8.1. Проектирование канала ствола - Контрольная работа - Расчёт и проектирование ствола. Калибр 152,6 мм

Контрольная работа - Расчёт и проектирование ствола. Калибр 152,6 мм
скачать (688 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx

689kb.

16.11.2011 18:01

скачать

содержание

1.docx

8. Расчёт и проектирование ствола

8.1. Проектирование канала ствола

8.1.1. Проектирование каморы

Рисунок 8.1 – Схема канала ствола

Исходные данные:

Калибр d=152 мм; раздельно-гильзовое заряжание; необходимый свободный объём каморы W₀=9,4 дм²; l_д=21 дм; l_км=4,7 дм; q=40 кг; V₀=510 м/с; l₀=5 дм; нарезка 1,0 %; t=1,52 мм.

Расчёт:

Действительный объём каморы:

W_к= W₀+ W _r+ W _сн,

где

W _r= (0,03…0,05)*W₀ = 0,05* W₀= 0,05*9,4= 0,47 дм²

W _сн= 0,562*d³=0,562*(1,25)³=1,9736 дм³

W _к=9,4+0,47+1,97=11,844 дм³

Размеры конуса врезания: К₄ =0,1

l₄=3t/k₄=3*1,5²/0,1=45,6 мм

d₄=k₄*l₄+d=0,1*46+152=156,56 мм

Принимаем длину цилиндрической части:

L₂= (0,4…0,7)*d= 0,7*d = 106,4 мм,

d₂=k₂*l₂+d₄;

k₂=0,1;

d₂=0,1*106+157=167,2 мм

Объём переходного конуса:

W₂=π*10, 6/ 12 ((1,68)²+ 1,68 * 1,57 + (1,57)²) = 2,191 дм³

W₄=π*l₄/12(d₄²+d₄*d+d²)=3,14*0,46 /12((1,57)²+1,57*1,52+(1,52)²)= 0,86 дм³

Необходимый объём основного конуса:

W₁=W_k– W₂– W₄=11,84 –2,191 – 0,86=9,653 дм³

Задаваясь d_k=(1,6…1,3)*d=1,2*d=182,4 мм

Находим длину основного конуса:

l₁=12*W₁/π(d_k²+d_k*d₂+d₂²)=12*9,653/π((1,82)²+1,82*1,68+(1,68)²)=406,990 мм

Окончательно принимаем:

l₁=406,990 мм

l₂=106,4 мм

l₄=45,6 мм

d_k=182,4мм

d₄=156,56 мм

d₂=167,2 мм

Размер, определяющий начало нарезов:

l₄^’=2t/k₄=2*1,52 / 0,1=30,4 мм

Расстояние от казённого среза ствола до начала нарезов( фактическая длина каморы)

l_кам=l₁+ l₂+ l₄– l₄^’=528,590 мм

Коэффициент уширения каморы:

χ= d_k/ d=1,2

8.1.2. Проектирование нарезной части канала

Задачей расчёта является определение крутизны нарезов, их числа и профиля.

Длина хода нарезов в калибрах:

η=ζ*π/2 √λ*C_q/((C/A)*(h/d)*K_H0),

где ζ=0,95 – коэффициент устойчивости;

λ=0,64 – коэффициент, характеризующий распределение масс в снаряде;

C_q=q/d³=40/(1,52)³=11,39 – коэффициент массы снаряда;

С/А=9;

h/d – условное плечо аэродинамического момента:

h/d=h₁/d+0,57*h_r/d – 0,16

h₁=(0,3…0,5)d=0,3d

h_r/d=2,05

h/d= 0,3+0,57*2,05 – 0,16=1,309

k_м(4,5)=0,98*10³– коэффициент, вычисленный для снаряда длинной 4,5 калибра;

k_м0=k_м(4,5)√L / 4,5d=0,001053 » η=0,95π/2 √(0,64*11,39)/(9*1,309*0,001053)=37

Угол наклона нарезов:α=arctg(π/η)=4,85⁰

Число нарезов: n=3d=48

Нормальная сила давления ведущего пояска на все нарезы при постоянной крутизне нарезов:

N=λ * P_сн_max* S_кн* tg α ,

Где Р_сн_max=2661 кг/см²

S_кн=0,8d²=0,0189 м²

N=0,64*2661*0,0189*tg4,85=274611,84 H

Нормальная сила давления ведущего пояска на боковую грань одного нареза:

N₁=1/n * (P_сн_max*S_кн*tg α =(1/n)* N= 5721,08 H

P_сн_max – максимальное давление газов на дно снаряда при температуре заряда +50⁰ С

Определяем ширину полей а и в и ширину пояска l.

