1. Đầu khóa; 2 Rãnh đóng mở có con lă n; 3.Bệ khóa; 4 lị xo đóng khóa
3.3.4. Ảnh hưởng của khe hở khóa đối với khóa nòng
3.3.4.1. Khái niệm khe hở khóa:
Khe hở giữa mặt gương khóa nịng và mặt đáy vỏ đạn sau khi đóng khóa gọi là khe hở khóa (ký hiệu ε), khe hở khóa bảo đảm việc đóng mở khóa trong mọi điều kiện.
Khe hở khóa được xác định theo biểu thức: [ ]∆v −∆ −∆ −∆t
=
∆ 1 2
∆- Khe hở đóng khóa;
[∆v]- Độ giãn dài cho phép của vỏ đạn khi bắn;
∆1- Khe hở tạo ra do biến dạng đàn hồi của các chi tiết khóa nịng; ∆2- Khe hở dự trữ mịn bề mặt làm việc của khóa nịng;
∆t- Khe hở sinh ra do biến dạng nhiệt của nòng theo chiều trục nòng.
3.3.4.2. Yêu cầu của khe hở khóa
Để đảm bảo độ tin cậy khi làm việc, nghĩa là vỏ đạn khơng bị đứt khi bắn, thì khe hở khóa càng nhỏ càng tốt, với khe hở khóa nhỏ khi biến dạng, đít vỏ đạn sẽ nhanh chóng tỳ vào mặt gương khóa nịng làm hạn chế sự giãn dài của vỏ đạn.
Nếu khe hở khóa q lớn cịn có thể gây nên tình trạng độ nhô kim hoả không đủ gây cháy hạt lửa, ngược lại khe hở quá nhỏ có thể làm kim hoả đâm thủng hạt
Hình 3.3.9. Sơ đồ biểu thị khe hở khóa
∆1
∆∆2 ∆2
lửa, gây phụt khí thuốc ra phía sau vỏ đạn khi bắn. Khe hở khóa q nhỏ có thể sẽ khơng đóng kín được khóa nịng khi có biến dạng nhiệt hoặc trong điều kiện buồng đạn có bụi bẩn, muội thuốc.
Khi chọn khe hở khóa, ngồi các u cầu trên, cịn chú ý phương pháp định vị đạn trong buồng đạn, nếu định vị bằng gờ đít đạn thì khe hở khóa nhất thiết phải lớn hơn không, nếu định vị bằng vai đạn thì khe hở khóa có thể có giá trị âm. Bởi lúc này khoảng cách từ vai định vị đến mặt đáy vỏ đạn tương đối dài, khi bắn do va chạm đóng khóa nịng, vỏ đạn có thể nén ngắn lại bảo đảm khóa chính xác và giảm khe hở khóa.
3.3.4.3. Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến khe hở khóa
Để bảo đảm khơng đứt vỏ đạn thì độ giãn dài của vỏ đạn phải nhỏ hơn giá trị cho phép nghĩa là [ ]∆ ≤ ∆ + ∆ + ∆ + ∆ 1 2 t
Vậy những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến khe hở khóa gồm: Độ giãn dài cho phép của vỏ đạn; Biến dạng đàn hồi các chi tiết cơ cấu khóa; Lượng dự trữ mịn và biến dạng vì nhiệt của các chi tiết khóa.
a. Độ giãn dài cho phép của vỏ đạn khi bắn
Để đơn giản trong tính tốn ta áp dụng các giả thiết sau:
- Vỏ đạn là một ống tròn mỏng, chiều dày thành không thay đổi trên suốt chiều dài vỏ đạn.
- Sau khi biến dạng vượt quá giới hạn đàn hồi, vật liệu vỏ đạn trở nên dẻo lí tưởng.
Với các giả thiết này, áp dụng lý thuyết vỏ mỏng và các cơng thức tính biến dạng trong sức bền vật liệu ta xác định được cơng thức tính độ giãn dài cho phép của vỏ đạn khi bắn. [ ] t b v d . 8Ef σ ∆ = Trong đó:
dt- Đường kính trong của vỏ đạn
σb- Giới hạn bền đàn hồi của vật liệu vỏ đạn E- Mô đun đàn hồi của vật liệu vỏ đạn f- Hệ số ma sát giữa vỏ đạn và buồng đạn
∆v được xác định theo phép tính biến dạng đàn hồi của một chi tiết chịu tải trọng tĩnh. ∆v tỷ lệ thuận với chiều dài chi tiết, tỷ lệ nghịch với mô đun đàn hồi của vật liệu. Do đó, để giảm ∆v thì cần phải giảm chiều dài các chi tiết của khóa nịng và tăng mơ đun đàn hồi bằng cách chọn vật liệu hợp lý. Nói cách khác là phải tăng độ cứng cho các chi tiết khóa nịng.
