自動開鎖器機構結構優(yōu)化設計

周偉云

摘 要：自動開鎖器被廣泛地應用于空降兵、投物和飛行員座椅彈射救生等，它是航空救生裝備系統(tǒng)的關鍵組成部分。回零指示機構是自動開鎖器內部的重要機構，采用可調式回零指示機構能滿足對時間參數的高精度調節(jié)要求；通過對該機構進行分析計算，得出了該機構結構與時間參數誤差的關系，便于該機構安裝位置的選擇，并以此為目標對該機構結構進行了優(yōu)化設計。優(yōu)化后自動開鎖器一次驗收合格率上升了8%，機構回零更加操作簡便、準確，很好地滿足了使用要求。

關鍵詞：回零指示機構；三維模型；分析計算；產品驗證

1 引言

自動開鎖器是一種廣泛地應用于航空救生的關鍵裝備，它用來自動地控制救生裝備上的燃爆機構，使降落傘延長一定的時間在預定的高度和時間工作，以達到安全救生的目的。但自動開鎖器回零指示機構的回零精度是引起時間誤差不穩(wěn)定的主要原因，嚴重地影響了產品的交付和安全性。特別是同一只該產品由不同人員操作，其時間誤差出入很大，即使是同一個人員操作也常常會出現這樣的情況。通過對自動開鎖器回零指示機構的分析計算、模型優(yōu)化設計和優(yōu)化后自動開鎖器的驗證，表明優(yōu)化后取得了良好的使用效果，保障了產品的正常供應部隊和安全使用。

2 結構與原理

2.1 結構

自動開鎖器由回零指示機構、動力機構、時間機構、高度機構、輪系機構和鎖緊機構等六大機構組成。

2.2 工作原理

自動開鎖器的時間機構靠動力彈簧推力使其齒輪系轉動，時間機構的限時組件的轉動位移（γ）與預設時間（t）相對應，此時時間機構的開鎖棘輪轉動，當開鎖棘輪轉動的轉角（θ′）等于時間機構的限時組件的轉動位移（γ）時，鎖緊機構解除時間限制，實現自動開鎖器在預設的時間開鎖。

自動開鎖器的高度機構是通過膜盒感受大氣壓力而膨脹或收縮，帶動制動桿運動，當高度大于預設高度，由于膜盒膨脹，制動桿鎖住時時間機構不能轉動；當高度下降時，膜盒被壓縮直到預設的高度，此時制動桿鎖不住時間機構，通過延遲一定的時間后，動力彈簧釋放輸出動力，實現自動開鎖器在預設的高度開鎖。

3 回零指示機構

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

3.1 設計指標要求

按項目時間誤差設計要求如表1：

3.2 基于SolidWorks三維模型

從左側三維模型可知回零指示機構復位指針的回轉中心與扇形齒輪的回轉中心一致，扇形齒輪位于時間機構的一級傳動鏈上。

3.3 原模型分析計算

（1）已知復位指針半徑R=11.4mm～16mm，取中間值14mm

若扇形齒輪回轉1°，則復位指針尖端轉動的弧長了L1為：

（2）傳動齒輪轉動113°對應時間是5s，Z扇=90，Z傳=15

若扇形齒輪每轉1°，則復位指針走過的時間為：

（3）現零刻線線寬為0.35mm>0.244mm，故復位指針尖端回零刻線時引起的時間誤差為：

從表1中可以看出所有時間點的最小常溫誤差為0.350s，因0.350s<0.380s，故在復位指針回零時很易造成時間點超差。

4 優(yōu)化設計

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構復位指針的回轉中心與扇形齒輪的回轉中心不一致，而是處于時間機構的三級轉動鏈上。

4.2 優(yōu)化分析計算

（1）從優(yōu)化后三維模型中可知復位指針回轉半徑就是復位指針的長度，復位指針長度設計為8.5mm，即R=8.5mm

因為 ，故扇形齒輪回轉1°，則復位指針尖端轉動6°，其指針尖端轉動的弧長為：

所以復位指針轉動弧長放大 ，則時間誤差縮小為原來的

若扇形齒輪每轉1°，則復位指針走過的時間為：

（2）現零刻線線寬為0.15mm<0.244mm，故復位指針尖端回零刻線時引起的時間誤差為：

從表1中可以看出所有時間點的最小常溫誤差為0.350s，因0.350s遠大于0.0045s，故在復位指針回零時不會造成時間點超差。

5 試驗驗證

為了驗證優(yōu)化設計后效果，將庫存的23只產品進行復測，測試設備發(fā)現10只產品時間誤差超差，將此10只產品按優(yōu)化設計要求改裝，結果一次提交驗收合格，順利通過各鑒定試驗項目的考驗；后又經1100km/h地面彈射試驗，結果表明優(yōu)化后自動開鎖器時間誤差精度滿足設計指標要求，性能穩(wěn)定可靠。

6 結論

自動開鎖器經優(yōu)化設計后提高了時間指示精度，保障了該產品時間誤差的穩(wěn)定性和可靠性，實現了該產品時間指示精度的優(yōu)化設計，同時為解決同類相似產品時間誤差超差問題提供了啟迪。

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