一种武器站制振合金的减振装置

本发明涉及武器站减振技术领域，尤其是涉及一种武器站制振合金的减振装置。

背景技术：

制振合金广泛应用于精密机械、轨道交通、核电、高层建筑、汽车、船舶装备、航空航天领域的金属阻尼材料，阻尼合金具备制振合金独特的双晶活动产生的能量消耗机制，可有效的吸收振动，达到减振降噪的效果；

武器站射击时会产生剧烈的振动导致枪口指向发生变化，严重影响射击精度，为武器站安装减振装置能够有效减轻振动。现有武器站的减振装置主要依靠弹簧阻尼器，内装一矩形螺旋弹簧，其缓冲效果并不理想，武器站枪口振动仍较剧烈，尤其是矩形螺旋弹簧存在后坐位移较大、二次冲击现象明显、能量吸收率较低等问题。

制振合金属于一种新型的阻尼合金材料，其具有高阻尼、高强度、易加工等特性，目前已广泛应用于机械设备减振支架、潜艇螺旋桨、核电设备减振器等方面。其阻尼性能接近于橡胶，但强度又媲美结构钢，具很多有传统阻尼材料所不能达到的优点。因此，将制振合金应用到武器站中，设计一种新型的制振合金减振装置，以降低振动对枪口的影响，对提高射击精度具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种武器站制振合金的减振装置，该减振装置能够解决现有技术中阻尼器的矩形螺旋弹簧存在后坐位移较大、二次冲击现象明显和能量吸收率较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种武器站制振合金的减振装置，包括：阻尼器，其包括基座、套筒、导杆和碟簧结构；

摇架和枪体；所述摇架和所述套筒分别与所述基座相固接，所述导杆的一端与所述枪体相固接，且所述枪体的发射方向与所述导杆的延伸方向相一致；所述碟簧结构为制振合金；

所述碟簧结构和所述导杆的另一端设于所述套筒内，所述套筒远离所述导杆的一端具有限位端，所述枪体发射炮弹时，所述导杆带动所述碟簧结构朝向所述限位端移动，所述限位端用于压紧所述碟簧结构。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步地，所述阻尼器具有第一螺母、第二螺母和压紧螺母，所述第一螺母与所述套筒相固接，所述导杆与所述套筒相滑动连接，所述第二螺母与所述套筒相固接，且套设于所述压紧螺母上；所述压紧螺母与所述导杆相固接。

进一步地，所述武器站还包括不完全齿轮结构，所述不完全齿轮结构与所述摇架相固接。

进一步地，所述不完全齿轮结构包括阻尼片、不完全齿轮固定架和不完全齿轮，所述阻尼片设于所述不完全齿轮固定架与所述不完全齿轮之间，用于减振。

进一步地，所述不完全齿轮固定架与所述摇架相固接。

进一步地，所述阻尼片、所述不完全齿轮固定架和所述不完全齿轮相固接。

进一步地，所述减振装置还包括垫片结构，所述垫片结构包括第一法兰垫片和第二法兰垫片，所述武器站具有武器站底座所述第一法兰垫片与所述武器站底座相固接，所述第一法兰垫片和所述第二法兰垫片之间设有法兰盘。

进一步地，所述垫片结构还包括阻尼塞，所述阻尼塞设于所述第一法兰垫片和所述第二法兰垫片之间。

进一步地，所述碟簧结构包括8个碟簧，相邻的2个所述碟簧结构相互对合。

进一步地，8个所述碟簧相互对合形成的所述碟簧结构包括单层碟簧结构和三层复合碟簧结构。

本发明具有如下优点：

本发明中的武器站制振合金的减振装置，通过设于套筒内由8个碟簧相互对合形成的碟簧结构，使得枪体发射炮弹时，导杆带动碟簧结构朝向限位端移动，通过限位端压紧碟簧结构，能够满足阻尼器的实际工况；解决了现有技术中阻尼器的矩形螺旋弹簧存在后坐位移较大、二次冲击现象明显和能量吸收率较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中武器站的整体结构示意图；

