火炮摇架设计

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1、中北大学 2009 届毕业设计说明书第 I 页 共 I 页目 录1 引言 .12 摇架设计的基本知识 .32.1 摇架的分类 .32.2 摇架设计的一般步骤 .42.2.1 摇架结构设计 .42.2.2 摇架受力分析 .42.2.3 摇架的强度验算 .42.2.4 绘制摇架工程图纸。 .43 122MM 榴弹炮摇架方案设计 .53.1 摇架结构设计 .53.1.1 摇架结构的选择 .53.1.2 摇架基本尺寸的确定 .53.2 摇架受力分析 .73.2.1 作用在滑轨上的力 .73.2.2 作用在高低齿弧上的力 .113.2.3 作用在耳轴上的力 .143.3 摇架强度验算 .183.3.1

2、摇架本体强度验算 .183.3.2 耳轴托箍强度验算 .243.3.3 耳轴强度验算 .283.3.4 高低齿弧连接强度计算 .304 总结.34参考文献.35致谢.36中北大学 2009 届毕业设计说明书第 1 页 共 35 页1 1 引言引言榴弹炮是一种身管较短，弹道比较弯曲，适合于打击隐蔽目标和面目标，歼灭、压制暴露的和隐蔽的（遮蔽物后面的）有生力量和技术兵器，破坏工程设施、桥梁、交通枢纽等，是地面炮兵的主要炮种之一。其口径较大，杀伤1力威猛，主要由炮身、炮架和瞄准装置组成。按其机动方式，可分为牵引式和自行式榴弹炮两种。其具备以下特点， 1 射程远。美国 M110 系列火炮其身管长为 3

3、7 倍口径，最大射程为 29.1 公里（发射火箭增程弹）。2 射速快。在同一时间内落弹较多，亦即火力密度大，毁伤能力高。美国 M110 火炮最大射速为1.5 发/分，持续射速 0.5 发/分，而国产 203 榴弹炮的最大射速为 2 发/分，持续射速为 1 发/分。3 弹药威力大。与目前国际上所有同口径火炮相比，我国炮弹威力处于领先地位。 4 寿命长。我国 203 毫米榴弹炮配用的是全可燃药筒，全部药筒都可以在药室中燃烧殆尽。配合大药室、大装药量、长身管、低膛压的设计，减缓了炮膛的烧蚀，大幅度提高了火炮身管寿命。因此，研究和开发新型榴弹炮是世界各国军方的重点。 6220 世纪 60 年代至今，榴

4、弹炮已发展到炮身长为口径的 3044 倍，初速达827 米秒，最大射角达 75， 发射制式榴弹，最大射程达 24500 米，发射火箭增程弹最大射程达 30000 米，是进行地面火力突击的主要火炮。由于榴弹炮的性能有了显著提高，能遂行同口径加农炮的任务，因而有些国家已用榴弹炮代替加农炮。 1092随着科学技术的发展，火箭弹导弹等新型弹丸的出现使各类火炮一度有被取代之势。然而一些近代的局部战争，如海湾战争表明在未来的高科技战争中火炮仍然是贯穿战争始末和杀伤敌人保存自己的重要手段，装甲与反装甲，野战防空和猛烈压制敌兵表明火炮仍是现代战场地面火力的骨干力量。其作用和地位是其他尖端武器所不能取代的。我国

5、火炮武器在新时期虽然有了长足的发展，但与先进国家相比，差距还是很明显。综合国情，现代战争的作战特点要求我国兵器必须具有精确打击能力 、远程攻击能力、高效毁伤能力、全天候作战能力、良好的隐身机动和保护能力。这促使火炮领域发生深刻的变化。作为常规武器的火炮，其火力运用将更加频繁，机动灵活的火炮将不仅是战斗行动的保障，而且也是贯穿战斗全过程的骨干力量。所以，火炮向着威力越来越大、中北大学 2009 届毕业设计说明书第 2 页 共 35 页机动性越来越强、寿命越来越长、反应能力越来越迅速、战场生存能力越来越强的方向发展。 3122mm 榴弹炮的研制因此而成为必须。由于我国地域辽阔，边界线长，北方多山等

6、地理特征决定了我军必须制定机动灵活的战略战术，对于火炮不仅强调有足够的威力，而且要求良好的机动性。反应迅速，快速机动，火力迅猛，支援有力，应变各类突发事件游刃有余。这就要求武器工业，尤其是我们火炮人，要有相应的发展规划，使高新技术成果在火炮武器工业的花园里开出绚丽之花。本篇论文将首先介绍 122mm 榴弹炮摇架的基本知识，然后进行摇架结构设计和尺寸设计，再对此摇架进行受力分析和强度验算，最后完成摇架结构简图，最终完成对 122mm 榴弹炮摇架方案设计。中北大学 2009 届毕业设计说明书第 3 页 共 35 页2 2 摇架设计的基本知识摇架设计的基本知识 现代牵引榴弹炮的摇架属于炮架结构中 4

7、 架（摇架，上架，下架，大架，）之一，其作用是支撑后坐部分并为炮身的后坐和复进运动提供导轨，为炮身的俯仰提供枢轴，与某些部件连接提供支点和连接点，射击时将载荷传给其他架体。摇架是起落部分的主体，它与炮身反后坐装置和其他有关机构组成火炮的起落部分或俯仰部分。它与高低机和瞄具配合赋予炮身高低角。摇架上还安装有瞄具.半自动炮栓的开栓装置或自动机构，并连接有平衡机.高低齿弧和活动防盾等部件。.摇架主要由以下部分组成：供炮身作直线运动的导向部分；供炮身作俯仰的回转轴，一般称其为炮耳轴；赋予炮身俯仰运动的传动机构，如高低齿弧等。 4 摇架设计主要包括摇架结构设计，受力分析，强度验算和绘制摇架图纸。2.12