Рисунок 8.2 – Элементы нарезной части канала

Задаваясь отношением а/в =1,2, определяем:

а+в = πd / n=9,95 мм

а= 5,43

в= 4,52

Средняя ширина ведущего пояска l=18,24 мм

Проверка на срез выступа ведущего пояска: допустимое напряжение для медно – никелевого сплава: [τ]=350 МПа= 35000 Н/см²

σ_из= (3N₁t)/(l*в²)=6994,54 Н/см²

Напряжения среза в выступе пояска;

τ =N₁/ lв= 5721,08/(18,24*4,52)=5780,196 Н/см²

Напряжения в поле нареза;

τ =N₁/ la=6936,236 H/см²

σ_пр= 0,5√ σ_из²+4 τ²=7768,028 ≤ σ_р

σ_р – предел упругости материала ствола

Проверяем ведущий поясок на истирание. Удельная работа истирания :

a_f=(fη₁N₁l_д) / (1,1*l*t)=3545,512 Н/см²˂ 18000

где f=0,15 – коэффициент трения

η₁=0,6 – степень бризантности пороха

l_д – длина нарезной части канала

Величина истирания пояска в момент вылета снаряда:

Рисунок 8.3 – Ведущий поясок канала ствола

a^’ = вf(sin4,85/(n*l*t))*qV₀²=14*10^-4 *0,15(sin4,85/(48*18,24*1,52))*40*510²= =0,139 мм

Определим величину реактивного момента от вращения снаряда:

М_р=N*((d+t)/2)=274611,84*((152+1,52)/2)=21079,214 Hм

^ 8.2. Расчёт поперечной прочности ствола – моноблока

8.2.1. Определение длины отката для ствола – моноблока

Исходные данные:

d=152 мм; L_ст=2,8 м;

q=40 кг; ω=5,0 кг;

Примем: c=2; Д₀=3,5м; H=1,3 м; V₀₄_y=10м/с; φ_пр=0

Масса откатывающихся частей:

Q₀=((q+β*ω)/V₀₄_y)*V₀=2690 кг

где β=2,55 – коэффициент полного действия пороховых газов

Коэффициент использования металла:

η_е=(q*V₀²)/(2*c*Q₀)=966,9145 Н*м/кг

Так как полученное значение величины η_ене укладывается в рекомендуемые пределы (1200…1800), то необходимо применить дульный тормоз:

V_{04 д.т.}= V₀₄_y/(0,1√100 – ∆Е)=12,9 м/с

∆Е – эффективность дульного тормоза в %, принимается в пределах 20…50%

Избыточное давление в местах орудийного расчёта:

α= ((q+ βω)*0,1√(100 -∆Е ) – q)/ βω= - 0,067

поскольку вычисленное значение α ≈ 0, то принимаем его за исходное.

Приближённо доля газов в полости дульного тормоза после прохода отводящих окон:

σⁿ= (α – cos ψ)/ (1 – cos ψ)=0,26 ≥ 0,2

ψ – угол отвода пороховых газов через окна дульного тормоза от направления выстрела; ψ=105⁰

Избыточное давление на местах орудийного расчёта:

∆P=2,6(fω)/L_ст³[σⁿ+((1 - σⁿ)/2)*cos²((P – ψ)/2)]=39381,4 Па

где f=950000 Дж/кг – сила давления

ψ – угол, отсчитываемый от направления выстрела до точки, в которой определяется избыточное давление; ψ=180⁰

L_ст– длина ствола

Поскольку эта величина допускается при условии использования шлемофонов, то окончательно принимаем ∆Е=40% и V_{04 д.т.}= 12,9 м/с.

Масса откатывающихся частей:

Q₀=((q+ βω)/ (V_{04 д.т}))* V₀=((40+2,55*5)/12,9)*510=2085,5 кг.

Длина отката:

λ=(с*Д₀)/2 – √((с²Д₀²)/4 – ((Н*V₀₄_y²)/2g)=1,127 м

Сила сопротивления откату:

R=(Q₀(cД₀– λ)g)/H=92426,4 H

Тянущее усилие дульного тормоза. Полная реакция газового потока:

R_д=(1/φ)*(1+0,5*ω/q)SP_д+(ω V₀²)/l_кн=1246435,4 Н

φ=k+ω/3q=1,05+5/3*40=1,139

∆R_т=(1+0,67)*1246435,4=1329946,6 Н

8.2.2. Расчёт поперечной прочности ствола – моноблока

Исходные данные:q=40 кг; d=152 мм; ω=5 кг; W₀=9,4 дм³; l_д=21 дм; l₀=5 дм; φ=1,139; t=0,0152 дм; нарезка 1%; λ=1,127 м; l_ств=28,88 дм; ширина бурта ствола 1,52 дм; высота бурта 0,228 дм; l_л=5,776 дм.

