某鏈?zhǔn)轿淦骶彌_裝置的動力學(xué)仿真研究

符立華臺州科技職業(yè)學(xué)院，浙江臺州　318020

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某鏈?zhǔn)轿淦骶彌_裝置的動力學(xué)仿真研究

符立華
臺州科技職業(yè)學(xué)院，浙江臺州318020

摘要運(yùn)用多剛體動力學(xué)相關(guān)的理論和虛擬樣機(jī)建模技術(shù)，在ADAMS軟件中建立某型號鏈?zhǔn)脚趽舭l(fā)循環(huán)過程的多剛體動力學(xué)仿真模型，對比分析緩沖裝置關(guān)鍵參數(shù)對整個武器系統(tǒng)工作特性的影響規(guī)律，并得到一個比較合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方案，一定程度上減小了該鏈?zhǔn)轿淦鞯暮笞秃笞灰啤?/p>

關(guān)鍵詞鏈?zhǔn)脚冢粍恿W(xué)仿真；后坐力；后坐位移

動力學(xué)仿真技術(shù)現(xiàn)在已成為機(jī)械系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計(jì)中不可缺少的重要手段，在降低系統(tǒng)的研制成本、縮短產(chǎn)品試驗(yàn)周期方面起著越來越重要的作用。ADAMS軟件是美國MSC公司開發(fā)的，它通過特定的方式創(chuàng)建完全參數(shù)化的幾何模型，對建立的虛擬幾何模型進(jìn)行靜力學(xué)、動力學(xué)及運(yùn)動學(xué)分析，最后輸出位移、速度、加速度和反作用力等曲線［1］。

ADAMS仿真軟件能夠非常有效的縮短武器系統(tǒng)的研發(fā)周期，對于制造費(fèi)用和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用都非常昂貴的鏈?zhǔn)脚冢珹DAMS仿真研究的優(yōu)點(diǎn)更加的突出。

1　建立動力學(xué)仿真模型

該鏈?zhǔn)脚谂谏砭彌_方式采用的是環(huán)形彈簧緩沖。由于環(huán)形彈簧的數(shù)量比較多，而且是非常復(fù)雜的圓錐面之間的相互接觸，假如對每個面之間的相互接觸都進(jìn)行定義，勢必會大大降低ADAMS軟件仿真分析的速度，同時由于環(huán)形彈簧在卸載時和加載時工作特點(diǎn)的不同，它們的剛度也是不一樣的，因此，在用ADAMS軟件進(jìn)行仿真的時侯，有必要對該彈簧的工作過程進(jìn)行一定的簡化。環(huán)形彈簧在加載和卸載時的軸向變形與受力之間的關(guān)系可以近似用線性關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，環(huán)形彈簧在加載時和卸載時的剛度k1、k2可用式（1）表示：

式中：n表示環(huán)形簧圓錐接觸面的對數(shù)；A1表示彈簧外圓環(huán)的橫截面積；A2表示彈簧內(nèi)圓環(huán)的橫截面積；E表示彈簧材料的楊氏模量；R01表示彈簧外圓環(huán)截面的半徑；R02表示內(nèi)圓環(huán)截面的半徑；ρ表示摩擦角；β表示圓錐角。

根據(jù)本仿真研究的鏈?zhǔn)脚诘墓ぷ魈匦裕詈筮x定彈簧的摩擦角為14°，圓錐角為9°。再把選定的參數(shù)通過公式（1）進(jìn)行計(jì)算可得K1=4K2。

