梁振刚，韩 铁，袁志华，胡 明，李文国

（1.沈阳理工大学装备工程学院，沈阳 110159；2.北京理工大学机电学院，北京 100081；3.解放军92840部队，山东 青岛 266405）

回转式手枪自动机结构动力学仿真研究

梁振刚1，2，韩 铁1，3，袁志华1，胡 明1，李文国3

（1.沈阳理工大学装备工程学院，沈阳 110159；2.北京理工大学机电学院，北京 100081；3.解放军92840部队，山东 青岛 266405）

手枪枪管短后坐式自动机闭锁机构有枪管偏移式与枪管回转式两种结构，前者结构简单，动作可靠，但稳定性较差，精度不高；后者射击平稳，精度较高，但结构复杂，易发生故障。针对这一现状，设计一种新的手枪自动机，对现有的手枪自动机结构进行改进，结合枪管偏移式手枪结构简单、动作可靠与枪管回转式手枪射击平稳的优点，将新式手枪枪管回转式自动机设计为枪管与套筒闭锁，枪管下方设置螺旋槽导转枪管的结构。用UG软件对改进的手枪结构进行三维实体建模，利用ADAMS软件对其进行动力学仿真和运动学验证。结果表明该机构工作平稳，可靠性更高，可更好地提高手枪性能。

手枪自动机，闭锁机构，枪管回转式，ADAMS，动力学仿真

0 引言

闭锁机构是武器的核心，选择何种形式的闭锁机构对武器的综合性能有着重要影响［1］。在当今大部分手枪中，普遍采用枪管偏移式闭锁机构［2］。这种闭锁机构靠斜面或连杆带动枪管尾部上下偏移完成开锁及闭锁动作，结构简单，易于加工，开闭锁动作可靠。但其开闭锁受力不均且后坐时枪管偏离枪管轴线造成开闭锁动作的平稳性较差。同时为使枪管上下摆动完成开闭锁动作，套筒前端与枪管定位处需设计成一定的锥度，导致套筒与枪管之间易于磨损而加大套筒与枪管之间的配合间隙，造成手枪射击精度下降。为此，出现了枪管回转式闭锁机构。这种闭锁机构利用枪管在螺旋槽的作用下沿着枪管轴线旋转来完成手枪的开闭锁动作，枪管只在轴线上运动，手枪射击更加平稳［3］。但这种结构比较复杂，加工工艺性较差；同时这种结构在工作过程中容易产生楔紧现象，可靠性较低［4］。本文综合叙述两种结构的优缺点设计一种新的手枪自动机，保留枪管回转式手枪的优点，并对其进行优化，设计为枪管与套筒闭锁，枪管下方设置螺旋槽导转枪管，使其结构更加简单，工作起来更加可靠。

1 回转式手枪自动机的改进方案

1.1 回转式手枪自动机的改进方向

1.1.1 射击稳定

射击精度直接影响着手枪性能的好坏，是手枪设计中要考虑的重要因素［5］。偏移式闭锁机构手枪，其开闭锁受力不均且后坐时枪管偏离轴线造成开闭锁动作的平稳性较差。为保证手枪射击平稳，在同样为枪管短后坐自动方式下，选择枪管回转式闭锁机构。枪管回转式闭锁机构，在工作过程中，枪管要绕着枪管轴心旋转，产生转动惯量。在枪管质量不变的条件下，转动的角度越小，产生的转动惯量就会越小，手枪射击时就会越稳定［6］。减小闭锁凸笋闭锁工作面在旋转圆周里的周向长，可解决上述问题，但会存在强度隐患。在既要保证旋转角度小，又保证强度的条件下，可增加闭锁凸笋的数量，将闭锁凸笋设计为2个。

1.1.2 简化结构

“活动机件少，分解结合简单”是衡量现代手枪设计优劣必不可少的指标。已有的枪管回转式手枪结构都较为复杂，为了简化这一结构，借鉴枪管偏移式自动机的结构，利用手枪下机匣上的结构完成导转枪管的任务，闭锁部分设计在枪管与套筒之间。开锁凸笋的位置设计在在枪管偏后方，避免开锁凸笋增加手枪的纵向体积，利于手枪的紧凑化设计。新结构与枪管偏移式自动机对比图如图1所示。