图2为a处结构放大图；

图3为a处结构内部结构图；

图4为本发明实施例中不完全齿轮结构在武器站的位置示意图；

图5为本发明实施例中不完全齿轮结构的示意图；

图6为本发明实施例中5000n碟簧的结构示意图；

图7为本发明实施例中3000n碟簧的结构示意图；

图8为本发明实施例中弹簧单片无支撑面计算模型的示意图；

图9为本发明实施例中武器站有限元网格模型的示意图；

图10为本发明实施例中3000n碟簧输入参数的示意图；

图11为本发明实施例中叠合组合碟簧的示意图；

图12为本发明实施例中对合组合弹簧的示意图；

图13为本发明实施例中5000n碟簧输入参数的示意图；

图14为本发明实施例中x向不同方案47.5hz减振效果的统计表；

图15为本发明实施例中z向不同方案47.5hz减振效果的统计表；

图16为本发明实施例中x向不同方案0-500hz有效值减振效果的统计表；

图17为本发明实施例中z向不同方案0-500hz有效值减振效果的统计表。

附图标记说明：

阻尼器10，基座101，套筒102，导杆103，第一螺母104，第二螺母105，压紧螺母106，碟簧结构20，碟簧201，摇架30，枪体40，不完全齿轮结构50，阻尼片501，不完全齿轮固定架502，不完全齿轮503，垫片结构60，第一法兰垫片601，第二法兰垫片602。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-6所示，本发明提供了一种武器站制振合金的减振装置，包括：

阻尼器10，其包括基座101、套筒102、导杆103和碟簧结构20；

摇架30和枪体40；所述摇架30和所述套筒102分别与所述基座101相固接，所述导杆103的一端与所述枪体40相固接，且所述枪体40的发射方向与所述导杆103的延伸方向相一致；所述碟簧结构20为制振合金；

所述碟簧结构20和所述导杆103的另一端设于所述套筒102内，所述套筒102远离所述导杆103的一端具有限位端，所述枪体40发射炮弹时，所述导杆103带动所述碟簧结构20朝向所述限位端移动，所述限位端用于压紧所述碟簧结构20。

制振合金是一种填补了国内空白，可广泛应用精密机械、轨道交通、核电、高层建筑、汽车、船舶装备、航空航天领域的金属阻尼材料。也是目前所知的锰含量(mn＞72％)最高的特种金属之一。制振合金属于孪生双晶结构的高强度阻尼材料，在周期应力的作用下，与热弹性马氏体相变密切相关的大量共格孪晶界面将发生重新排列并产生非弹性应变使应力松弛，从而将外界振动能耗散，起到减振降噪的效果。

即当对结晶施加压力时，结晶将发生一定程度的弹性形变；再加大压力，结晶中将产生双晶；在此基础上再将施加的压力增加时，将引起双晶的成长与扩张，甚至会使其他区域内形成新的双晶。但当将压力解除后，双晶会自动缩小直至消失，结晶形状将恢复至初始状态。正是因为阻尼合金具备这种独特的双晶活动产生的能量消耗机制，便可有效的吸收振动，达到减振降噪的效果。制振合金的材料参数如图1所示，制振合金的密度为7.25g/cm³，泊松比为0.338，弹性模量为80gpa，屈服强度为240mpa，抗拉强度为540mpa。

本设计基于《机械设计手册第六版》碟簧201设计经验公式进行强度计算，碟簧201的计算模型如图8所示。

碟簧201的载荷计算公式为：

碟簧201的应力计算公式为：

式中f——单个碟簧的载荷，n；t——碟簧厚度，mm；d——碟形弹簧的外径，mm；f——单片碟形弹簧的变形量，mm；h0——碟形弹簧压平时变形量的计算值，mm；e——碟簧材料的弹性模量，mpa；μ——泊松比；计算系数其中对于无支持面碟簧k4＝1。

如图10所示，为本发明实施例中3000n碟簧输入参数的示意图。

代入公式1和公式2可得单片的碟簧201的载荷f＝1103n，碟簧201的应力为222.4mpa，小于制振合金屈服强度240mpa，满足强度要求。由于碟簧201的载荷不能满足原阻尼器的强度要求。

如图7所示，因此采用组合碟簧的组合形式，先进行三片叠合，进行八组对合。

其中碟簧叠合的载荷和变形量计算，如图11所示，在不计摩擦力时，碟簧叠合的载荷fz＝n×f，变形量与单片相同。

其中碟簧对合的载荷和变形量计算，如图12所示，在不计摩擦力时，碟簧对合的变形量fz＝n×f，载荷与单片相同。

本次采用的组合弹簧如图7所示：先用三层碟簧进行叠合，然后采用八组叠合后的叠合组进行对合，因此本组合碟簧的的变形量为0.25*2*4＝2mm；承受载荷为1103x3＝3309n，应力为222.37mpa，小于制振合金材料屈服强度，满足强度要求。

由于碟簧201之间的摩擦力的阻尼作用，叠合组合碟簧比理论计算增加了刚性，对合碟簧的变形量将依次递减，并且在冲击负荷下使用的组合碟簧，其外力的传递对各片也将依次递减，因此采用组合碟簧的片数不宜过多，另外针对阻尼器10提出更高要求的5000n冲击载荷阻尼器，设计了8片对合的组合碟簧。

