07王亚平

机构变参数设计与动作可靠性分析的一种新方法*
王亚平1 徐诚1宋梅利2
1.南京理工大学机械学院105教研室，南京 210094
2.南京理工大学机械学院206教研室，南京 210094
摘要:本文提出了一种基于机械仿真软件—ADAMS的机构变参数设计与动作可靠性分析的方法，并详细介绍了运用该方法对某类冲锋枪发射机构进行的研究实例，建立了该发射机构的仿真模型，进行了该发射机构变参数设计与动作可靠性分析。

关键词:仿真变参数动作可靠性
系统动作可靠性可定义为“系统或部件在规定的条件下、规定的使用寿命中，准确、及时和协调地完成规定动作的能力。

”武器中普遍存在系统动作可靠性的问题。

随着计算机的发展和软件水平的提高，研究动作可靠性的方法也层出不穷。

本文提出了一种基于机械系统运动学动力学仿真软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）的机构变参数设计与动作可靠性分析的新方法，利用ADAMS对发射机构不同的结构参数和装配参数进行了变参数设计研究，建立了某类冲锋枪发射机构的仿真模型，进行了发射机构的动作可靠性分析，并对动作可靠性影响较大的因数进行了分析研究。

1．基于ADAMS的机构变参数设计与动作可靠性分析方法
发射机构的动作可靠性是直接影响发射的关键因素。

在以往的发射机构设计过程中，动作可靠性的研究一直采用传统的几何分析的方法来进行，即将运动零件按其装配尺寸放大到透明纸上，然后进行动作研究。

这种方法费时费力，在发现问题后的修改、调整也极其麻烦。

基于ADAMS的机构变参数设计与动作可靠性分析方法很好地解决了传统分析方法的问题。

机械系统运动学/动力学仿真软件ADAMS的特点是具有快捷简便的建模功能、交互式仿真、动画显示功能和较强的后处理功能，并且自带二次开发工具。

利用ADAMS进行机构变参数设计与动作可靠性分析方法的优点还在于：用户可以不必关心图形动画的生成及解算器方面的问题，可以专心于模型的设计和问题的研究；以往受编程手段的限制，变参数设计中参数少，利用ADAMS可以方便地研究多个参数，并可以方便地创建用户化界面和控制函数；动作可靠性分析时，利用ADAMS的仿真动画，形象便捷。

基于ADAMS的机构变参数设计与动作可靠性分析方法的一般流程如下：
*国家教委青年教师基金资助
2．某类冲锋枪发射机构的运行实例
2.1某类冲锋枪发射机构的结构及其工作过程
作为一种方法的研究，我们以某类冲锋枪发射机构为例进行了研究。

该类冲锋枪发射机构由扳机、阻铁、击锤、连发机、保险、枪机框等零件组成。

当射击者扣压扳机时，扳机头部与击锤解脱，击锤撞击击针而发射，枪机框压倒击锤，使击锤回旋，连发状态下：扳机和阻铁都不能扣住击锤，枪机框复进到位，击锤回转发射，重复上述动作，实现连发射击；单发状态下：击锤被阻铁扣住不能发射，放松扳机，再扣扳机，才能发射，从而实现单发射击。

2.2 发射机构的变参数设计
2.2.1 发射机构的仿真模型
本文在ADAMS中建立了发射机构的仿真模型。

该仿真模型中发射机构各部件均为刚体，该模型为10刚体5自由度模型，其中10刚体分别为：保险（P1）、阻铁（P2）、扳机（P3）、击锤（P4）、连发机（P5）、枪机框（P6）、击针（P7）和三个旋转轴（P8、P9、P10），5个自由度分别为：4个旋转自由度和一个平移自由度。

各主要部件之间均为
接触约束。

扳机簧、击锤簧和连发机簧以扭簧表示。

发射机构仿真模型如图1所示。

模型基本数据如下：
保险（P1）的质量0.0387Kg ，阻铁（P2）质量为0.010 Kg ，扳机（P3）质量为0.033 Kg ，击锤（P4）质量为0.0413 Kg ，连发机（P5）质量为0.0112 Kg ，枪机框（P6）质量为0.354Kg ，击针（P7）质量为0.0048 Kg 。

保险（P1）与阻铁（P2）的垂直距离为0.2mm ，扳机旋转轴（P8）与击锤旋转轴（P9）的距离为38.4mm ，击锤旋转轴（P9）与连发机旋转轴（P10）的距离为5.8mm ，枪机框（P6）底部与击锤旋转轴（P9）的距离14.6mm.。

