彈鏈的間隙動(dòng)力學(xué)特性研究

第26卷第5期艦船科學(xué)技術(shù)Vol 26 No 52004年10月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYOct.2004文章編號1672-76492004)5-0040-03彈鏈的間隙動(dòng)力學(xué)特性研究丁浩王德石王樹(shù)海軍工程大學(xué)兵器工程系湖北武漢430033)摘要:研究了含有間隙的彈鏈動(dòng)力學(xué)問(wèn)題建立了含有分段線(xiàn)性剛度的多剛體動(dòng)力學(xué)模型。對2節鏈節的振動(dòng)及其運動(dòng)進(jìn)行分析。結果表明兩自由度鏈節運動(dòng)中自由振動(dòng)模態(tài)固有頻率低于188Hz時(shí)對系統的剛性模態(tài)運動(dòng)影響較大。所以在彈鏈的設計中應保證有足夠的剛度在不計阻尼時(shí)間隙不產(chǎn)生極限環(huán)在計入粘性阻尼時(shí)彈鏈運動(dòng)呈阻尼衰減運動(dòng)但由于彈鏈不斷受初始條件即撥彈板的擾動(dòng)過(guò)渡過(guò)程仍對彈鏈的剛性運動(dòng)起重要作用。關(guān)鍵詞:彈鏈多剛體動(dòng)力學(xué)汾段線(xiàn)性中圖分類(lèi)號:O326文獻標識碼:AResearch on dynamics of cartridge link with clearanceDING Hao WANG De - shi, WANG Shu- zongDepartment of Weaponry Engineering Naval Engineering University ,Wuhan A30033 hinaAbstract: Dynamics problems of cartridge link with clearance are investigated the dynamics models ofmulti- rigid body with sectional linear rigidity are built. We analyse the two knots cartridge link s vibration andmotion. It shows that in the motion of cartridge link with two degree of freedom when the natural frequency of freevibration is below 188Hz ,the rigid motion of cartridge link is influenced. So in the cartridge links design , therigidity must be enough. Without considering the damping ahere is no limit circle in the clearance. When considerthe damping the motion of cartridge link is declinded by the damping. Because cartridge link is blasted by startcondition the middle process has significant function to rigid motion of cartridge linkKey words: cartridge link a dynamics of multi-rigid body ' sectional linear0引言彈鏈阻力計算彈鏈運動(dòng)產(chǎn)生阻力作用于供彈機構的撥彈滑板研究彈鏈阻力的目的是校核彈鏈的強度。阻力上并傳給自動(dòng)機的基礎構件影響基礎構件的運動(dòng)的大小與計算方法和所取模型及彈鏈運動(dòng)有關(guān)。若和自動(dòng)機的循環(huán)時(shí)間。因此在設計火炮自動(dòng)機時(shí)必按等截面彈鏈模型分析彈鏈的運動(dòng)其模型為一個(gè)作須計算彈鏈陽(yáng)力,以避免彈鏈的抖動(dòng)這就需要知道縱向振動(dòng)的粱3文獻1迕研究該模型時(shí)也指岀彈彈鏈阻力及運動(dòng)的變化規律和岀現在彈鏈斷面的最鏈阻力的最大值岀現在第一發(fā)炮彈射擊時(shí)彈鏈阻力大力。