8、.1 摇架的分类摇架的分类 根据摇架本体剖面的概略形状，摇架一般分为 3 类。1 槽形摇架（U-type cradle）槽形摇架的本体剖面 U 形。主要由槽形本体框.两条相互平行的长导轨.耳轴托箍.前托箍.高低齿弧等组成。两条长导轨与装在炮身上的滑轨配合，以约束炮身后坐.复进运动方向，并承受因弹丸回转力矩引起的扭距。一般的槽形摇架其槽口向上（U） ，有的火炮为降低火线而槽口下置，如原苏联 D-30 式 122 榴弹炮 76mm 加农炮 130mm 加农炮。2 筒形摇架（O-tyoe cradle）本体剖面为圆筒形的摇架。主要由长筒形本体.前后铜衬瓦.反后坐装置支坐.耳轴.护筒.定向栓室与各种支

9、臂组成。如 85mm 加农炮 122mm 加农炮。3 混合型摇架（composite cradle）.又称组合式摇架它兼有槽形和筒型的结构特点。一般由槽形摇架部分组成前部，套箍的构成筒形组成后部或同时组成后部，反后坐装置外筒做连接件和槽形框构成中部的组合式结构。优点是质量比槽形和筒形的小。缺点是各部件组合不当，会造成刚性不足和产生热变形。如122mm 榴弹炮 152mm 榴弹炮. 85根据制造摇架本体所用的毛坯不同。又可分为铸造造摇架、冲压铆接摇架和冲压焊接摇架三种。1 铸造摇架的优点是摇架上各种复杂型面都能在毛坯上铸造出来，但要求中北大学 2009 届毕业设计说明书第 4 页 共 35 页壁

10、厚不能过薄。否则铸造将很困难。 因此这种摇架的重量较重。2 冲压铆接摇架。如果将薄壁部分改用薄板冲压，然后与摇架其余部分铆接在一起，这就是冲压铆接摇架，它克服了铸造摇架的缺点，减轻了摇架的重量。而且能满足较复杂的结构形状的要求。3 冲压焊接摇架。随着焊接技术的不断发展，铆接逐渐被焊接代替，这不仅提高了劳动生产率，而且进一步减轻了摇架的重量。对于铸造摇架，也可将其分成几部分单独铸出而后铆接在一起，从而改善铸造工艺性。当然，冲压焊接摇架并不是所有部位均须用薄板冲压，对于一些形状较为复杂，刚度及强度要求较高的部位（如各种支座和耳轴座箍等） ，一般是采用铸件，而后与薄壁本体焊接在一起。12.22.2

11、摇架设计的一般步骤摇架设计的一般步骤2.2.1 摇架结构设计1.摇架结构分析。按照摇架的结构特点、制造本体的毛坯、刚度、散热观点、工艺观点等方面，分析优缺点，权衡摇架与其他部件配合关系具体分析得出结果。 2 确定摇架的基本尺寸。由于确定摇架结构尺寸牵连问题很多，仅分析一些主要问题。研究摇架与炮身的配合、反后坐装置的类型和布置同时也考虑摇架本体上须伸出一些支臂与其他部件连接等。根据火炮总体布置的要求，结合强度计算反复确定摇架的基本尺寸。3.对摇架的主要技术要求。保证炮身后坐和复进时准确定向和顺利滑行；保证耳轴安装的准确性；保证齿弧安装的准确性。 42.2.2 摇架受力分析包括 1 作用在滑板上的

12、力。2 作用在高低齿弧与耳轴上的力。2.2.3 摇架的强度验算1 摇架本体强度验算。2 铜滑板强度验算 3 耳轴强度验算4 高低齿弧与摇架连接部分的强度。2.2.4 绘制摇架工程图纸。中北大学 2009 届毕业设计说明书第 5 页 共 35 页3 3 122mm122mm 榴弹炮摇架方案设计榴弹炮摇架方案设计 原始数据火炮口径：d=121.92mm最大后坐长：=1.1m83 式 122 榴弹炮身管理论外形83 式 122 榴弹炮有关数据3.13.1 摇架结构设计摇架结构设计3.1.1 摇架结构的选择 此 122mm 榴弹炮摇架方案，采用混合型摇架，又称“用反后坐装置加强的摇架” 。混合型摇架可

13、部分省去本体，外廓紧凑，质量较小，复进筒能承载力，改善本体受力，可抗回转力距，可部分容纳反后坐装置，炮身散热较快，维护保养容易，更可以省去或部分省去摇架本体，对减轻摇架重量很有利。其中，摇架本体的后部为槽型结构，导轨和炮尾配合滑动，前部有前托箍，它与炮身上的圆柱部配合并归正炮身滑行方向。由于射击时制退机发热膨胀，使摇架结构发生变形，为此特用槽形摇架框作为连接体将前后托箍连在一起。 图 1.1 摇架结构简图3.1.2 摇架基本尺寸的确定摇架与许多部件及一些机构有着密切的关系，考虑到摇架与炮身的配合、摇架与反后坐装置的连接和配合、高低机齿弧安置的位置、耳轴的位置、平衡机与摇架连接关系、变后坐机构的

