回轉式手槍自動機結構動力學仿真研究

梁振剛，韓 鐵，袁志華，胡 明，李文國

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

回轉式手槍自動機結構動力學仿真研究

梁振剛1，2，韓 鐵1，3，袁志華1，胡 明1，李文國3

（1.沈陽理工大學裝備工程學院，沈陽 110159；2.北京理工大學機電學院，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有槍管偏移式與槍管回轉式兩種結構，前者結構簡單，動作可靠，但穩定性較差，精度不高；后者射擊平穩，精度較高，但結構復雜，易發生故障。針對這一現狀，設計一種新的手槍自動機，對現有的手槍自動機結構進行改進，結合槍管偏移式手槍結構簡單、動作可靠與槍管回轉式手槍射擊平穩的優點，將新式手槍槍管回轉式自動機設計為槍管與套筒閉鎖，槍管下方設置螺旋槽導轉槍管的結構。用UG軟件對改進的手槍結構進行三維實體建模，利用ADAMS軟件對其進行動力學仿真和運動學驗證。結果表明該機構工作平穩，可靠性更高，可更好地提高手槍性能。

手槍自動機，閉鎖機構，槍管回轉式，ADAMS，動力學仿真

0 引言

閉鎖機構是武器的核心，選擇何種形式的閉鎖機構對武器的綜合性能有著重要影響［1］。在當今大部分手槍中，普遍采用槍管偏移式閉鎖機構［2］。這種閉鎖機構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，結構簡單，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計成一定的錐度，導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，出現了槍管回轉式閉鎖機構。這種閉鎖機構利用槍管在螺旋槽的作用下沿著槍管軸線旋轉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［3］。但這種結構比較復雜，加工工藝性較差；同時這種結構在工作過程中容易產生楔緊現象，可靠性較低［4］。本文綜合敘述兩種結構的優缺點設計一種新的手槍自動機，保留槍管回轉式手槍的優點，并對其進行優化，設計為槍管與套筒閉鎖，槍管下方設置螺旋槽導轉槍管，使其結構更加簡單，工作起來更加可靠。

1 回轉式手槍自動機的改進方案

1.1 回轉式手槍自動機的改進方向

1.1.1 射擊穩定

射擊精度直接影響著手槍性能的好壞，是手槍設計中要考慮的重要因素［5］。偏移式閉鎖機構手槍，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性較差。為保證手槍射擊平穩，在同樣為槍管短后坐自動方式下，選擇槍管回轉式閉鎖機構。槍管回轉式閉鎖機構，在工作過程中，槍管要繞著槍管軸心旋轉，產生轉動慣量。在槍管質量不變的條件下，轉動的角度越小，產生的轉動慣量就會越小，手槍射擊時就會越穩定［6］。減小閉鎖凸筍閉鎖工作面在旋轉圓周里的周向長，可解決上述問題，但會存在強度隱患。在既要保證旋轉角度小，又保證強度的條件下，可增加閉鎖凸筍的數量，將閉鎖凸筍設計為2個。

1.1.2 簡化結構

“活動機件少，分解結合簡單”是衡量現代手槍設計優劣必不可少的指標。已有的槍管回轉式手槍結構都較為復雜，為了簡化這一結構，借鑒槍管偏移式自動機的結構，利用手槍下機匣上的結構完成導轉槍管的任務，閉鎖部分設計在槍管與套筒之間。開鎖凸筍的位置設計在在槍管偏后方，避免開鎖凸筍增加手槍的縱向體積，利于手槍的緊湊化設計。新結構與槍管偏移式自動機對比圖如圖1所示。

1.1.3 減少楔緊現象發生

由斜面（或螺旋面）作用產生側向分力而引起的附加摩擦現象稱為楔緊。這種楔緊現象一般產生在開鎖前的自由行程中，復進過程中及后坐到位反跳時。本文所設計的結構，可導致楔緊現象產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，可以導致槍管停止轉動，產生楔緊。減小楔緊的措施有：減小槍管的旋轉角度，減小槍管的旋轉角度直接減小了槍管旋轉的轉動慣量，同時槍管后坐同樣的距離，旋轉較小的角度，使螺旋槽的傾斜角度變小，槍管運動時的側向分力和附加摩擦力隨之減?。?-9］；增加開鎖突筍的長度，可以增加導轉槍管的力矩，使槍管的導轉力大于附加摩擦力，槍管更容易旋轉，從而減小楔緊現象發生。

