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1、中北大学2009届毕业设计说明书目 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
2、35致谢36第 I 页 共 I 页1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37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
3、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。20世纪60年代至今，榴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
4、。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
5、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、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。122mm 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
6、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。2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
7、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。 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。2.1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
8、）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.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
9、毛坯上铸造出来，但要求壁厚不能过薄。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
10、起。2.2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。 2.2.2摇架受力分析包括1作用在滑板上的力。2作用在高低齿弧
11、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。3 122mm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3.1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
12、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；此摇架后部利用导轨及滑板与炮身连接；
13、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，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
14、架主要结构尺寸简图 其中， 火炮口径 d=121.92mm前后滑板距离滑板长度 2.5d=304.8mm最大后坐长 =1100mm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
15、变后坐机构等。例如，瞄准具支臂，半自动开闩板支臂等。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。3.2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，求反作用力 。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，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 - (1.1) (1.2) (1.3) 由上得，