Với các loại súng hiện đại độ giãn dài cho phép nằm trong giới hạn sau: - Đạn cỡ 7,62mmK56 (AK, CKC, RPD…) vỏ đồng [∆v]=(0,14-0,50)mm - Đạn cỡ 7,62mmK53 (K53, K57…) vỏ thép tráng đồng [∆v]=(0,6-0,7)mm Để xác định độ giãn dài cho phép thường dùng phương pháp bắn thí nghiệm
Biến dạng đàn hồi của các chi tiết cơ cấu khóa do áp lực khí thuốc gây ra phụ thc vào kích thước, kết cấu của bộ phận khóa. Khi áp lực khí thuốc tác dụng lên phần khóa nịng có chiều dài lk chịu nén, phần hộp nịng có chiều dài lh chịu kéo. Áp lực khí thuốc tác dụng lên đáy nòng theo hướng trục là P. Biến dạng tổng cộng tuyệt đối của các chi tiết khóa theo hướng trục là:
+ = + = ∆ h h k k h h k k dh S l S l E P ES Pl ES Pl Trong đó:
E- mơđun đàn hồi của vật liệu
Sk, Sh – diện tích tiết diện ngang trung bình của khóa nịng và hộp nịng
m dap d P 2 4 π = - áp lực khí thuốc
dda- đường kính trong tại đáy vỏ đạn
Biến dạng đàn hồi của chi tiết khóa làm tăng thêm độ giãn dài vỏ đạn khi bắn. Để bảo đảm làm việc tin cậy biến dạng này càng nhỏ càng tốt, nghĩa là các chi tiết khóa phải có độ cứng vững cao. Muối vậy phải giảm kích thước chiều trục của các chi tiết khóa bằng cách giảm lk, lh. Tăng mơ đun đàn hồi E của vật liệu bằng cách chọn vật liệu hợp lý
c. Lượng dự trữ mòn
Trong súng bộ binh, khi mở khóa áp suất khí thuốc cịn lớn. Do vậy mặt tỳ của khóa nịng và hộp nịng bị mịn nhanh làm tăng khe hở khóa. Để giảm mài mịn, hạn chế ảnh hưởng có thể dùng các biện pháp sau:
- Chọn lượng dự trữ mòn hợp lý cho các bề mặt làm việc, phạm vi khe hở đóng khóa hợp lý. Nếu lấy q lớn thì khe hở khóa ban đầu nhỏ, khó chế tạo chi tiết, ngược lại nếu nhỏ q thì tuổi thọ chi tiết khóa lại q thấp. Lượng dự trữ mòn phải phù hợp với tuổi thọ của tồn bộ súng và khơng vượt q giới hạn cho phép 0,4mm. Với súng cỡ 7,62mm thường lấy (0,1-0,2)mm.
- Chọn giai đoạn mở khóa khi áp suất khí thuốc đã giảm nhiều để giảm lực tác dụng lên các bề mặt làm việc. Biện pháp chủ yếu là chọn hành trình tự do thích hợp để khi mở khóa áp suất khí thuốc cịn khoảng (40-100)kG/cm2, cao nhất không quá 300kG/cm2 đối với các súng tự động có tốc độ bắn lớn.
- Chọn vật liệu tốt và nhiệt luyện chi tiết đúng quy cách. Thơng thường hộp khóa nịng khơng thay thế hoặc ít thay thế, khóa nịng có thể thay thế. Thường cho độ cứng mặt tỳ hộp nòng phải lớn hơn độ cứng mặt tỳ của khóa nịng. Khóa nịng chịu tải xung nhiều hơn nên độ bóng bề mặt phải cao.
- Về mặt kết cấu, áp dụng các biện pháp điều chỉnh khe hở do mịn. Ví dụ đại liên CΓM dùng then hãm nòng, súng trường CKC thay đệm ở mặt tỳ, các loại khóa nịng kiểu phiến khóa thì thay phiến khóa…
d. Khe hở sinh ra do biến dạng nhiệt
Khi bắn nhiệt độ trong nòng rất lớn, nhất là đối với các loại súng tự động. Do nhiệt độ rất cao nên nịng, bệ khóa và khóa nịng đều có biến dạng, song khóa nịng và bệ khóa khơng tiếp xúc trực tiếp với khi thuốc nên độ biến dạng bé có thể bỏ qua. Ở đây ta chỉ tính đến biến dạng nhiệt theo chiều trục của nịng. Biểu thức xác định biến dạng nhiệt theo chiều trục của nòng khi bắn như sau:
t .l .tn n
∆ = α
Trong đó: α- Hệ số dãn nở vì nhiệt của vật liệu nịng
ln- Khoảng cách từ vị trí liên kết giữa nịng với hộp khóa nịng đến vị trí định vị của vỏ đạn trong buồng đạn.
