Nghiên cứu ảnh hởng của khe hở
khớp động tới quá trình lm việc
của máy tự động Chuyên ngành: cơ học kỹ thuật
Mã số: 62.52.02.01
tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

hà Nội - 2007


Có thể tìm hiểu luận án tại th viện:
- Th viện Quốc gia Việt nam
- Th viện Học viện KTQS

quốc cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7. Năm 2004, trang 73-79.
3. Phạm Huy Chơng, Nguyễn Hồng Lanh, Trần Hồng Thanh, Bài
toán động lực học cơ cấu tiếp đạn khi kể tới khe hở khớp động, Tạp
chí Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Quân sự, Trung tâm
khoa học kỹ thuật và Công nghệ Quân sự. Năm 2005 trang 45-51.
4. Phạm Huy Chơng, Nguyễn Hồng Lanh, Trần Hồng Thanh, Bài
toán va chạm giữa bệ khoá và hộp súng khi kể tới ảnh hởng của khe
hở khớp động, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quân sự.
Năm 2005, trang 103-111.
5. Trần Hồng Thanh, ảnh hởng của khí thuốc tới độ mòn piston và
sự làm việc của Vũ khí tự động, Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị, Tổng
cục Kỹ thuật. Năm 2006, trang 30-31. 1
Mở đầu
Việc nghiên cứu thiết kế mới, cũng nh việc nghiên cứu cải tiến,
hoàn thiện các loại vũ khí tự động đang có một vị trí quan tâm đặc biệt
trong ngành công nghiệp quốc phòng, trong đó bài toán động lực học
máy tự động với các vấn đề va chạm và sai số động học trong quá trình
làm việc đối với chúng ta còn khá mới. Xuất phát từ lý do trên, đề tài
luận án: Nghiên cứu ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá
trình làm việc của máy tự động là một hớng nghiên cứu có ý nghĩa
khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn tốt
ý nghĩa khoa học của luận án:
- Xây dựng đợc mô hình tính toán và xây dựng mới hệ phơng
trình động lực học của máy tự động khi kể tới khe hở trong các khớp
động. Nghiên cứu xây dựng thuật toán giải hệ phơng trình trên dựa
trên phần mềm Matlab6.5.
- Nghiên cứu bổ sung việc xác định các đại lợng vế phải của hệ

5- khâu chuyển động thứ i; 6- khâu cơ sở.
Phơng trình vi phân chuyển động của máy tự động [5]:
(1.1)
1
2
1211
QXmXm =+
&&&
Trong đó:








=

=

+=


=
==
n
1i
i
i

đẩy về; k
i
,
i
: tỷ số truyền và hiệu suất truyền động từ bệ khóa tới khâu
thứ i; P
0
: lực khí thuốc tác dụng lên piston và bệ khóa;
0
: lực nén ban
đầu của lò xo đẩy về; P
i
: ngoại lực tác dụng lên khâu thứ i.
3
4
P
i
1
2
6
5
P
0
m
i
m
0

3
Kết hợp với hệ phơng trình thuật phóng trong, hệ phơng trình nhiệt











=
=
++=
=
=
++=
+++


=
++=
=


=
=


)24.1(XCVmQ
m

b
4pb
x211x1104knb
4np3pt2
2
32
2
*
4n32
2
k
2
k
31
31
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&

=7.38m/s.
- Vận tốc lùi sau cùng: V
sc
=4.15m/s.
- Quãng đờng dịch chuyển của cần kéo băng: Z=0.0203m.

Hình 1.10: Kết quả tính toán súng đại liên PKMS.

1.3 Một số phân tích nhằm nâng cao tính sát thực của mô hình
tính toán
1- Khi bỏ qua khe hở khớp động giữa bệ khóa và hộp súng, bệ
khóa chỉ chuyển động tịnh tiến dọc theo hộp súng. Trong thực tế, do
tồn tại khe hở, bệ khoá vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay.
Mặt khác khi bệ khoá quay tới giá trị biên của khe hở đờng trợt
gây ra va chạm giữa bệ khóa và hộp súng. Vì vậy cần phải xây dựng lý
thuyết tính toán cho mô hình va chạm này.

