徐健，李强，杨臻

（中北大学机电工程学院，太原030051）

转管炮降低机心组导轨摩擦力研究*

徐健，李强，杨臻

（中北大学机电工程学院，太原030051）

为了使转管炮机心组消耗的驱动功率最小，对机心组速度、主滚轮相对机体位置、机心体左右导轨及倾角关系等对驱动功率的影响进行研究。表明最好选用机心组凸轮加速度最小，主滚轮相对机体质心位置等于零，最好用无横向位移以及有夹角的关系最好。优化结果表明：9 000 rpm的射速，驱动功率由机心组加速度变化引起140 kw下降到31 kw，降到不足于原设计曲线的22%；射速为3 300 rpm的主滚轮压力峰值参数化峰值1 086.5 N，升高到10 000 rpm的峰值9 779.3N。无横向以及有夹角降低压力有横向以及无夹角90.9%。

兵器科学技术，转管炮，导轨，摩擦力，驱动力

0　引言

为了使得转管炮机心组所消耗最小的驱动功率，对机心组速度，主滚轮相对机体位置，机心体左右导轨及倾角关系研究。得出了一些结论，可以供使用者参考。

1　机心组加速度

转管炮最大加速度与过渡段的角度关系可以表示为［1-2］，如果能有效削弱加速度值，则通过改变凸轮曲线槽可以显著减小驱动功率（在速度变化不很明显的情况下）。

而式中：θA，θB，θC——其中θA，θC为两段摆线所占据的角度，为了降低加速度，措施就是增大过渡曲线段所θB为连接两段摆线的抛物线所占据的角度；m——斜直线段斜率；

表1　凸轮曲线对比

表2为不同射速下两种情况的对比［3-4］，可见射速越高，越能体现新凸轮曲线在节省驱动功率方面的优势。

表2　机心组驱动功率对应不同射速

从中可以看出，5 000 rpm的百分点，降低到原设计曲线的不足25%；9 000 rpm的射速，功率由140 kw下降到31 kw，降到不足于原设计曲线的22%。

2　主滚轮相对机体位置（x0，y0）

如图1所示，h=30mm；b=80mm；c=60mm；x0，y0为主滚轮位置距离机心组质心的位置。

图1　机心组上主动力

将所有的力对其列出纵向运动微分方程：

要看（x0，y0）对N峰值的影响，可以做式（3）如图所示。由凸轮曲线以及压力角随回转角的变化如图2所示［5-7］。

图2　凸轮行程及压力角曲线

滚轮公转半径r2=158 mm，机心组公转半径r1=118mm，机心m=1.15 kg。h=30mm；b=80mm；c=60mm。滚轮外径R=12.5mm，内孔半径Rn=4mm。

根据数据，x0的变化范围（单位：mm）是（-21 21），y0的变化范围是（-31 31）。以10管转管炮为例，通过改变回转体转速，得到了射速为3 300 rpm，10 000 rpm时的主滚轮压力峰值随着主滚轮位置（x0，y0）的变化规律如下所示，比如从3 300 rpm的峰值1 086.5N，升高到10 000 rpm的峰值9 779.3N。射速增大3倍，主滚轮和曲线槽接触压力峰值基本增大9倍，数据如表3。

表3　主滚轮布局与射速之间的关系

3　机心体左右导轨及倾角关系研究

机心组列出轴向运动牛顿第二定律方程：

式中：其中元素可参考式（3）。

图3　有导轨高度差的机心组布局与受力图

3.1仿真计算

3.1.1双边旋转角α

双边的旋转角按照旋转角的范围，取值［0°20°］。按照上面的取值范围，取得双边旋转角的范围，得到如下的结果：

图4　双边旋转角α⊂［0°20°］

3.1.2双边高度差H

双边的高度差按照高度差的范围，取值［0，20］。按照上面的取值范围，取得双边高度差的范围，得到如下的结果：

图5　双边高度差F⊂［0 20］

3.1.3两种情况下对比

两种情况下对比，针对20高度差25°角度差，还有0高度差0°角度差，进行计算得到了如下结果。

3.2仿真结果

仿真结果如表4所示。

计算结果讨论：

还是具有无横向以及有夹角的关系最好。降低压力比第一种情况有横向以及无夹角90.9%。所以在实践中，大部分还是有交角的情况，为了维护机心组的同轴心，一些机枪、炮上才有了有夹角的方向。有无横向的位置，看具体的打算，有的有位置，可以具体打算，但是不一定会带来压力的剧增；有的无位置，则可以不打算。

图6　20高度差25°角度差视图

图7　0高度差0°角度差的视图

表4　横向以及夹角

4　结论

①利用机心组加速度最小的凸轮曲线，会导致最小的机心组加速度，机心组驱动功率会小。

②主滑轮位置为机心组体系的质心之上最好。

③机心组最好用无横向位移以及有夹角的关系最好。

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［4］徐健，薄玉成，常学芳.超高射速转管炮新型低功耗凸轮曲线设计［J］.弹道学报，2009，21（2）：70-73.

［5］徐健，薄玉成，李强，等.转管炮主滚轮在机体上位置布局研究［J］.兵工学报，2010，32（8）：1036-1040.

［6］尤国钊.自动武器设计［M］.北京：国防工业出版社，1992：224-225.

［7］QIU H，LIN C J，LIZY，etal.A universaloptimal approach to cam curve design and its application［J］.Mechanism and machine theory，2005，40：669-692.

Reducing BoltsRail Friction for Gatling Gun

XU Jian，LIQiang，YANG Zhen

（Electromechanical Engineering School，North University of China，Taiyuan 030051，China）

In order to reduce the minimal driving power，to reduce the bolts velocity，the main roller relative to whole body，and the right-and-left rail and obliquity is researched.And the result indicates themaximal acceleration of cam，themain roller relative to whole body is zero.It is well in non-altitude difference with bilateral angle.The optimization results shows that in the case of 9 000 rpm its driving power is 140 kw bellows to 31 kw and it is 22%of its intrinsic；its show in the case of 3 300 rpm 1 086.5 N to 10 000 rpm 9 779.3 N.And it shows in the no-transverse and yesinclination 90.9%that yes-transverse and no-inclination.

weapon，gatlinggun，guide rail，friction force，driving force

TJ301；TJ391

A

1002-0640（2016）09-0050-03

2015-06-13

2015-08-15

国家自然科学基金（51175481）；中北大学基金资助项目（200401）

徐健（1979-），男，湖北英山人，博士。研究方向：高射速转管武器。