马凯 说明书..

1、中北大学2010届毕业设计说明书1.绪论1.1航炮的简介航炮又称航空机关炮，口径在20毫米以上，是安装在飞机上的一种自动射击武器。当前航空自动武器的口径，除个别外，多为7.62-30mm。航空自动武器与地面及舰艇用自动武器的区别，在于其需满足作战飞机战术技术方面的特殊要求，别由此导致性能要求的不同于结构上的不同，而逐渐形成独立的炮种。1.2航炮的发展背景及历史现在飞机的航空武器系统包括航炮、火箭及导弹、炸弹、发射及投放装置以及火控系统等。50年代中期，航炮一直是空战的主要武器。此后空对空导弹一出现，曾有人认为未来战争中不再需要歼击机进行空中格斗，远程高空高速轰战机攻击敌方战略目标时，也不许歼击

2、机护航；即所谓的格斗过时论。一度各国不少歼击机纷纷取消航炮而只装备导弹，使得航炮的发展出现了低潮。中东及越南战争的经验证明，航炮仍不失为对空中及地面目标实施攻击的有效武器之一。人们开始着重考虑常规战争的需要，于是在发展空对空导弹的同时，航炮又重新得到了发展。导弹虽具有射程远、威力大以及不需精确瞄准等优点，而航炮则具有不受电子及红外干扰，可以持续射击、价格低并可多次使用等导弹所没有的优点。目前人们所比较一致的认识是导弹与航炮各有所长短，两者混装的方案将长期存在。在军用直升机行列中，武装直升机是一种名副其实的攻击性武器装备，因此也可称为攻击直升机。它的问世使军用直升机从战场后勤的二线走到战斗前沿，

3、由不具备攻击力的“和平鸽”成为在树梢高度搏击猎物的“雄鹰”。作为一种武器装备，武装直升机实质上是一种 超低空火力平台，其强大火力与特殊机动能力的有机结合，最适应现代战争“主动、纵深、 灵敏、协调”的作战原则，可有效地对各种地面目标和超低空目标实施精确打击，使之成为 继火炮、坦克、飞机和导弹之后又一种重要的常规武器，在现代战争中具有不可取代的地位与作用。60年代中期专用武装直升机的兴起，给航炮的发展开辟了新途径。在武装直升机空中格斗、支援地面作战以及对付轻甲目标甚至反坦克等作战任务中，用航炮设计获得较好的效果。由于武装直升机的战术使用不同于其他机种，对航炮的要求也不尽相同，如要求更低的后座力，而

4、不要求过高的射速等。2.缓冲器的总体设计思想与方案论证本课题研究的是航炮的缓冲装置设计，航空自动武器常用的缓冲装置，一般分弹性缓冲器、气体缓冲器和油压减冲筒几种，它们多用于吸收基本构件到位时的剩余能量。弹性缓冲器是武器工作时，通过弹性介质缓解武器对武器装架的作用，以减小后坐力和前冲力的装置。这种缓冲器用于缓冲作用在武器体部上的力和冲量，减小武器的后坐力。后坐力是航炮的重要技术指标之一，按航炮的传统定义为航炮设计是缓冲装置或炮架变性产生的弹力，因此，同一门航炮安装在不同刚度的炮架或缓冲装置上，其后坐力变化规律是不同的。后坐力的大小及其变化规律对飞机结构的载荷与响应，飞行姿态及射击精度等都有明显的

5、影响。此外缓冲装置能减小武器作用与炮架上的力，因而时炮架的变形减小，从而可提高武器的射击精度。但是，使用缓冲装置以后，由于武器体部周期性的振动，可能影响机构正常工作，如单带前后摆动影响进弹，机心运动受体部牵连速度影响后退不到位等。弹性缓冲器广泛地用于气推式，转膛式，转管式等航空自动武器上。由于弹性缓冲器能减小武器作用于武器装架上的力，因而时武器装架的变形减小，从而可以提高武器的射击精度。但是，使用弹性缓冲器后，武器体部产生周期性振动，可能影响机构的正常工作。弹性缓冲器的作用有：(1)缓冲作用在武器体部上的力和冲量，减小武器的后坐力;(2)弹丸出炮口前保证炮身沿炮膛轴线作后座运动，以减小射弹散布

6、；(3)使炮身与炮架成刚性连接，以避免在后坐或复进时炮身对炮架的直接作用。在设计时为了达到以上要求，成功地吸收基本构件到位时的剩余能量，本缓冲器的缓冲簧选用蝶形弹簧，蝶形弹簧的特点是：外形尺寸小，工作变形小，刚度大，承载能力大，轴向尺寸小，适用于空间有限，并有大量能量需要吸收的缓冲器。在缓冲器设计中，关键是缓冲簧的设计，其它机构在缓冲簧确定的基础上逐一确定。2.1缓冲器简介2.1.1普通弹性缓冲器普通弹性缓冲器如图1所示。这类缓冲器体部与炮架相固连，航炮体部则与缓冲器的耳环相固连。航炮后座时，两岸上的螺套推压前垫圈，由于后垫圈支撑在缓冲器体部上，所以弹簧被压缩。此时，作用在体部上的力及冲量，经

