周偉云

摘 要：自動(dòng)開鎖器被廣泛地應(yīng)用于空降兵、投物和飛行員座椅彈射救生等，它是航空救生裝備系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。回零指示機(jī)構(gòu)是自動(dòng)開鎖器內(nèi)部的重要機(jī)構(gòu)，采用可調(diào)式回零指示機(jī)構(gòu)能滿足對(duì)時(shí)間參數(shù)的高精度調(diào)節(jié)要求；通過對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，得出了該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與時(shí)間參數(shù)誤差的關(guān)系，便于該機(jī)構(gòu)安裝位置的選擇，并以此為目標(biāo)對(duì)該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后自動(dòng)開鎖器一次驗(yàn)收合格率上升了8%，機(jī)構(gòu)回零更加操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，很好地滿足了使用要求。

關(guān)鍵詞：回零指示機(jī)構(gòu)；三維模型；分析計(jì)算；產(chǎn)品驗(yàn)證

1 引言

自動(dòng)開鎖器是一種廣泛地應(yīng)用于航空救生的關(guān)鍵裝備，它用來自動(dòng)地控制救生裝備上的燃爆機(jī)構(gòu)，使降落傘延長(zhǎng)一定的時(shí)間在預(yù)定的高度和時(shí)間工作，以達(dá)到安全救生的目的。但自動(dòng)開鎖器回零指示機(jī)構(gòu)的回零精度是引起時(shí)間誤差不穩(wěn)定的主要原因，嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品的交付和安全性。特別是同一只該產(chǎn)品由不同人員操作，其時(shí)間誤差出入很大，即使是同一個(gè)人員操作也常常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。通過對(duì)自動(dòng)開鎖器回零指示機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算、模型優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化后自動(dòng)開鎖器的驗(yàn)證，表明優(yōu)化后取得了良好的使用效果，保障了產(chǎn)品的正常供應(yīng)部隊(duì)和安全使用。

2 結(jié)構(gòu)與原理

2.1 結(jié)構(gòu)

自動(dòng)開鎖器由回零指示機(jī)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、時(shí)間機(jī)構(gòu)、高度機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)等六大機(jī)構(gòu)組成。

2.2 工作原理

自動(dòng)開鎖器的時(shí)間機(jī)構(gòu)靠動(dòng)力彈簧推力使其齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)間機(jī)構(gòu)的限時(shí)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)位移（γ）與預(yù)設(shè)時(shí)間（t）相對(duì)應(yīng)，此時(shí)時(shí)間機(jī)構(gòu)的開鎖棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)開鎖棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角（θ′）等于時(shí)間機(jī)構(gòu)的限時(shí)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)位移（γ）時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)解除時(shí)間限制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開鎖器在預(yù)設(shè)的時(shí)間開鎖。

自動(dòng)開鎖器的高度機(jī)構(gòu)是通過膜盒感受大氣壓力而膨脹或收縮，帶動(dòng)制動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，當(dāng)高度大于預(yù)設(shè)高度，由于膜盒膨脹，制動(dòng)桿鎖住時(shí)時(shí)間機(jī)構(gòu)不能轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)高度下降時(shí)，膜盒被壓縮直到預(yù)設(shè)的高度，此時(shí)制動(dòng)桿鎖不住時(shí)間機(jī)構(gòu)，通過延遲一定的時(shí)間后，動(dòng)力彈簧釋放輸出動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開鎖器在預(yù)設(shè)的高度開鎖。

3 回零指示機(jī)構(gòu)

回零指示機(jī)構(gòu)主要由復(fù)位指針和零線刻度盤組成。鐘表機(jī)構(gòu)每次工作完成后，扇形齒輪在扇形齒輪彈簧的作用下帶動(dòng)傳動(dòng)小齒輪、棘輪和棘爪回位，但棘輪和棘爪每次回位后的位置是隨機(jī)的，所以自動(dòng)開鎖器的計(jì)時(shí)必須規(guī)定從某一固定位置開始計(jì)時(shí)，回零指示機(jī)構(gòu)就是起這樣的作用，它不僅消除了棘輪與棘爪間及傳動(dòng)輪系間的間隙，而且規(guī)定了每次時(shí)間機(jī)構(gòu)開始計(jì)時(shí)的同一起始位置，所以回零指示精度的高低直接影響自動(dòng)開鎖器延時(shí)時(shí)間的準(zhǔn)確性。

