转速确定。不必因弹丸转速高，所以不解除保险最大转速可以提高到200r/s即12000r/min。离心保险机构的100%解除保险

10、最低转速不得高于炮口(主动段末)转速的3/4，同样，出于通用化的考虑，也不可定的太高。离心力经全弹道的飞行后，极端情况下可下降到最大值的1/3，对于解除保险后不动作，碰目标才运动的被保险零件，离心保险机构应考虑加闭锁机构。在离心销肯能受被保险零件横向作用时，应采取措施防止离心销变形，卡死。离心销解除保险行程(即离心销插入被保险零件的深度)一般约为2mm2.5mm，小引信可以小些。但不得小于1mm，否则保险不可靠。离心销的初始偏心度对离心力的大小影响较大，但一般不是先定偏心距后凑结构，而是先确定结构方案后计算。偏心距大体在3mm18mm之间。转速高，质量大偏心距可以小些，转速低，质量大偏心距应大

11、些，设计计算中如果不满意可以修改结构。从对驻室尺寸要求，稳定性等方面看，塔形弹簧，尤其是等螺角抛物线簧由于圆柱螺旋弹簧，但由于易于设计与加工，一般都用后者。成组配置的离心保险机构用卷簧可以减少几个零件，但抗力不好控制，也不常用。国外较新的引信上还出现了弹性片保险的离心销，可供我们参考。2.2 离心销设计离心销设计要点包括以下内容:现有引信中成功的离心保险机构很多，最好直接借用。离心销的长径比最好取为23，避免自锁。如果没有特殊要求，离心销结构越简单越好。离心销与被保险零件接触的一端应设计一个倒角或圆角，以便在勤务处理的振动中复位。圆角，倒角太大，或设计成半球头，有可能被保险件压迫离心销后退解除

12、保险。离心销与弹簧接触的一端最好加一个台阶，避免跌落时把弹簧压死，损坏弹簧，弹簧内径与台阶过盈配合时，可以先装成部件，有利于防止弹簧漏装。离心销与销孔配合一般取H12/c11，其他公差，一般直径取IT12，长度取IT13。精度不一定取太高，但所有棱角都倒角，去毛刺。表面粗糙度:配合表面，离心销Ra取1.6;销空视材料而定，钢Ra取3.2，铜，铝Ra取1.6。其他表面，柱面Ra取3.2;端面Ra取6.3。技术条件中应注明离心销与销空的的配合表面不允许有环状划痕。2.3 离心保险机构应用离心保险机构是靠离心力解除保险的机械保险机构，主要用于旋转弹。离心保险机构通常分为离心销保险机构，离心板保险机构

13、，环状簧保险机构，软带保险机构（一般用作延期解除保险机构）等。离心销保险机构适宜保险中心线与弹轴重合或接近的零件。该机构有复位功能，可以无损检测。用圆柱弹簧时，径向尺寸较大，适用于中，大口径弹引信，用雏形，鼓形弹簧和片状弹簧，尺寸课稍减，用卷簧时尺寸最小，可用于小口径弹引信。离心板保险机构可以保险远离弹轴的零件，也有复位功能，便于无损检测。环状簧离心板保险机构适用于离心力很大的弹种。如用于小口径弹的球转子保险机构。3 分析计算并判定保险机构设计的合理性3.1 设计参数离心保险机构（击针上钻有离心销驻室）用于100加农炮榴弹上，弹丸质量M=15.6 ，火炮缠度，虚拟系数，安全滚落高度H=10 m

14、；离心销偏心距，离心销个数，离心销质量；解除保险行程，离心销簧最大抗力下限FR1=1.404N，弹簧预压量，全压缩量，弹簧质量；击针质量，击针转动惯量；离心销与击针间摩擦系数，离心销与驻室壁间摩擦系数；内弹道曲线如下表。t(ms)1.42.463.43.84.715.435.867.137.878.849.7710.4911.0811.71p(kg/cm2)39596511712644313333423272266722521791147012181058921v(m/s)8.04080100240337400.1560.1609.2720.2790.6831859.4885.63.2 离心销

15、启动判别 离心销固定瞬发击针时，不仅要求平时安全和发射时离心销能可靠解除保险，而且还要求在发射过程中也是安全的。为此，同其他保险机构一样，还要计算离心销启动时间和解除保险时间。离心销适时解除保险，既反映机构在膛内和炮口的安全性，也反映了机构解除保险的可靠性。3.3 离心销膛内运动的微分方程 发射时，由于离心力的作用，离心销克服离心销簧抗力向外做径向平移运动。在膛内，由于存在后坐力，切线力，和哥式力，离心销和驻室壁之间还产生摩擦力，也阻止离心销向外运动；与此同时，瞬发击针在后坐力作用下，也压向离心销，增大阻止离心销运动的摩擦阻力。于是，离心销运动的微分方程为： (3.1)式中 离心销系统的换算质

16、量(kg) 离心销系统的离心力(N) 离心销簧的抗力(N) 离心销与击针之间的摩擦阻力(N) 离心销与驻室壁之间的摩擦阻力(N)图3.1 离心销受力图其中，离心销系统的换算质量为： (3.2)式中 离心销质量(kg) 离心销簧质量(kg)其它诸力的表达式，分别为： (3.3) (3.4) (3.5) (3.6)其中， 与 为相应零件之间的摩擦系数，为击针后坐力在一个离心销上的分力， 为单个离心销的后坐力， 为离心销切线力，为离心销哥式力，他们的表达式依次为： (3.7) (3.8) (3.9) (3.10)式中，击针质量(kg) n 离心销个数J 击针转动惯量()由以上公式可得下式： (3.1

