某自动步枪击发机构参数化分析与优化设计.pdf
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1、:./.某自动步枪击发机构参数化分析与优化设计贾陆阳景春温刘万川吴胜光李东昊(重庆建设工业(集团)有限责任公司重庆 )摘要:为了提高某自动步枪击发机构的可靠性根据击发机构工作原理归纳了影响击发机构性能的结构参数 以某自动步枪为研究对象应用动力学数值仿真技术建立击发机构模型对击发机构进行参数化分析与优化设计 通过改变击锤簧刚度、阻尼、预压力弹底与机头弹底窝平面间隙以及击针突出量等变量以底火变形能最小为优化目标建立了击发机构优化模型 数值算例结果表明优化后底火的变形能比优化前减小 验证了该方法的可行性关键词:自动步枪击发机构优化设计参数化分析底火变形能中图分类号:文献标识码:文章编号:()自动步枪
2、在射击时通过击锤打击击针击针打击底火引起底火变形将能量传递给击发药击发药受到挤压引燃发射药 某型自动步枪采用击锤回转式击发机构击锤在复进簧的作用下作回转运动打击击针完成击发 击发机构的工作状况不仅影响武器工作的可靠性还对精度产生一定的影响 因此研究击发机构参数对击发能量、底火变形量的影响对提高武器工作的可靠性有重要意义在对机械式击发机构的研究中高岩对转管武器击发机构的机构可靠性与结构可靠性进行了仿真分析 葛藤等对第二发弹的击发机理和击发底火的力学过程进行了仿真研究 杨九州等对枪弹的击发过程进行了仿真分析 蔺月敬利用有限元法建立火炮击发机构的刚柔耦合模型并结合理论分析找到了击发机构的薄弱部位 王
3、红梅等采用理论与有限元仿真相结合的方法对击发机构撞击过程中的击锤与击针进行能量分析计算了击锤与击针撞击时的能量损失在工程应用方面打下了基础对击发机构能量损失的研究有一定的参考价值 击发机构运动建模.基本假设为了研究击发机构击发过程基于击发工作原理做出如下假设:)击发机构运动可简化为 个自由度的刚体运动即随质心的 个平动和绕质心的 个转动)击发机构仿真过程中将弹壳、机头体设置固定不动)击锤与击针的碰撞为弹性碰撞.结构描述本文研究对象为某步枪的击发机构如图 所示由击锤、击锤簧、击针、机头和弹丸等组成击锤在击锤簧的作用下作回转运动以打击击针完成击发 击发机构在工作中击针撞击底火瞬间必须具有足够的动能
4、 才能可靠地点燃底火图 击发机构工作示意图 根据击发机构的工作情况得到击发机构的拓扑关系如图 所示.击发机构运动分析在击发机构仿真中建立不同零件的相对坐标系通过坐标系描述不同零件之间的相对运动关系在击发机构中存在多个碰撞接触包括击收稿日期:作者简介:贾陆阳()女工程师硕士主要研究方向为发射动力学及仿真技术.年 月 机械设计与制造工程 .第 卷 第 期 .图 击发机构拓扑关系锤击针之间的碰撞接触、击针与底火之间的碰撞接触等 为了保证击发机构在建模过程中的准确性需要对击发机构中产生的碰撞接触进行分析在击锤簧的作用下击锤簧带动击锤做回转运动击锤与击针碰撞随着击针位移的增大底火的变形不断增大击针的能量
5、转化为底火的变形能在射击过程中击针与底火的撞击速度太大击发机构会出现漏烟、击针断裂等故障撞击速度太小击发机构会出现不发火故障因此需要合理设计击发机构的各个结构参数.接触碰撞力模型)法向接触力模型击发机构在碰撞过程中两个零件之间的碰撞速度、材料参数、零件尺寸等因素对碰撞有很大影响 本文选择 接触力模型描述法向接触力:()式中:为两个零件之间的法向接触力 为两个零件碰撞时的刚度系数 为接触体的穿透深度为碰撞指数 为接触碰撞阻尼系数为接触点处的相对碰撞速度阻尼系数 可表示为:()()式中:一般取.为恢复系数取.为撞击点的初始相对速度)摩擦力模型击发机构工作过程中两个零件之间发生接触碰撞应考虑两个零件
6、之间相对运动时产生的摩擦力零件之间的摩擦力对击锤、击针速度有很大影响 仿真过程中考虑摩擦力的影响一般采用修正的 摩擦模型 可以将两个零件之间产生的摩擦力准确地描述出来 切向摩擦力 可以表示为:()式中:为滑动摩擦系数为动态修正系数为相对切向速度动态修正系数 可以表示为:()式中:和 为计算动态校正系数而指定的速度值.击发能量分析)击锤簧的能量转化该步枪击发机构为击锤回转式打击击针击锤簧的弹性势能转化为击锤的动能能量转化过程为:()式中:为击锤回转轴的转动惯量为击锤质量为击锤回转半径 为击锤回转轴 至击锤质量替换点的距离击锤运动方程为:()式中:为扭簧的工作扭矩为扭转刚度为击锤某瞬时角加速度 为
7、击锤某瞬时角速度 为击锤转动角度 为时间对击锤参数进行求解:()/(/)(/)/(/)(/)/()()/()/()/()式中:为 时刻的击锤转动角度为 时刻的击锤角速度 为步长)击锤的能量转化击针撞击底火壳能量有以下两种情况:年第 卷 机械设计与制造工程 击针与底火壳撞击击锤与击针碰撞后分离击针的动能转化为底火壳的变形能击发能量计算公式为:()()式中:为击锤与击针碰撞后速度 为碰撞牛顿恢复系数为击锤质量为击针质量为击锤碰撞前速度击针打底火时的能量 的计算公式为:/()击锤与击针撞击后结合击发能量 的计算公式为:()()()由武器撞击动力学可知碰撞后分离计算的底火壳能量小于碰撞后结合的底火壳能
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