1.1.3 减少楔紧现象发生

由斜面（或螺旋面）作用产生侧向分力而引起的附加摩擦现象称为楔紧。这种楔紧现象一般产生在开锁前的自由行程中，复进过程中及后坐到位反跳时。本文所设计的结构，可导致楔紧现象产生的部位主要为手枪的闭锁工作面。手枪开锁过程中套筒与枪管闭锁突笋之间的摩擦，可以导致枪管停止转动，产生楔紧。减小楔紧的措施有：减小枪管的旋转角度，减小枪管的旋转角度直接减小了枪管旋转的转动惯量，同时枪管后坐同样的距离，旋转较小的角度，使螺旋槽的倾斜角度变小，枪管运动时的侧向分力和附加摩擦力随之减小［7-9］；增加开锁突笋的长度，可以增加导转枪管的力矩，使枪管的导转力大于附加摩擦力，枪管更容易旋转，从而减小楔紧现象发生。

2 新式回转式手枪自动机的工作原理

新式回转式手枪的结构如图2所示，该结构的主要部件包括：枪管、开锁凸笋、闭锁凸笋、套筒、套筒直槽、螺旋槽基座、枪机、复进簧、击针、击锤等。工作原理：当子弹击发后，火药燃气压力推动弹壳后坐，弹壳将力传至枪机，使之与套筒一起后坐，套筒上的直槽与枪管闭锁凸笋接触，带动枪管一起后坐。枪管开锁凸笋与底部螺旋槽作用，使枪管沿枪管轴线转动，当枪管后坐到位时，枪管上的闭锁凸笋已嵌入套筒直槽，套筒与枪管开锁，套筒继续后坐，之后完成抛壳。后坐到位后自动机在复进簧作用下完成复进、进弹动作，套筒继续复进带动枪管复进，复进到位时完成自动机的闭锁。这就是自动机的一个工作循环。

3 新式回转式手枪自动机动力学仿真

3.1 回转式手枪自动机仿真方法

通过对自动武器自动机动力学进行动力学仿真研究，掌握自动机的运动学、动力学特性［8］。本文利用UG软件对所设计的结构进行三维建模，运用软件ADAMS对其进行仿真，了解自动机的运动性能。

3.2 回转式手枪自动机仿真建模

运用ADAMS进行仿真建模，要先将利用UG软件建立好的所设计结构的三维实体建模导出为. x_t文件。之后对机构添加固定副、移动副和驱动。添加固定副后，手枪部件中，手枪下机匣固定于地面上，弹夹固定于手枪下机匣上，螺旋槽基座也固定于手枪下机匣上。被固定的手枪部件在运动仿真过程中不发生移动。添加固定副后的机构图如图3所示。

移动副则为手枪套筒与手枪下机匣之间的移动，添加完移动副的机构图如图4所示。

需要添加驱动的为手枪套筒与手枪下机匣之间的移动副，其余部件都随着这两个部件的运动而运动。添加完驱动后的机构图如图5所示。

之后添加各构件的接触力，设定各部件质量。利用ADAMS软件的结果分析功能［10］，可得出手枪机构中各部件的运动曲线。

3.3 仿真结果分析

3.3.1 运动曲线分析

枪管角速度曲线图如图6所示。由图可知子弹击发后，枪管就开始后坐旋转，当枪管后坐距离达到10 mm时，枪管后坐到位。之后，枪管不动，套筒继续后坐，套筒后坐到位后开始复进。当枪机与枪管接触时，枪管随着套筒一起复进，并最终复进到位闭锁。可见枪管复进时的角速度要比其后坐时小得多。