Изменение давлений в МПа на дно снаряда при температуре снаряда +50 ⁰С, +15 ⁰С, - 50 ⁰С задано таблицей 8.1

Таблица 8.1 – Изменение давлений на дно снаряда

t=+15 ⁰C

t=+50 ⁰C

t=-50 ⁰C

λ

P

λ

P

λ

P

0

300

0

300

0

300

0,1

1362

0,1

1494

0,1

1098

0,2

1813

0,2

2031

0,2

1406

0,3

2078

0,3

2348

0,3

1574

0,4

2223

0,4

2527

0,4

1663

0,5

2304

0,5

2619

0,5

1705

0,6

2329

0,6

2658

0,6

1712

0,617

2329

0,659

2661

0,608

1713

0,7

2324

0,7

2658

0,7

1707

0,8

2301

0,8

2636

0,8

1683

0,9

2266

0,9

2598

0,9

1650

1,0

2227

1,0

2549

1,0

1619

1,5

1991

1,5

2262

1,5

1438

2,0

1738

1,5075

2083

2,0

1276

2,31

1530

2,0

1718

2,5

1141

2,5

1404

2,5

1371

3,0

1024

3,0

1158

3,0

1133

3,5

921

3,5

983

3,5

961

4,0

850

4,0

851

4,0

832

4,5

780

4,5

748

4,5

731

4,73

740

4,73

710

4,73

687

Таблица 8.2 – Расчёт прочности ствола – моноблока

Обозн	Разм	0	4	8	12	16	20	24	28
X_i	дм	0	5,134	6,786	8,581	9,286	12,79	17,79	27,79
n_зад		1	1	1,2	1,2	1,2	1,28	1,486	1,9
P_огиб	Кг/ см²	2859	2758	2726	2691	2667	2292	1434	804
Р_1жел	Кг/ см²	2859	2758	3271	3229	3200	2933	2131	1527
a₂₁_жел		1,538	1,509	1,673	1,658	1,658	1,658	1,380	1,230
d₁	мм	182,4	156,6	155,1	155,1	155,1	155,1	155,1	155,1
d₂₁_жел	мм	280,5	236,2	259,4	257	257	257	214	190,7
d₂	мм	420	400	400	400	400	340	295	205
а₂₁		2,303	2,555	2,580	2,580	2,580	2,193	1,903	1,322
Р₁	Кг/ см²	4449	4719	4742	4742	4742	4305	3816	1997
n₁		1,556	1,711	1,740	1,762	1,778	1,878	2,661	2,484
P₁⁽³⁾	Кг/ см²	3246	3387	3399	3399	3399	3168	2895	1712
n₃		1,135	1,228	1,247	1,264	1,275	1,382	2,019	2,130
P₁⁽⁵⁾	Кг/ см²	3726	3896	3910	3910	3910	3632	3301	1877
n₅		1,303	1,412	1,434	1,453	1,466	1,585	2,303	2,335

Наибольшая толщина стенки:

∆_max=(420 –182,4)/2=118,8 мм

Толщина стенки под термообработку:

∆_заг=∆_max+2σ=118,8+2*8=134,8 мм

Расчёт напряжений:

r₁=182,4/2=91,2 мм;

r₂=420/2=210 мм;

P₁=2859 кг/см².

Расчётные формулы:

σ_t=((P₁r₁²)/(r₂²– r₁²))*((r₂²/r₁²)+1) – тангенциальные напряжения

σ_r= - ((P₁r₁²)/(r₂²– r₁²))*((r₂²/r₁²) –1) – радиальные напряжения

Еε_t=((2P₁r₁²)/3(r₂²– r₁²))*((2 r₂²/r₁²)+1) – приведенные тангенциальные напряжения

Еε_r=((2P₁r₁²)/3(r₂²– r₁²))*((2 r₂²/r₁²) –1) – приведенные радиальные напряжения

Результаты вычислений сведены в таблицу 8.3.

Таблица 8.3 – Результаты вычислений

r	91,2	120,9	150,6	180,3	210
σ_t	4188	2670	1957	1566	1329
σ_r	-2859	-1340	-628	-237	0
Еε_t	5141	3116	2166	1645	1329
Еε_r	-4255	-2230	-1280	-759	-443

Наибольшими напряжениями являются приведенные тангенциальные напряжения.