7、弹簧缓冲后传给炮架，其受力方向向后。当航炮后座能量耗尽时，即开始附近，复进过程中，力的传递情况与后坐时相同，只是后坐时弹簧力由大变小，复进时则相反。航炮复进到起始位置后，由于从缓冲簧获得动能，将越过起始位置继续前冲，连杆上的凸肩推压后垫圈，压缩缓冲簧，传给体部的力是向前的。当航炮前冲能量耗尽后，即开始返回到起始位置后，尚具有一定动能，航炮将重复上述运动，形成航炮在缓冲器上的振动，直到其动能耗尽为止。2.1.2带常阻阻振器的弹性缓冲器带常阻阻振器的弹性缓冲器如图2所示，在结构上比普通弹性缓冲器多一阻振器。阻震器依靠摩擦块与缓冲器体部的挤压而产生的摩擦力来衰减武器的运动，可使武器在缓冲器上的运动振

8、幅减小。武器运动时，阻振器簧、锥形套、切衬筒、摩擦块都随武器一起运动，于是摩擦块与不动的阻振器体部直接产生摩擦力。此摩擦力的方向与武器运动方向相反，在武器后退、复进、前冲、返回各阶段都器缓冲作用。如拧紧螺帽，阻振器簧力增大，锥形套对切衬筒的挤压力增大，使摩擦块紧贴阻振器体，摩擦力增大。反之，旋松螺帽，则摩擦力减小。此种缓冲器的缺点是结构比较复杂，在使用过程中必须保持良好的密封状态，以免油垢进入，而引起摩擦系数的变化。2.1.3带螺旋阻振器的弹性缓冲器此种缓冲器的机构原理如图3，其阻振器为一类似蜗杆的中控螺杆，螺杆的多头外螺纹与缓冲器体部后端的内螺纹相配合。航炮后坐与复进时，缓冲器的工作情况与普

9、通缓冲器没有区别。前冲时，连杆的耳环前端面推压螺杆，螺杆推压后垫圈，此时缓冲簧的另一端通过前垫圈支撑在缓冲器体部上，于是弹簧被压缩。螺杆在被推压过程中，同时做螺旋运动，其两端与螺纹上产生摩擦力。返回过程的工作情况与此相类似，只不过其方向是相反的。由此可见此种阻振器仅在前冲及返回过程中起作用。使用这种缓冲器的缺点是在武器振动循环中，只有半个周期起阻振作用。2.1.4高效吸能缓冲器高效弹性缓冲器的缓冲工作原理，依然是靠弹性系统何摩擦系统的吸能作用，缓解武器对装架的力何冲量作用，而减小后坐力和前冲力。此类缓冲器的特点是采用了效率低，耗能大的环形簧或钢丝弹簧垫作为后退缓冲件，并辅以效能大的摩擦装置何复

10、进缓冲簧。此种缓冲器的缺点是结构较复杂，维护比较困难，且对其中某些零件的材料性能要求较高。综上所介绍，结合设计所要求选取普通弹性缓冲器作为本设计所用的缓冲器。3.动力学计算缓冲器的方案确定后，就可以进行诸多方面的分析。首先要做的就是对该模型进行受力分析，由于缓冲器在其工作过程中受力比较复杂，因此可以在这个基础上做一些合理的假设。以简化计算，方便分析，具体假设如下：(1)为保证良好的射击精度，采取以下假设：(2)架座保持稳定，否则，架座的移动和跳动要吸收一部分后坐能量；(3)架座是刚体，即略去其变形吸收的能量；(4)略去缓冲簧因内耗损失的能量，认为弹簧力随位移呈线性变化，后坐时吸收的能量在复进时

11、全部放出；(5)为了便于计算，取射角等于零；(6)略去因动力偶而增大的滑板摩擦阻力，取滑板摩擦阻力Fr为一常量。根据以上假设，其系统可简化成以下模型：图2-1 航炮在缓冲器上运动1.航炮2缓冲器3炮架3.1内弹道计算 内弹道计算是整个火炮设计和反后坐装置设计过程的理论基础，它是对火炮的射击现象进行理论分析，并用一系列假设来简化复杂过程，从而建立数学方程式，将炮膛结构诸元和装药条件与射击结果联系起来。为了进行内弹道计算，我们必须将体现射击现象物理实质的方程组综合进行计算。但是由于射击现象的复杂性，以及我们目前认识的局限性，对膛内的各种现象认识也不完善，甚至有些现象还没有认识到。所以，在建立内弹道