研究彈鏈及阻力的模型可分為4種訂即等截的計算公式為面彈性帶模型、變截面彈性帶模型、由彈性鉸連接的P多剛體模型和由復雜鉸連接的多剛體模型。其中第式中4種模型最接近彈鏈實(shí)際其分析所表現的運動(dòng)特性度m中國煤化工度;為一個(gè)鏈節的剛也最復雜仍需進(jìn)一步的研究。這里我們建立了含CNMHu1)甲可有出,P只與Wphm有關(guān)。當水平有分段線(xiàn)性剛度的多剛體動(dòng)力學(xué)模型以?xún)勺杂啥乳g放置并忽略摩擦時(shí),P力與彈鏈長(cháng)度無(wú)關(guān)各斷面隙線(xiàn)性系統為例研究了彈鏈的間隙動(dòng)力學(xué)特性。受最大力相等只是出現的時(shí)間不同。如果彈鏈是傾收稿日期2003-11-24基金項目國家自然科學(xué)基金資助 Grant no.50275146第5期丁浩等:彈鏈的間隙動(dòng)力學(xué)特性研究41斜放置的則有的運動(dòng)本質(zhì)我們取其中2節進(jìn)行分析也可以這樣P=√kmVp+msin0+fc)(2)認為即將整個(gè)彈鏈系統離散為兩部分。所以只取2式中:n為懸掛部分炮彈數滬為彈鏈放置傾角為個(gè)隔離的炮彈為研究對象如圖2所示。摩擦系數。上述是按等截面模型計算的彈鏈阻力。當彈鏈中存在間隙并按一定規律抖動(dòng)時(shí)彈鏈中存在應力波所以有必要研究彈鏈的振動(dòng)模態(tài)。同時(shí)考慮到彈鏈振動(dòng)模態(tài)對自動(dòng)機循環(huán)時(shí)間與P的影響應進(jìn)一步研圖2兩個(gè)炮彈的運動(dòng)簡(jiǎn)化模型圖究彈鏈的運動(dòng)特性以尋找避免彈鏈抖動(dòng)的設計規律。作以下假設炮彈質(zhì)量m0=m1=m彈簧剛度k;=k滑動(dòng)摩擦系數∫=0阻尼系數c=O。取鏈節2彈鏈的間隙線(xiàn)性振動(dòng)模型間隙為δ1時(shí)炮彈質(zhì)心的位置為坐標原點(diǎn)在振動(dòng)的將彈鏈離散化并用多剛體振動(dòng)模型去逼近與任一瞬時(shí)1,m05m的位置分別為9和qom和m實(shí)際彈鏈很接近并可以用來(lái)研究連發(fā)時(shí)彈鏈的動(dòng)力的初始狀態(tài)分別為qo=co1=C142=(23=c3學(xué)特性。與文獻1}樣作以下假設炮彈為剛體內°列出以下動(dòng)力學(xué)方程力的作用線(xiàn)與炮彈和鏈節質(zhì)心的連線(xiàn)重合彈鏈水平∫myo0=-K(放置在輸彈導引內彈鏈只能沿水平方向運動(dòng)彈鏈q0=q1的彈性用一無(wú)質(zhì)量的彈簧來(lái)代替鏈節間具有一定的當摩擦系數∫≠0時(shí)系統可能呈現更為復雜的間隙洧結構阻尼及撞擊產(chǎn)生的能量損失。取第;個(gè)行為如文獻4P的滑塊在皮帶上呈現的自激振動(dòng)炮彈進(jìn)行研究得到如下動(dòng)力學(xué)方程阻尼僅起到衰減作用由于過(guò)渡過(guò)程對供彈系統的運;=- fimigsgnt(q;)+kq-1-91)+cq-1-9)動(dòng)仍然起作用所以有無(wú)阻尼對運動(dòng)分析影響不大。k1+q;-q;+1)-c;+q;-q+1(3)3彈鏈運動(dòng)分析與計算(i=12…n,Cn+1=0hn+=03.1振動(dòng)模態(tài)式中:m;,;分別表示一個(gè)帶鏈節的炮彈質(zhì)量和無(wú)質(zhì)量彈簧的剛度;c;分別表示滑動(dòng)摩擦系數和等效阻令sino.(6)尼系數;表示m;的水平位移。彈鏈模型如圖1所示。由式(5)可解得2=01令則式5)化為00圖1按多剛體模型分析彈鏈運動(dòng)簡(jiǎn)圖700(7)將彈性力用分段函數來(lái)表示70=7o+7o設71= nicosan, t 2 sinon L,(4)中國煤化11/=0-1及CNMHG式中:81分別為鏈節之間的間隙和鏈節的剛度。它們都可由試驗測得70=2o+c1)+(c2+c3)因含有多個(gè)間隙此問(wèn)題也是現代機械動(dòng)力學(xué)研(9)no. t究的一個(gè)方向23。為便于用分析的方法揭示彈鏈42艦船科學(xué)技術(shù)第26卷由q=Qn得此處取k=4.4×10N/m為例此時(shí)2個(gè)炮彈各Co t cI自的時(shí)間一位移圖,它們之間的時(shí)間一位移差圖以及它們之間位移差一速度差的相平面圖如圖3所示。