代入公式1和公式2可得单片的碟簧201的载荷f＝5355.7n，碟簧201的应力为226.8mpa，小于制振合金屈服强度240mpa，满足强度要求。由于碟簧201的载荷不能满足原阻尼器10的强度要求，因此采用八片对合碟簧201的组合形式。

如图13所示，为本发明实施例中5000n碟簧201输入参数的示意图。

本方案采用的组合弹簧如图6所示：先用8片碟簧201进行对合，因此本组合碟簧的的变形量为0.17*2*4＝1.36mm；承受载荷为5355n，应力为226.82mpa,小于制振合金材料屈服强度，满足强度要求。

所述阻尼器10具有第一螺母104、第二螺母105和压紧螺母106，所述第一螺母104与所述套筒102相固接，所述导杆103与所述套筒102相滑动连接，所述第二螺母105与所述套筒102相固接，且套设于所述压紧螺母106上；所述压紧螺母106与所述导杆103相固接。

所述武器站还包括不完全齿轮结构50和小齿轮，所述不完全齿轮结构50与所述摇架30相固接。小齿轮与所述不完全齿轮503相啮合。

所述不完全齿轮结构50包括阻尼片501、不完全齿轮固定架502和不完全齿轮503，所述阻尼片501设于所述不完全齿轮固定架502与所述不完全齿轮503之间。

所述不完全齿轮固定架502与所述摇架30相固接。

所述阻尼片501、所述不完全齿轮固定架502和所述不完全齿轮503相固接。

所述减振装置还包括垫片结构60，所述垫片结构60包括第一法兰垫片601和第二法兰垫片602，所述武器站具有武器站底座所述第一法兰垫片601与所述武器站底座相固接，所述第一法兰垫片601和所述第二法兰垫片602之间设有法兰盘。

所述垫片结构60还包括阻尼塞，所述阻尼塞设于所述第一法兰垫片601和所述第二法兰垫片602之间。所述碟簧结构20包括8个碟簧201，相邻的2个所述碟簧结构20相互对合。8个所述碟簧201相互对合形成的所述碟簧结构20包括单层碟簧结构和三层复合碟簧结构。

由于武器站的振动程度对于设计精度具有重要影响，因此基于ansysworkbench仿真平台，结合制作合金的高阻尼优势，同向谐响应振动分析定性的对比了不同制振合金方案对于武器站枪口的振动特性。

武器站振动分析的简化原模型如图9所示，其中x轴为枪杆的水平方向，z轴为枪杆的垂直方向；为了保证振动分析的精度，对于武器站的网格划分进行控制，主体采用六面体单元，网格总节点数为837518，网格总单元数为308146。

本次主要进行三部分的减振方案振动分析，如图1所示：

其中武器站武器站底座方案如图1所示，采用武器站底座上下安装3mm法兰垫片，阻尼塞以及两种组合作用；

其中武器站俯仰机构中的不完全齿轮结构50的阻尼塞和阻尼片武器站底座方案如图5所示，采用阻尼塞和阻尼片501；其中武器站阻尼器方案采用碟簧201和阻尼器减振垫片方案。

为了分析武器站固有的振动特性，对简化后的武器进行模态分析，武器站的模态分析边界条件，武器站底座施加固定，第1阶和第2阶为分别为枪杆在x方向和z方向的弯曲振动，并且频率较低，由于激励频率为10hz,因此要重点降低前2阶的弯曲振动。

为了分析加了减振方案之后的武器站的固有频率是否产生影响，分别计算了不同减振方案的模态频率，安装了制振合金结构方案的武器站整体的前两阶的固有频率和振型基本不变，因此提出的结构方案基本不会改变原有武器站的固有振动特性，另外还分析对比了0—500h范围了，不同方案的固有频率，不同的制振合金减振方案对于武器站的固有频率和振型影响基本不变。

武器站谐响应分析的边界条件采用武器站底座底面固定约束，枪杆的轴向施加9600n的正弦激振力，通过提取枪头端部的不同方案的加速度，对比出不同的减振效果。

由模态分析可知，武器站前两阶的振动主要集中在x和z轴方向的振动，谐响应得出的x向振动加速度共振频率为47.5hz，与前文模态分析得出原武器站一阶46.79hz和二阶47.497hz基本吻合，说明武器站的前两阶频率在x向振动产生了耦合，并且接近激励频率10hz，由计算结果可知，普通阻尼器螺栓垫片+武器站底座阻尼塞方案减振效果基本没有，47.5hz下x向加速度降低了0.04db；其中普通阻尼器螺栓垫片+不完全齿轮阻尼塞+3mm阻尼片47.5hz频率下减振效果最佳，降低了41.13db；加了上下3mm法兰垫片武器站底座的x向加速度降低了6.05db；上下3mm法兰垫片+武器站底座阻尼塞组合方案降低了6.22db。说明阻尼塞的减振效果基本不变；加了阻尼器减振垫片和3000n碟簧的方案减振效果基本不变，约为31db；加了阻尼器减振垫片和5000n碟簧的方案比5000n碟簧方案多降低了9.48db；其他方案的减振效果如图14所示。