12、方程组时，我们只能根据现有的认识水平来分析膛内的各种矛盾，并抓住其中的主要矛盾来建立方程组，对于一些次要的矛盾则忽略不计。因此，为了进行内弹道计算，必须提出以下假设。所选用的弹的参数如下：口径d(mm)30余容(dm3/kg)1弹丸重量q(kg)0.41装药量(kg)0.1225炮膛横截面积S(dm2)0.0729压力指数n0.82药室容积W0(dm3)0.1249燃速系数u16.21*10-5身管行程lg(dm)23火药力f(J/kg)950000启动压力p0(kpa)30000装药厚度 (m)0.00325火药热力系数0.2装药火药内径(m)0.00325次要功系数k1.003.1.1 内

13、弹道基本假设1) 火药燃烧遵循几何燃烧定律。2) 药粒均在平均压力下燃烧，且遵循燃烧速度定律。3) 内膛表面热散失用减小火药力或增加比热比的方法间接修正。4) 用系数来考虑其他的次要功。5) 弹带挤进膛线是瞬时完成，以一定的挤进压力标志弹丸的挤进条件。6) 火药燃气服从诺贝尔阿贝尔状态方程。7) 单位质量火药燃烧所放出的能量及生成的燃气的燃烧温度均为定值，在以后膨胀做功过程中，燃气组分变化不予计及，因此虽然燃气温度因膨胀而下降，但火药力、余容及比热比等均视为常数。8) 弹带挤入膛线后，密闭良好，不存在漏气现象。3.1.2 火药几何燃烧规律1) 装药的所有药粒具有均一的理化性质，以及完全相同的几

14、何形状和尺寸。2) 所有药粒表面都同时着火。3) 所有药粒具有相同的燃烧环境，因此燃烧面各个方向上燃烧速度相同。3.1.3 内弹道方程组1) 体现火药燃烧时气体生成规律的几何燃烧定律方程： 分裂前 (2.1) 分裂后 (2.2) 火药的形状特征量： 2) 体现火药燃烧时气体生成规律的速度燃烧定律的方程 3) 体现弹丸运动以及考虑各种次要功的弹丸运动方程4) 体现弹丸速度和行程关系的方程5) 体现膛内气体状态以能量转换过程的内弹道学基本方程式中：上述方程是在上述假设基础上建立起来的，组成了内弹道方程组，把以上方程通过数学变换可以得到以下方程组： 常量计算公式：初值计算公式： (2.24) (2.

15、25) (2.26)以上微分方程和代数方程组成了内弹道的数学模型，是本次编写内弹道计算程序的依据。内弹道编程后得到如下图3.2后效期计算3.2.1确定火药气体作用系数=A为经验系数取1250-1275 取为1520v为初速即为810故可得=1.54323.2.2确定出炮口时炮膛合力FF=APA为炮膛横截面积0.0729dmP为膛底压力由程序可得为44.194MP求得F=32217.426N3.2.3确定时间常数bb=w为装药量0.1225kg由前面数据可得b=0.0032133.2.4确定后效期时间=2.303lg 求得=0.039s3.2.5确定后效期炮膛合力FF=F在后效期内取18组时间可

16、得后效期的炮膛合力由此数据加上内弹道程序计算出的数据可得炮弹运动过程中的Pt数据tt=0 0.14 0.28 0.42 0.56 0.70 0.84 0.98 1.12 1.26 1.40 1.54 1.68 1.82 1.96 2.10 2.24 2.38 2.56 2.66 2.80 2.93 3.07 3.21 3.35 3.49 3.63 3.77 3.91 4.19 5.19 6.19 8.19 10.19 14.19 18.19 19.19 21.19 24.19 27.19 29.19 31.19 34.19 37.19 39.19 42.19 43.19 74pp=29.992

17、 57.998 102.33 162.42 227.19 277.25 299.2 295.12 276.02 251.39 226.58 203.88 183.99 166.86 152.17 139.56 128.7 119.3 110.14 99.861 90.998 83.314 76.613 70.737 65.556 60.964 56.874 53.216 49.928 44.194 32.374 23.715 12.726 6.829 1.966 0.566 0.415 0.223 0.087 0.034 0.018 0.01 0.004 0.002 0 0 0 0; 3.3

18、简化模型的受力分析与运动分析在简化模型的基础上把缓冲器单独取出进行受力分析，由航炮射击的过程和缓冲器的结构可知，模型受力：炮膛合力、碟簧预压力、航炮自身重力和运动时所受摩擦力。根据受力分析，把运动分为四个运动阶段：后坐、复进、前冲、返回。由实践经验得知，缓冲装置的工作性能会影响武器的射击精度、自动机工作可靠性和操作武器的方便性。对炮身缓冲装置的基本要求是：合理选择炮身最大后坐行程（），最大后坐力（FR）以及炮身运动周期（）三个参数，以使炮身后坐行程不致过长，最大后坐阻力较小，以及炮身运动周期与自动循环周期合理配合，从而获得较稳定的工作条件，以提高射击精度。3.3.1炮身缓冲运动微分方程的建立和

