линейного расширения материала ствола, t° - увеличение сред­ ней температуры стенки ствола за время стрельбы.

В проектировочных расчетах можно принять

а 0 « 1,25-10-5; *° » 200 °С; Е я 2-10 7 н/см2; г2«1,5 гх.

Вопросы для самоподготовки

1. Станина и сошниковый узел; схема действия сил и мо­ ментов.

2. Конструктивные характеристики станин и сошнико­ вых узлов.

3. Сошниковый узел; конструктивные характеристики

ирасчетные зависимости.

4.Короб станины; схема и условия прочности.

5.Расчетная зависимость для определения толщины стен­ ки короба; принятые допущения.

6.Цапфы люлек; типовые схемы и проектировочные зави­ симости.

7.Подъемный механизм секторного типа; схема, характе­ ристики и расчетные зависимости.

8.Число зубьев коренной шестерни.

9.Люлька обойменно-штыревого типа; схема сопряжения со стволом.

10. Характеристики и проектировочные зависимости для штыря.

11. Гарантированный зазор по диаметру в соединении со стволом.

ГЛАВА 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ЛАФЕТА

4.1. Проектирование механизмов подрессоривания

4.1.1. Механизмы подрессоривания

Механизмы подрессоривания служат для смягчения толч­ ков и ударов и снижения уровня шума при буксировке. К ним предъявляются требования: плавности хода; снижения относи­ тельного веса; живучести упругого элемента; простоты конст­ рукции и обслуживания (регулировки). Механизмы подрессори­ вания различаются по типу упругого элемента (рессорные, пру­ жинные и торсионные) и по схеме его расположения по отношению к АО (с продольным и поперечным расположени­ ем). Некоторые схемы таких механизмов показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Пружинные (а, 6) и торсионные {в, г) механизмы подрессоривания

4.1.2.Конструктивные характеристики механизма подрессоривания торсионного типа

Расчетная схема механизма подрессоривания торсионного типа с продольным расположением торсиона (130 мм ПП М-46) представлена на рис. 4.2, где: dT, /т, LT —диаметр и длина,рабочей части торсиона и полная длина торсиона; /б - длина балансира (расстояние от продольной оси торсиона до линии опоры коле­ са); ф у г о л закрутки торсиона и осадка подрессорной массы лафета; ао - угол наклона балансира к горизонту без нагрузки; Р\ - рабочая вертикальная нагрузка на одно колесо.

Рис. 4.2. Механизм подрессоривания торсионного типа: а - схема уста­ новки торсиона; 6 - конструктивные характеристики торсиона; в - схема нагружения торсиона

При проектировании механизма подрессоривания торсион­ ного типа рассчитываются следующие конструкционные харак­ теристики: LT, /т, dT, /б, ао, фт, где фт - максимальный угол за­ крутки торсиона.

Первые две характеристики определяются по статистиче­ ским зависимостям с учетом ширины хода колес, схемы распо­ ложения и типа головки торсиона:

LT= B y e; /т - ЬУ'е,

где Вк - половина ширины хода колес; р.',, р" - статистиче­

ские коэффициенты, значения которых можно определить из условий

поперечному расположению торсиона, а меньшее значение вто­ рого коэффициента - нормальной головке торсиона.

и /б, необходимо обратиться к фундаментальным зависимостям

для угла закрутки ср и напряжения среза т в материале рабочей части торсиона

СW

^кр

где ср, т - угол относительной закрутки концов рабочей части торсиона и напряжение среза в его материале; Сф, WKp - жест­

кость на кручение и осевой момент сопротивления сечения ра­ бочей части торсиона; М^ - крутящий момент. Для определения жесткости стержня круглого сечения используется известное выражение

Г

'~ф " 7 >

ч

где Лр -осевой момент инерции сечения рабочей части торсио­ на; G - модуль упругости на сдвиг (модуль упругости второго рода - модуль Юнга) материала торсиона, определяемый из ра­ венства G = 0,4 -Е, где Е - модуль упругости материала на рас­ тяжении (сжатие). В частности, для сталей Е « 2-1011 н/м2, сле­ довательно, G = 8*1010н/м2

Осевой момент инерции и осевой момент сопротивления,

а крутящий момент в соответствии со схемой нагружения торсиона (см. рис. 4.2, в) определяется равенством

Л^кр=Л -/бсоз(а о-ф)-

Используя исходные зависимости, можно определить две основ­ ные конструктивные характеристики механизма подрессоривания: dTи /6(диаметр рабочей части торсиона и длина балансира).