3.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

按項(xiàng)目時(shí)間誤差設(shè)計(jì)要求如表1：

3.2 基于SolidWorks三維模型

從左側(cè)三維模型可知回零指示機(jī)構(gòu)復(fù)位指針的回轉(zhuǎn)中心與扇形齒輪的回轉(zhuǎn)中心一致，扇形齒輪位于時(shí)間機(jī)構(gòu)的一級(jí)傳動(dòng)鏈上。

3.3 原模型分析計(jì)算

（1）已知復(fù)位指針半徑R=11.4mm～16mm，取中間值14mm

若扇形齒輪回轉(zhuǎn)1°，則復(fù)位指針尖端轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)了L1為：

（2）傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)113°對(duì)應(yīng)時(shí)間是5s，Z扇=90，Z傳=15

若扇形齒輪每轉(zhuǎn)1°，則復(fù)位指針走過的時(shí)間為：

（3）現(xiàn)零刻線線寬為0.35mm>0.244mm，故復(fù)位指針尖端回零刻線時(shí)引起的時(shí)間誤差為：

從表1中可以看出所有時(shí)間點(diǎn)的最小常溫誤差為0.350s，因0.350s<0.380s，故在復(fù)位指針回零時(shí)很易造成時(shí)間點(diǎn)超差。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 優(yōu)化三維模型

從以上優(yōu)化后三維模型可知回零指示機(jī)構(gòu)復(fù)位指針的回轉(zhuǎn)中心與扇形齒輪的回轉(zhuǎn)中心不一致，而是處于時(shí)間機(jī)構(gòu)的三級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈上。

4.2 優(yōu)化分析計(jì)算

（1）從優(yōu)化后三維模型中可知復(fù)位指針回轉(zhuǎn)半徑就是復(fù)位指針的長(zhǎng)度，復(fù)位指針長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為8.5mm，即R=8.5mm

因?yàn)?，故扇形齒輪回轉(zhuǎn)1°，則復(fù)位指針尖端轉(zhuǎn)動(dòng)6°，其指針尖端轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為：

所以復(fù)位指針轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)放大 ，則時(shí)間誤差縮小為原來的

若扇形齒輪每轉(zhuǎn)1°，則復(fù)位指針走過的時(shí)間為：

（2）現(xiàn)零刻線線寬為0.15mm<0.244mm，故復(fù)位指針尖端回零刻線時(shí)引起的時(shí)間誤差為：

從表1中可以看出所有時(shí)間點(diǎn)的最小常溫誤差為0.350s，因0.350s遠(yuǎn)大于0.0045s，故在復(fù)位指針回零時(shí)不會(huì)造成時(shí)間點(diǎn)超差。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)后效果，將庫(kù)存的23只產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)試設(shè)備發(fā)現(xiàn)10只產(chǎn)品時(shí)間誤差超差，將此10只產(chǎn)品按優(yōu)化設(shè)計(jì)要求改裝，結(jié)果一次提交驗(yàn)收合格，順利通過各鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目的考驗(yàn)；后又經(jīng)1100km/h地面彈射試驗(yàn)，結(jié)果表明優(yōu)化后自動(dòng)開鎖器時(shí)間誤差精度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，性能穩(wěn)定可靠。

6 結(jié)論

自動(dòng)開鎖器經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后提高了時(shí)間指示精度，保障了該產(chǎn)品時(shí)間誤差的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)了該產(chǎn)品時(shí)間指示精度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)為解決同類相似產(chǎn)品時(shí)間誤差超差問題提供了啟迪。

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