19、求解炮身后坐运动微分方程 式中：炮身质量； 炮身运动加速度； 后坐力； 后坐阻力。炮身运动一个循环的四个阶段中，有缓冲簧力与摩擦力方向的变化，将其带入上式可得不同阶段的运动微分方程：后坐阶段 复进阶段 前冲阶段 返回阶段 架座受力可用下式表示图2-2 四个阶段后坐力的变化规律图2-3 四个阶段中炮架的受力状态式中：缓冲簧的预压力； 缓冲簧的刚度； 炮身位移； 炮身在定向滑板座上运动时的摩擦阻力，N。原方程变为后坐阶段：设 原方程变为复进阶段：设 原方程变为前冲阶段：设 原方程变为返回阶段：设 原方程变为表1缓冲簧力和摩擦阻力的符号名称后坐复进前冲返回F-+Fr-+-得到动力学微分方程组如下：采

20、用龙格-库塔法通过编制程序求解微分方程即可求出后坐阻力、后坐位移及后坐速度随时间变化的规律，从而求出满足设计要求的缓冲装置的参数，利用此参数进行具体的结构设计。 在内弹道时期与后效期，由于炮膛合力的影响，后坐力近似等于炮膛合力。由于内弹道时期的结束，剩下的后坐阶段部分和复进、前冲、返回由于没有炮膛合力的影响，后坐力取为零。缓冲簧预压力的下限，应能使炮身在停射时保持在射前位置。由于炮身在最大射角时所需保持炮身在原始位置的弹簧力最大，因此，一般取：考虑到射频要求，需要缩短振动周期，需增大缓冲簧预压力，一般取经验数据：根据MATLAB程序计算确定碟簧刚度的初值，再用MATLAB程序调试初碟簧的刚度的

21、确定值。碟簧的载荷与变形的关系曲线，随着内侧高度与钢板厚度的比值的数值不同，形式也是不一样的。在实际设计中，一般限制比值在1.3以下，以免示性曲线上出现较平的部分，并且为了避免在过载时，弹簧完全被压扁，单片弹簧的最大变形量应取0.8h以下的数值。在上面所规定的条件下，蝶形弹簧的示性曲线可近似地取为直线。因此后坐时蝶形弹簧的变形力可近似以计算。由于碟簧缓冲原理是把大部分机械能通过碟簧内部摩擦转换成热能，因此当复进的时候蝶形弹簧的刚度往小了取。3.4利用MATLAB程序计算对应的参量：程序中的参量 名称M 后坐体质量d 火炮口径f1 摩擦块上的摩擦系数f2 炮身在定向滑板座上的摩擦系数g 重力系数

22、K 缓冲簧刚度F_1 缓冲簧所受预压力X 后坐位移3.5 运动方程求解通过MATLAB编程，用龙格-库塔求解四个阶段的运动微分方程，求出的后坐位移与时间的曲线。由绘制出的后坐力和后坐位移随时间变化的规律曲线，对不同的弹簧刚度及预压力进行调试，使其符合整个缓冲器的设计要求，最后求得弹簧的刚度为5500N/mm，弹簧的预压力为32000N. 4.缓冲簧的设计4.1确定缓冲簧的类别 单管30mm火炮所用缓冲器采用蝶形簧进行缓冲，蝶形弹簧吸收和放出的能量与排列重迭的片数有关。一般来说，它能承受较大的冲击载荷。它的变形量较小，结构紧凑。另外，它还具有结构简单，制造容易和不易损坏等优点。蝶形弹簧主要有以下

23、特点：(1)在载荷作用方面上尺寸较小，且能在很小变形时承受很大载荷，适用于轴面空间要求紧凑的地方。与其它类型的弹簧比较，其单位体积材料的变形较小。具有较好的吸震能力，特别是在采用叠合弹簧时，由于摩擦阻尼作用吸收冲击和消散能量的作用更显著；(2)具有变刚度特性。改变碟片内锥高度h和碟片厚度s的比值，可以得到不同的弹簧特性曲线，（例如直线型、渐增型渐减型或者是它们的组合）。此外，还可以通过由不同厚度的碟片组合或由不同片数得到变刚度特性；(3)由于改变碟片数量或碟片的组合形式，可以得到不同的承载能力和特性曲线，因此，每一种尺寸的碟片，可以适应很广泛的使用范围，这就使配件的准备和管理比较容易；(4)在