手枪套筒与枪管的速度曲线图如图7所示。由图可知，当子弹击发后手枪套筒立即后坐，并带动枪管一起后坐。枪管后坐到位后停止运动，手枪套筒继续后坐，抽弹壳，抛弹壳，后坐到位后开始复进。当手枪套筒与枪管会合时，两者一起复进到位。图中显示，手枪自动机一个工作循环中，在起始端与末端，手枪套筒与枪管的速度曲线重合，证明此时两者运动同步，与设计的情况相符。可得出结论：该结构合理，可以按照设计正常运动。

3.3.2 自动机循环图

自动机工作循环图对武器性能影响很大，它描述了基础构件的工作顺序和各机构的运动关系［10］，可作为机构是否可靠、协调，射击频率、后坐阻力是否满足要求的依据。工作循环图的制定是以基础构件的位移或时间为自变量来制作的，本设计的自动机的工作循环图如图8所示。由图8可知手枪射击时各部件的运动情况：后坐时，枪管与套筒一起后坐，枪管后坐3 mm为自由行程，枪管不发生偏转。枪管后坐10 mm时后坐到位，停止运动。套筒继续后坐，枪机抽弹，套筒后坐40 mm时抛出弹壳，之后套筒后坐到位。复进时套筒复进5 mm后推弹，复进35 mm时套筒推弹入膛，与枪管一起复进，完成闭锁，最后复进到位。由此可见本设计合理，可以实现手枪自动机的平稳可靠工作。

4 结束语

本文通过对现有手枪自动机类型、性能的分析，设计了一种枪管回转式手枪自动机，并对所设计的结构进行了三维实体建模与运动学仿真。本设计综合了手枪结构中枪管偏移式自动机与枪管回转式自动机两类自动机的优点，结构简单，射击平稳，可避免回转式闭锁机构产生的楔紧现象，使其工作更加可靠，射击更加平稳。通过动力学仿真证明，本设计是可行的。这对于提升手枪性能，有着重要的意义。

［1］邱年生.枪械中的环式回转闭锁机构［J］.轻兵器，1999，16（10）：25-26.

［2］周磊，杨育兵.QSZ92式9mm手枪与54式手枪比较研究［J］.军事体育进修学院学报，2008，12（8）：62-65.

［3］刘宏勋，韩清利，马志杰.国产92式9mm手枪之不足［J］.轻兵器，2004，31（12）：24-26.

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［5］张昆勋.手枪发展中几个问题及建议［J］.轻兵器，1996，11（5）：5-8.

［6］李强，彭京启.导气式自动机闭锁系统优化设计［J］.华北工学院学报，1999，13（5）：21-24.

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［11］薄玉成，王惠源，李强，等.自动机结构设计［M］.北京：兵器工业出版社，2009.

Dynamic Simulation Research on the Structure of Revolving pistol Automata

LIANG Zhen-gang1，2，HAN Tie1，3，YUAN Zhi-hua1，HU Ming1，LI Wen-guo3
（1.School of Equipment Engineering Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China；2.School of Mechatronical Engineering Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China；3.Unit 92840 of PLA，Qingdao 266405，China）

There are two types of locking system of gun barrel short-recoil automatic mechanism: the barrel offset and the barrel rotary，the former has simple structure and reliable action，but its stability and accuracy is poor.The latter has high precision and smooth shooting，but its structure is complex，prone to failure.In order to solve the problem，a new gun automata to improve the existing pistol automata structure is designed.The new structure combined the simple structure and reliable action of the barrel offset with the stable shot of the barrel rotary，the new gun barrel rotary automata is designed with a barrel and sleeve atresia，and a spiral groove barrel equipped beneath the barrel.UG software is uesd to modeling the improved pistol structure for 3D entity，and used the ADAMS software to make dynamic simulation and motion verification of the designed structure.Results show that the institutions works smoothly and has higher reliability.It can better enhance the ability of the pistol.

pistol automata，locking mechanism，barrel rotary，ADAMS，dynamic simulation

TJ35

A

1002-0640（2015）10-0183-04

2014-08-05

2014-10-10

梁振刚（1973- ），男，辽宁沈阳人，博士，讲师。研究方向：武器设计与仿真。