火炮高刚度上架的结构设计与分析+有限元模型(5)
本文所针对的火炮上架应用于大口径车载炮系统。车载炮的主要组成部分有炮身、摇架、上架、卡车底盘等。为了让炮手在车上有足够的操作空间、使用和文修方便，并且火炮后坐部分不与火炮卡车平台发生干涉，车载炮上架耳轴孔相对于普通地面火炮上架的耳轴孔高度更大，这使得上架侧板的高度增加；复进机和制退机左右布置，使得上架两侧载荷不对称，两侧板受到扭矩作用。
2.2 上架耳轴室设计
耳轴中心到架尾支承点的距离（车载炮上为耳轴中心到卡车车体、辅梁和车载炮后支腿的距离）与耳轴室的位置直接相关。当确定起落部分上耳轴位置以后，耳轴室的位置就决定了起落部分与其它部件的相对关系，移动耳轴室的位置对全炮质心位置有很大影响。初速较大的火炮，炮身较重，全炮质心很靠前，调整此类火炮的质心，可将耳轴室后移，即减小耳轴中心到架尾支承点的距离。初速较小的火炮，炮身较轻，调整全炮质心时允许将耳轴中心到架尾支承点的距离适当加大。耳轴室向前移动可能造成炮尾或摇架与其它部件相碰，影响高低射界。耳轴室太靠前，在最大射角时，摇架或炮尾可能碰到上架底板，当高低和方向射角达到极限时，炮尾还可能与底盘相碰。避免这种情况需从改变炮尾、摇架、上架、卡车辅梁的结构和相对位置入手。
通过分析大口径火炮的高初速、大后坐、摇架耳轴直径确定耳轴室内径d等于76mm、外径D等于115mm。由炮尾、摇架、车体等结构与上架的具体关系，确定耳轴中心距底板下端面为705mm，耳轴室中心与底板前端面距离1150mm。
2.3 侧板设计及其加强筋设计
上架侧板的尺寸和很多因素有关，如反后坐装置布置的方式，摇架的结构和高低齿弧的位置等。耳轴室和底盘回转中心的相互关系大体上决定了上架侧板的尺寸。为了减小上架侧板尺寸，应该设法将底盘回转中心的位置尽量靠近耳轴室。要做到这一点必须合理地布置反后坐装置、摇架和高低齿弧。缩小底盘回转中心到耳轴室的距离不但可以减少上架侧板所受到的载荷，而且可减小座圈所受的扭转载荷。
确定侧板尺寸要考虑的一个重要问题是要满足高低射界的要求，在高低、方向极限射角时摇架与上架底板之间均应留有间隙Δ，如图2.1。车载炮射角恒为正，故只考虑最大射角的情况。
要减少上架两侧板间的宽度，需减小左右耳轴之间的距离。此距离取决于炮身的外径和摇架的横向尺寸。如果将耳轴后移到炮尾的外侧，左右耳轴之间的距离就会增大，上架两侧板间的宽度就要增大。这将影响上架质量、方向射界，甚至影响方向瞄准速度。
图2.1 射角对侧板尺寸影响示意图
根据车载炮对火线高要求，确定侧板(包括平衡机座)高度为1100mm，初定两侧板厚度均为12mm，两侧板间距800mm。
2.4 底板设计
火炮上架底板设计主要满足侧板与底板、底板与座圈连接的强度要求，根据车载炮的具体情况，确定底板厚度为25mm，为减轻质量，设计凹槽厚度19mm，增强与座圈配合位置强度，内圈（紫色）厚度为35mm，如图2.2。
图2.2 上架底板
2.5 方向机和高低机等位置
确定方向机、高低机、平衡机等在上架上的位置要根据火炮总体布局的要求。结合车载炮的实际情况，确定方向机安装于上架前方，底板到与高低机配合的齿轴孔的垂直距离为270mm，平衡机安装支座孔中心距底板915mm，位置如图2.3所示。
图2.3 各结构在上架的位置
2.6 本章小结
本章主要根据上架设计方法，结合大口径车载炮上架设计中的具体要求，如火线高、高低射界、方向射界等，完成上架的空间布置，并进行了耳轴室、侧板、底板等主要结构的尺寸设计，确定了平衡机、方向机、高低机等机构在上架上的安装位置，进行了上架的三文实体造型，为上架的刚强度计算和方案修改打下基础。
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