24、承受很大载荷的组合弹簧中，每个碟片尺寸不大，有利于制造和热处理，当一些碟片损坏时，只需个别更换，因此有利于维护和修理；(5)正确设计、制造的蝶形弹簧，具有较长的使用寿命；蝶形弹簧常用于重型机械设备、飞机、大炮等机器或武器中作强力缓冲和减震弹簧。由于以上优点，所以航空自动武器用动负载荷蝶形弹簧组合方式采用复合组合方式。 根据设计所需选用蝶形弹簧作为缓冲簧。4.2已知数据最大后坐力 50000N最大后坐长 20mm火炮射速=840 发/min4.3碟簧初始参数该单管火炮的射速为810发/min，故其单发射击循环时间T为：T=60×1000÷810=74m 程序调试得参数为：缓冲

25、器预压力：缓冲器弹簧刚度： 4.4蝶形弹簧设计的初始计算蝶形弹簧（简称碟簧），是用薄钢板冲压制成的截圆锥形弹簧，其特点是外形尺寸小，工作时变形小，刚度大，承载能力大。在航空自动武器中常用普通蝶形簧作为缓冲减振簧。 蝶形弹簧应采用较高的静强度、疲劳强度和冲击韧性的料，材料的屈强比应尽量高（接近其强度极限），使弹簧有较大的储能能力，并且要求高屈服极限时有足够大的塑性变形性能，以便于冷加工成型。此外，从疲劳强度要求考虑，应具有较高的纯度表面光洁、没有氧化层和组织均匀等。选用材料 材料的泊松比 u=0.3 材料的弹性模量 E=206 ×103 Mpa；由弹簧的刚度根据机械设计手册选用蝶形簧系

26、列及组合形式：B系列碟簧复合组合D=90mm(蝶形弹簧外径) d=46mm(蝶形弹簧内径) t=3.5mm(厚度) =2.5mm(碟簧压平时变形量) =6mm(高度) f=1.88mm(变形量)【1】确定系数由所选尺寸可知 从而由表可查得 【2】单片碟簧载荷的计算对复合组合弹簧单个碟片所受载荷： 碟簧被压平时的载荷：【3】碟簧变形量计算由上列数据可得又 查手册可得此时=0.64则f=1.6mm【4】叠合组数和结构尺寸满足总变形量可知所需叠合组数： 为了便于组装，取13个叠合组。则组合碟簧的结构尺寸：自由高度：载荷作用下的高度：载荷作用下的高度：【5】确定疲劳破坏的危险点和计算疲劳寿命碟簧压平时

27、的应力接近60SiMNA的屈服极限。变载荷计算: 由已知数据可得则可求出 图示疲劳破坏关键部位校检强度为 当时 当时 应力幅，在工作寿命应力幅范围内。经校检碟簧的设计能满足寿命要求。4.5碟簧成型后的处理及加工工艺(1) 碟簧成型后，必须进行热处理，即淬火、回火处理，淬火次数不得超过两次，碟簧淬火、回火后的硬度必须在42-52HRC范围内；(2) 经热处理后的碟簧，其单面脱层的深度，由于其厚度大于1.25，所以不得超过其厚度的3%，其最小值允许0.06mm。(3) 碟簧应全部进行强压处理。处理方法为：一次压平，持续时间不少于12h，或短时压平，压平次数不少于5次，压平力不小于2倍的。碟簧经强压

28、处理后，自由高度尺寸应稳定。(4)由于要受变载荷，内锥面应进行喷丸处理。(5)碟簧表面应进行防腐处理，由于要承受变载荷作用的碟簧应避免采用电镀的方法。(6)碟簧表面不允许有毛刺，裂纹，斑疤等缺陷。5缓冲器结构设计5.1火炮结构及总体设计要求单管30mm弹簧缓冲器在结构上可分为七个部分，分别为耳环、连杆、后垫圈、缓冲簧、前垫圈、缓冲器体部、螺帽和螺套。其中，缓冲器的体部与炮架前固定点相连，火炮体部则与缓冲器的耳环相固连。航炮体部则与缓冲器的耳环相固连。航炮后坐时连杆上的螺套推压前垫圈，由于后垫圈支撑在缓冲器体部上，所以弹簧被压缩。此时作用在体部上的力及冲量经弹簧缓冲传给炮架，其后座力方向向后。当

29、航炮后座能量耗尽时，即开始复进，复进过程中力的传递情况与后坐时相同，其后座弹簧力由大到小，复进时则相反，航炮复进到起始位置后，由于从缓冲簧获得动能，将越过起始位置继续前冲，连杆上的凸肩推压后垫圈，压缩缓冲簧，传给体部的力是向前的。当航炮前冲能量耗尽后，即开始返回到起始位置后，尚具有一定动能，航炮将重复上述运动，形成航炮在缓冲器上的振动，直到其动能耗尽为止。原图如设计弹簧缓冲器时应注意以下几项要求：(1)武器的总位移等于最大后坐长与最大前冲长之和，总位移太大，会使武器在炮架上安装时很困难，而总位移太小容易发生构件相撞的问题，使缓冲工作的可靠度降低。(2)武器最大后坐长X越大，在其它条件不变时，后

