§5.5 运动体设计
在有的旧式火炮上曾采用过橡胶式缓冲器。这种缓冲器由于行军速度 的提高而被弹簧式代替。但由于它的结构简单，后又引起人们的注意，出 现过一些新的结构方案。
有些国家研究过气压式缓冲器，如图5-29所示。由于其弹性元件是气 体，因而不存在金属弹性元件的疲劳问题，同时可利用改变气压的方法来 调节缓冲性能，以适应不同路面和运行速度的需要。
§5.5 运动体设计
如果火炮上没有减振装置，那么当经过一次冲击后，受压弹簧即要伸张， 将其在冲击时所吸收的能量全部放出而变为炮架的动能，从而引起炮架在 铅垂方向的自由振动。这样因冲击而获得的机械能则以炮架动能和弹簧变 形能的形式互相转化。由于地面的冲击是随机的，因而就有可能出现共振 现象，使炮架振幅加大而碰到限制器。限制器上尽管有橡皮垫等缓冲元件， 而炮架受到的冲击力还是会加大很多倍，这对保证炮架各零部件的强度不 利，同时使火炮的行驶平顺性变坏。减振器的作用就是要将铅垂方向因冲 击而获得的机械能通过摩擦不可逆地转化为热能散失掉，以衰减炮架的振 动。
§5.5 运动体设计
设计火炮运动体应设法提高下列一些主要要求： （1）运动便捷性：主要设法减小运动阻力，包括减小车轮与车轮轴之 间的摩擦阻力和地面对车轮的滚动阻力； （2）道路通过性：主要是尽可能减小总体尺寸；设法使各轮的载荷分 布均匀，并能减小车轮对地面的单位面积压力； （3）高速行驶性：主要设法提高运动体的缓冲及减振性能，以保证火 炮在高速牵引或行驶中能经受不断的冲击，平稳行驶； （4）操作轻便性：主要使设计的行军战斗固定装置在行军战斗转换时， 操作轻便、迅速而安全； （5）工作可靠性：主要应保证各机构的动作灵活可靠，并有足够的强 度贮备，耐磨性好，并能有效地防尘。
扭杆弹簧按其断面形状可分为圆形、管形和片状三种。圆形扭杆结构 简单，制造方便，故应用最多。管形扭杆比前者在材料利用上较合理，但 加工不如圆形简单。片状扭杆是由几片固定在四方孔套筒内的扁钢组成， 这种扭杆的材料利用率不如圆形和管形扭杆，但是当三者断面面积和最大 剪应力相同时，片状扭杆的极限角最大，即刚度最小。这种扭杆在小口径 火炮上采用过。
可见，缓冲是使炮架受力和缓，即减小受力；减振是加大阻尼，衰减 炮架的振动。两者的综合作用，其结果是既减小了炮架的受力，又提高了 火炮的行驶平顺性，从而提高了火炮高速牵引的性能。
§5.5 运动体设计
由于车轮轮胎为弹性体，因此具有缓冲功能。有关资料表明，火炮较 多使用的海绵胶胎车轮可吸收地面撞击能量的20％～45％。对于充气轮胎， 其缓冲性能则更好。现有一些较大口径的火炮采用充气轮胎（内支撑轮胎） 而不另加缓冲装置，可以满足高速行军的要求。
（2）动载系数：车轮通过缓冲器支撑炮架，动载系数就是缓冲器处于极限 状态时车轮对炮架的支撑力与静止时的支撑力之比，也就是两种状态下缓冲 器时车轮的作用力之比。动载系数反映了火炮对障碍物作用的敏感程度。
（3）能容量：弹性元件在工作过程中能最大限度贮存的能量称能容量。当 火炮在运行中碰击障碍物时，车轮、车轮轴（曲臂）等构件获得的机械能将 被缓冲器吸收变为弹性元件的变形能。在相同行驶条件下，提高能容量可以 减小撞击频率和撞击强度，从而提高行驶平顺性。
§5.5 运动体设计