17、1)3.4 离心销在膛内开始启动的判别若离心销在膛内开始启动，开始运动的条件为：当时，x = 0, ，且由于 (3.12) (3.13) (3.14) 将以上条件式带入3-11得： (3.15) 采用逐渐逼近法求，第一次计算时，先不考虑离心销簧预压抗力的影响，计算结果如下： (3.16) (3.17) (3.18)由上式可知不需要再次逼近就可得出离心销启动时间，说明离心销在炮口外才开始启动。因此建立离心销后效期运动方程进行分析。3.4 离心销在后效期内开始启动的判别离心销在后效期内，可以近似认为 ，并视为常数。此期间弹丸角加速度和虚拟系数均为零，则 。若离心销在后效期内开始启动，则其运动开始的

18、初始条件亦为：时，。将此初始条件代入式3-1，整理后得： (3.19)由上式算出值后，得出=755.154kg/又由后效期内可以计算出： (3.20) (3.21) (3.22) 根据后效期内的p-t曲线查出或者计算其对应的值，由于没有后效期图只能计算离心销在后效期内启动的时间。为了保证射击过程中的安全线，要求 ，即离心销应当在弹丸出炮口后开始运动。否则就要修改机构参数，使其满足要求。特别是固定瞬发击针的离心销，在膛内是不允许运动的。3.5 后效期离心销运动的距离x与时间t方程建立通过以上计算判断出离心销在后效期才开始运动，并由此建立新的离心销运动方程如下： (3.23)由于微分方程中并满足初

19、始条件： 时，于是对上式进行MATLAB编程计算。计算结果如下：图3.2 离心销运动距离x与时间t关系图3.3 离心销运动速度v与时间t关系 图3.4 离心销运动x-t局部放大图从x-t图形上读出解除保险时间根据： (3.25)当机构解除保险时，弹丸飞离炮口距离S近似为 (3.26)由以上计算结果表明此离心保险安全机构设计是合理的。4 校核平时安全性弹丸在斜坡上滚动过程中，若以表示离心销解除保险时所需的弹丸角速度，以表示在斜坡上滚动到达终点时的弹丸角速度，为了保证螺旋簧离心销保险机构的安全性，必须满足： (4.1)在离心销解脱被保险零件瞬间，其离心力必须大于或等于螺旋簧的解除保险抗力，即： (

20、4.2)而 (4.3) (4.4)上述式子整理得到： (4.5)则离心销处于解除保险的临界状态时，得： (4.6)而弹丸滚落到终点的角速度公式为： (4.7)由此勤务处理时中的滚落的安全判别式，其临界安全关系式为： (4.8)代人数据算得： (4.9)由此可知离心销保险机构满足安全性。5 离心销解除保险可靠性验算考虑到火炮磨损和低温条件下发射等因素的影响，有可能使弹丸转速降低10%左右，因此，为了保证弹丸出炮口后，离心销能可靠解除保险，要求弹丸出炮口时，离心销所受的离心力不仅要大于解除保险时弹簧的抗力，还必须有20%的裕度系数，于是离心销解除保险条件为： (5.1) 为离心销在解除保险位置时的

21、离心力 为离心销簧在解除保险位置时的抗力上限由于离心销通常在炮口附近解除保险，和的表达式分别为： (5.2) (5.3)将以上两式代入，整理后得到离心销炮口解除保险的弹丸速度为： (5.4)上式两边同时除以g,则离心销可靠解除保险的最大离心过载系数需满足： (5.5)代入数据求得： (5.6)由此可知弹丸在弹道上飞行时，离心销在弹丸碰目标以前始终处于解除保险状态。总 结通过前期的查找资料与计算验证了离心销在膛外才开始解保，因此建立了后效期运动方程，并经过MATLAB编程仿真出离心销膛外运动的x-t，v-t曲线，在x-t曲线上读出离心销解保时的时间t，算出炮口距离s，分析出此值满足设计要求。通过

22、计算并检验安全落高与解除保险可靠性验算得到此离心销保险机构设计是合理的。致 谢本课题在选题及研究过程中得到了王健老师的亲切关怀和悉心指导，她严肃的科学态度、严谨的治学精神、精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师始终给我们细心的指导和默默地支持，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时我要感谢王克强、崔艳明等同学对我的帮助，由于他们的热情帮助使得我在规定的时间内完成课题，对于同学们的帮助我身怀感激之情。再次感谢大家的热心帮助和指导。参考文献1 赖百坛.触发引信发展趋向探讨. 南京：现代引信.1963.62 王雨时.引信安全系统及安全性现状与发展. 南京：

23、探测与控制学报.2008.123 安晓红.引信设计与应用. 北京：国防工业出版社.2006.64 引信设计手册编写组.引信设计手册. 北京：国防工业出版社.2006.8附 录离心销运动的x-t与v-t MALAB仿真程序：function dx=myfun_1(t,x)dx=zeros(2,1)dx(1)=x(2)m1=0.51e-3;r0=0.8;k=1.404;lambda0=0.6;f2=0.15;M=2e-3;n=2;D=10;g=980;G=15.6;pg=921;fai=1.1;a=1.8445e+03;t0=5.2331e-05;wg=1.8548e+03;f1=0.15;dx(2)=(m1*(r0+x(1)*wg2-k*(lambda0+x(1)-f1*M/n*pi*D2*g/fai2/4/G*pg*exp(-a*(t0+t)-f2*sqrt(m1+M/n)2*pi*D2*g/4/fai2/G*pg*exp(-a*(t0+t)2+(2*m