击锤簧的预紧力为2300N.mm 。

2.2.2 发射机构变参数设计参数
基于以上发射机构仿真模型，本文在变参数设计中采用了8个结构参数和装配参数，包
括：阻铁扣合面的长度（L1）、扳机扣合面的长度（L2）、击锤扣合面的长度（L3）、扳机旋转轴与击锤旋转轴的距离（L4）、击锤旋转轴与连发机旋转轴的距离（L5）、击锤簧的预紧力（N1）、保险与阻铁沿Y 轴方向（上下）的距离（H1）、击锤的质量（M1）。

2.2.3 发射机构变参数设计的使用界面
本文利用ADAMS 自带的开发工具，开发了发射机构变参数设计的使用界面，如图2
所示。

输入不同的参数之后，系统将进行输入检查并对仿真模型进行相应修改，调整相应结构和装配位置。

选择不同仿真状态，保险的位置有所不同。

图2 发射机构变参数设计的使用界面
Fig.2 The Interface of Firing Mechanism Design
图1击发机构仿真模型 Fig.1 The Simulation Model of Firing Mechanism
2.3 某类冲锋枪发射机构动作可靠性分析
2.3.1 发射机构动作可靠性原则
发射机构的动作可靠性原则如下：发射前可靠地将击针或击锤扣在待发位置，射击时可靠地解脱；单发状态下，必须保证不出现连发；连发状态下，必须保证不出现单发；保险状态下，必须确保不产生发射。

具体的判别准则为：
1）扳机力小于1.5公斤（单发）或3.0公斤（连发）时，扳机与击锤是否可靠解脱。

2）枪机框是否能将击锤压倒，使其沿逆时针转动。

3）单发状态下，扳机扣住不放时，击锤是否迫使阻铁逆时针转动，并与阻铁可靠扣合。

4）连发状态下，扳机扣住不放时，击锤是否与阻铁无运动干涉。

5）扳机放手时，击锤是否使扳机顺时针转动，并与扳机可靠扣合。

2.3.2 发射机构动作可靠性分析
基于上述变参数设计，本文对发射机构进行了仿真计算，进行了发射机构可靠性分析。

图3为参数合理情况下的仿真动画，满足发射机构的动作可靠性原则。

图3 参数合理情况下发射机构的动作仿真
Fig.3 The Motion Simulation of the fire mechanism
when the Parameters were reasonable
图4为阻铁扣合面的长度为3.6mm时，发射机构的仿真动画，连发状态下击锤与阻铁扣合在一起，不满足动作可靠性原则。

图4非正常状态下发射机构的动作仿真
Fig.4 The Motion Simulation of the fire mechanism
when the Parameters were unreasonable
这里就与发射机构动作可靠性密切相关的几个参数来进行分析。

1）阻铁扣合面的长度L1
当L1< 2 mm时，单发状态下，击锤与阻铁无法扣合；
当L1> 3.5mm时，连发状态下，击锤也与阻铁扣合。

2）扳机旋转轴与击锤旋转轴的距离L4
当L4> 40 mm时，扳机与击锤无法解脱；
当L4< 38 mm时，扳机与击锤无法扣合。

3）保险沿Y轴方向（上下）与阻铁的距离H1
当H1> 1 mm时，阻铁旋转范围过大，连发状态下，阻铁也与击锤扣合。

4）击锤簧的预紧力F1
当F1> 2700 N﹒mm时，击锤撞击击针后，枪机框无法压倒击锤；
当F1< 2000 N﹒mm时，击锤与扳机解脱后，击锤不能及时撞击击针或撞击力过小。

5）击锤旋转轴心与连发机旋转轴心间的距离L3
当L4> 16 mm时，枪机框尚未到位，击锤已发射；
当L4< 15.5 mm时，枪机框到位，击锤无法发射。

3结论
本文提出了一种基于ADAMS的机构变参数设计和动作可靠性研究的新方法，并对某类发射机构进行了变参数设计研究，完成了对发射机构的动作可靠性分析，结果形象直观，仿真效果良好，为机构的变参数设计和动作可靠性研究提供一种方便、实用的分析方法。

参考文献
1.王裕安徐万和薄玉成. 自动武器构造.北京：北京理工大学出版社，1994
2.陈勇.计算机辅助发射机构分析.华东工学院.硕士论文，1991
ABSTRACT In this paper a new method on the parametric design and the motion reliability study of the mechanism was discussed on the basis of ADAMS-the software about the mechanical simulation. A instance about one kind of fire mechanism was discussed. The simulation model was built, and the parametric design and the motion reliability was studied.
KEY WORDS Simulation, Parametric design, Motion Reliability。