14、布置、半自动机或自动机的布置、润滑装置的布置以及后坐标尺的位置等问题。首先研究摇架与炮身的配合。摇架与炮身如何配合取决于摇架的结构形式；中北大学 2009 届毕业设计说明书第 6 页 共 35 页此摇架后部利用导轨及滑板与炮身连接；摇架前部利用衬板与炮身的圆柱面配合。前后滑板之间的距离不但决定着摇架的长度，而且与射击密集度有关。为保证炮身可以在摇架上自由滑动，滑板与导轨之间留有一定的间隙。这些间隙是造成炮身转动的原因，当间隙相同时，前后滑板之间的距离愈大，炮身转动的角度就愈小。因此，为了提高射击密集度，不但要设法减小间隙，而且不允许将前后滑板之间的距离过分缩小。这一距离还与受力有关，距离愈小，

15、在发射时滑板和铜衬瓦上受的压力就愈大，磨损就越严重。为了防止磨损过快，滑板与铜衬瓦偏要有一定的接触面积。初步设计时可先取滑板长度为 2 . 5 倍口径左右，前后滑板之间距离保持在 10 倍口径左右，出此大致决定摇架的长度。 图 1.2 摇架主要结构尺寸简图 其中， 火炮口径 d=121.92mm前后滑板距离mmdl2 .121992.1211010滑板长度 2.5d=304.8mm最大后坐长 =1100mmmax为减短槽形摇架伸出炮尾后方的长度，特多设一对滑板，最后一对滑板可在后坐时滑出摇架导轨，只由前面两对滑板支撑。由于此时弹丸早已飞出炮口，故对射击密集度不会有影响。并将滑板和导轨的位置对调

16、一下，滑板设在摇架上，导轨设在炮身上（图 11）使得摇架长度缩短，炮身上带有被筒，将导轨设在被筒上。对于混合形摇架，反后坐装置本身即为摇架的一部分。外筒即相当于摇架的本体。采用套在炮身外面的同心式反后坐装置，反后坐装置摇架本体上还要伸出一些支臂与其他部件连接，臂，平衡机支臂等，有时还装有变后坐机构等。例如，瞄准具支臂，半自动开闩板支臂等。中北大学 2009 届毕业设计说明书第 7 页 共 35 页确定该摇架的结构尺寸，是根据该榴弹炮总体布置的要求，结合强度计算反复进行而得的。3.23.2 摇架受力分析摇架受力分析3.2.1 作用在滑轨上的力 发射弹药时，炮身在火药气体压力作用下向后运动，反后坐

17、装置阻止其后坐，产生后坐阻力，按照达朗贝尔原理，引入惯性力，则可以认为炮身是在火药气体压力、后坐阻力与惯性力共同作用下处于平衡状态。如果上述各力并不作用在同一直线上，就会产生回转力矩，这一力矩以及后坐部分的重量使摇架的滑轨上受有力，和 。取后坐部分为自由体，求1N2N反作用力 。1N2N对发射时的后坐部分受力分析， 图 1.3 摇架后坐部分受力分析忽略弹丸回转力矩的作用，则所有外力和反作用力均作用在射面内，Mhz故它是一个平而力系问题。取后坐部分重心为坐标原点、后坐方向为 X 轴正方向、与 X 轴垂直并向上的方向为 Y 轴正方向、可以建立平衡方程如下 ptP - (1.1):0X0sin212

18、2gmfNfNQtdxdmhh (1.2):0Y0cos12OQNN (1.3):0OM022112211yfNyfNxNxNQCePpt中北大学 2009 届毕业设计说明书第 8 页 共 35 页 由上得， )()(cos21221yyflxfygmQCePNhpt )()(cos21112yyflfyxgmQCPNhpt 又=ffzzCPCQC)1 ()1 (fzCC精确计算滑轨摩擦阻力)(21NNfT其中，后坐部分重量gmh后坐部分惯性力tdxdmh22炮膛合力ptP射角前后托箍中间点的距离，又称导向基线长l 前后托箍中间点到后坐部分重心的距离1x2l2x制退机总阻力 )1 (z液压阻力

19、 S炮膛工作面积制退机紧塞装置摩擦力TT复进机总阻力 pf)1 (滑动摩擦系数20. 016. 0f 中北大学 2009 届毕业设计说明书第 9 页 共 35 页 1.1 122mm 榴弹炮设计诸元 1名称 1x2xeS21yyzCfC数值93.726.70.05150.5712.5112.7926.0222.93由于和 Q 在后坐过程中是变化的，故随后坐行程而变化，且与射ptP21NN角有关，的最大值在9 种情况时的最21NN),(),(maxmaxminmaxRPPptpt大值。又因为，122mm 榴弹炮是不变后坐火炮，最大反力出现在时的瞬间，0maxR 表 1.2 122mm 榴弹炮设计

20、诸元 2射角 0 1 2 3计算特征点maxPmR后坐行程 X（m）0.00870.0841.1制退机阻力（N）1705002700复进机阻力（N）4220040420101200膛内火药气体压力P（Ncm ）2235006620后坐部分重量（N）OQ12300（N）PSPpt3538395996773.4则，中北大学 2009 届毕业设计说明书第 10 页 共 35 页，X=0.0087m0)()(cos21221yyflxfyQQCePNOpt =)79.1251.12(16. 04 .120)7 .2679.1216. 0(11230093.224220005. 03538395 =70

21、864.78 (N)=12300+7231.1=19531.2(N)2N=0.16 7231.1=1156.9(N)1T=0.16 19531.2=3125(N)2T，X=0.084m0 )()(cos21221yyflxfyQQCePNOpt)79.1251.12(16. 04 .120)7 .2679.1216. 0(1123002.2617050093.224042005. 04 .996773= 32341.9(N) =1230032341.9= 20041.9(N)2N=0.16 32341.9= 5174.7(N)1T=0.16 20041.9= 3206.7(N)2T，X=1.1

