1、. 課 程 設 計 說 明 書學生姓名： 學 號：學院（系）： 機電工程學院動力機械系 專 業： 武器系統與發射工程 題 目： 節制桿式制退機設計計算 年 月 日后坐正面問題計算以及結構設計1 自由后坐運動計算1.1 彈丸在膛內時期時（0<t<tg）根據已經給定參數,查找所要的參數如表所示：口徑：d=23mm 最大射角： 彈丸質量：m=0.2kg 裝藥質量： 炮膛橫截面積： 后座部分質量： 炮口制退器效率： 火藥氣體作用系數：后座長度： 某瞬時后坐部分的絕對速度和后坐位移分別為W和L,彈丸的速度和位移分別為v和l，則有： ,根據已給的初值計算得：序號t(ms)v(m/s)W(m/s

2、)l(m)L(m)00000010.613.650.15170.00080.0000021.0131.41.46000.025390.000331.2227.12.52330.061160.000741.6291.83.24220.187040.002152.0499.45.54890.366810.004162.2538.95.98780.470770.005272.39572.16.35670.581970.006582.59599.56.66110.699240.007892.79621.56.91000.821450.0091102.99640.67.11780.947750.0105

3、113.19663.67.37331.077500.0120123.59682.37.58111.345500.0150133.62684.07.60001.36600.0152 彈丸脫離炮口時膛內的平均壓力為Pg=29.5MPa,一般取僅考慮彈丸旋轉和摩擦兩種次要功的計算系數,次要功系數為 1.2 有炮口制退器時火藥氣體后效期（tg<ttk）某瞬時后坐部分的速度和位移分別為W，L 時間常數= 0.0032s 后效期作用時間 =0.02012s 炮口制退器沖量特征量 火藥氣體后效時期數據計算如在后面的表中。 火藥氣體后效時期數據計算（自由后坐） 序號 時間(s) W(m/s) L (m)

4、10.003627.60.01517777820.0037832267.6392769480.0164215330.0039464537.6766383370.01767153640.0041096797.7121775890.01892748950.0042729057.7459835720.02018910260.0044361327.7781408170.02145609670.0045993587.8087297350.02272821180.0047625847.8378268140.02400519590.004925817.8655048120.025286813100.0050

5、890377.8918329380.026572837110.0052522637.9168770260.027863052120.0054154897.9406996990.029157255130.0055787167.9633605270.030455251140.0057419427.9849161730.031756855150.0059051688.0054205380.033061891160.0060683958.0249248930.034370191170.0062316218.043478010.035681597180.0063948478.061126280.0369

6、95957190.0065580748.0779138340.038313126200.00672138.093882650.039632968210.0068845268.1090726570.040955353220.0070477528.1235218390.042280156230.0072109798.1372663260.043607259240.0073742058.1503404860.044936551250.0075374318.1627770120.046267925260.0077006588.1746070010.047601278270.0078638848.185

7、8600350.048936515280.008027118.1965642530.050273544290.0081903378.2067464190.051612277300.0083535638.2164319950.052952631310.0085167898.22564520.054294527320.0086800168.2344090720.055637889330.0088432428.2427455240.056982648340.0090064688.2506754040.058328733350.0091696948.2582185380.059676081360.00

8、93329218.2653937890.06102463370.0094961478.2722190990.062374322380.0096593738.2787115350.0637251390.00982268.2848873310.065076911400.0099858268.290761930.066429706410.0101490528.2963500210.067783437420.0103122798.3016655780.069138057430.0104755058.3067218930.070493523440.0106387318.3115316070.071849

9、794450.0108019588.316106750.073206832460.0109651848.3204587590.074564597470.011128418.3245985190.075923056480.0112916368.3285363810.077282173490.0114548638.332282190.078641918500.0116180898.3358453150.080002259510.0117813158.3392346640.081363167520.0119445428.3424587120.082724615530.0121077688.34552

10、55210.084086576540.0122709948.3484427610.085449025550.0124342218.3512177250.086811939560.0125974478.3538573520.088175295570.0127606738.3563682440.08953907580.01292398.3587566770.090903246590.0130871268.3610286260.092267802600.0132503528.363189770.093632722 復進機工作參數確定復進機為彈簧式復進。2.1 液體彈簧式復進機初力的確定要保證在整個射

11、角范圍內保持后坐部分處于待發位置，并且即使后坐部分有微小位移是，能克服各種摩擦力，將后坐部分推回原位。因此復進機的初力由下式確定： =245N 式中：為一經驗系數。當，時，查表與的關系有：，g取。2.2 壓縮比Cm確定彈簧式復進機的壓縮比Cm通常在2左右，故Cm取2.05。2.3 彈簧剛度K的確定： K=17153 后坐制動圖參數計算 根據所選擇的后坐制動圖，需要計算制動圖上各特征點的參數值，以確定后坐阻力曲線。該設計中選用固定火炮第二類后坐制動圖，需要確定、。固定火炮第二類制動圖 計算得 固定火炮第二類制動圖4 制退后坐運動計算及運動參數曲線制退后坐運動用轉換方程 4.1 彈丸在膛內運動時期

12、（0ttg）計算結果列表: 膛內時期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.

