火炮高刚度上架的结构设计与分析+有限元模型(2)
大口径火炮在发射过程中的后坐阻力很大，设计时应特别注意架体的刚度，特别是上架的刚度。由于大口径火炮威力较大，为了增大后坐长，需使炮尾尽量前推。如果回转部分质心前移较多，将使上下架结构尺寸增大，设计时应尽可能使回转部分的质心靠近回转中心。
由于火炮上架的结构形状及受力较复杂，采用古典力学校核强度比较困难，且不能求得结构内的应力分布情况。有限元法易于对载荷及形状复杂的结构进行应力分析，并能获得整个构件内的应力分布和位移变形情况，其结果可作为校核结构刚强度的依据。因此有限元法在上架的强度分析中得到广泛应用。现在已有许多成熟的计算软件，使计算十分方便、快捷、准确，只要结合工程设计的实际，将对火炮上架的结构设计及分析有很大帮助。
1.2 上架的作用及发展
1.2.1 上架的分类
火炮上架是火炮回转部分的基础，对火炮起落部分起支承作用，如图1.1。它借助于方向机的作用，围绕底盘回转中心在座圈上回转以赋予火炮方位角。上架与下架的连接关系对上架结构有很大影响，通常以这部分的连接关系来区分上架类型。上架一般分为长立轴式与短立轴式两种。短立轴式又称为带防撬板式。简单的长立轴上架，前方两侧有固定高低齿弧的支座，支座上各有两个连接耳，用于固定上防盾。在两侧板的后方有耳轴室，耳轴室的盖板用螺栓、螺帽及垫圈固定，盖板上有油孔。瞄准具支臂和方向机支臂焊在上架的左后端，其连接孔的上方各有一个注油孔。方向机支臂上的另一孔是固定高低机锥形齿轮箱的。上架的下部两侧连接有平衡机外筒，中间是上架的立轴，立轴上轴颈与下架上立轴室相配合，下轴颈与下立轴室相配合。立轴的下端用立轴螺帽固定。这种上架本体和立轴是整体铸造的。结构和制造都较简单，被广泛用于中、小口径的火炮上。
图 1.1 上架示意图及其分布位置
对带拐脖的上架，立轴在下架上，而立轴室在上架上，并在上架上增加了一个拐脖。这种上架便于降低火线高，因为上轴颈的高度有一部分与上架底板厚度相重合。其工艺性也较好，因为立轴可以分上、下两个单独加工，然后再与下架焊接在一起。这种立轴可采用较好的材料，从而可减小轴颈的直径，这对减小方向机手轮的力是有利的。采用这种结构时，需注意不使拐脖与炮尾、摇架和调平机构等部件发生干涉。
大口径车载炮上架没有立轴结构，是通过座圈将上架与车体连接在一起。这样的设计方式既简化了结构，降低了火线高，方便火炮方向的转动，又增强了上架与车体的连接稳定性。
1.2.2 上架受力分析
上架的结构是复杂的，只有合适地选择其某一部分作为受力对象，才能便于求出要校核的部件或零件上所受的力。受力分析的目的就是按照具体结构找出上架各部分所受载荷，作为强度和刚度分析的依据。由于上架的结构是多种多样的，对不同的结构，分析结果也就不同，因此就不可能导出一般公式。然而，对不同的结构，分析方法基本是相同的。主要是根据实际情况具体分析问题，在一定假设条件下简化问题，从而使计算简便，结果在一定范围内可靠，并且通过一定措施修正理论计算与实际结果的差别。
受力分析的一般步骤为：
（1）选择受力对象，加上约束反力。受力对象的选择是灵活的，但选择得好可以简化计算，否则使计算复杂化。
（2）确定计算条件。计算条件是按对上架强度最不利的情况进行，这样在最不利的情况下，上架强度均能保证，那么在一般情况下强度也能保证。
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