Принцип устройства и действия орудия 1 страница

Механизмы наведения предназначаются для придания оси ка­нала ствола углов прицеливания, установленных на прицельных приспособлениях.

Механизмы наведения, как правило, состоят из трех звеньев — ведущего, передающего и исполнительного. Эти звенья предназна­чаются для передачи движения от привода к качающейся или вращающейся части орудия. Самым распространенным способом передачи движения как внутри звена, так и от звена к звену яв­ляется механическая передача. Механическая передача состоит из цепи кинематических пар.

Кинематическая пара представляет собой две детали меха­низма* участвующие в передаче движения и имеющие возможность взаимно перемещаться. Основной кинематической парой назы­вается пара, один из элементов которой жестко или шарнирно свя­зан непосредственно с вращающейся или качающейся частью ору­дия и имеет с ней общую скорость вращения (например, зубчатый сектор, прикрепленный к люльке или станку).

Наиболее распространенными видами механических передач являются винтовые, зубчатые, червячные и цепные.

Винтовые передачи обычно состоят из винта и гайки (матки) и в основном предназначаются для преобразования вра­щательного движения в поступательное. Винты выполняются с пря­моугольной или трапецеидальной резьбой, что позволяет получить больший выигрыш в силе, а следовательно, и более высокий к. п. д. по сравнению с резьбой треугольного профиля. При этом трапе­цеидальная резьба предпочтительнее прямоугольной, так как она дает возможность производить регулировку мертвого хода при износе резьбы и является более прочной.

Достоинствами винтовой передачи являются простота конструк­ции и изготовления, выигрыш в силе, возможность обеспечения высокой точности перемещения, простота эксплуатации.

Основной их недостаток — малый к. п. д., что обусловлено боль­шими потерями на трение. В последнее время для устранения этого недостатка стали применять винтовые пары, в которых тре­ние скольжения заменено трением качения, — шариковые винтовые пары.

Зубчатая передача в основном служит для передачи вращательного движения, но встречаются механизмы, где ее используют для преобразования вращательного движения в посту­пательное (передача шестерня — рейка). Зубчатые передачи бы­вают цилиндрические, конические и винтовые.

Червячная передача состоит из червяка — винта с тра­пецеидальной нарезкой — и червячного колеса — зубчатого колеса с косыми зубьями особой формы. Червячная передачадает воз­можность получить большие передаточные числа при компактной конструкции с плавным ходом, с бесшумной работой и обеспечивает выполнение передачи самотормозящей. Главными недостатками червячной передачи являютсясравнительно невысо­кий к. п. д. (в самотормозящих передачах ) и необходимость изготовления червячного колеса из дорогих антифрикционных ма­териалов.

Цепные передачи обеспечивают передачу движения при значительных межосевых расстояниях (до 8 м), имеют малые габа­риты, обладают постоянным передаточным числом и высоким к. п. д.

К недостаткам цепных передач относятся:

— вытягивание цепи вследствие износа в шарнирах;

— необходимость тщательного монтажа и ухода;

— некоторая неравномерность хода передачи, особенно при малых числах зубьев и большом шаге звездочки;

— непригодность передачи при необходимости периодического реверсирования без пауз.

Механизмы наведения классифицируются по следующим при­знакам:

1. По назначению в конструкции образца вооружения:

— подъемные механизмы;

— поворотные механизмы;

— механизмы приведения к углу заряжания.

2. По типу привода ведущего звена:

— механизмы наведения с ручным приводом;

— механизмы наведения с электрическим приводом;

•— механизмы наведения с гидравлическим приводом.

3. По типу исполнительного звена:

— механизмы наведения с механическим исполнительным звеном;

— механизмы наведения с электрическим исполнительным звеном;

— механизмы наведения с гидравлическим исполнительным звеном.

В свою очередь механические исполнительные звенья в зависи­мости от вида основной кинематической пары делятся на зубчатые (секторные), червячные и винтовые.

Механизмы наведения артиллерийских орудий, как правило, имеют ручной или электрический привод с механическими пере­дающими и исполнительными звеньями.

К механизмам наведения предъявляются следующие требо­вания:

— легкость наведения;

— достаточная скорость наведения;

— несбиваемость наводки;

— плавность наводки;

— возможно больший сектор обстрела без изменения положе­ния всего орудия;

— удобство эксплуатации, осмотра, технического обслуживания и ремонта;

— прочность и живучесть;

— малая уязвимость от огня противника.

Легкость наведения определяется величиной усилия на ведущем звене (маховике) механизма которое необходимо для выполнения наводки с'заданной скоростью.