5
2- Việc giải bài toán nhiệt động lực học buồng khí trớc đây đã đề
cập tới ảnh hởng của khe hở buồng khí. Tuy nhiên khi tính toán đã bỏ
qua ảnh hởng của biến dạng đàn hồi của buồng khí và piston dới tác

2.2 Bài toán động lực học máy tự động khi kể tới khe hở đờng
trợt giữa bệ khóa và hộp súng.
2.2.1 Mô hình tính toán.
Xét bài toán phẳng của máy tự động. Trong trờng hợp tổng quát,
máy tự động gồm khâu cơ sở có khối lợng m
0
liên kết động với n khâu
làm việc có khối lợng m
i
(i=1 n). Chuyển động của khâu cơ sở là
chuyển động phẳng bao gồm chuyển động tịnh tiến theo phơng X và
chuyển động quay . i
P
r

C
0
X

i
X
i

0

của bệ khóa; C
0
: độ cứng của lò xo đẩy về; X: quãng đờng chuyển
động tịnh tiến của bệ khóa; : quãng đờng chuyển động quay của bệ
khóa; X
i
: quãng đờng chuyển động của khâu thứ i.
2.2.2 Thiết lập hệ phơng trình vi phân chuyển động
Sử dụng phơng trình Lagrange loại 2:

7

)2,1j(Q
qq
T
q
T
dt
d
j
jjj
==


+






&&
ixi
iii
i
kXk
X
X
X
X
dt
dX
X
(2.4)

(


)






+++=

=

2
n

'
115
2
14
2
131211
QXmmXmmXm
QXmmXmmXm
&
&
&
&
&&
&&
&
&
&
&
&&
&&











+


=


=



===

+=



=




=



=
=

=


xi
xii15
i
n
1i
xii14
n
1i
xi
xi
xi
i13
n
1i
ixii2112
n
1i
i
xi
2
xi
011
1
1
X
k
kmm;
kk
mm;
X



=

i
i
i
cbpo0x
'
2
n
1i
xi
xi
xi
x0
'
1
P
k
rQrPrQ
p
k
PQ
(2.24)
2.2.3. Va chạm giữa bệ khóa và hộp súng trên đờng trợt.
Khi bệ khóa quay tới giá trị biên của khe hở, xẩy ra va chạm với
hộp súng. Xét bài toán va chạm phẳng bao gồm chuyển động tịnh tiến
và chuyển động quay. Cơ sở tính toán va chạm đợc tham khảo [36]
dựa trên các định luật bảo toàn động lợng, định luật bảo toàn mô men






++

++
+




















+

Tr
r
r
ln12
rr
r
2
1
r
r
ln
r
T
2
1
u
(2.137)
Biến dạng tổng của piston dới tác dụng của áp suất và nhiệt độ:

()
(
[
1pp
E
r
TTru
bb
p
0pppp




+

=







+
=



&&
&
&
&&
&
&
it
i
ii
ittxi
i
xixi
txi

XXsign1
XX
2
XXsign1
XX
titdi
titdi
titdi
titdii
+
++
+



+
=
(2.171)
Nhờ hàm dấu sign nên
0
i
=

khi:
tdititdi
XXX +
<
<

























+

=






k.19;Vk
m
PN
V
1
k.18
kX.17;XkX.16;kX.15;XkX.14
VmmVmVmQ
m
1
.13
VmmVmmQ
m
1
V.12
.11;VX.10
WkppkGGGkGk
W
1
p.9
VsW.8
GGGG.7
Gk1GkWkppkzz3z21f
W
1
p.6
svzz3z21
1
W.5
G1Gzz3z21.4

1
11
2
4bbbtbx211x110kpbnp
b
b
4pb
x211x1104knb
4np3pt2
2
32
2
*
4n32
2
k
2
k
3131
&
&
&
&
&
&&&
&
&&&
&
&
&





=

sinr
tg
b
x
(2.179)

(
)



= cosrk
c
(2.180);
(
)