（3）扭杆弹簧的端部形状 为了安装和调整方便，缓冲扭杆端部制成花键细齿。端头直径一般取D ＝（1.15～1.3）d。花键细齿的长度可根据强度要求确定。为了避免过大 的应力集中，端部与杆体的联结处如采用圆弧过渡，则过渡圆的半径应取 扭杆直径的3倍以上。花键细齿的端面形状一般采用夹角为90°的三角形。 为了避免应力集中，花键的齿顶和齿根都要避免尖角。扭杆两端的花键齿 齿数不同，一般差一个齿，其目的是为了当扭杆疲劳时可以进行微调。 （4）扭杆的有效工作长度 由于杆体两端的过渡部分也发生扭转变形，因此在计算时，应将两端的 过渡部分换算成当量长度。
影响火炮运动性的因素很多，如质量、质心、有关结构尺寸及运动体。 但在火炮的主要结构尺寸和全炮质量确定之后，影响火炮运动性的关键则 为运动体。
运动体是火炮运行和承载机构的总称，又称为运行部分。牵引式高炮 的运动体一般称为炮车，自行火炮的运动体一般称为底盘。牵引式地面炮 的运动体由前车、后车、基座（或十字梁）、行军缓冲器、减震器、刹车 装置、牵引装置等组成。为了提高机动性，现代大口径牵引火炮还设有辅 助推进装置。牵引式地面炮运动体的结构，因炮种、口径和重量不同而有 很大差别，有单轴二轮或四轮、两轴四轮、三轴六轮等。自行火炮的底盘 分为履带式底盘和轮式底盘。轮式底盘又有4×2，4×4，6×6，8×8等多 种形式。
§5.5 运动体设计
缓冲性能指标是设计缓冲器的主要依据。决定缓冲性能的主要指标有缓
冲行程（即不碰限制器的车轮最大跳动量）、动载系数（与弹性元件的刚度 有关）和缓冲能容量（与缓冲行程及刚度有关）。
（1）缓冲行程：当弹性元件从初始状态（平衡状态或静止状态）变为极限 工作状态（接触限制器）时，车轮相对炮架在铅直方向上运动的距离，即车 轮的最大跳动量，称缓冲行程。
缓冲器中最关键的零件是弹性元件。目前常用的弹性元件有圆柱螺旋 弹簧、板簧、碟形弹簧和扭杆。圆柱螺旋弹簧的优点是工艺简单，加工量 小，不需精密加工设备，但质量和结构尺寸较大，容易折断。叠板弹簧容 易制造，但表面疵病不易避免，因此容易折断，质量较大。板簧在工作时， 各片之间有相对滑动而产生摩擦，工作时能吸收一部分缓冲能量，故其减 振性能较好。但其摩擦力不稳定，而且由于摩擦的存在，相当加大了板簧 的刚度，因而降低了缓冲性能。碟形弹簧缓冲器的缓冲性能较好，当个别 弹簧片碎裂时，整个缓冲器仍能工作。由于串联的碟形弹簧组在工作变形 时各片端部接触处有摩擦存在，故有一定的减振作用。这种缓冲器相对螺 旋弹簧式的刚度大，结构尺寸较小。
§5.5 运动体设计
扭杆弹簧比叠板弹簧单位质量储藏的能量大3倍多，所以在相同负荷下， 可大幅度减小结构尺寸和减轻质量。另外，对于一个受反复载荷的零件， 其强度和寿命与表面质量有很大的关系，表面疵病常是弹簧折断的主要原 因。扭杆外形简单，表面容易做到精细加工，强化处理，故质量容易保证， 寿命较长。由于扭杆为杆状，适合安装在下架内，这样可使结构紧凑，维 护保养较好。减小非簧载质量（不是由缓冲弹簧支承部分的质量，如车轮、 车轴等），使簧载质量（由缓冲弹簧支承部分的质量）与非簧载质量的比 值加大，可提高行驶平顺性。扭杆缓冲器两者的比值较大，对行驶平顺性 有利。扭杆需要选用较好的合金钢制造，加工量较大，加工要求较高，故 生产成本较高。当采用横向布置时，扭杆长度有时受到辙距的限制。