Величина усилия для механизма наведения определяется по формуле

)

где —усилие, необходимое для преодоления момента сил тре­ния в цапфах люльки или штыревого устройства;

— усилие, необходимое для преодоления момента неурав­новешенности качающейся части ;

— усилие, необходимое для преодоления сил инерции (разгон качающейся или вращающейся части).

Следовательно, момент на ведущем звене (маховике)

где —радиус ведущего звена (маховика) или

где

Усилие определяется на основании равенства

где —передаточное число механизма;

— к.п.д. механизма.

Решая зависимость относительно и подставляя его в вы­ражение (14.20), находят

По аналогии усилие

Для определения усилия приравнивают кинетическую энер­гию качающейся или вращающейся части в конце разгона к ра­боте на маховике за время разгона, т. е.

где —угловая скорость качающейся (вращающейся) части;

— момент инерции качающейся (вращающейся) части;

— угол поворота качающейся (вращающейся) части. Так как

а

где —средняя угловая скорость качающейся (вращающейся) части в период разгона; — время разгона, то, подставляя в зависимость (14.32) их значения и решая его от­носительно получают

Принимают , но так как

то

Подставляя найденное значение в выражение (14.33), по­лучают

Подставляя значения соответственно из зависимостей (14.30), (14.31) и (14.34) в формулу (14.25) и произведя несложные преобразования, находят

Зависимость (14.35) определяет величину усилия на ведущем звене механизма наведения. Из выражения (14.35)видно, что уси­лие на ведущем звене зависит от момента техниче­ского состояния механизма и его регулировки.

При ручном приводе ведущего звена величина этого усилия должна быть в определенных пределах. Верхний предел устанавли­вается из условия обеспечения продолжительной работы навод­чика, а нижний — из условия исключения сбивания наводки от слу­чайных причин.

При определении верхнего предела величины усилия исходят из того, что нормально физически развитый человек может про-

изводить рукой 100—120 однообразных движений в минуту и развивать при этом мощность до 75 Вт.

Из курса физики известно, что мощность определяется следую­щей формулой:

где N — мощность, Вт;

n—число оборотов маховика в минуту;

— радиус маховика, м;

— усилие на рукоятке маховика, Н.

Из этой формулы определяют усилие на рукоятке маховика

Подставляя в эту зависимость n = 120 об/мин, N=75 Вт и = = 0,15 м (величина R_M устанавливается из условия, чтобы при ра­боте на механизмах наведения наводчик мог непрерывно следить за целью), определяют

Следовательно, для ручных приводов усилие на маховике меха­низмов наведения не должно превосходить 30—40 Н при продол­жительной работе и установившемся движении и 70—80 Н при непродолжительной работе, а также при страгивании с места и сообщении ускорения движущимся частям в «период разгона», в течение которого приходится преодолевать не только силы тре­ния и момент неуравновешенности, но и инерцию масс, приводи­мых в движение.

Практически установлено, что в период разгона усилие на ма­ховике

Для исключения сбивания наводки орудия от действия незна­чительных случайных причин нижний предел усилия на маховике механизмов наведения должен быть не меньше 20 Н.

В служебных условиях легкость наводки зависит в значитель­ной степени от общего состояния механизмов, т. е. качества сбор­ки, регулировки, смазки, степени загрязнения деталей и т. п.

Скорость наводки измеряется величиной угла перемеще­ния ствола в горизонтальной или вертикальной плоскости за се­кунду (град/с) или за один оборот маховика (град/об) при работе на механизмах наведения.

Требуемая скорость наводки определяется тактико-техниче­скими требованиями к орудию. Величина ее зависит от назначения °РУДия и мощности источника энергии, обслуживающего механизм, т- е. зависит от характера привода (ручной, электрический, гид­равлический). Покажем, как определяют необходимую скорость горизонтальной наводки.

сторость горизонтальной наводки.

Если цель А (рис. 14.10) перемещается со скоростью V, а расстояние до нее от орудия то для непрерывного слежения за

целью необходимо иметь скорость наводки ш, определяемую по следующей формуле:

где —курсовой угол, т. е. угол между направлением на цель и направлением движения цели.

Из формулы (14.36) видно, что наибольшая скорость наводки потребуется при (движе­

ние цели круговое), т. е.

Положим, что (нор­

мальной скорости движения цели в боевых условиях), и выразим угловую скорость в град/с; тогда требуемая от механизма наиболь­шая скорость наводки опреде­лится по формуле

где — радиус (глубина) «мертвой зоны вокруг орудия», внутри которой наводка по цели, движущейся со скоростью и совершающей круговое движение, невозможна. Например, для обеспечения стрельбы прямой наводкой по це­лям, движущимся со скоростью на расстоянии 200 м от

орудия, потребуется скорость горизонтальной наводки

*

а на расстоянии 100 м =4,76 град/с.

