回轉(zhuǎn)式手槍自動機結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真研究

梁振剛，韓 鐵，袁志華，胡 明，李文國

（1.沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，沈陽 110159；2.北京理工大學(xué)機電學(xué)院，北京 100081；3.解放軍92840部隊，山東 青島 266405）

回轉(zhuǎn)式手槍自動機結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真研究

梁振剛1，2，韓 鐵1，3，袁志華1，胡 明1，李文國3

（1.沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，沈陽 110159；2.北京理工大學(xué)機電學(xué)院，北京 100081；3.解放軍92840部隊，山東 青島 266405）

手槍槍管短后坐式自動機閉鎖機構(gòu)有槍管偏移式與槍管回轉(zhuǎn)式兩種結(jié)構(gòu)，前者結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，但穩(wěn)定性較差，精度不高；后者射擊平穩(wěn)，精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生故障。針對這一現(xiàn)狀，設(shè)計一種新的手槍自動機，對現(xiàn)有的手槍自動機結(jié)構(gòu)進行改進，結(jié)合槍管偏移式手槍結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠與槍管回轉(zhuǎn)式手槍射擊平穩(wěn)的優(yōu)點，將新式手槍槍管回轉(zhuǎn)式自動機設(shè)計為槍管與套筒閉鎖，槍管下方設(shè)置螺旋槽導(dǎo)轉(zhuǎn)槍管的結(jié)構(gòu)。用UG軟件對改進的手槍結(jié)構(gòu)進行三維實體建模，利用ADAMS軟件對其進行動力學(xué)仿真和運動學(xué)驗證。結(jié)果表明該機構(gòu)工作平穩(wěn)，可靠性更高，可更好地提高手槍性能。

手槍自動機，閉鎖機構(gòu)，槍管回轉(zhuǎn)式，ADAMS，動力學(xué)仿真

0 引言

閉鎖機構(gòu)是武器的核心，選擇何種形式的閉鎖機構(gòu)對武器的綜合性能有著重要影響［1］。在當(dāng)今大部分手槍中，普遍采用槍管偏移式閉鎖機構(gòu)［2］。這種閉鎖機構(gòu)靠斜面或連桿帶動槍管尾部上下偏移完成開鎖及閉鎖動作，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，開閉鎖動作可靠。但其開閉鎖受力不均且后坐時槍管偏離槍管軸線造成開閉鎖動作的平穩(wěn)性較差。同時為使槍管上下擺動完成開閉鎖動作，套筒前端與槍管定位處需設(shè)計成一定的錐度，導(dǎo)致套筒與槍管之間易于磨損而加大套筒與槍管之間的配合間隙，造成手槍射擊精度下降。為此，出現(xiàn)了槍管回轉(zhuǎn)式閉鎖機構(gòu)。這種閉鎖機構(gòu)利用槍管在螺旋槽的作用下沿著槍管軸線旋轉(zhuǎn)來完成手槍的開閉鎖動作，槍管只在軸線上運動，手槍射擊更加平穩(wěn)［3］。但這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工工藝性較差；同時這種結(jié)構(gòu)在工作過程中容易產(chǎn)生楔緊現(xiàn)象，可靠性較低［4］。本文綜合敘述兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點設(shè)計一種新的手槍自動機，保留槍管回轉(zhuǎn)式手槍的優(yōu)點，并對其進行優(yōu)化，設(shè)計為槍管與套筒閉鎖，槍管下方設(shè)置螺旋槽導(dǎo)轉(zhuǎn)槍管，使其結(jié)構(gòu)更加簡單，工作起來更加可靠。

1 回轉(zhuǎn)式手槍自動機的改進方案

1.1 回轉(zhuǎn)式手槍自動機的改進方向

1.1.1 射擊穩(wěn)定

射擊精度直接影響著手槍性能的好壞，是手槍設(shè)計中要考慮的重要因素［5］。偏移式閉鎖機構(gòu)手槍，其開閉鎖受力不均且后坐時槍管偏離軸線造成開閉鎖動作的平穩(wěn)性較差。為保證手槍射擊平穩(wěn)，在同樣為槍管短后坐自動方式下，選擇槍管回轉(zhuǎn)式閉鎖機構(gòu)。槍管回轉(zhuǎn)式閉鎖機構(gòu)，在工作過程中，槍管要繞著槍管軸心旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動慣量。在槍管質(zhì)量不變的條件下，轉(zhuǎn)動的角度越小，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量就會越小，手槍射擊時就會越穩(wěn)定［6］。減小閉鎖凸筍閉鎖工作面在旋轉(zhuǎn)圓周里的周向長，可解決上述問題，但會存在強度隱患。在既要保證旋轉(zhuǎn)角度小，又保證強度的條件下，可增加閉鎖凸筍的數(shù)量，將閉鎖凸筍設(shè)計為2個。