t+2sino I(10)4結語(yǔ)91Co+C1)+(c2+C3 )文中研究彈鏈的振動(dòng)對于確定彈鏈阻力及設計(co -ci sant自動(dòng)機的強度和循環(huán)時(shí)間有重要意義。建立了含有3.2處于間隙狀態(tài)的剛性模態(tài)間隙的線(xiàn)性振動(dòng)模型在研究彈鏈各種計算模型2-的可以看出系統中含有一個(gè)剛性模態(tài),個(gè)振動(dòng)?；A上對2節簡(jiǎn)化彈鏈振動(dòng)模型的運動(dòng)相圖進(jìn)行了態(tài)其中剛性模態(tài)為2個(gè)炮彈連接處于間隙狀態(tài)時(shí)的定性分析揭示了彈鏈運動(dòng)的基本特征與規律結果情形動(dòng)力學(xué)方程為表明(1)含有間隙的彈鏈系統在初始撥彈速度的擾∫qo=co+c2動(dòng)作用下不存在極限環(huán)運動(dòng)但是有周期運動(dòng)存在(11)1=C1+C3t2)周期振動(dòng)模態(tài)與系統的剛性模態(tài)疊加形成彈鏈3.3例子的波動(dòng)運動(dòng)模式從而影響了自動(dòng)機的循環(huán)時(shí)間,以以MK45型單管127mm艦炮為例來(lái)研究彈鏈的MK45型單管127mm艦炮為例計算表明固有頻率低運動(dòng)。由文獻5J可得到以下數據:炮彈質(zhì)量m=于188Hz的情況下,會(huì )產(chǎn)生嚴重的振動(dòng)。所以,設計2.5kg彈鏈節距B=0.08m,mo的初始速度qo足夠大的剛度的彈鏈十分必要。(3)周期振動(dòng)模態(tài)15m/♂。并假設彈鏈的間隙δ1=0.005m。用計算機還會(huì )在彈鏈中產(chǎn)生相應的應力波動(dòng)比均勻梁模型所編程可以得到彈簧剛度k取不同的值時(shí)經(jīng)過(guò)時(shí)間得波動(dòng)大對彈鏈的強度指標提出更高的要求。(4)t2個(gè)炮彈是否會(huì )發(fā)生碰撞。具體分析如表1所示文中未考慮阻尼的影響出于消耗能量最小的觀(guān)點(diǎn)暫取t=10s阻尼不可能足夠大在自動(dòng)機的工作期阻尼起作用表1在不同剛度下分析2炮彈是否會(huì )發(fā)生碰撞的過(guò)渡過(guò)程不可能快速削減。因此彈鏈運動(dòng)仍然是k值/×10Nm-1.02.53.54.04.254344.550含有足夠周期運動(dòng)的模式。因而不考慮阻尼的自由值241715151563100100100振動(dòng)仍然能夠保留彈鏈運動(dòng)的特性。(5)在存在摩擦阻尼的情況下以及在多自由度即含多個(gè)間隙的模其中,i<100時(shí)表示在t=10s內2個(gè)炮彈會(huì )發(fā)生碰撞;>100時(shí)表示在t=100s內2個(gè)炮彈不型中動(dòng)力學(xué)行為更為復雜,自激及混沌運動(dòng)有可能呈現有待進(jìn)一步研究。會(huì )發(fā)生碰撞。參考文獻由此可知在k≥44×10N/m時(shí)在t=10s內[1]韓魁英王夢(mèng)林朱素君.火炮自動(dòng)機設計M]北京國防工業(yè)出版社19882個(gè)炮彈不會(huì )發(fā)生碰撞即固有頻率ω[2 EARLES S W E SENEVIRATNE L D Some Kinematic Effects188醞z時(shí)可使2個(gè)炮彈在t=10s內不發(fā)生碰撞。of Clearance in Revolve Joints of Linkage Mechanisms. Proceeding 7th world congress IFTOMM. Spain 1987 523[3]余躍慶李哲.現代機械動(dòng)力煢M]北京北京工業(yè)大學(xué)出版社1998[4]丁文鏡.工程中的自激振磯M]吉林吉林教育出版社[5]世界艦炮圖片資料手冊.海軍裝備論證研究中心武器系m的時(shí)間一位移m的時(shí)聞一位移統論證研究所』993④DH武器設計新編M]北京[8]駱文潤轉管炮動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制特性研究D]海軍工程大學(xué)碩士論文2002作者簡(jiǎn)介:丁激1979-)男碩士研究生研究方向為武器圖3計算機仿真2個(gè)炮彈運動(dòng)所得圖形系統與運用工程