供弹机循环弹链机构及接弹机构的仿真及优化

摘要

供弹机是自行火炮武器系统的一个重要组成部分，主要由循环弹链机构和接弹机构组成，用于实现弹丸的贮存、选择以及弹丸的缓冲。循环弹链机构运动性能的好坏影响着弹丸传递的精度、机构的使用寿命等，接弹机构工作性能的好坏则直接影响着对弹丸缓冲作用的优劣。本课题主要以这两部分机构为研究对象，利用机械系统分析软件ADAMS和液压系统分析软件AMESim对循环弹链机构和接弹机构进行仿真分析和优化改进。
　　首先对供弹机结构组成和工作原理做了深入分析，然后对供弹机中主要机构进行了参数计算。对于循环弹链机构，由减速器传动比的计算得到了齿轮的转速，进而求得齿轮的传递圆周力，利用齿轮的传递圆周力、齿轮和销齿的原始参数对齿轮、销齿的强度进行了强度校核。对于接弹机构，根据接弹机构结构简图计算出机构的缓冲行程、最大扭矩以及液压缓冲缸的环形缝隙值。通过以上理论计算得到了机构的相关参数，为下一步仿真参数的设置做准备。
　　对于循环弹链机构，利用软件ADAMS建立了机构的仿真模型，通过对弹筒中心位移、销齿与轨道受力值的分析得出，机构在运动过程中存在着阻力大、弹筒中心上、下蹿动的问题。根据机构的传动原理得到了单轮传动模型，通过分析模型中齿轮与销齿的啮合情况得到，齿轮齿廓的非渐开线性使得齿轮与销齿啮合时产生了垂直于轨道的法向力，从而加大了销齿的摩擦阻力，使得弹筒中心上、下蹿动。本文根据销齿传动的啮合点方程得到了轮齿的对称齿廓方程，利用齿廓方程解出了渐开线齿廓在满足不干涉、重合度大于1条件下的齿轮基圆半径和齿顶圆半径取值范围。由得到的取值范围设计出新的渐开线齿轮，通过与原模型的仿真对比得到，优化模型运动受阻情况得到了明显改善。
　　对于接弹机构，利用ADAMS和AMESim建立机构了的模型，通过接口实现整个机构的运动仿真。通过对弹丸的受力、位移及速度的变化情况得出机构存在着缓冲力不足的问题。利用单变量敏感度分析法对扭簧刚度、液压缸环形缝隙值及橡胶块弹性模量进行敏感度分析，得出环形缝隙值对弹丸的缓冲作用影响最大。在环形缝隙值取值范围内利用仿真试验的方法找到最佳参数，由得到的最佳参数对机构进行重建。通过与原模型的仿真对比得出，优化后接弹模型对弹丸的缓冲作用增强，降低了弹丸受到的撞击力。
　　最后，通过实验检验循环弹链机构和接弹机构是否满足使用要求。对于循环弹链机构，通过测量销齿经过指定位置的时间来判断机构受阻、弹筒的蹿动情况。对原机构与优化机构进行对比测试，得出优化机构受阻很小，能够满足使用要求；由优化机构在不同载荷下的测试得出，载荷的变化对优化机构的运动性能影响甚微，优化机构在不同载荷下均可正常工作。对于接弹机构，通过测量弹盘撞击底座的力值大小来判断接弹机构缓冲性能的好坏。通过原机构与新机构实验结果的对比验证了优化机构缓冲性能有了明显提升，达到了使弹丸平稳降落的要求；通过优化机构对不同弹种的实验结果得到，优化后的机构在不同工作情况下仍能满足使用要求。