1.1.2 簡化結(jié)構(gòu)

“活動機件少，分解結(jié)合簡單”是衡量現(xiàn)代手槍設(shè)計優(yōu)劣必不可少的指標(biāo)。已有的槍管回轉(zhuǎn)式手槍結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，為了簡化這一結(jié)構(gòu)，借鑒槍管偏移式自動機的結(jié)構(gòu)，利用手槍下機匣上的結(jié)構(gòu)完成導(dǎo)轉(zhuǎn)槍管的任務(wù)，閉鎖部分設(shè)計在槍管與套筒之間。開鎖凸筍的位置設(shè)計在在槍管偏后方，避免開鎖凸筍增加手槍的縱向體積，利于手槍的緊湊化設(shè)計。新結(jié)構(gòu)與槍管偏移式自動機對比圖如圖1所示。

1.1.3 減少楔緊現(xiàn)象發(fā)生

由斜面（或螺旋面）作用產(chǎn)生側(cè)向分力而引起的附加摩擦現(xiàn)象稱為楔緊。這種楔緊現(xiàn)象一般產(chǎn)生在開鎖前的自由行程中，復(fù)進過程中及后坐到位反跳時。本文所設(shè)計的結(jié)構(gòu)，可導(dǎo)致楔緊現(xiàn)象產(chǎn)生的部位主要為手槍的閉鎖工作面。手槍開鎖過程中套筒與槍管閉鎖突筍之間的摩擦，可以導(dǎo)致槍管停止轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生楔緊。減小楔緊的措施有：減小槍管的旋轉(zhuǎn)角度，減小槍管的旋轉(zhuǎn)角度直接減小了槍管旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，同時槍管后坐同樣的距離，旋轉(zhuǎn)較小的角度，使螺旋槽的傾斜角度變小，槍管運動時的側(cè)向分力和附加摩擦力隨之減?。?-9］；增加開鎖突筍的長度，可以增加導(dǎo)轉(zhuǎn)槍管的力矩，使槍管的導(dǎo)轉(zhuǎn)力大于附加摩擦力，槍管更容易旋轉(zhuǎn)，從而減小楔緊現(xiàn)象發(fā)生。

2 新式回轉(zhuǎn)式手槍自動機的工作原理

新式回轉(zhuǎn)式手槍的結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)的主要部件包括：槍管、開鎖凸筍、閉鎖凸筍、套筒、套筒直槽、螺旋槽基座、槍機、復(fù)進簧、擊針、擊錘等。工作原理：當(dāng)子彈擊發(fā)后，火藥燃氣壓力推動彈殼后坐，彈殼將力傳至槍機，使之與套筒一起后坐，套筒上的直槽與槍管閉鎖凸筍接觸，帶動槍管一起后坐。槍管開鎖凸筍與底部螺旋槽作用，使槍管沿槍管軸線轉(zhuǎn)動，當(dāng)槍管后坐到位時，槍管上的閉鎖凸筍已嵌入套筒直槽，套筒與槍管開鎖，套筒繼續(xù)后坐，之后完成拋殼。后坐到位后自動機在復(fù)進簧作用下完成復(fù)進、進彈動作，套筒繼續(xù)復(fù)進帶動槍管復(fù)進，復(fù)進到位時完成自動機的閉鎖。這就是自動機的一個工作循環(huán)。

3 新式回轉(zhuǎn)式手槍自動機動力學(xué)仿真

3.1 回轉(zhuǎn)式手槍自動機仿真方法

通過對自動武器自動機動力學(xué)進行動力學(xué)仿真研究，掌握自動機的運動學(xué)、動力學(xué)特性［8］。本文利用UG軟件對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行三維建模，運用軟件ADAMS對其進行仿真，了解自動機的運動性能。

3.2 回轉(zhuǎn)式手槍自動機仿真建模

運用ADAMS進行仿真建模，要先將利用UG軟件建立好的所設(shè)計結(jié)構(gòu)的三維實體建模導(dǎo)出為. x_t文件。之后對機構(gòu)添加固定副、移動副和驅(qū)動。添加固定副后，手槍部件中，手槍下機匣固定于地面上，彈夾固定于手槍下機匣上，螺旋槽基座也固定于手槍下機匣上。被固定的手槍部件在運動仿真過程中不發(fā)生移動。添加固定副后的機構(gòu)圖如圖3所示。

移動副則為手槍套筒與手槍下機匣之間的移動，添加完移動副的機構(gòu)圖如圖4所示。

需要添加驅(qū)動的為手槍套筒與手槍下機匣之間的移動副，其余部件都隨著這兩個部件的運動而運動。添加完驅(qū)動后的機構(gòu)圖如圖5所示。

之后添加各構(gòu)件的接觸力，設(shè)定各部件質(zhì)量。利用ADAMS軟件的結(jié)果分析功能［10］，可得出手槍機構(gòu)中各部件的運動曲線。