(см. рис. 4.2, в) при малых углах а 0 и ф можно получить при­ ближенные равенства

/6 -ф » /; cos(a0 - ф ) * 1,

где/ - осадка АО.

Используя принятые приближенные зависимости, из урав­ нения (*) получаем

(4.1)

6 т 2/т т

Кроме того, рассматривая вариант статистического нагру­ жения торсиона, принимаем

т = тст; ф = фст; / = / ст= /6фст;

отраслевым стандартом. Теоретическим и опытным путем пока­ зано, что величина статической осадки для АО всех типов и ка­ либров практически одинакова и при условии 2 < К0 <3 нахо­

дится в диапазоне 0,065 < / ст < 0,085 м.

С учетом принятых выше условий можно получить систему уравнений, необходимую для проектирования механизма под-

7,5• 1010< G < 8,5-1010н/м2; 6-108< [х]< 10-108н/м2

Величины ltift и Вк —это характеристики конкретного АО. Их, в частности, можно принять из таблицы.

4.2.Проектирование уравновешивающих механизмов

4.2.1.Уравновешивающие механизмы. Типовые схемы уравновешивания и уравновешивающих механизмов

При компоновке артиллерийского орудия практически ни­ когда не удается совместить центр масс качающейся части с осью цапф, т.е. всегда имеет место момент качающейся части. Для его компенсации используются специальные уравнове­ шивающие механизмы, которые создают уравновешивающий момент.

Момент качающейся части и уравновешивающий момент изменяются по величине при изменения угла возвышения ство­ ла. Изменение это происходит неодинаково, поэтому практиче­ ски всегда остается некоторый момент неуравновешенности, как разница этих двух моментов. По этой причине различают час­ тичное и «полное» уравновешивание. При частичном уравнове­ шивании равенство момента качающейся части и уравновеши­ вающего момента достигается лишь в ограниченном числе точек диапазона угла возвышения ствола (как правило, в двух) а при «полном» уравновешивании - более чем в двух точках. Сте­ пень уравновешенности качающейся части АО зависит от типа уравновешивающего механизма и схемы уравновешивания. Раз­ личают четыре схемы уравновешивания: рычажно-толкающую, рычажно-тянущую, копирно-толкающую и копирно-тянущую. При этом рычажно-тянущая схема имеет два варианта: с ниж­ ним и верхним расположением уравновешивающего механизма.

Рис. 4.5. АО с рычажно-тянущим уравновешиванием верхнего расположения

Основным элементом схемы «полного» уравновешивания является копир. При любой схеме уравновешивания может ис­ пользоваться уравновешивавший механизм (УМ) любого типа. Различают три типа УРМ: пружинные, торсионные и пневмати­ ческие. Пружинные механизмы используют в схемах уравнове­ шивания как толкающего, так и тянущего типа, а торсионные и пневматические - в схемах уравновешивания толкающего типа.

4.2.2. Конструктивные характеристики уравновешивающих механизмов и схем уравновешивания

Конструктивные характеристики уравновешивающих ме­ ханизмов рассмотрим на примере пневматического уравнове­ шивающего механизма (ПУМ). Одна из схем пневматического уравновешивающего механизма представлена на рис. 4.6, где использованы обозначения: X, do, d\, L, /упя - рабочий ход, диа­ метр внутреннего и наружного цилиндров уравновешивающего механизма, расстояние между точками крепления УМ (перемен­ ная величина) и длина уплотнительного устройства; х - путь поршня (перемещение внутреннего цилиндра относительно на­ ружного). Основными конструктивными характеристиками ПУМ являются: X, L, dQwd\.