tn- Nhiệt độ tăng lên của nòng khi bắn liên tục (tn=300-5000c)
Ảnh huởng của biến dạng nhiệt phụ thuộc vào cách định vị đạn trong buồng đạn. Nếu định vị bằng gờ đít đạn thì khi biến dạng nhiệt làm giảm khe hở khóa, có khi làm cho khóa nịng khơng đóng đuợc. Nếu định vị bằng vai vỏ đạn, biến dạng nhiệt có thể làm tăng hoặc giảm khe hở khóa tuỳ theo vị trí mối ghép nịng với hộp nịng. Để giảm biến dạng nhiệt của nịng, tốt nhất là đưa vị trí mối ghép nòng với hộp nòng về gần đi nịng.
3.3.4.4. Ảnh hưởng của khe hở khóa đối với sự làm việc của vỏ đạn khi bắn a. Đối với vỏ đạn hình trụ
Khi bắn với vỏ đạn hình trụ, có các lực tác dụng sau đây:
- Áp lực khí thuốc tác dụng lên đáy vỏ đạn: Pđa = πd2p/4
d - đường kính trong của vỏ đạn.
P - áp suất khí thuốc trong lịng nịng súng. Lực Pđa có xu hướng đẩy vỏ đạn lấp hết khe hở.
- Lực ma sát Ri giữa mặt ngoài vỏ đạn và thành buồng đạn.
∫= l = l i dR R 0 Ri = πP’đnLf
Trong đó: P’- áp suất giữa mặt ngồi vỏ đạn và thành buồng đạn. đn - đường kính ngồi của vỏ đạn.
L - chiều dài phần vỏ đạn nằm trong buồng đạn. f - hệ số ma sát.
Do có khe hở khóa nên vỏ đạn bị dài ra, nếu gọi thiết diện ngang của vỏ đạn là S (S = π.d.δ) và giới hạn bền của vỏ đạn là σbthì lực lớn nhất mà vỏ đạn
có thể chịu được là:
N = σb.S = π.d.δ.σb
Hiện tượng đứt ngang vỏ đạn xảy ra khi có các điều kiện Ri > N hay p’πđnLf > π.d.δ.σb hay p’dnLf/dδ >σb Coi dn=d ta có: p’Lf/δ>σb
Pđ >N hay Pπd2/4 > πdδσb hay pd2/4d.δ >σb pd/4δ>σb
Hình 3.3.10. Sơ đồ lực tác dụng vào vỏ đạn hình trụ khi bắn
d Rr Ri L P đa đn
ε > εgh
εgh là khe hở lớn nhất mà khi bắn không đứt vỏ đạn.
Nếu điều kiện thứ nhất không thoả mãn, tức là lực ma sát Ri nhỏ hơn lực đứt vỏ đạn N thì vỏ đạn sẽ bị lực Pđ đẩy lùi về sau lấp hết khe hở. Trường hợp này gặp khi vỏ đạn bé và ngắn áp suất trong lòng nòng súng thấp.
Điều kiện thứ hai: ln ln có vì thường áp suất trong nịng súng rất lớn. Do đó có thể kết luận nếu điều kiện thứ nhất và thứ ba đúng, thì sẽ xảy ra hiện tượng đứt vỏ đạn.
b. Đối với vỏ đạn hình chai
Với vỏ đạn hình chai, các lực tác dụng lên trục vỏ đạn có: - Lực nén lên đáy vỏ đạn Pđa = Pπd2 /4
- Lực ma sát giữa thành buồng đạn và đáy vỏ đạn.
Lực ép của khí thuốc lên vai đạn Pv cũng ngăn cản sự dịch chuyển của vỏ đạn về sau. Lực này phụ thuộc vào hệ số hình chai (tỷ số giữa đường kính trong trung bình của vỏ đạn và cỡ đạn). Tổng các lực ngăn cản sự dịch chuyển của vỏ đạn về sau là:
R = Ri + Pv
Ri = p’π.d1Lt.f + pπd2 Lcf Pv = (πd12– pd2 2 /4)p
Lt - Chiều dài phần vỏ đạn thẳng nằm trong buồng đạn. Lc - Chiều dài phần vỏ đạn hình cơn nằm trong buồng đạn. Nếu coi như chiều dày vỏ đạn không đổi, điều kiện đứt vỏ đạn sẽ là:
R > N Pđ>N ε > εgh
Các điều kiện này khác với ở vỏ đạn hình trụ là lực tổng hợp R xác định phức tạp hơn. Lực R tương đối lớn, vì vậy với vỏ đạn hình chai, khả năng vỏ đạn tụt về sau lấp hết khe hở là rất ít mà vỏ dạn bị kéo dài ra lấp hết khe hở. Khi nó lớn quá giới hạn vỏ đạn có thể bị đứt.