22、m0 =)()(cos21221yyflxfyQQCePNOpt)79.1251.12(16. 04 .120)7 .2679.1216. 0(11230002.26270093.22101200 =16734.3(N) =12300+16734.3=29034.3(N)2N=0.16 16734.3=2677.5(N)1T中北大学 2009 届毕业设计说明书第 11 页 共 35 页=0.16 29034.3=4645.5(N)2T将上述结果列表 1-3 如下，负号表示力的作用方向与图 1-3 所示方向相反 表 1.3 导向部支反力计算结果表计算特征点1N1T2N2T点maxP7231.11

23、9531.21156.93125点mR32341.9-5174.720041.93206.70O 点16734.32677.529034.34645.5若中心线不在射面内，产生回转力矩，使滑板的侧壁产生反力，1BN，受力图如下，2BN 图 1.4 摇架滑板受力分析图3.2.2 作用在高低齿弧上的力取起落部分为示力对象，外力距使起落部分向后回转（炮口抬高）中北大学 2009 届毕业设计说明书第 12 页 共 35 页受力如图 1-5高低齿弧受力 U 的作用线沿着高低齿弧和齿轮啮合点的公法线方向，当外力距使起落部分向后回转（炮口抬高） ，此时高低齿弧前齿面与高低齿弧后齿面接触，U 向后。当外力距使

24、起落部分向前回转（炮口压低） ，此时高低齿弧后齿面与高低齿弧前齿面接触，U 向前 图 1.5 起落部分受力分析图时0maxPmRX (m)0.00870.0841 .1R (N)4109018445093070(N)ptP3538395996773.4（N)OQ 12300e (m) 0.0005d (m) 0.0075 (m) 0.432中北大学 2009 届毕业设计说明书第 13 页 共 35 页 表 1.4 时，高低齿弧计算诸元0射面内以耳轴为原点取 XOY 坐标，得平衡方程 :0X0)cos(coscosTUKR（1.4） :0Y0)sin(sinsinkQNUKR（1.5） :0OM

25、0coskkdptlQUkhRep（1.6）解 1-4 至 1-5 得 coscos0XQMRDePUpt 考虑到作用时间短，U 值小于上式，取ptPePpt31 coscos310XQMRDePUptR后坐阻力后坐部分重量OQ 起落部分重量kQ K平衡机力 U作用于高低齿弧上的反作用力 S作用在耳轴上的反作用力 炮膛合力ptP e动力偶臂 d力 R 的作用线至炮耳轴的距离 X后坐行程中北大学 2009 届毕业设计说明书第 14 页 共 35 页高低齿弧的节圆半经则有，X=0.0087m0 coscos310XQMRDePUpt =329.8(N)432. 089.5822. 984.30，X

26、=0.084m0 coscos310XQMRDePUpt =432. 061.1632.10334.138=5978.5(N)，X=1.1m0 coscos310XQMRDePUpt =432. 0135280.69=32935.2(N)计算结果列表， 表 1.5 高低齿弧受力结果表 0X（m）0.00870.0841.1U（N） 329.8 5978.5 32935.23.2.3 作用在耳轴上的力射面内各力对耳轴的作用力，中北大学 2009 届毕业设计说明书第 15 页 共 35 页受力分析如，图 1-5由公式 1-4，1-5 得， cossincosUKRT kQUKRNsincossin

27、 耳轴合力 S=22TN每一个耳轴上的力 =S/2 CS与水平夹角 CS TNarctg 表 1.6 S 力计算已知数据 0X (m)0.00870.0841 .1R (N)4109018445093070U (N)329.85978.532935.2（度)Q 48 (N)KQ 15770（度） 34中北大学 2009 届毕业设计说明书第 16 页 共 35 页 K(N) 64890中北大学 2009 届毕业设计说明书第 17 页 共 35 页1.7 耳轴受力 S 计算结果表 0Rcos（N）4109018445093070Ucos（N）273.14950.227270Ksin（N）48470

28、4847048470T（N）-89833.1-237870.2-168810Rsin（N）000Usin（N）184333618377.8Kcos（N）428904289042890N（N）26936237848742.2S（N）93784.5239055.7169036.2（N）SSC2146892.2119527.884518.1X(m)0.00870.0841.1弹丸回转力矩对耳轴的附加作用力，弹丸回转力矩 cpCHhzrtgPdM2cos)2(其中，=0.572)2(d炮膛平均半径 61.71mm4Hncpddr492.12492.121缠角107o弹底合力 Sppmch最大膛压 0（

29、N/cm ）2350mp2炮膛工作面积 S=119.58cm2回转力矩最大值 cpCHhzrtgPdM2cos)2(中北大学 2009 届毕业设计说明书第 18 页 共 35 页 =0.57 2350 119.58 0.1257 6.171 =124248.77(Ncm)耳轴上附加最大作用力 =24362.5(N)lMShz5177.124248l=510mm摇架耳轴之间的距离附加力矩作用的炮膛轴线垂直的平面，在不同射角下，有不同的水平分力和垂直分力。左耳轴，cosSNZ sinSTZ右耳轴，cosSNi sinSTi计算结果列表 表 1.8 附加力计算结果表 （负号表示力作用方向与图 1-5