30、坐力较小，但X过大会影响供弹机构的正常工作，通常X应控制在50mm范围内。 (3)射击一发炮弹，武器振动从开始到消失的时间为全阻振时间T，它应小于武器一个工作循环的时间，否则，在射击第二发时，会因叠加而使振幅增大，引起后坐力增大，缓冲器也会因过载而损坏。5.2缓冲器连杆设计弹簧-摩擦缓冲器中连杆与碟簧连接，。由前面设计知，弹簧的直径d=46mm，但是在蝶形弹簧装配时，蝶形弹簧的内径与连杆之间应保持2.5mm的距离，故与弹簧配合的连杆的直径应为Ø41mm，其为缓冲器长度、前后垫圈厚度与螺套长度之和再加上外部凸肩与连杆上的耳环。连杆上凸肩部分的长度由缓冲器体侧壁厚度18mm与缓冲器最大前

31、冲长度所确定。在设计这个尺寸时，需要使凸肩长度略大于侧壁厚度与最大前冲之和，取为32mm，其直径取为Ø60mm，因为需要保留一定的过载能力，以确保工作的可靠性。缓冲器连杆上的耳环是与航炮体部相连后的中间部分，所以要保证其有足够的抗拉强度。因此在耳环上锁钻的孔径取为35mm，钻孔后的壁厚度为25mm，以保证缓冲器的可靠性。连杆上与螺套结合处应切出M41的外螺纹，为了使螺套与连杆旋合紧密，要求杆上的螺纹长度达只等于螺套长度与前垫圈之和。5.3缓冲器螺套设计由以上缓冲器连杆设计结果知，螺套内螺纹也应为M41，由于同螺套配合的螺套与缓冲器体部通过螺纹旋合，加厚了体部的厚度，所以，螺套与螺帽配

32、合处直径应与缓冲期凸肩部分直径相连后的相同，取为Ø60mm，螺套的肩部取为Ø75mm，肩宽取10mm，足可以同时保证强度和伸出段不应太长的要求螺套在缓冲器上很容易磨损，所以表面要进行氧化处理，而且其技术性能也要求为4.8级，材料选为A3钢。5.5缓冲器体部设计缓冲器体部是缓冲器的主要部分之一，他的内径是弹簧的外径加上一定的间隙余量而定，取其为，在其内径与螺帽结合处，应车出与螺帽旋合的内螺纹。为保证螺帽旋合连接的紧密型，取其螺纹长度为45mm，基本上等于螺帽螺纹长度与前垫圈厚度的一半之和。缓冲器体部内腔长度应大致等于后垫圈厚度与弹簧长度及内螺纹长度之和，所以体部长度应限制在4

33、00以内。缓冲器体部的外径则应根据体部内径与其壁厚来确定，取其壁厚为15mm，则其外径应为。与连杆凸肩配合处壁厚应较其他处稍大，取其为20mm，以保证体部的强度，并和螺套外壁与螺帽内壁的配合共同起到作用。缓冲器体部应与炮架的前固定点相固连，所以在设计其体部时，应设计与炮架结构的连接部分，由于缓冲器工作环境的要求连接机构还应具有足够的强度，以保证安装的稳定性及航炮工作的可靠性。缓冲器体部上的连接机构设计方案为在其外壁上加四个紧固拴耳，在铸造毛坯时与缓冲器体部为整体机构，每个紧固耳上打一直径为mm的孔，用来安装紧固螺栓。由于缓冲器体部内腔无重要配合，故只做粗加工即可。但连杆凸肩处，要求加工精度为。

34、选材为HT200，铸好的毛培铸件要进行时效处理，保证其加工质量。5.4缓冲器垫圈的设计缓冲器的垫圈有前、后共两个，分别置于缓冲弹簧的两端，其内径由连杆直径确定，取为Ø41,其外径由缓冲器体部内径确定，取为Ø96，其厚度取为4。对材料无特殊要求，取Q235便足以保证强度要求。5.6调整螺帽设计螺帽体部应与缓冲器体部很好的配合，因为螺帽上需加工M96外螺纹的缘故，所以为了保证螺帽与缓冲器体部结合处的加工精度，还应在螺帽上加工一退刀槽，以保证其与缓冲器体部的旋合的紧密性。调整螺帽的外径由体部外径确定，为Ø126mm。高度由体部内螺纹长度决定，由于螺帽本身相当于缓冲器体部

35、侧壁，本应于其右侧壁相同厚度，当考虑到螺帽与体部是螺纹连接，故其长度远大于另一侧壁厚，才能满足相应的强度，取其为52mm。调整螺帽在取材上并无特殊要求，选用A3钢为螺帽材料。与螺套配合的内表面，不仅要求保证加工精度，表面还要进行氧化处理。6结论 本设计针对武直30mm航炮的特点，设计了弹簧缓冲器来缓冲它在发射时的后坐力，在本设计中首先对弹簧缓冲器的结构和工作原理进行了分析，并根据所学的知识确定了缓冲器的总体方案，使用普通弹性缓冲器。在此基础上利用简化的力学模型，确定了它的结构参数，并进行结构设计，包括碟簧、螺帽、体部、螺套、连杆和垫圈等，该方案具有结构简单，动作可靠等优点。而理论分析也表明，所