уравновешивающий механизм рычажно-толкающего типа

Из схем уравновешивания более подробно рассмотрим схему уравновешивания рычажно-толкающего типа с пневмати­ ческим уравновешивающим механизмом. Схема уравновешива­ ния данного типа представлена на рис. 4.7, где: гь а.| и г2, а 2 - полярные координаты точек крепления уравновешивающего ме­

ханизма (длина и угол); /,°т, GK—расстояние от оси цапф до цен­ тра масс качающейся части и её вес; U - усилие уравновеши­ вающего механизма; L, (3 - длина механизма (расстояние между точками крепления уравновешивающего механизма) и угол на­ клона его продольной оси; Ly, Lx - проекции расстояния L на координатные оси. Основными конструктивными характеристи­ ками схемы уравновешивания являются: ги оц, r2, а 2, L, р.

Текущее усилие пневматического уравновешивающего ме­ ханизма изменяется по показательному закону вида

где UQ, U - начальное и текущее усилие уравновешивающего механизма; Но, Х ,Х - приведенная высота столба воздуха, рабо­ чий ход и текущее перемещение внутреннего цилиндра УМ от­

носительно наружного; к - показатель политропы; 1,2 —точки крепления уравновешивающего механизма. Основными функ­ циональными характеристиками ПУМ являются: Uo, Но.

Для определения конструктивных характеристик схемы уравновешивания рассмотрим некоторые зависимости меж­ ду ними.

Проекции расстояния L на оси координат будут

Lx = r2sina, -r,cos(cp-i-a1),

Ly = r2cos a 2+ rxsin((p + a ,).

Расстояние между точками крепления (длина) уравновеши­ вающего механизма может быть найдено из уравнения

L= TJI?X + 1?у

Сучетом первых двух равенств приводим последнее уравнение к виду

L = д/г,2+ г2 + 2г,г2sin(<p+ a, - a 2),

а угол наклона продольной оси уравновешивающего механизма по отношению к вертикали находим из уравнения

Рассмотрим такие важные характеристики схемы уравно­ вешивания, как момент качающейся части и момент уравнове­

= no^r\ cos(<p+ a, - р), где ткч_л0масса качающейся части ору­ дия и число уравновешивающих механизмов.

Из последнего равенства можно получить уравнение для

определения необходимого усилия уравновешивающего меха- /О

рычажно-толкающего типа и пневматического уравновешиваю­ щего механизма можно разделить на две группы: характеристи­ ки, заданные начальными условиями, и характеристики, опреде­ ляемые при проектировании системы уравновешивания. К пер­

вой группе относятся а ь г2, а 2, Zj°T , Ро где Р0минимальное

давление воздуха в уравновешивающем механизме, а ко вто­ рой - UQ, Яо, X, т, do, d\, где т - степень сжатия воздуха в УМ.

4.2.3. Проектировочные зависимости

Конструктивные характеристики системы уравновешива­ ния второй группы определяются в процессе проектирования. При использовании рычажно-толкающей схемы уравновешива­ ния можно обеспечить уравновешивания качающейся части лишь в двух точках диапазона углов возвышения ствола. В ка­ честве таких точек обычно принимаются

ф1 ~ фтахэ П р И ^ Г - X,

фО = фтт, При2Г=0.

Рабочий ход уравновешивающего механизма может быть определен из соотношения

Используя условие полной уравновешенности качающейся части в данных двух точках диапазона углов возвышения, мож­ но определить две проектные характеристики уравновешиваю­

щего механизма, в частности С/0и т, где т - степень сжатия воз­ духа в уравновешивающем механизме.

Для их определения сначала получим из условия полной уравновешенности выражения для усилий УМ в двух крайних точках диапазона изменения угла возвышения ствола

в которых имеют место соотношения

Учитывая, что Um = UQm, из данного равенства находим

Uт т = ---- ,

и '

а используя первые два уравнения, приводим последнее выра­ жение к виду

*Ф2

т — — —

Kt 1

ф

Всвою очередь, из формулы для текущего усилия УМ, при

х= 0, следует

т =

Из последнего равенства получаем выражение для опреде­ ления одной из важнейших характеристик УМ - приведенной высоты столба воздуха

#0 =Х

где т = К ^ /К ^ , а следовательно, получаем выражение для оп­

ределения необходимого объема воздуха в накатнике

3.Исходные зависимости для проектирования механизма торсионного типа.