30、 所示相反。 ）综合，射面内耳轴受力 S 与附加受力合成S垂直分力： （左）2ZNNN （右）2iNNN水平分力： （左）2ZTTT （右）2iTTT 0垂直分力 水平分力 左耳轴 -24362.5ZN 0 右耳轴 24362.5iN 0中北大学 2009 届毕业设计说明书第 19 页 共 35 页向量和22TNSC作用方向 （左耳轴与右耳轴相等）CSTNarctg由表 1.5 与 1.6 得下表，表 1.9 X=0.0087 时耳轴受力表 左耳轴右耳轴 N -10894.5 37830.5T -44916.6 -44916.6 2N13468 134682T-44916.6 -44916.6

31、 CS 46218.9 58725.2表 1.10 时耳轴合力数值表 0 X 0.0087 0.084 1.1 CS左耳轴 46218.9 右耳轴 58725.2 119527.8左耳轴=右耳轴84518.1左耳轴=右耳轴3.33.3 摇架强度验算摇架强度验算3.3.1 摇架本体强度验算1）取危险断面 a-a，计算强度。分隔为 14 个小分断面，计算断面的几何特性，设断面中性轴 X-X，O-O 轴与导轨上平面重合。如图，中北大学 2009 届毕业设计说明书第 20 页 共 35 页 图 1.6 a-a 断面几何特征图中铆钉孔的直径 13mm,摇架本体璧厚 6mm，表 1.11 a-a 断面几何

32、特性面积计算公式面积值重心与 0-O 轴之距静距各小断面代号 B*hFcm2 Y cmS=FYcmX312 4 1.5 120.75922 1.7 310.2330.63-2 1.7 1.3-4.423.2-14.1440.7 10.87.5516.7126.095-0.6 1.3-0.7816.8-13.1063.14 12.7 0.618012015.9527430.657-0.6 1.3-0.7823.3-18.178-2 0.6 1.3-1.5627.7-43.219-0.6 1.3-0.7829.2-22.78100.4 14.29.9515149.25中北大学 2009 届毕业设计

33、说明书第 21 页 共 35 页11-0.6 1.3-0.7810.9-8.512-0.6 1.3-0.7816.9-13.18130.6 3.42.046.713.67续表 1.11 a-a 断面几何特性140.4 37.415575总和=62.81cmF2701.18cmxS3中性轴 Yo=cm（至 0-0 轴的距离）2 .11FSx则各分断面对中性轴的惯性距 20)(iioxixiyyFJJ 其中，分断面对本身形心轴的惯性距oxiJ 分断面形心至中性轴距离的平方与本身面积乘积20)(iiyyF计算列表 1.12表 1.12 惯性矩计算断面号分断面对中性轴的惯性距惯性距数值 cm412+1

34、2 10.45125 . 1433 1312.252 33323842. 4123 . 17 . 122 . 82 .101237 . 12 4074 52236 . 578. 05 . 555. 7128 .107 . 0277.16 7 8 9 327310 11 1222237 . 578. 04 . 078. 08 . 395. 9122 .147 . 0 285.213235 . 404. 2124 . 36 . 0 43.26中北大学 2009 届毕业设计说明书第 22 页 共 35 页14232 . 615124 . 04 .37576.2a-a 断面XIXJJ 6174a-a

35、面抗弯断面系数，危险点为距中性轴最远的 A，B 点抗弯断面系数A 点=550 厘米AXAyJW 3B 点=337 厘米BXByJW 32）计算 a-a 断面对中性轴 X-X 的弯曲力矩 摇架本体受力分析，对应计算三种情况其受力和如图，21NN21TT 图 1.7 射角=0 时，摇架对炮身反作用力图计算射角=0 时的弯曲力矩， 1111yTyyXNMbHT中北大学 2009 届毕业设计说明书第 23 页 共 35 页已知数距，列表 1.13 表 1.13 计算已知数据 射角 0 1 2 3计算特征点maxPmR制退机阻力（N）1705002700复进机阻力（N）4220040420101200导

36、轨处正压力1N7231.1-32341.916734.3导轨处摩擦力1T19531.2-5174.72677.5对 a-a 断面的力臂 X11N85.479.1对中性轴的力臂Hy 44.7对中性轴的力臂Ty 5.3对中性轴的力臂1T1y 11.2，X=0.0087m0=7231.1 85.4+0-42200 44.7-19531.2 11.2bM= 1487550(N.cm)，X=0.084m0= -32341.9 79.1+170500 5.3-40420 44.7-（-5174.7） 11.2bM= 3403410(N.cm)-，X=1.1m0=0 16734.3+2700 5.3-101

37、200 44.7-2677.5 11.2bM中北大学 2009 届毕业设计说明书第 24 页 共 35 页= 4539310(N.cm)弯曲力矩为负时，表明断面中性轴上部压缩，下部拉伸。3）计算 a-a 断面的垂直作用载荷， 1TPa，X=0.0087m0 42200-19531.2= 61731.2（N）aP，X=0.084m0 170500-40420+5174.7= 205745.3(N)aP，X=1.1m0 2700-101200-2677.5= 106577.5(N)aP 载荷为负，表明 a-a 断面受压缩。4）计算 a-a 断面应力A 点： B 点： FPWMaAbAFPWMaBb

38、B表 1.14 应力计算结果列表1 射角 02 计算条件maxPmR3a-a 断面上弯曲力矩bM（Ncm）-1487550-3403410-45393104a-a 断面上垂直载荷aP（N）-61731.2-205745.3-106577.55A 点弯曲应力（N/cm ）AbWM2-2704.6-6188-8253.36B 点弯曲应力（N/cm ）BbWM24414.110099.113469.8中北大学 2009 届毕业设计说明书第 25 页 共 35 页7断面垂直应力（N/cm ）FPa2-9828-32757-169688A 合成应力（N/cm ）A2-3687.4-9463.7-1820