36、设计的缓冲器，能大大的降低后坐阻力，减少了后坐长度，提高了射击时的稳定性和精确性，满足了本设计的要求。通过这次毕业设计，使我巩固了以前所学的知识，能灵活、综合地应用各门知识，在开阔了视野的同时，也拓展了思路。通过这一阶段的毕业设计，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。第 36 页 共 36 页附录 内弹道计算程序及运动学程序1内弹道计算程序G=0.41; %弹重 kgW0=0.1249; %药室容积 dm3l_g=23; %身管行程 dmP_0 =30000; %起动压力 kpaK=1.03; %运动阻力系数1fail=1.000; %次要功计算系数theta

37、=0.2; %火药热力系数A=0.0729; %枪(炮)膛横断面积A dm2%-f=950000; %火药力 alpha=1; %余容 delta=1.6; %火药重度%-ome=0.1225; %装药量 kgu1=6.21*10-5; %装药烧速系数 n1=0.82; %装药的压力指数n1lambda=0.2688; %装药形状特征量lambda_s=-0.2944; %装药分裂点形状特征量chi=0.6776; %装药形状特征量chi_s=1.2048; %装药分裂点形状特征量mu=-0.0142; %装药形状特征量1et1=3.25*10-3; %装药药厚01d1=3.25*10-3;

38、%装药火药内径d1Rol=0.001; %药型系数1%常数与初值计算-l_0=W0/A; %药室容积缩径长Delta=ome/W0;phi=K+ome/(3*G); %次要功系数 v_j=196*f*ome/(phi*theta*G);v_j=sqrt(v_j);BB = 98*(et1*A)2/( u1*u1*f*ome*phi*G );B=BB*(f*Delta)(2-2*n1); %装填参量Z_s=(et1+Rol)/et1; %分裂后碎粒全部燃烧的然去相对厚度p_0=P_0/(f*Delta);psi_0=(1/Delta - 1/delta)/(f/P_0 + alpha - 1/d

39、elta);Z_0=(sqrt(1+4*psi_0*lambda/chi) - 1)/(2*lambda);%前期诸元计算%解算子-C = zeros(1,12);C(1)=chi;C(2)=lambda;C(3)=lambda_s;C(4)=chi_s;C(5)=Z_s;C(6)=theta;C(7)=B;C(8)=n1;C(9)=Delta;C(10)=delta;C(11)=alpha;C(12)=mu;C;y0=Z_0;0;0;psi_0;options = odeset('outputfcn','odeplot');%调用函数tt,y = ode45(

40、ndd_fun,0:100,Z_0;0;0,options,C);l = y(:,2);l = l*l_0;fl = find(l>=l_g);fl = min(fl);tt,y = ode45(ndd_fun,0:0.005:fl,Z_0;0;0,options,C);Z = y(:,1);lx = y(:,2); vx = y(:,3); psi = (Z>=0&Z<1).*( chi*Z.*(1 + lambda*Z + mu*Z) ) +. (Z>=1&Z<Z_s).*( chi_s*Z.*(1 + lambda_s*Z) ) +. (Z&

41、gt;=Z_s).*1;l_psi = 1 - (Delta/delta)*(1-psi) - alpha*Delta*psi;px = ( psi - vx.*vx )./( lx + l_psi );p = px*f*Delta/1000;v = vx*v_j/10;l = lx*l_0;t = tt*l_0*1000/v_j;fl = find(l>=l_g);fl = min(fl)+1;p(fl:end)=;v(fl:end)=;l(fl:end)=;t(fl:end)=;pd=px*f*Delta/100/(1+ome/3/phi/G);pt=pd*(1+ome/2/phi/

42、G);aa=max(px);M=find(px=aa);Pm=tt(M)*l_0*1000/v_j lx(M)*l_0 vx(M)*v_j/10 px(M)*f*Delta/100 pt(M) pd(M) psi(M) Z(M);% ll=length(tt);ran=find(Z>=1);ran=min(ran);Zf=tt(ran)*l_0*1000/v_j lx(ran)*l_0 vx(ran)*v_j/10 px(ran)*f*Delta/100 pt(ran) pd(ran) psi(ran) Z(ran);jie=find(psi>=1);jie=min(jie);ps