+
=


sinr
XX
b

()
k
r
r
XX
cossin

t
c
b
0



+

=
(2.186)
X



r
c

arcsin
r
Z
arcsin =
(2.187)

c
t
c
r
Z
arcsin
r
Z
arcsin


=
(2.188)
Mô men biến dạng đàn hồi tác dụng lên bàn kéo đạn, do chuyển
động tịnh tiến và chuyển động quay của bệ khóa gây ra:

()
(
)
xxxgxxxx
signk1C,M




,N
c
x
xxzx
&
(2.191);
()

=


sinr
M
,N
c
z
&
(2.192)
C

: độ cứng của cơ cấu.
Kết quả tính toán trên đồ thị:

Hình 2.19: Kết quả giải bài toán động lực học
máy tự động súng đại liên PKMS
Các số liệu cơ bản:
- Vận tốc lùi lớn nhất: V
max
=7.28m/s;
- Vận tốc sau cùng: V

t
lui
(s)
t
chutrinh
(s)
1

2

1 2 1 2 1 2
7.38 7.28 4.15 4.37 0.0268 0.0269 0.074 0.0835
1: bỏ qua khe hở; 2: Kể tới khe hở
2.6 Kết luận.
Trên cơ sở xây dựng mô hình máy tự động có kể tới khe hở trong
các khớp động, luận án đã tiến hành xây dựng mới hệ phơng trình vi
phân chuyển động của máy tự động khi kể tới khe hở trong các khớp
động (2.172). Sử dụng hệ phơng trình (2.172) để giải bài toán động
lực học máy tự động súng đại liên PKMS cho kết quả trên hình 2.19.
Các giá trị khe hở đợc lấy bằng các giá trị khe hở thiết kế và khảo sát
trên súng. Kết quả tính toán theo mô hình có kể tới khe hở so với bỏ
qua khe hở thể hiện trên bảng 2.1.
Chơng III: Nghiên cứu mô phỏng ảnh hởng của khe hở khớp
động tới quá trình làm việc của máy tự động.
3.1 Đặt vấn đề
3.2 ảnh hởng của khe hở buồng khí
Kết quả khảo sát của luận án cho thấy khi chiều dày buồng khí
tăng thì biến dạng đàn hồi của buồng khí sẽ giảm. Tuy nhiên tới một
giá trị giới hạn cho từng loại vật liệu (a=r
2

(mm)
max
V
saucung
(m/s) (s)
0.03 7.37 4.76 0.026 B0.082 K cứng
0.03 7.29 4.36 0.027 0.0835
0. 1 6.62 3.10 0.033 0.097
0.15 6.55 2.95 0.034 0.099
0.2 6.10 2.58 0.035 0.102
0.25 5.92 1.96 0.038 0.109
BKĐH
0.3 5.6 Không r ạn út vỏ đ
Khi khe hở buồng khí tăng, l t ra ngoài tăng,
làm g
ình 3.5: Vận tốc bệ khoá với các giá trị khe hở buồng khí.
H
ợng khí thuốc phụ
iảm vận tốc chuyển động tịnh tiến của bệ khóa. Khe hở buồng khí
ảnh hởng tới năng lợng cung cấp cho khâu cơ sở của máy tự động
làm việc vì thế nó ảnh hởng tới tất cả các chuyển động của các khâu
liên kết. Khe hở buồng khí lớn hơn 0.15mm máy tự động không đủ
năng lợng làm việc tin cậy (V
sc
<3m/s) phải để bộ phận điều chỉnh khí
thuốc ở vị trí số 3. Khi khe hở >0.2mm không thể điều chỉnh khí thuốc,
máy tự động không đủ năng lợng làm việc. 14

V
max
(m/s)
T
lui
(s)
T
ct
(s)
Z
l
(mm)
Z
dl
(mm)
Z
1.5 6 0.0355 0.0905 20.13 2 .829 2.7 0.0
1.75 6.829 0.0355 0.0907 20.13 22.9 0.2
2.0 6.829 0.0355 0.091 20.13 23.1 0.4
2.3 6.829 0.0355 0.0909 20.13 23.3 0.6
2 0.0907.55 6.829 0.0355 20.13 23.5 0.8