39、3.49B 合成应力（N/cm ）B23431.36823.411773 正表示拉伸，负表示压缩。5）计算 a-a 面安全系数 摇架导轨材料 20CrMnMo 屈服点 Q60，摇架框材料 Q80， A 点安全系数 =6000/1820.34=3.3AnB 点安全系数 =8000/1177.3=6.8Bn3.3.2 耳轴托箍强度验算耳轴托箍承受作用在耳轴上的力 S 与平衡机力 K，如图 1-8，耳轴托箍在第一排铆钉处的 C-C 断面受最大弯曲力矩故为危险断面，A，B为危险点。 图 1.8 耳轴托箍受力图 C-C 断面以中性轴 X-X 为对称线，为计算断面几何特性数将其分 11 断面，如图中北大学

40、 2009 届毕业设计说明书第 26 页 共 35 页 图 1.9 C-C 断面几何特征图1）计算抗弯断面系数 C-C 断面的面积 F=2 （2 12+2.5 1+4.5 2+2 5+4.5 2+0.5 2 5-0.5 5 2 1.3） =106cm2 C-C 断面对中性轴 X-X 的惯性矩 )2(2654321JJJJJJJX =2 （5788+950+993+510.8+113+10.2） =16730cm4C-C 断面对 X-X 轴的抗弯断面系数，由图 1-9 有，B 点到 X-X 轴的距离 =23.5cm ByA 点到 X-X 轴的距离 =20cmAyA，B 两点抗弯断面系数为中北大学

41、 2009 届毕业设计说明书第 27 页 共 35 页 =836cmAXAXyJW3 =713cmBXBXyJW3中性轴 y-y 到底面 O-O 的距离1，C-C 断面对 O-O 的静矩 iiyyFS各分断面面积iF各分断面重心到 O-O 轴的距离iy =2 （24 1+2.5 3.25+9 2.25+10 3.5+9 2.25+5 1-6.5 1）yS =207.6cm32，y-y 轴到 O-O 轴的距离 =1.95cmFSXy0 FC-C 断面的总面积C-C 断面相对中性轴 y-y 的惯性矩 )2(2654321JJJJJJJy =2 （27.4+6.5+15.5+27.34+15.5+6

42、.17） =196.82cm4C-C 断面相对中性轴 y-y 的抗弯断面系数 A 点： =196.82/2.55=77cmAyAyXJW3 =4.5-1.95A 点到 y-y 的距离AAXB 点 =196.82/1.95=100.1cmByByXJW3 =1.95B 点到 y-y 的距离ABX中北大学 2009 届毕业设计说明书第 28 页 共 35 页2）计算 C-C 断面对两个中性轴的弯曲力矩及垂直作用载荷取时计算，0由表 1-5 单个耳轴最大垂直分力 N= 13468(N)NS 单个耳轴最大水平分力 T=118935.1(N)TS 单侧平衡机力 K =32445(N)由图 1-5 所示，

43、 K 与垂直线夹角o41将 K 分解，= K cos41=24486.5(N)NK = K sin41=21285.8(N)TK对轴线 X-X 的弯曲力矩 TTNNXSKKSM2 .182 .22415 = 5 1346.8-41 2448.65-22.2 2128.58+18.2 11893.51 =620787.6(N)对轴线 y-y 的弯曲力矩5 .141 . 8NNyKSM = 8.1 1346.8+14.5 2448.65 =245963.5(N)垂直作用载荷P=+=2448.65-1346.8=11018.5(N)NKNS3）计算 C-C 面上最大应力A 点 FPWMWMAyyAX

44、XA =62078.76/836+24596.35/77+1101.85/106 =4040.8(N)中北大学 2009 届毕业设计说明书第 29 页 共 35 页B 点 FPWMWMByyBXXB = 62078.76/713-24596.35/100.1+1101.85/106 = 3224(N) 负号表示压应力4）计算 C-C 断面的安全系数 耳轴托箍的材料屈服点 Q45 安全系数 n=4500/404.08=11.133.3.3 耳轴强度验算 假设耳轴所受载荷作用在耳轴工作段的中点，由下图 1.10 图 1.10 耳轴载荷作用图图中， D=60mm d=27mm中北大学 2009 届毕

45、业设计说明书第 30 页 共 35 页 L=26mm a=14mm d =32mm11) 弯曲强度计算 危险断面弯曲力矩 如图 n-n 为危险断面 由表 1-7，作用在单个耳轴上的最大负荷 S =119527.8(N)1 n-n 断面的弯曲力矩 119527.8 1.4=167338.9(Ncm) SaMn n-n 断面的抗弯断面系数计算 W=20.34cmDdD32)(443弯曲应力计算 =16733.89/20.34=8227.1(N/cm )WMnn2弯曲安全系数 已知耳轴材料屈服点Q45 弯曲安全系数 n=4500/822.71=5.472) 剪切应力计算 nFS1 Fn-n 断面面积

46、n F=22.53cmn4)(22dD 2 故 =11952.78/22.53=530(N/cm )nFS12中北大学 2009 届毕业设计说明书第 31 页 共 35 页3）危险断面的合成应力计算 1341.81(N/cm )24nH24）耳轴安全系数 n=4500/1341.81=3.353.3.4 高低齿弧连接强度计算 高低齿弧用 2 个=40 的螺栓与摇架本体上的后套箍连接， 由表 1-5 有 ，后坐终了时，齿弧受力最大0U=32935.2N 由图 1.11，对高低齿弧 图 1.11 高低齿弧受力分析图 齿弧受力分解为， =32935.2 cos30=28392.4(N)cosUUT0