Неравномерность распределения напряжений по сечению характеризуется следующими величинами:

Еεr₁/ Еεr₂=5141/1329=3,868

Еεr₁ – Еεr₂=5141 – 1329=4/3P₁

8.2.3.Определение нагрузок, действующих на казённик и затвор

Сила, действующая на скат каморы:

Р_ск=Р_кн_max(S_кам – S_кн)=2859*(0,02613 – 0,01895)=2054136 Н

где S_кам=0,02613 м²– площадь сечения дна каморы;

S_кн =0,01895 м²– площадь сечения канала ствола;

Р_кн_max=2859 кг/см².

Сила инерции частей ствола с казёнником:

J=Q^’*Ẍ_max=4237861 H

где Q^’ =2152кг– масса справа расположенных частей

Ẍ_max= (Р_кн_max – R)/Q₀– максимальное ускорение отката

где Q₀ – масса откатных частей

R – сила сопротивления откату в момент Р_max

P_кн_max=p_кн_max*S_кн=2859*0,01895=541614 Н

Сила ,отрывающая казённик от ствола:

Р_ств= Р_ск+ J=6291997 Н

Сила, действующая на клин или поршень затвора:

Р_кл= P_кн_max* S_кн – J_к^’=6291997 H

J_к^’ –сила инерции затвора и части казённика, расположенных сзади.

8.2.4. Расчёт массы и положения центра тяжести ствола

Результаты расчётов сведены в таблицу 8.4.

∑ V_н=255,759 дм³

∑ V_вн=56,954 дм³

Q_ств =(255,759 – 56,954)*7,8 =1550,685 кг

S_{ст н}=2750,147 дм⁴

S_{ст вн}=657,864 дм⁴

у=(2750,147 – 657,864)/(255,759 – 56,954)=10,524 дм

Таблица 8.4 – Расчёт массы и положение центра тяжести ствола

Обозн	Разм-ть	Наружная поверхность				Внутренняя поверхность
Обозн	Разм-ть	1	2	3	4	5	6	7	8
D₁	дм	4,2	4,0	3,4	2,05	1,82	1,67	1,56	1,55
D₂	дм	4,2	4,0	2,65	2,05	1,67	1,56	1,55	1,55
h	дм	1,52	11,3	14,96	1,09	4,07	1,06	0,15	23,5
y	дм	0	1,52	12,82	27,8	0	4,07	5,13	5,28
V	дм³	21,1	142	89,05	3,61	9,77	2,19	0,29	44,7
h₁	дм	0,76	5,65	5,292	0,55	1,51	0,39	0,05	8,84
h₁+y	дм	0,76	7,17	18,12	28,3	1,51	4,46	5,19	14,1
V(h₁+y)	дм⁴	16,0	1018	1613	10,2	14,8	9,78	1,50	631

8.2.5 Расчёт нагрева ствола при стрельбе

Исходные данные:

Масса заряда ω=5кг;

Масса снаряда q=40 кг;

Сила пороха f= 950000 Дж/кг;

Длина ствола L_ств=28,88 дм;

Начальная скорость V₀=510 м/с;

Температура пороховых газов T=2950 К.

Количество тепла от одиночного выстрела, ушедшее на нагревание ствола:

Q₁=((4υσ)/R)*(L_ств/d)*[φ/3+(β – 5)*(ω/q]*qV₀=1142716 Дж

где υ=0,891 – постоянная коэффициента теплопередачи

φ=1,140 – коэффициент фиктивности

β= коэффициент последействия пороховых газов

R=f/T – газовая постоянная

Температура нагрева дульной части ствола от одного выстрела:

Т_1д=k*(Q₁/(CQ_ств))

С=48,2 Дж/кг ⁰С – удельная теплоёмкость стали

k=1,4 – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева стали по длине

Т_1д=1,4(1142716/(48,2*1550,685)=2,1450⁰С

Т_1д=1,4(1142716/(48,2*1662,500)=3,120⁰С

Допустимое число выстрелов в серии

n= Т_доп/ Т_1д

n=350/2,145=163,18

n=350/3,120=112,16

8.2.6. Расчёт живучести ствола

Ожидаемая живучесть ствола по критерию падения начальной скорости

N=7*10²⁴/(C_q³V₀^4,5d^2,5)=7*10²⁴/(11,39³*510^4,5*152^2,5)=10885 выстрелов

или

N=6d²/lω[(σ_р/2250) – 4((P_max/2250) – 1)];

σ_р=8000 кг/см²

N=6*152²/(18,24*5)*[(8000/2250) – 4((2859/2250) – 1)]=3759 выстрелов

Скачать файл (688 kb.)

Контрольная работа - Расчёт и проектирование ствола. Калибр 152,6 мм - файл 1.docx

Доступные файлы (1):

1.docx