15
3.4 ả ởng của khe hở tiếp đạn

ảng 3.4: Quãng đờng dịch chuyển của cần kéo băng.
nh h

) không đạt theo yêu cầu thiết kế. Khi bắn có thể dẫn tới hiện tợng
không đa đợc viên đạn tiếp theo vào vị trí nạp đạn.
Trong trờng hợp kích thớc khe hở thay đổi dọ
tiếp đạn, kết quả tính toán trên hình 3.22 cho thấy biến dạng có
dạng dao động tuần hoàn. Biến dạng thay đổi tuần hoàn làm cho chi tiết
nhanh bị phá huỷ do mỏi. Biên độ dao động của lực kéo băng khi khe
hở thay đổi là lớn hơn so với trờng hợp khe hở không đổi. Sự thay đổi
này làm cho dây băng bị rung động mạnh, làm ảnh hởng tới độ bền của

16
3.

td

dt

bk
Ghi chú
5 ảnh hởng tổng hợp của các khe hở tới quá trình làm việc
của máy tự động
Bảng 3.5: Các giá trị khe hở Đơn vị: mm

1 Để hạn chế biến dạng đà
độ, nên lựa ch

17
2 Khe hở buồng khí nằm trong khoảng từ 0.03 đến 0.15mm, súng
làm việc ổn định ở vị trí số 2 của bộ phận điều chỉnh khí thuốc. Khi khe hở
lớn hơn 0.15mm phải đa về vị trí số 3
. Khi khe hở lớn hơn 0.2mm máy
tự độ
m bảo khi kể tới sự mấp
mô v
để đánh giá
mức huyết.
t quả thử nghiệm dùng để: so
sánh dáng điệu động học của quy luật dịch chuyển và quy luật vận tốc
giữa
ng không đủ năng lợng làm việc tin cậy.
3 Khe hở đờng trợt luôn phải tồn tại để đảm bảo tháo lắp dễ
dàng. Trong phạm vi từ 1.0mm đến 2.0mm việc tháo lắp là dễ dàng,
vận tốc chuyển động tịnh tiến của bệ khóa là đả
à không thẳng của đờng trợt trong thực tế. Khi tăng tiếp giá trị
khe hở đờng trợt, sẽ gây ra va chạm mạnh, và làm sai lệch quãng
đờng dịch chuyển của cần kéo băng lớn hơn sai số cho phép.
4 Tơng tự nh khe hở đờng trợt, khe hở tiếp đạn luôn tồn tại
do yêu cầu tháo lắp. Khe hở tiếp đạn nằm < 1.0 mm là đảm bảo cho
máy tự động hoạt động bình thờng nếu piston cha mòn.
Chơng IV: Thực nghiệm
4.1 Đặt vấn đề: Số liệu thực nghiệm chỉ ra những khác biệt giữa
tính toán trên lý thuyết và thực tế. Các số liệu này là cơ sở
độ sát thực của tính toán lý t

ố lần bắn
phát một
(số lần đo).
Ghi chú
ơng
Rãnh trợt Đ
bệ khoá kí
S
1 2.5 13.94 5
Súng
nguyên mẫu
2 2.75 13.8 5
3 2.75 13.7 5
4 2.75 13.6 5
5 2.75 13.5 5
6 2.75 13.4 5
Thay đổi
đờng kính
khảo sát.
piston để
7 3.00 13.8 5
8 3.30 13.8 5
9 3.55 13.8 5
10 3.75 13.8 5
k
tr
khóa.
Thay đổi
he hở rãnh
ợt trên bệ

2 0.0268 0.0275 2.5 0.084 0.087 3.4 7.29 7.27 0.3
*1: Bỏ qua khe hở; 2: có kể
Bảng 4.7: Kết quả tính toán lý thuy à thực nghiệm he hở
buồng kh ay đ
T l g u tố
(m/s).
tới khe hở.
ết v khi k
í th ổi*
hời gian
(s).
ùi Thời ian ch
(s).
kì Vận c lớn nhất
L LT TN SS%
(mm)
T TN SS% LT TN SS%
Khe
hở
0.0268 0.0275 2.3 0.084 0.087 3.4 7.29 7.28 0.14 0.03
0.033 0.036 8.3 0.097 0.102 4.9 6.62 6.54 1.2 0. 1
0.034 0.037 8.1 0.099 0.1035 4.3 6.55 6.33 3.5 0.15
0.03 0. 65 0.0375 6.7 102 0.11 7.3 .10 5.96 2.3 0.2
0.038 0.046 17 0.109 0.1135 3.5 5.92 3.7 05.71 .25
Bệ khóa ng ợ ạ khô rút đ c vỏ đ n 0.3
*( t t t; k th g ; ai số % )
Đồ thị thực nghiệm đo dịch chuyển và vận tốc bệ khóa
nòng súng nguyên mẫu.
Hình 4.7:
LT - kế quả lý huyế TN - ết quả ực n hiệm SS - s :