47、30 =32935.2 sin30=17603.3(N)sinUUN030 其中， = 034中北大学 2009 届毕业设计说明书第 32 页 共 35 页 013036 .312tg1）螺栓上的受力 根据高低齿弧连接特点，可将其近似简化为一个具有悬臂端的双支梁，时其载荷作用于悬臂端，如图0 图 1.13 螺栓 AB 受力图列平衡方程，得 0TXUBX 2839.24(N)TXUB 0)(121lBllUhUMYNTA 121)(lllUhUBNTY =4 .32)174 .32(33.1760224.2839 = 2508.7(N)其中 =2226 .31=32.4cm1l 0NYYUBAY

48、 = 2508.7-1760.33= 42690.3(N)YA螺栓上的合力，螺栓 A A= 42690.3(N)螺栓 B B=37887.8(N)YXBB中北大学 2009 届毕业设计说明书第 33 页 共 35 页2）螺栓强度计算高低齿弧螺栓连接方式如图，1.14图 1.14 高低齿弧螺栓连接方式图图中，d=40mm L=55mm K=35mm剪切应力计算 螺栓 A = =1699.4(N)42dnAA4414. 3202.42692 螺栓 B =1508.3(N)42dnBB n=2 剪切面数量挤压应力计算 螺栓 A =2371.7(N/cm )dlAA5 . 4402.42692 螺栓

49、B中北大学 2009 届毕业设计说明书第 34 页 共 35 页 =2104.9(N/cm )dlBB5 . 4478.37882螺栓许用应力计算 螺栓材料的屈服点 Q60，螺栓许用挤压应力 18002400(N/cm )scm)4 . 03 . 0(2螺栓最小安全系数为 =1200/169.94=7.1acpn中北大学 2009 届毕业设计说明书第 35 页 共 35 页4 4 总结总结 该设计方案选用混合式摇架，参考了 83 式 122mm 榴弹炮摇架的机构原理，设计经验及方法。该摇架外廓紧凑，质量较小，复进筒能承载力，改善了本体受力，可抗回转力距，可部分容纳反后坐装置。炮身散热较快，维护

50、保养容易，更可以省去或部分省去摇架本体，对减轻摇架重量很有利。其中，摇架本体的后部为槽型结构，导轨和炮尾配合滑动，前部有前托箍，它与炮身上的圆柱部配合并归正炮身滑行方向。由于射击时制退机发热膨胀，使摇架结构发生变形，为此特用槽形摇架框作为连接体将前后托箍连在一起。经过对所设计摇架的滑轨，高低齿弧，耳轴等受力分析，经过强度校核，该摇架满足要求。中北大学 2009 届毕业设计说明书第 36 页 共 35 页参考文献参考文献1 谈乐斌,张相炎,管红根,陈新,戴劲松,陈常顺.火炮概论M.北京：北京理工大学出版社,2005.198.2 孟金友. 谈世界自行火炮的发展(上) J现代兵器，1989，第 9

51、期：810 3 曹红松,张亚.兵器概论M.北京:国防工业出版社,2008.1125.4 张相炎.火炮设计概论M.北京:北京理工大学出版社,2005.3189.5 中国人民解放军后字 412 部队.火炮设计手册.中国人民解放军炮兵 602 厂.1975.56 孟慎非.火炮专业与火炮装备的发展.火炮技术与武器装备专题情报研究论文集D.北京,2000.1212.7 罗书林.苏 M1974 式 122 毫米自行榴弹炮分析 J. 现代兵器 1983，第 9期8 华恭,伊玲益.火炮设计M.北京:国防工业出版社,1982.198210 9 金黎. 亚洲国家对自行榴弹炮的需要 J国外坦克，2006，第 12

52、期：15.10孔凡清，将言. 铁甲战神在怒吼 J. 坦克装甲车辆，2006，第 7 期：7.11金志明. 枪炮内弹道学 M. 北京：北京理工大学出版社,2004：1-335.12濮良贵,纪名刚.机械设计.北京:高等教育出版社,200613刘鸿文.材料力学.北京:高等教育出版社,200614张东妍等.无座力炮设计手册.北京:国防工业出版社,1978（9）15杨则尼等.无后座炮设计.北京:国防工业出版社,1983(6)中北大学 2009 届毕业设计说明书第 37 页 共 35 页致谢致谢 本文从论文的选题，写作、修改到最后的定稿，得到了我的指导老师刘树华教授的悉心指导。特别是他多次细细询问工作进度

53、，并在我陷入瓶颈时及时地指点迷津，使我柳暗花明。难以忘记，微雨的清晨他第一个到炮库，等待绘图犯难的我；难以忘记，在炎热的中午他依然坚守岗位，为我答疑解惑；难以忘记，在我精神懈怠时，他厉声的谆谆教导授人以鱼不如授人以渔。刘教授的耳濡目染，使我更正了思想观念，体会到学术风尚，对我以后的工作影响深远。 此外，还要感谢在这次设计中对我提供帮助的所有良师益友。感谢曹广群老师.薛百文老师在绘图上的点拨。同时,也要感谢在论文写作过程中，帮助过我、并且共同奋斗四年的大学同学们。能够顺利完成此次设计，是因为一路上有你们。再次衷心地感谢所有在我论文写作过程中给予过我帮助的人们，祝你们身体健康，工作顺利，谢谢！09