Обычно скорости наводки колеблются от 0,5 (для тяжелых на­земных орудий) до 15 град/с и более (для зенитных орудий). На основе аналогичных рассуждений устанавливается и наибольшая скорость вертикальной наводки Так как скорость наводки

тесно связана с усилием на маховике, то после установления ее величины вычисляют мощность, необходимую для работы ме­ханизма наведения при установившемся движении, по формуле

Рис. 14.10. Схема перемещения цели относительно орудия

где — момент статических сопротивлений, равный сумме мо­ментов от сил трения и от неуравновешенности качаю­щейся части;

— к.п.д. механизма.

Мощность в период разгона приближенно определяется по формуле

где —коэффициент, характеризующий разность ре­жимов работы в период разгона и установив­шегося движения.

Если величина , полученная по фор­муле (14.38), не превосходит 75Вт, то для данного механизма можно применять ручной привод; в противном случае по­требуется" либо введение другого типа привода, либо изменение величины при­нятой скорости наводки.

Несбиваем ость наводки — способность механизма прочно и надеж­но фиксировать наводку после ее выпол­нения и при выстреле из орудия.

Обычно несбиваемость наводки обес­печивается применением в кинематиче­ских звеньях механизма самотормозящих пар (винтовая, червячная), тормозных, устройств и приспособлений для выбора мертвых ходов. Кроме того, несбивае­мость наводки обеспечивается достаточ­ной жесткостью элементов, участвующих в передаче усилий, воз­никающих при выстреле.

Сущность самоторможения заключается в том, что сила Р матки или червячного колеса (рис. 14.11), действующая вдоль винта или червяка, из-за наклона витков разлагается на две со­ставляющие— перпендикулярно опорнойповерхности витков и параллельноэтой поверхности Составляющая стремится повернуть винт или червяк, а

сила создает силу трения тормозящую вращение

винта или червяка. При определенных сочетаниях угла наклона винтовой линии а и коэффициента трения f сила трения будет больше вращающей силы, т. е. получится самотормозящая пере­дача, которая не может передавать вращение со стороны матки к винту или со стороны червячного колеса к червяку.

Итак, условие самоторможения определяется зависимостью

Очевидно, что чем меньше коэффициент трения тем меньше Должен быть угол подъема винтовой линии (червяка или винта) Для получения самоторможения передачи.

Рис. 14.11. Схема рас­пределения усилий в самотормозящей пере­даче

табл. 14.1 приведены некоторые значения коэффициента тре­ния _и соответствующие им максимальные углы подъема винтовой Ния™ ^{АЛЯ пол}У^чения самотормозящей передачи. Учитывая колеба- величины коэффициента трения в процессе работы механизма,

необходимо для надежности самоторможения угол подъема вин­товой линии уменьшать. Для поворотных механизмов следует брать апр не более 4°, а для подъемных — не более 3°. В против­ном случае при выстреле можно ожидать самопроизвольную «сда­чу» механизма и, следовательно, сбивание наводки.

Таблица 14.1

Плавность наводки обеспечивается равномерной ско­ростью наводки. Отсутствие плавности может затруднить непре­рывность наблюдения за целью и даже сделать наводку невозмож­ной. Плавность наводки главным образом зависит от общего со­стояния механизма и качества ухода за ним (своевременность смазки, удаления грязи и т. п.). Плавность наводки осущест­вляется за счет применения передач, обеспечивающих либо по­стоянство передаточного числа механизма (зубчатые, червячные и другие передачи), либо плавное его изменение (винтовые пере­дачи, шарниры Гука).

Сектор обстрела зависит от назначения орудия и яв­ляется одной из важнейших тактико-технических характеристик, от которой зависит огневая маневренность. Сектор обстрела опре­деляется диапазоном углов поворота ствола в вертикальной и го­ризонтальной плоскостях.

Под живучестью механизмов наведения пони­мается их способность в течение длительного срока выполнять по­ложенные функции без заметных признаков расстройства, износа и повреждений.

Живучесть механизмов зависит от следующих основных фак­торов:

— качества применяемых материалов;

— характера приложения нагрузки;

— качества обработки деталей;

— качества сборки и регулировки;

— качества смазки, ее состояния и условий смазки;

— степени квалификации обслуживающего персонала;

— качества ухода и сбережения.