2 新式回轉式手槍自動機的工作原理

新式回轉式手槍的結構如圖2所示，該結構的主要部件包括：槍管、開鎖凸筍、閉鎖凸筍、套筒、套筒直槽、螺旋槽基座、槍機、復進簧、擊針、擊錘等。工作原理：當子彈擊發后，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動，當槍管后坐到位時，槍管上的閉鎖凸筍已嵌入套筒直槽，套筒與槍管開鎖，套筒繼續后坐，之后完成拋殼。后坐到位后自動機在復進簧作用下完成復進、進彈動作，套筒繼續復進帶動槍管復進，復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。

3 新式回轉式手槍自動機動力學仿真

3.1 回轉式手槍自動機仿真方法

通過對自動武器自動機動力學進行動力學仿真研究，掌握自動機的運動學、動力學特性［8］。本文利用UG軟件對所設計的結構進行三維建模，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軟件建立好的所設計結構的三維實體建模導出為. x_t文件。之后對機構添加固定副、移動副和驅動。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生移動。添加固定副后的機構圖如圖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圖如圖4所示。

需要添加驅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。添加完驅動后的機構圖如圖5所示。

之后添加各構件的接觸力，設定各部件質量。利用ADAMS軟件的結果分析功能［10］，可得出手槍機構中各部件的運動曲線。

3.3 仿真結果分析

3.3.1 運動曲線分析

槍管角速度曲線圖如圖6所示。由圖可知子彈擊發后，槍管就開始后坐旋轉，當槍管后坐距離達到10 mm時，槍管后坐到位。之后，槍管不動，套筒繼續后坐，套筒后坐到位后開始復進。當槍機與槍管接觸時，槍管隨著套筒一起復進，并最終復進到位閉鎖?？梢姌尮軓瓦M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，當子彈擊發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，手槍套筒繼續后坐，抽彈殼，拋彈殼，后坐到位后開始復進。當手槍套筒與槍管會合時，兩者一起復進到位。圖中顯示，手槍自動機一個工作循環中，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，與設計的情況相符?？傻贸鼋Y論：該結構合理，可以按照設計正常運動。

3.3.2 自動機循環圖

自動機工作循環圖對武器性能影響很大，它描述了基礎構件的工作順序和各機構的運動關系［10］，可作為機構是否可靠、協調，射擊頻率、后坐阻力是否滿足要求的依據。工作循環圖的制定是以基礎構件的位移或時間為自變量來制作的，本設計的自動機的工作循環圖如圖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，槍管不發生偏轉。槍管后坐10 mm時后坐到位，停止運動。套筒繼續后坐，槍機抽彈，套筒后坐40 mm時拋出彈殼，之后套筒后坐到位。復進時套筒復進5 mm后推彈，復進35 mm時套筒推彈入膛，與槍管一起復進，完成閉鎖，最后復進到位。由此可見本設計合理，可以實現手槍自動機的平穩可靠工作。

4 結束語

本文通過對現有手槍自動機類型、性能的分析，設計了一種槍管回轉式手槍自動機，并對所設計的結構進行了三維實體建模與運動學仿真。本設計綜合了手槍結構中槍管偏移式自動機與槍管回轉式自動機兩類自動機的優點，結構簡單，射擊平穩，可避免回轉式閉鎖機構產生的楔緊現象，使其工作更加可靠，射擊更加平穩。通過動力學仿真證明，本設計是可行的。這對于提升手槍性能，有著重要的意義。

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［10］李杰仁，馬吉勝，陳明，等.基于ADAMS的自動機動力學建模與仿真［J］.計算機仿真，2010，27（10）：246-249.

［11］薄玉成，王惠源，李強，等.自動機結構設計［M］.北京：兵器工業出版社，2009.

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：武器設計與仿真。