43、ij=tt(jie)*l_0*1000/v_j lx(jie)*l_0 vx(jie)*v_j/10 px(jie)*f*Delta/100 pt(jie) pd(jie) psi(jie) Z(jie);pg=tt(end)*l_0*1000/v_j lx(end)*l_0 vx(end)*v_j/10 px(end)*f*Delta/100 pt(end) pd(end) psi(end) Z(end);Ry1=Zf;psij;pg;Pm;Ry2=tt*l_0*1000/v_j lx*l_0 vx*v_j/10 px*f*Delta/100 pt pd psi Z;subplot(2,2,

44、1);plot(t,p,'linewidth',2); %p_t曲线grid on;xlabel('fontsize8bft (ms)');ylabel('fontsize8bfp (MPa)');title('fontsize8bft-p曲线');subplot(2,2,2)plot(t,v,'linewidth',2); %v_t曲线grid on;xlabel('fontsize8bft (ms)');ylabel('fontsize8bfv (m/s)');title(

45、9;fontsize8bft-v曲线');subplot(2,2,3)plot(l,p,'linewidth',2); %p_l曲线grid on;xlabel('fontsize8bfl (dm)');ylabel('fontsize8bfp (MPa)');title('fontsize8bfl-p曲线');subplot(2,2,4)plot(l,v,'linewidth',2); %v_l曲线grid on;xlabel('fontsize8bfl (dm)');ylabel(

46、9;fontsize8bfv (m/s)');title('fontsize8bfl-v曲线');tspan = length(t)/30;tspan = 1:ceil(tspan):length(t);tspan(end) = length(t);fprintf(' t(ms) p(kg/cm2) v(m/s) l(dm) ');format short g;Result = t(tspan) p(tspan) v(tspan) l(tspan) psi(tspan) Z(tspan)format;%内弹道调用函数。function dy = ndd_

47、fun(t,y,C)chi=C(1);lambda=C(2);lambda_s=C(3);chi_s=C(4);Z_s=C(5);mu=C(12);theta=C(6);B=C(7);V=C(8);Delta=C(9);delta=C(10);alpha=C(11);Z = y(1); l = y(2); v = y(3);psi = (Z>=0&Z<1).*( chi*Z.*(1 + lambda*Z + mu*Z) ) +. (Z>=1&Z<Z_s).*( chi_s*Z.*(1 + lambda_s*Z) ) +. (Z>=Z_s)*1;l_

48、psi = 1 - (Delta/delta)*(1-psi) - alpha*Delta*psi;p = ( psi - v*v )/( l + l_psi );dy(1) = sqrt(theta/(2*B)*(pV)*(Z>=0&Z<=Z_s);dy(2) = v;dy(3) = theta*p/2;dy = dy(1);dy(2);dy(3);2运动学程序function xyyclc;format long;M=55; %d=30; %f=0.3; %g=10; %K=4500000;Ak=1/4*3.14*d2;F_1=35600; global tt pp;g

49、lobal fmg;tt=0 0.14 0.28 0.42 0.56 0.70 0.84 0.98 1.12 1.26 1.40 1.54 1.68 1.82 1.96 2.10 2.24 2.38 2.56 2.66 2.80 2.93 3.07 3.21 3.35 3.49 3.63 3.77 3.91 4.19 5.19 6.19 8.19 10.19 14.19 18.19 19.19 21.19 24.19 27.19 29.19 31.19 34.19 37.19 39.19 42.19 43.19 74;tsize=length(tt)pp=29.992 57.998 102.3

50、3 162.42 227.19 277.25 299.2 295.12 276.02 251.39 226.58 203.88 183.99 166.86 152.17 139.56 128.7 119.3 110.14 99.861 90.998 83.314 76.613 70.737 65.556 60.964 56.874 53.216 49.928 44.194 32.374 23.715 12.726 6.829 1.966 0.566 0.415 0.223 0.087 0.034 0.018 0.01 0.004 0.002 0 0 0 0;psize=length(pp)tt

51、=tt'.*1e-3;pp=pp'c=zeros(1,5);c(1)=M;c(2)=Ak;c(3)=K;c(4)=F_1;c(5)=f;%options=odeset('outputfcn','odeplot');fmg=165; %options =odeset('RelTol',1e-4,'AbsTol',1e-4 1e-4);T=0;Y=0 0;LF=1;tb=74e-3;Y1=0 0;LFN=20;for LF=1:LFN t,y=ode45(ndd_funk,0 tb,Y1,options,c); Y1=

52、y(end,1) y(end,2); t(1)=; y(1,:)=; T=vertcat(T,(LF-1)*tb+t); Y=vertcat(Y,y);endfigure(1);plot(T.*1e3,Y(:,1).*1e3,'b-','linewidth',2)subplot(1,2,1)grid on;plot(T.*1e3,Y(:,2),'k-.','linewidth',2)subplot(1,2,2)grid on;l=Y(:,1);v=Y(:,2);N=length(T);F=zeros(1,N);for i=1:N if l(i)>=0&&v(i)>=0 F(i)=F_1+K*l(i)+fmg; elseif l(i)>=0&&v(i)<0