楔形自鎖防振機構設計改進研究*

謝軍虎,曹燎原,鄧晶亮

(中國空空導彈研究院,河南 洛陽 471009)

楔形自鎖防振機構設計改進研究*

謝軍虎,曹燎原,鄧晶亮

(中國空空導彈研究院,河南 洛陽 471009)

文中針對某型發射裝置振動后產生卸彈困難的問題,深入研究了該型發射裝置采用的楔形防振機構的原理,并在此基礎上,通過控制防振機構零件的尺寸偏差來控制防振片的最大下壓量,將原有的單一防振片減振變為防振片減振與間隙減振相結合的綜合減振形式,通過理論分析、有限元仿真和試驗驗證,證明了改進方案的有效性和可行性,徹底解決了該型防振機構卸彈困難問題,為發射裝置的防振機構設計提供參考。

防振機構;發射裝置;間隙減振;尺寸鏈

0 引言

楔形自鎖防振機構在空空導彈發射裝置上應用廣泛,防振效果明顯[1]。近期外場頻頻反映在大過載飛行結束后,卸彈時采用扳手正常操作無法推動防振片,造成卸彈困難。該現象以前在某些型號發射裝置上出現過,解決方法是用圓柱形工具從防振片后沿航向方向向前敲擊,使防振片松動,然后用扳手將其收起。此種方法雖具有一定的可操作性,但如果飛機攜帶戰斗彈降落產生卸彈困難問題,此方法會對導彈及人員產生極大的安全隱患。

隨著新型導彈機動能力要求越來越高,導彈吊掛高度降低,導彈掛裝后沒有采用工具敲擊防振片的空間,若仍出現卸彈困難現象,將會影響產品在部隊的使用維護,并且影響導彈的發射分離安全性。通過文中的研究,對楔形防振機構進行改進設計研究,徹底解決了卸彈困難問題。此外還可確定該楔形自鎖防振機構的設計原則與適用范圍,為新型導彈發射裝置的設計提供參考,對提高發射裝置的可靠性、使用性和安全性具有重要的技術及實用價值。

1 楔形自鎖防振機構設計原理

楔形自鎖防振機構位于發射裝置鎖制機構上,其工作原理是通過左、右兩個Y向自鎖的防振片來消除導彈Y向間隙實現減振[2],自鎖機構保證了導彈向上作用在防振片上的力不會造成防振片向前滑動,進而引起防振失效,見圖1。

左/右防振片在掛飛導彈時對導彈Y向起減振作用,在導彈發射時,前吊掛X向運動使前防振片收起,保證導彈順利離梁。

楔形自鎖防振機構能夠消除彈架之間的間隙、減緩彈架之間的相對運動,從而實現減振的目的。防振機構主要由防振片、復位彈簧和滑動槽組成,如圖2示。防振片的底面為水平,可以將導彈滑塊緊緊壓在發射裝置的導軌上;防振片的頂面為一小角度斜面,可以沿有相同角度的滑動槽前后滑動,同時進行上下移動[3]。裝卸導彈時,通過工具操作使防振片向前上方移動產生彈架間隙利于導彈裝卸;導彈掛裝后,防振片在復位彈簧作用下貼緊導彈吊掛,達到消除間隙的目的,導彈掛飛時,依靠防振片的Y向自鎖設計實現減振作用,當過載導致導軌變形出現間隙時,復位彈簧保證了防振片會迅速消除新出現的間隙。

圖1 防振機構工作簡圖

該機構利用了楔形自鎖的原理。防振片和滑動槽配合處的小角度一般設計為8°～10°,小于此處的理論自鎖角,當防振片受到導彈吊掛垂直向上(Y向)的作用力時,在斜面上的水平分力小于水平靜摩擦力,防振片不會克服摩擦產生水平向前的位移,保證了防振片與導彈吊掛的緊密貼合[4]。

2 卸彈困難原因分析

前防振片(分為左、右防振片)安裝在鎖制器上(見圖2),左、右防振片分別作用在導彈前吊掛的兩邊,導彈吊掛安裝在發射架殼體導軌面上,當飛行中產生大的過載時,導軌變形導致導彈吊掛與防振片之間產生間隙,防振片在復位彈簧作用下去消除間隙,當飛行過載消失后,導軌變形恢復,導致導彈吊掛與防振片接觸面產生一個正壓力N,正壓力N的大小與飛行中導彈的Y向過載有關,由于防振片與鎖制器殼體為10°配合面,是自鎖結構(圖2中A槽為防振片運動卡槽,即在正壓力N方向無論多大的力,防振片均不會產生X向運動),由于過載產生的正壓力N在X向會有摩擦力f阻止防振片的X向運動,當過載很大時,發射架導軌彈性變形恢復產生的正壓力N可能會導致卸彈時采用扳手正常操作無法推動防振片,造成卸彈困難。

圖2 防振工作原理圖

此型鎖制器防振機構不是每次飛行均會發生卸彈困難問題,與飛行條件、懸掛方式有關,尤其是在飛機帶彈進行大機動且連續多架次飛行后較明顯。

3 改進方案

由以上分析可知,卸彈困難的問題是該形式防振機構的固有特點造成的。要想解決現有卸彈困難問題,應保證在大過載飛行結束后,通過扳手操作可順利卸彈,且改進方法不影響導彈的防振要求。

防振片防振為消間隙減振,導彈與防振片緊密貼合。在空空導彈發射裝置中,還有一種較為常見的防振方式為限幅減振(間隙減振),即通過控制掛裝后的導彈與發射架之間的間隙在一個合理范圍內,從而限制導彈振動的振幅,實現導彈的減振要求[5]。文中采用的改進方案就利用了限幅減振的方法,對防振機構進行改進設計。