4.Вывод формулы для определения диаметра рабочей

части торсиона.

5.Вывод формулы для определения необходимой длины балансира.

6.Уравновешивание качающейся части АО. Схемы урав­ новешивания.

7.Схема уравновешивания рычажно-толкающего типа; основные конструктивные характеристики.

8.Уравновешивающие механизмы (УМ); типовые схемы. Схема уравновешивающего механизма пневматического типа.

9.Текущее усилие УМ пневматического типа.

10.Момент качающейся части и момент уравновешивания.

11.Условие полной уравновешенности качающейся час­

ти АО.

12.Начальное (минимальное) усилие пневматического УМ.

13.Степень сжатия и приведенная высота столба воздуха

впневматическом УМ.

ГЛАВА 5 ГИДРОДИНАМИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ В АО

5.1. Гидравлические тормозные устройства. Тормозные жидкости

5Л. 1. Гидравлические тормозные устройства

Гидравлические тормозные устройства в артиллерийском вооружении служат для формирования требуемого закона изме­ нения суммарной силы сопротивления откату (СССО) и равно­ действующей силы наката (РСН). Они дополняют группу про­ тивооткатных устройств (ПОУ) и включают в себя тормоза от­ ката и тормоза наката (ГТО и ГТН) ствола АО. Обычно гидравлические тормоза отката и наката выполняются в виде единого агрегата - гидравлического тормоза отката-наката (ГТОН). На гидравлические тормоза отката-наката существует ОСТ ВЗ-2171-74. В настоящее время известно большое количе­ ство типовых схем и вариантов исполнения гидравлических тормозных устройств. Некоторые из них как наиболее целе­ сообразные рекомендуются ОСТом для практического исполь­ зования.

Гидравлические тормозные устройства принципиально различаются по двум критериям: по типовым схемам каждого отдельного агрегата и по комбинациям отдельных агрегатов ПОУ друг с другом в едином агрегате.

Из вариантов ГТО наибольшее применение нашли тормоза отката канавочного, шпоночного, веретенного и золотникового типа, а из вариантов ГТН - в основном тормоза наката игольча­ того и модераторного типа. Из комбинированных схем ПОУ наибольшее распространение получили гидравлические тормоза отката-наката (ГТОН) с использованием в них тормозов наката игольчатого и модераторного типа. Комбинированные схемы противооткатных устройств иногда включают и третий агрегат ПОУ —накатник. В частности, гидравлический тормоз отката - накатник (ГТО-Н). Здесь недостающий третий агрегат ПОУ - тормоз наката —выполняется отдельно. Исключение составляет

5.1.3. Тормозные жидкости

Принцип действия гидравлических тормозных устройств основан на преобразовании энергии отката ствола в энергию движения жидкости из одной полости гидравлического устрой­ ства в другую через отверстия малого сечения с выделением значительного количества тепла. Для получения требуемого за­ кона изменения гидравлической силы сопротивления сечение отверстий должно заданным образом изменяться по ходу порш­ ня. Изменение сечения отверстий достигается изменением глу­ бины канавки, высоты шпонки, диаметра веретена, диаметра иг­ лы и т.д. В качестве рабочей жидкости в гидравлических тор­ мозных устройствах используется специальная так называемая тормозная жидкость. К тормозным жидкостям предъявляются жесткие требования, в том числе: устойчивость характеристик при длительном хранении; антикоррозийность; температуростойкость (тепло и морозостойкость); универсальность, недефицитность, безопасность в обращении и т.д. В современной ар­ тиллерийской практике наибольшее распространение получили тормозные жидкости четырех типов: Стеол, Стеол-М, ПОЖ и веретенное масло № 3 (АУ). Состав жидкостей и некоторые их характеристики представлены в табл. 5.1 и 5.2.