54、/20 11:46 102 机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及 CAD 设计09/08 20:02 3kN 微型装载机设计09/20 15:09 45T 旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5 吨卷扬机设计10/30 17:12 C620 轴拨杆的工艺规程及钻 2-16 孔的钻床夹具设计09/21 13:39 CA6140 车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计 83100308/30 15:37 CPU 风扇后盖的注塑模具设计09/20 16:19 GDC956160 工业对辊成型机设计08/30 15:45 LS 型螺旋输送机的设计10/07 23:43 LS 型螺旋输送机设计

55、09/20 16:23 P-90B 型耙斗式装载机设计09/08 20:17 PE10 自行车无级变速器设计10/07 09:23 话机机座下壳模具的设计与制造09/08 20:20 T108 吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计09/21 13:39 X-Y 型数控铣床工作台的设计09/08 20:25 YD5141SYZ 后压缩式垃圾车的上装箱体设计10/07 09:20 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计09/21 15:34 ZXT-06 型多臂机凸轮轴加工工艺及工装设计10/30 16:04 三孔连杆零件的工艺规程及钻 35H6 孔的夹具设计08/30 1

56、7:57 三层货运电梯曳引机及传动系统设计10/29 14:08 上盖的工工艺规程及钻 6-4.5 孔的夹具设计10/04 13:45 五吨单头液压放料机的设计10/04 13:44 五吨单头液压放料机设计中北大学 2009 届毕业设计说明书第 38 页 共 35 页09/09 23:40 仪表外壳塑料模设计09/08 20:57 传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计09/08 21:00 传动系统测绘与分析设计10/07 23:46 保护罩模具结构设计09/20 15:30 保鲜膜机设计10/04 14:35 减速箱体数控加工工艺设计10/04 13:20 凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计09/

57、08 21:33 分离爪工艺规程和工艺装备设计10/30 15:26 制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻 12 孔的夹具设计10/29 14:03 前盖板零件的工艺规程及钻 8-M16 深 29 孔的工装夹具设计10/07 08:44 加油机油枪手柄护套模具设计09/20 15:17 加热缸体注塑模设计10/07 09:17 动模底板零件的工艺规程及钻 52 孔的工装夹具设计10/08 20:23 包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计09/21 15:19 升板机前后辅机的设计09/09 22:17 升降式止回阀的设计09/22 18:52 升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计09/09 16:4

58、1 升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计08/30 15:59 半自动锁盖机的设计（包装机机械设计）08/30 15:57 半轴零件的机械加工工艺及夹具设计10/29 13:31 半轴零件钻 6-14 孔的工装夹具设计图纸09/26 13:53 单吊杆式镀板系统设计08/30 16:20 单级齿轮减速器模型优化设计08/30 16:24 单绳缠绕式提升机的设计09/09 23:08 卧式加工中心自动换刀机械手设计09/08 22:10 厚板扎机轴承系统设计09/18 20:56 叉杆零件的加工工艺规程及加工孔 20 的专用夹具设计08/30 19:32 双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计09/0

59、9 22:33 双模轮胎硫化机机械手控制系统设计09/09 22:32 双辊驱动五辊冷轧机设计09/08 20:36 变位器工装设计-0.1t 普通座式焊接变位机09/28 16:50 叠层式物体制造快速成型机机械系统设计09/08 22:41 可急回抽油机速度分析及机械系统设计09/08 22:42 可移动的墙设计及三维建模10/04 13:25 右出线轴钻 2-8 夹具设计10/04 13:23 右出线轴钻 6-6 夹具设计09/08 22:36 咖啡杯盖注塑模具设计10/07 08:33 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计09/09 16:15 啤酒贴标机的设计（总体和后标部分的

60、设计）10/29 13:58 喷油泵体零件的工艺规程及钻 14 通孔的工装夹具设计08/30 19:39 四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计09/21 13:39 四方罩模具设计08/30 19:42 四组调料盒注塑模具设计10/07 23:55 固定座的注塑模具设计中北大学 2009 届毕业设计说明书第 39 页 共 35 页09/09 23:52 圆柱坐标型工业机器人设计09/09 23:48 圆珠笔管注塑模工艺及模具设计10/13 16:36 圆盘剪切机设计09/21 13:25 基于 PLC 变频调速技术的供暖锅炉控制系统设计09/08 22:20 基于 pro-E 的减速器箱体

61、造型和数控加工自动编程设计08/30 18:00 基于 PROE 的果蔬篮注塑模具设计08/30 19:37 基于 UG 的 TGSS-50 型水平刮板输送机-机头段设计09/21 15:16 塑料油壶盖模具设计09/09 22:41 塑料胶卷盒注射模设计10/07 09:25 多功能推车梯子的设计09/08 21:25 多功能齿轮实验台的设计08/30 16:32 多层板连续排版方法及基于控制系统设计08/30 16:30 多层板连续排版方法毕业设计08/30 16:42 多用角架搁板的注塑模具设计及其仿真加工设计08/30 16:39 多绳摩擦式提升机的设计09/08 21:05 大型矿用自卸车静液压传动系统设计09/20 16:27 大型耙斗装岩机设计09/08 21:01 大批生产的汽车变速器左侧盖加工工艺及指定工序夹具设计10/30 15:42 套筒的机械加工工艺规程及攻 6-M8-6H 深 10 的夹具设计10/30 15:38 套筒的机械加工工艺规程及钻 40H7 孔的夹具设计10/29 14:13 套筒零件的工艺规程及钻 3-10 孔的工装夹具设计