由人機工程學可知人手操作扳手的最大力值,確定該力值后通過計算可確定防振片與導彈吊掛之間的摩擦力和正壓力。再基于此正壓力值,通過有限元仿真計算出在此壓力值下的導軌變形量,根據此時的導軌變形量可確定改進設計后的防振片的最大預壓量,該最大預壓量可通過尺寸鏈和尺寸偏差進行控制。

由于飛行中的載荷難以確定,在大過載飛行時,當導軌的變形量在防振片的最大預壓量之內時,防振片會可靠跟隨并壓緊導彈吊掛;當導軌的變形量超過防振片的最大預壓量時,防振片由于自身結構尺寸限制不能一直跟隨并壓緊吊掛,此時防振形式變為限幅減振(間隙減振)形式,該間隙值一般在0.2～0.4 mm之間,該間隙在導彈振動時限制其振幅[6]。這樣在大過載飛行結束后,導軌彈性變形恢復時,可自由釋放掉部分變形,其產生的正壓力和摩擦力就能控制在要求的范圍內,由此可保證順利卸彈。

3.1 理論分析

由人機工程學知,一般人單手的最大推力為245N左右,在卸彈時人手扳動扳手來帶動撥叉轉動,進而頂起前防振片。由防振機構結構尺寸計算可得人手能推動的防振片與導彈吊掛之間的摩擦力:

3.2 有限元計算

以某型導軌發射裝置為例,通過有限元計算可得出因導軌單邊5 488N的正壓力而產生的導軌Y向變形量為0.385 mm。因此改進設計后的防振片的最大預壓量為0.385 mm。

圖3 局部導軌有限元計算網格圖

圖4 局部導軌Y向位移云圖

3.3 尺寸鏈計算示例

以某型發射裝置現有結構尺寸進行尺寸鏈示例計算,改進設計后的最大預壓量可參照示例通過尺寸鏈和尺寸偏差進行控制。

圖5 鎖制器防振片預壓量計算簡圖

圖6 鎖制器防振片預壓量計算尺寸鏈圖

由圖6可得,尺寸鏈計算方程為Y=A5+A2+A1-A3-A4。

表1 其它已知數據

即防振片在最下端位置時(機械限位)最大允許導彈吊掛Y向位移量為1.257 mm,遠大于0.385 mm,因此該型發射裝置在某些飛行條件或振動條件下會產生卸彈困難現象。要徹底改變卸彈困難現象,需對尺寸偏差重新進行分配。

3.4 試驗驗證

按照上述改進方案對現有某型發射裝置楔形防振機構進行改進設計,按照重新分配的尺寸偏差進行零件加工,經過測量計算,防振片的最大預壓量為0.382mm。在振動試驗室對改進后的某型發射裝置進行掛彈功能性振動試驗,振動條件采用改進前曾出現過振后卸彈困難的振動量級和振動時間,振動過程中對發射裝置和導彈進行監測。試驗結果顯示:通過有效控制防振片的最大下壓量,采用楔形防振片防振和間隙減振的綜合防振形式,防振效果達到了設計要求,且在振動后沒有出現卸彈困難現象,卸彈順利,試驗結果證明改進方法有效可行。

4 結論

文中針對某型發射裝置振動后產生卸彈困難的問題,深入研究和分析了該型發射裝置采用的楔形防振機構的防振原理,并在此基礎上,提出了解決該型防振機構卸彈困難問題的改進方案,通過控制防振機構零件的尺寸偏差來控制防振片的最大下壓量,將原有的單一防振片減振變為防振片減振與間隙減振相結合的綜合減振形式,通過理論分析、有限元仿真和試驗驗證,證明了改進方案的有效性和可行性,為新型導彈發射裝置的防振機構設計提供了參考。

[1] 曹燎原, 謝軍虎. 楔形自鎖防振機構發射安全性研究 [J]. 彈箭與制導學報, 2012, 32(5): 45-47.

[2] 廖志忠, 徐日洲, 吳繼海, 等. 空空導彈發控系統設計 [M]. 北京: 國防工業出版社, 2007: 117-121.

[3] 張堃, 王大明. 機械導彈發射裝置減振機構設計改進 [J]. 機械工程師, 2009(5): 58-59.

[4] 張堃, 王大明. 發射裝置中減振裝置失效分析 [J]. 失效分析與預防, 2009, 4(2): 105-107.

[5] 張立軍, 應華飛. 懸架減振器與車身間間隙對汽車平順性的影響 [C]∥2011中國汽車工程學會年會論文集: 630-634.

[6] 王國慶, 左建昌, 王帑, 等. 附加非線性阻尼夾層的間隙彈性機構減振分析 [J]. 機械傳動, 2008, 32(4): 72-75.

Research on Improving Design of Wedge Self-locking Vibration Proof Mechanism

XIE Junhu,CAO Liaoyuan,DENG Jingliang

(China Airborne Missile Academy, Henan Luoyang 471009, China)

In view of difficult unloading missile after vibration test of launcher, the vibration control principle of wedge self-locking vibration proof mechanism in this launcher was researched deeply in this paper. On this basis, by controlling dimension deviation of parts in vibration proof mechanism to control the maximum pressing number of the anti-vibration piece, the original single vibration control by anti-vibration piece was changed to comprehensive anti-vibration form containing anti-vibration piece and damping clearance. The improvement program to solve the difficult issues of unloading the missile was effective and feasible which proved by theoretical analysis, finite element simulation and experimental validation, which can provide reference design for anti-vibration mechanism of new launchers.

vibration proof mechanism; launcher; damping clearance; dimension chain

2015-12-13

謝軍虎(1987-),男,陜西合陽人,工程師,研究方向:機載導彈發射裝置發控系統總體設計。

TJ760.39

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