对于减振，在运动体系统中，能引起振动衰减的阻尼来源不仅是因为 系统中装设了减振器，而且在有相对运动的摩擦副中（如缓冲器组成各零 件之间的摩擦），轮胎受力变形时橡胶分子之间的摩擦等也均能起到一定 的减振作用。从装置减振器的必要性，火炮结构的复杂性、质量和经济性 等方面综合考虑，现代火炮基本未采用减振器减振。
§5.5 运动体设计
3 车轮及其制动
车轮由轮胎、轮毂、轮辐和轮辋组成。其功用是：与架尾共同支持炮重； 保证轮胎与路面有良好的附着，传递驱动力矩和制动力矩；确定行驶方向； 以及单独或和缓冲器共同缓和火炮在行驶中由于路面不平而受到的冲击， 并衰减出此而产生的振动。
3.1 车轮的工作特点和要求 （1）保证在额定负荷和正常行驶速度下能安全工作 火炮大部分质量均作用在轮胎上，因此轮胎必须具有合适的弹性和承受 一定负荷的能力。当车轮滚动时，作用在相应轮胎上的部分炮重和由于不 平路面产生的冲击载荷使轮胎压缩。压缩变形所消耗的功有一部分使轮胎 发热而温度升高。温度过高将加速轮胎的磨损，从而降低了使用寿命。轮 胎的发热程度取决于轮胎的结构、内部压力、负荷及行驶速度等。 （2）保证有尽量小的滚动阻力 减小车轮在路面上的滚动阻力，也就是减小滚动能量的消耗，这可减小 牵引车的动力消耗，节省燃料，同时也可延长轮胎的寿命。影响滚动阻力 的因素有：轮胎的构造和材料，轮胎气压，行驶速度及车轮的滚动半径等。
能容量与火炮的质量有关。为了可比性，有时引入相对能容量即比容量的
概念。比容量为缓冲单位质量所需要的能容量。从物理意义上看，比容量是 一个高度，火炮从这个高度落下时，缓冲器正好吸收其下落的动能而不会在 限制器处发生撞击。
火炮的有关数据与载重汽车相比，火炮的缓冲行程偏小，动载系数偏大， 比容量较接近。
§5.5 运动体设计
即解得：
H RhmFra bibliotekjK 1Pj Rl
0.1Gd 4
l
0.1GHd 4
K 1Pj R2
§5.5 运动体设计
扭杆设计中应注意的几个问题： （1）材料
火炮缓冲器扭杆常用的材料为 45CrNiMoVA钢。其性能指标应符合 YB476-64的技术条件中所规定的各项要求。对于材料为45CrNiMoVA钢的 扭杆，淬火后经喷丸、扭转（强扭）和滚压等机械强化处理。扭杆弹簧的 使用应力较高，扭杆的主要失效形式为疲劳破坏。为了保证缓冲器的寿命， 需将不同路面的行军速度加以限制，以减少缓冲器工作时达到极限状态的 次数。路面条件越差，规定的行军速度越低。
下面以扭杆缓冲器设计为例说明缓冲器设计方法。
设计的一般步骤：
（1）一般先根据对缓冲性能的要求，给定缓冲行程 H和动载系数K； （2）选定扭杆的材料，确定扭杆的许用剪应力[τ]； （3）根据结构和总体条件选择曲臂半径R ； （4）求每一个缓冲器的静负荷Pj，及动载Pm = K Pj ； （5）求缓冲器的结构尺寸（扭杆直径d和工作长度l）： 在动载作用下，扭杆应满足强度条件：
§5.5 运动体设计
2 缓冲与缓冲装置设计
为了提高火炮的牵引或行使速度，必须设法减小火炮在牵引或行使过 程中的受力和振动。解决方法是对火炮进行缓冲及减振。
当火炮在高速牵引或行使中由于地面不平或碰到石块等障碍时，车轮 就要受到冲击。如果炮架与车轮之间为刚性连接（假如车轮也是刚性的）， 则炮架亦要受到同样大小的冲击。这种冲击的冲击力很大，炮架强度则无 法保证，或者只能以很小的速度运行。