3.3 仿真結(jié)果分析

3.3.1 運動曲線分析

槍管角速度曲線圖如圖6所示。由圖可知子彈擊發(fā)后，槍管就開始后坐旋轉(zhuǎn)，當(dāng)槍管后坐距離達到10 mm時，槍管后坐到位。之后，槍管不動，套筒繼續(xù)后坐，套筒后坐到位后開始復(fù)進。當(dāng)槍機與槍管接觸時，槍管隨著套筒一起復(fù)進，并最終復(fù)進到位閉鎖。可見槍管復(fù)進時的角速度要比其后坐時小得多。

手槍套筒與槍管的速度曲線圖如圖7所示。由圖可知，當(dāng)子彈擊發(fā)后手槍套筒立即后坐，并帶動槍管一起后坐。槍管后坐到位后停止運動，手槍套筒繼續(xù)后坐，抽彈殼，拋彈殼，后坐到位后開始復(fù)進。當(dāng)手槍套筒與槍管會合時，兩者一起復(fù)進到位。圖中顯示，手槍自動機一個工作循環(huán)中，在起始端與末端，手槍套筒與槍管的速度曲線重合，證明此時兩者運動同步，與設(shè)計的情況相符?？傻贸鼋Y(jié)論：該結(jié)構(gòu)合理，可以按照設(shè)計正常運動。

3.3.2 自動機循環(huán)圖

自動機工作循環(huán)圖對武器性能影響很大，它描述了基礎(chǔ)構(gòu)件的工作順序和各機構(gòu)的運動關(guān)系［10］，可作為機構(gòu)是否可靠、協(xié)調(diào)，射擊頻率、后坐阻力是否滿足要求的依據(jù)。工作循環(huán)圖的制定是以基礎(chǔ)構(gòu)件的位移或時間為自變量來制作的，本設(shè)計的自動機的工作循環(huán)圖如圖8所示。由圖8可知手槍射擊時各部件的運動情況：后坐時，槍管與套筒一起后坐，槍管后坐3 mm為自由行程，槍管不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。槍管后坐10 mm時后坐到位，停止運動。套筒繼續(xù)后坐，槍機抽彈，套筒后坐40 mm時拋出彈殼，之后套筒后坐到位。復(fù)進時套筒復(fù)進5 mm后推彈，復(fù)進35 mm時套筒推彈入膛，與槍管一起復(fù)進，完成閉鎖，最后復(fù)進到位。由此可見本設(shè)計合理，可以實現(xiàn)手槍自動機的平穩(wěn)可靠工作。

4 結(jié)束語

本文通過對現(xiàn)有手槍自動機類型、性能的分析，設(shè)計了一種槍管回轉(zhuǎn)式手槍自動機，并對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行了三維實體建模與運動學(xué)仿真。本設(shè)計綜合了手槍結(jié)構(gòu)中槍管偏移式自動機與槍管回轉(zhuǎn)式自動機兩類自動機的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單，射擊平穩(wěn)，可避免回轉(zhuǎn)式閉鎖機構(gòu)產(chǎn)生的楔緊現(xiàn)象，使其工作更加可靠，射擊更加平穩(wěn)。通過動力學(xué)仿真證明，本設(shè)計是可行的。這對于提升手槍性能，有著重要的意義。

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Dynamic Simulation Research on the Structure of Revolving pistol Automata

LIANG Zhen-gang1，2，HAN Tie1，3，YUAN Zhi-hua1，HU Ming1，LI Wen-guo3
（1.School of Equipment Engineering Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China；2.School of Mechatronical Engineering Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China；3.Unit 92840 of PLA，Qingdao 266405，China）

There are two types of locking system of gun barrel short-recoil automatic mechanism: the barrel offset and the barrel rotary，the former has simple structure and reliable action，but its stability and accuracy is poor.The latter has high precision and smooth shooting，but its structure is complex，prone to failure.In order to solve the problem，a new gun automata to improve the existing pistol automata structure is designed.The new structure combined the simple structure and reliable action of the barrel offset with the stable shot of the barrel rotary，the new gun barrel rotary automata is designed with a barrel and sleeve atresia，and a spiral groove barrel equipped beneath the barrel.UG software is uesd to modeling the improved pistol structure for 3D entity，and used the ADAMS software to make dynamic simulation and motion verification of the designed structure.Results show that the institutions works smoothly and has higher reliability.It can better enhance the ability of the pistol.

pistol automata，locking mechanism，barrel rotary，ADAMS，dynamic simulation

TJ35

A

1002-0640（2015）10-0183-04

2014-08-05

2014-10-10

梁振剛（1973- ），男，遼寧沈陽人，博士，講師。研究方向：武器設(shè)計與仿真。