Эксплуатация механизмов наведения артиллерийских орудий по сравнению с эксплуатацией аналогичных механизмов других машин имеет следующие особенности:

работа в полевых условиях, в любое время года и при лю­бых метеорологических условиях;

— механизмы наведения являются составными агрегатами орудия и перевозятся вместе с" ними, т. е. они являются транспор­тируемыми; -

— неблагоприятный (динамический) характер приложения на­грузки к деталям механизма.

Для обеспечения живучести механизмов эти особенности тре­буют обязательного применения следующих специальных устройств:

— защитных средств — кожухов, войлочных уплотнений, про­кладок, ограждающих ответственные детали механизмов от пыли, грязи, влаги и удерживающих смазку;

— стопоров крепления по-походному качающейся и вращаю­щейся частей орудия, которые отключают передаточные звенья механизмов наведения на время марша и принимают на себя инер­ционные усилия, возникающие при транспортировке орудия;

— амортизаторов и других приспособлений, обеспечивающих некоторую подвижность соединений и этим смягчающих нагрузку и приближающих ее по характеру действия к статической.

Помимо указанного конструкция механизмов наведения дол­жна предусматривать возможность регулировки зацепления, устра­нения мертвых ходов и других причин, вызывающих повышенный износ деталей, затрудняющих работу наводчика или нарушающих нормальную работу механизмов.

Удобство эксплуатации механизмов наведения обеспечивается, если наводчик как при работе на них, так и на прицельных приспособлениях занимает удобное и свободное поло­жение.

Малая уязвимость от огня противника — одно из важнейших требований, предъявляемых к механизмам наведе­ния. Учитывая особую ответственность, сложность конструкции и трудность исправления повреждений механизмов наведения, их не­обходимо располагать на орудии укрыто и по возможности ком­пактно.

Винтовые поворотные механизмы орудий (рис. 14.12) наземной артиллерии просты по устройству, компактны, позволяют производить поворот вращающейся части орудия в достаточно ши­роком секторе горизонтального обстрела.

Основными деталями этих механизмов являются: винт 2 (рис. 14.12), закрепленный шарнирно посредством пальца 1 на нижнем станке в точке В; матка 3, навинченная на винт 2 и дру- ™^м, концом через подшипник шарнирно закрепленная в крон- теине верхнего станка (точка Л); маховик 4, жестко соединенный маткой 3. При вращении маховика матка, перемещаясь по винту, меняет расстояние между точками А и В, в результате верхний аиок поворачивается на оси боевого штыря относительно нижнего станка.

Для удобства работы на механизме точка А приподнята над точкой В это вызывает наклон оси винта и матки. Передаточное отношение этого механизма

где —угловая скорость горизонтальной наводки; — угловая скорость маховика;

n — число оборотов маховика в минуту. Угловая скорость

>

значит

Для определения производной рассмотрим кинематическую

схему механизма (рис. 14.13), где:

— расстояние от точки В до оси боевого штыря;

— ось боевого штыря;

— расстояние от точки А до оси боевого штыря;

— расстояние между точками А и В в вер­тикальной плоскости;

АВ = l — расстояние между точками Л и В;

— расстояние между точками Л и В в гори­зонтальной плоскости;

— соответственно угол между отрезками а и р в горизонтальной плоскости при дан­ном угле поворота и при =0;

к —реакция винта на вращающуюся часть орудия при указанном стрелкой направ­лении вращения;

h — длина перпендикуляра, опущенного из точки О на горизонтальную проекцию оси ходового винта АВ

1 — начальное положение оси канала ствола;

2— промежуточное положение оси канала ствола;

— угол наклона оси ходового винта к горизонтальной плос­кости.

Начальное положение механизма показано штриховыми ли­ниями, промежуточное — сплошными.

Из треугольника имеем

Из треугольника определяем

Подставляем значение из выражения (14.42) в зависимость (14.41), продифференцируемее по времени t, принимая так как в процессе наводки изменяется незначительно, получим

В этом уравнении член есть скорость изменения длины ли­нии АВ, которая равна

где s —шаг резьбы винта (матки);

n —число оборотов маховика в минуту.

Подставляя значение из выражения (14.44) в зависимость (14.43) и решая его относительно , получим

Подставляя значение в выражение (14.40), имеем

Анализ выражения (14.46) показывает, что при работе на вин­товом поворотном механизме передаточное число изменяется, а это приводит к ухудшению плавности наводки.

На верхний станок во время наведения действуют следующие внешние силы и реакции (рис. 14.14):

— сила, осуществляющая поворот всей вращающейся части;

— сила тяжести вращающейся части;

— реакции нижнего станка на верхний в подпятнике и на катках;