Vận t c lớn hất
/s).
LT TN SS% LT TN SS% LT TN SS%
Ghi
chú
0.0268 0.028 4.2 0.084 0.088 4.5 7.29 7.06 3.3 *
0.047 0.045 4.4 0.116 0.113 2.7 5.9 5.66 4.2 **
* Sún với cá
bk
3
dt
m
** đổ g ác hở =
dt
.0 m
tín t i hì i u ực n ệm
(b ) ô t i i chín ác
a
va chạm giữa bệ khóa và hộp súng trên đờng trợt nên việc tính toán
thời gian của một chu trình làm việc và vận tốc lùi lớn nhất giảm sai số
Các số liệu tính toán lý thuyết và số liệu thực nghiệm là tơng đối
chạm và không kể hết đợc các thành phần lực cản trên đờng trợt của
bệ khóa vào mô hình tính toán, vì thế thời gian tính toán lý thuyết cho
các trờng hợp thờng nhỏ hơn so với thực tế.
g nguyên mẫu c khe hở: =0.0 ; =1.5;
td
=1.0 [
; 1
m].
].

Kết quả thử nghiệm ảnh hởng của khe hở buồng khí, khe hở
đờng trợt, khe hở tiếp
ánh đúng các kết luận đã nêu ra khi tính toán trên lý thuyết.
4.8 Kết luận
1 Kết quả thử nghiệm cũng đã khẳng định mức độ chính xá
2 Khi khe hở buồng khí lớn hơn 0.2mm bệ khóa lùi không hết về
phía sau, máy tự động không đủ năng lợn
, không rút đợc vỏ đạn.
3 Khe hở đờng trợt nhỏ hơn 1.5 mm, tốc độ dịch chuyển của
bệ khóa giảm nhng quãng đ
xác hơn. Khi tăng khe hở đờng trợt từ 1.5mm lên 2.75mm hầu
nh không làm thay đổi vận tốc chuyển động tịnh tiến của bệ khóa.
4 Khe hở tiếp đạn ảnh hởng chủ yếu tới hoạt động kéo băng khi máy
tự động làm việc. Mức độ ảnh hởng tới vận tốc và dịch chuyển của bệ k
nhỏ. Cần có những nghiên cứu tiếp theo về độ bền của cần kéo
băng và dây băng khi gia tăng khe hở tiếp đạn.
Kết luận v kiến nghị
Nhận thức đợc tính cấp thiết của đề tài,
lực cao nhất của tác giả, với sự
ập thể cán bộ hớng dẫn khoa học. Trên cơ sở nghiên cứu, phân
tích một cách có hệ thống các tài liệu, các công trình đã đợc công bố,
kết hợp với nắm bắt thông tin, tìm hiểu thực tế, nghiên cứu thực
nghiệm, luận án đã có những đóng góp sau:

22
1 Giải bài toán động lực học máy tự động súng đại liên PKMS
khi coi các khâu là cứng tuyệt đối, không
có khe hở trong các khớp
động
kể tới khe hở trong

- Kh
bk
0.15mm máy tự động làm việc ổn
định. Khe
làm việc không ổn định cần để bộ phận điều chỉnh khí thuốc ở vị
trí số 3. Khi
bk
0.2mm, máy tự động không đủ năng lợng để làm việc
tin cậy. Thực nghiệm cho thấy, khi bắn với khe hở
bk
=0.25 mm bệ
khóa không lùi hết về sau. Với
bk
=0.3mm không rút đợc vỏ đạn, máy
tự động không làm việc. Kết quả khảo sát này giúp cho việc đánh giá