影响缓冲器性能的变参数分析刘佳

收 稿 日 期 ：２０１１－１２－０５； 修 回 日 期 ：２０１１－１２－１０ 作者简介：刘佳 （１９８５－），男，四川德阳人，在读硕士研究生，主要研究方向：火炮防空反导。
２０１２年第２期 刘佳，等：影响缓冲器性能的变参数分析
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如图２所示，装有 缓 冲 簧 的 缓 冲 器 筒 固 定 在 摇 架 上 不 动 ，连 杆 以 耳 环 与 枪 身 连 接 。 射 击 时 ，枪 身 带 动 连 杆 一 起 后 坐 ，连 杆 上 的 凸 缘 压 垫 片 及 缓 冲 簧 向 后 ，而 缓 冲 簧 的 后 端 抵 压 在 缓 冲 器 体 上 不 动 ，使 缓 冲 簧 受 压 缩 。 后 坐 到 位 后 ，被 压 缩 的 缓 冲 簧 伸 张 ，簧 力 推 动 连 杆 和 枪 身复进。复进到位时 枪 身 复 进 速 度 最 大，带 连 杆 向 前 运动（称为前冲），前 冲 到 位 后，缓 冲 簧 又 向 后 伸 张，迫 使 枪 身 作 往 返 运 动 。这 样 ，枪 身 的 运 动 周 而 复 始 ，每 循 环 一 次 ，构 成 后 坐 、复 进 、前 冲 、返 回 四 个 运 动 阶 段 。
射击时，不管 作 用 于 枪 身 的 后 坐 力 怎 样 变 化 ，只 要 使 枪 身 不 撞 击 枪 架 而 仅 压 缩 缓 冲 簧 ，则 枪 架 受 力 就 等 于 缓 冲 簧 力 加 上 或 减 去 导 轨 上 的 摩 擦 阻 力 （枪 身 动 力 偶 只 引起摩擦力大小的改变）。在枪身运动一个循环的四个 阶段，摩擦阻力 Ｆｒ 和缓冲簧力 Ｆ 的方向都有变化。
图 １ 环 形 弹 簧 的 结 构
２ 建 立 枪 身 缓 冲 后 坐 微 分 方 程 组 带高效摩擦块的环形弹簧缓冲器的结构示意图如
图２所示。
１－ 耳 环 ；２－ 连 杆 ；３－ 缓 冲 器 体 ；４－ 环 形 弹 簧 内 环 ； ５－ 环 形 弹 簧 外 环 ；６－ 垫 片 ；７－ 弹 簧 预 压 量 调 节 螺 母 ； ８－ 前 锥 形 套 ；９－ 摩 擦 块 ；１０－ 切 衬 筒 ；１１－ 后 锥 形 套 ； １２－ 缓 冲 器 尾 体 ；１３－ 摩 擦 力 加 载 弹 簧 ；１４－ 尾 盖 ；１５－ 调 整 螺 母 图 ２ 带 高 效 摩 擦 块 的 环 形 弹 簧 缓 冲 器 的 结 构 示 意 图
Байду номын сангаас
０ 引 言 转 管 机 枪 原 理 简 单 、结 构 可 靠 、性 能 稳 定 、射 频 高 ，
应用范围越来越广，已 经 成 为 现 代 战 争 班 用 机 枪 和 航 空机枪的首选。在某转管机枪中采用带摩擦阻尼装置 的弹簧式缓冲器，可 有 效 消 耗 枪 身 组 件 后 坐 的 剩 余 能 量，减轻后坐时转 管 机 枪 枪 架 的 受 力。 将 环 形 弹 簧 作 为该缓冲器的缓冲簧，可 使 后 坐 组 件 在 缓 冲 器 上 的 振 动 尽 快 衰 减 完 毕 ，从 而 使 振 幅 迅 速 减 小 ，不 会 造 成 后 坐 组件的后坐位移和后坐力的叠加。本文基于仿真软件 ＭＡＴＬＡＢ，就环形弹簧 的 一 些 性 能 参 数 展 开 研 究，分 析其对缓冲器缓冲性能的影响。 １ 环 形 弹 簧 的 结 构
第 ２ 期 （总 第 １７１ 期 ） ２０１２ 年 ４ 月
机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７２－６４１３（２０１２）０２－０００６－０３
Ｎｏ．２ Ａｐｒ．
影响缓冲器性能的变参数分析
刘 佳１， 刘 树 华１， 朱 汉 顺１， 赵 娜２
环形弹簧是由若干个彼此以锥面相配合的具有弹 性 的 内 、外 钢 环 叠 合 而 成 ，其 结 构 形 状 如 图 １ 所 示 。 其 中，Ｄ１ 为 环 形 弹 簧 的 内 径；Ｄ２ 为 环 形 弹 簧 的 外 径；Ｈ 为环形弹簧的总高度；ｈ 为单个环的高度（两端的半 环 高度为ｈ２）；β为环形弹簧的半锥角；δ 为环与环之间的 间隙。工作时，内、外 环 锥 形 面 间 产 生 很 大 的 摩 擦 力， 消耗掉所吸收的大部 分 能 量，而 只 能 放 出 吸 收 总 能 量 的 １／３ 左 右 。
枪架受力 ＦＲ 可用下式表示： ＦＲ ＝Ｆ±Ｆｒ＝Ｆ１＋ｋｘ±Ｆｒ 。 ……………… （１） 其中：Ｆ１ 为 缓 冲 簧 的 预 压 力，Ｎ；ｋ 为 缓 冲 簧 的 刚 度， Ｎ·ｍｍ－１；ｘ 为枪身位移，ｍｍ。 枪身缓冲后坐运动微分方程为： ｍｓｄｄｖｔ＝ＦＰ －ＦＲ 。 ………………………… （２）
（１．中北大学 机电工程学院，山西 太原 ０３００５１；２．太原理工大学 信息工程学院，山西 太原 ０３００２４）
摘要：就带摩擦阻尼装置的弹簧式缓冲器中环形弹簧的刚度、预压力和阻尼摩擦装置的阻尼摩擦力三个主要 参数的变化，研究其对缓冲器性能的影响，并采用 ＭＡＴＬＡＢ 软件得到仿真曲线，为 研 究 高 性 能 带 摩 擦 阻 尼 装置的弹簧式缓冲器提供参考依据。 关 键 词 ： 缓 冲 器 ； ＭＡＴＬＡＢ； 环 形 弹 簧 中 图 分 类 号 ：ＴＪ２０３＋ ．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
其 中 ：ｍｓ 为 枪 身 质 量，ｋｇ；ｄｄｔｖ为 枪 身 运 动 加 速 度， ｍ·ｓ－２；ＦＰ 为膛底合力，Ｎ。 ３ ＭＡＴＬＡＢ 仿真分析
当一轴向载荷加 于 环 形 弹 簧 时，在 环 与 环 的 接 触 面上产生很大的压力。此压力的作用结果是外环直径 变大（拉伸）、内环 直 径 减 小 （压 缩）。 两 环 在 克 服 其 间 的摩擦力后，在配合 圆 锥 面 上 产 生 相 对 滑 动 并 互 相 压
入 ，使 弹 簧 总 长 度 缩 短 。 在 这 种 弹 簧 中 ，各 环 的 半 锥 角 β要做得比摩擦角φ 大些，这样，当 减 去 弹 簧 上 的 载 荷 时，各环内部的弹性 力 能 克 服 各 环 接 触 面 上 的 摩 擦 力 而使其恢复原来尺寸。