谐响应得出的z向振动加速度共振频率为47.5hz，与前文模态分析得出原武器站一阶46.79hz和二阶47.497hz基本吻合，说明武器站的前两阶频率在x向振动产生了耦合，并且接近激励频率10hz，由计算结果可知，普通阻尼器螺栓垫片+武器站底座阻尼塞方案减振效果基本没有，47.5hz下x向加速度降低了0.04db；其中普通阻尼器螺栓垫片+不完全齿轮阻尼塞+3mm阻尼片50147.5hz频率下减振效果最佳，降低了40.07db；加了上下3mm法兰垫片武器站底座的x向加速度降低了6.04db；上下3mm法兰垫片+武器站底座阻尼塞组合方案降低了6.21db.说明武器站底座阻尼塞的减振效果基本不变；加了阻尼器减振垫片和3000n碟簧的方案减振效果基本不变，约为31db；加了阻尼器减振垫片和5000n碟簧的方案比5000n单独碟簧方案多降低了9.23db；其他方案的减振效果如图15所示。

综合x和z向在频率47.5hz的减振效果可定性得出其中普通阻尼器螺栓垫片+不完全齿轮阻尼塞+3mm阻尼片效果最佳，其次是阻尼器减振垫片+碟簧50000n减振方案，最后是普通阻尼器螺栓垫片+武器站底座上下3mm法兰垫片。

谐响应分析计算了武器站0-500hz，并统计了该频率范围内的有效值，由计算结果可知，其中普通阻尼器螺栓垫片+阻尼器3000n时减振效果最好，有效值降低了12.12db,比加了阻尼器减振垫片方案效果低了2.41db，原因可能是阻尼器减振垫片方案在低频时的减振好于高频段，另外在0-500hz频率范围内，阻尼器3000n方案比阻尼器5000n范围更优；普通阻尼器螺栓垫片+武器站底座阻尼塞方案减振效果基本没有，x向加速度有效值降低了0.06db；其中普通阻尼器螺栓垫片+不完全齿轮阻尼塞+1mm阻尼片0-500hz频率下减振效果比3mm效果更好，降低了9.42db；加了上下3mm法兰垫片武器站底座的x向加速度降低了6.11db；上下3mm法兰垫片+武器站底座阻尼塞组合方案降低了6.27db.说明武器站底座阻尼塞的减振效果基本不变；其他方案的减振效果如图16所示。

0-500hz武器站枪口z向振动加速度对比可知，其中阻尼器减振垫片+碟簧3000n下的减振效果最优，降低了11.08db,比阻尼器减振垫片+5000n碟簧的方案低了1.12db,并且安装减振垫片的阻尼器方案减振效果好于安装普通阻尼器垫片；普通阻尼器螺栓垫片+武器站底座阻尼塞方案减振效果基本没有，z向加速度有效值降低了0.05db；其中普通阻尼器螺栓垫片+不完全齿轮阻尼塞+3mm阻尼片0-500hz频率下减振效果比1mm效果更好，降低了9.95db；加了上下3mm法兰垫片武器站底座的x向加速度降低了4.27db；上下3mm法兰垫片+武器站底座阻尼塞组合方案降低了4.39db.说明武器站底座阻尼塞的减振效果基本不变；其他方案的减振效果如图17所示。

通过分析武器站在0-100hz和0-500hz两个频率段可知，由于武器站的激励频率为10hz,越接近激励频率的固有频率越容易引起共振，因此选用的方案尽量在低频有好的减振效果，同时0-500hz频率也具备一定的减振效果，综上可知，阻尼器减振垫片方案+5000n碟簧结构20的减振方案满足要求；其次采用普通螺栓+不完全齿轮阻尼塞+3mm阻尼片方案；武器站底座上下法兰垫片方案+武器站底座阻尼塞方案减振效果次之。

该武器站制振合金的减振装置使用过程如下：

使用时，操作人员将相邻的2个所述碟簧结构20相互对合形成，将所述碟簧结构20和所述导杆103的另一端设于所述套筒102内，碟簧结构20抵靠在限位端上，将所述阻尼片501设于所述不完全齿轮固定架502与所述不完全齿轮503之间，将所述阻尼片501、所述不完全齿轮固定架502和所述不完全齿轮503相固接，将所述不完全齿轮固定架502与所述摇架30相固接。

将所述阻尼塞设于所述第一法兰垫片601和所述第二法兰垫片602之间形成垫片结构60。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。