施加完載荷、驅(qū)動、約束并且對鏈?zhǔn)脚谂诠苓M(jìn)行必要的處理后，建立的ADAMS動力學(xué)仿真模型如圖1所示。

2　結(jié)果分析

2.1槍身后坐運(yùn)動特性

射擊過程中該鏈?zhǔn)脚诘暮笞灰魄€和后坐力特性曲線如圖2所示。

圖1　鏈?zhǔn)脚趧恿W(xué)仿真模型

圖2　后坐位移、后坐力特性曲線

對圖2的曲線進(jìn)行分析可以得到，第一發(fā)子彈的后坐位移和后坐力比后面四發(fā)子彈要小一些，這是因?yàn)閷ο到y(tǒng)進(jìn)行仿真時的開始位置和后面每發(fā)彈的循環(huán)開始位置是不同的，并且此時武器系統(tǒng)還沒有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，不是本文研究的重點(diǎn)，因此，對第一發(fā)子彈引起的后坐位移和后坐力不作對比分析。在t=0.12 s 時，單邊后坐力大小是5 086N，這是第一次出現(xiàn)極大值，此時整個武器系統(tǒng)搭載的平臺受到的后坐力大小是10 172N；在t=0.15 s 時，前沖的單邊作用力為1 675N，此時整個武器系統(tǒng)搭載的平臺受到的前沖力大小是3 350N。在t=1.12 s 時，系統(tǒng)的后坐位移為20.45mm，這是第一次出現(xiàn)后坐極大值，在t=0.14 s時，系統(tǒng)的前沖位移為13.38mm，這是第一次出現(xiàn)前沖極大值。

該鏈?zhǔn)脚诓捎铆h(huán)形彈簧緩沖器作為緩沖裝置。對本文研究鏈?zhǔn)轿淦骱笞秃笞灰朴绊懽畲蟮沫h(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)有直線剛度K、預(yù)壓力P、加載剛度和卸載剛度之比C，本文通過控制變量法，對這些參數(shù)進(jìn)行了大量的對比分析。

3　改進(jìn)方案結(jié)果分析

為了進(jìn)行有效的對比分析，文中采用控制變量法的方法。文章中所有的對比分析數(shù)據(jù)都是在射擊速度為600發(fā)/分鐘，仿真時間為0.5s的射擊工況下對比各個參數(shù)對鏈?zhǔn)轿淦骱笞秃笞灰频挠绊懱匦浴Ｎ恼略诮?jīng)過大量ADAMS動力學(xué)仿真以后，對每一個仿真得到的曲線進(jìn)行對比分析，最后選定一組最優(yōu)環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)，此時鏈?zhǔn)轿淦鞯暮笞闆r的得到了明顯的改善。最后確定的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)是：環(huán)形彈簧加載時的彈簧剛度K1為170N/mm；卸載時的彈簧剛度K2為28.3N/mm；彈簧預(yù)壓力P為500N。對采用最優(yōu)環(huán)形彈簧的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到的后坐力和后坐位移仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3　最優(yōu)方案后坐位移、后坐力特性曲線

分析圖3的曲線可以得到，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，鏈?zhǔn)轿淦鞯膯芜吅笞ψ畲笾禐? 900N，前沖的最大位移為9.53mm，后坐的最大位移為21.35mm，。而采用最初方案時，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，鏈?zhǔn)轿淦鞯膯芜吅笞ψ畲笾禐?0 158N，前沖的最大位移為13.38mm，后坐的最大位移為20.45mm。對比這兩個方案的結(jié)果可以得出，采用改進(jìn)方案后，系統(tǒng)單邊最大后坐力減小了2 258N，后坐位移最大值增加了0.92mm，前沖位移最大值降低了3.84mm。可以看出，最大后坐力得到了明顯的降低，雖然后坐位移最大值有所增加，但仿真結(jié)果顯示，這個后坐位移仍然能夠滿足武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。同時鏈?zhǔn)轿淦鞯那昂罂傮w位移值降低了2.92mm，這在一定程度上能夠提高鏈?zhǔn)轿淦鞯纳鋼舴€(wěn)定性。

4　結(jié)論

本文是基于ADAMS的鏈?zhǔn)脚谶\(yùn)動機(jī)構(gòu)及緩沖裝置進(jìn)行了動力學(xué)仿真，對研究該鏈?zhǔn)脚诰彌_裝置對后坐力和后坐位移影響規(guī)律有很大的參考價值，并提出了一個相對合理的緩沖裝置參數(shù)方案，很大程度上縮短了該鏈?zhǔn)脚诘难邪l(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

［1］郭衛(wèi)東.虛擬樣機(jī)技術(shù)與ADAMS應(yīng)用實(shí)例教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［2］何志強(qiáng)，黃守仁，李載弘.航空自動武器設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版利，1990.

［3］張英會.彈簧［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：280-310.

［4］曾晉春，楊國來，王曉峰.某火炮自動機(jī)虛擬樣機(jī)建模與仿真［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2008（1）：42-45.

［5］王寶元，梁世瑞，周發(fā)明.火炮自動機(jī)平面運(yùn)動凸輪機(jī)構(gòu)多體系統(tǒng)運(yùn)動分析［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2000（3）：13-15.

中圖分類號TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0225-02

作者簡介：符立華，臺州科技職業(yè)學(xué)院。