13、1401235870.0143837623.627.1521539320.0145982084.2 火藥氣體后效期（tgttk）這一時期后坐阻力為，積分初始條件為：t=tg=0.00362s v R=v R g=7.152m/s x R=x R g=0.0145m對后坐阻力積分得： 代入轉換方程計算數據如表所示。 火藥氣體后效期 t v x0.003627.15220.01460.0048114296.936450.0216071430.0060028576.72070.0286142860.0071942866.504950.0356214290.0083857146.28920.04262

14、85710.0095771436.073450.0496357140.0107685715.85770.0566428570.011965.641950.063650.0131514295.42620.0706571430.0143428575.210450.0776642860.0155342864.99470.0846714290.0167257144.778950.0916785710.0179171434.56320.0986857140.0191085714.347450.1056928570.02034.13170.11274.3 慣性后坐時期（tktt）此時期后坐阻力的變化規律為

15、將制退方程改寫成為： ，按初始條件：時， ，積分得： 當后座結束時，則后坐結束時刻為 ： 將慣性時期內的位移分為N段 取N=5，則dx=0.0074m 計算數據如表所示：慣性后座時期tvx0.0203323874.1172739510.1129242190.0222264273.6826017750.1203108560.0243762583.1892266890.1276974930.0269263562.6039926870.135084130.0302497071.8413008870.1424707660.0382729885.96E-080.149857403運動參數曲線 5 制退機

16、主要結構尺寸確定和節制桿尺寸計算 設計選用典型的節制桿式制退機，制退機力5.1 節制桿式制退機結構設計1) 制退機工作長度制退機工作長度，式中：為最大后坐長度；為制退活塞長度，d=23mm,一般取；e為考慮裝配誤差及極限射擊條件而保留的余量，一般取e=30mm。 計算得。2) 制退桿活塞的工作面積A0 制退機活塞工作面積A0應從制退機工作腔最大壓力滿足密封裝置的可靠性要求和制退機液體溫升滿足火炮射擊發數和射速的要求來確定。 計算得。 的選取應考慮制退機密封裝置的可靠性。選用石棉織物填料，取，則A0=0.000285m2。按結構尺寸估算制退機的液量： 計算得 按自由后坐能量估算液量： 計算得，與

17、上式估算液量值相差不大，選取合適。3) 制退筒內徑及制退桿外徑 由和得： 取經驗系數=2計算得。 計算得。4) 制退桿內腔直徑制退桿內腔直徑根據制退桿拉伸強度和受內壓的薄壁圓筒強度來確定。當制退機為桿后坐時，有： 式中：FI為制退桿的慣性力；Fz為制退桿密封裝置的摩擦力；為制退桿材料的許用拉伸應力。 制退桿慣性力為： 式中：mg為制退桿與活塞的質量。 假設制退桿腔室為厚壁圓筒，則有： 所以 選取制退桿材料的許用應力時，安全系數取3。制退桿材料一般用40Cr，其s=570MPa，= s/3=190MPa復進節制器工作面積： 計算得。對于大多數火炮，有 所以。制退機力為： 計算得。 在進行受內壓強

18、度校核時，可能出現在或處，取其中最值，。 初步受內壓的薄壁圓筒強度估算時取： 計算得。 受內壓的薄壁圓筒強度校核：（取復進節制器溝槽最大深度為hm=2mm）帶入計算得 ，故強度能滿足要求，所以取 。5) 節制環直徑節制環直徑的擇主要取決于制退桿與節制桿調速筒的裝配關系。對于<的結構，支流最小截面積A1可能出現在制退桿內壁與節制桿最大直徑的環形間隙處。為了確保A1，與之間的間隙應足夠大，一般取。 節制環面積 計算得。6) 制退桿外徑 制退桿外徑由強度確定，即 DT=22mm,P1max=10MPa, = 190MPa計算得，為了保證必要的剛度，制退筒最薄處壁厚應不小于5mm，。5.2 制退

19、機液壓阻力及流液孔面積計算1）連續方程：主流： 支流： 求得：，。伯努利方程：主流： 支流： 求得，所以要保證制退桿內腔充滿，則>0，由于和是后坐行程的函數，在（對應后坐速度）時有最大值，計算得。 液壓阻力方程： 計算數據結果如表3.9所示。 節制桿式制退機的液壓阻力系數K1和K2值通常為：K1=（1.21.6），K2=（24）K1，取K1=1.5，K2=3K1=4.5。制退液選用斯切奧爾制退液，其密度為=1168.5kg/m3(150時)。2）計算流液孔面積 計算數據如表3.9所示，理論計算的變化規律如圖3.9。曲線5.3 節制桿理論外形尺寸的計算流液孔面積確定后，由得：，制退機液壓阻

20、力、流液孔面積、節制桿直徑的理論曲線如下圖所示曲線由于節制桿長度與直徑之比很大，必須校核其縱向穩定性。校合穩定性：計算壓桿穩定性的歐拉公式為： 式中：為桿件縱向彎曲的臨界載荷；為桿件長度，節制桿長度可取；E為材料的彈性摸量，對于鋼E=2.06MPa；為節制桿最小截面的慣性矩；為與壓桿兩端約束情況有關的系數，對于節制桿制退機，通常將節制桿的約束視為一端固定，一端鉸接， ，計算得。為保證壓桿穩定性，校核時安全系數n不低于5。節制桿承受最大載荷為復進節制器的最大液壓阻力 故節制桿的縱向穩定性滿足要求。 液壓阻力變化如下圖所示：曲線6 節制桿理論外形的初調整節制桿理論外形對火炮實際射擊條件的適應性差（在后坐開始和后坐結束點處容易出現“液力閉鎖”現象），且加工工藝性差。6.1 起始段