自动开锁器机构结构优化设计

周伟云

摘 要：自动开锁器被广泛地应用于空降兵、投物和飞行员座椅弹射救生等，它是航空救生装备系统的关键组成部分。回零指示机构是自动开锁器内部的重要机构，采用可调式回零指示机构能满足对时间参数的高精度调节要求；通过对该机构进行分析计算，得出了该机构结构与时间参数误差的关系，便于该机构安装位置的选择，并以此为目标对该机构结构进行了优化设计。优化后自动开锁器一次验收合格率上升了8%，机构回零更加操作简便、准确，很好地满足了使用要求。

关键词：回零指示机构；三维模型；分析计算；产品验证

1 引言

自动开锁器是一种广泛地应用于航空救生的关键装备，它用来自动地控制救生装备上的燃爆机构，使降落伞延长一定的时间在预定的高度和时间工作，以达到安全救生的目的。但自动开锁器回零指示机构的回零精度是引起时间误差不稳定的主要原因，严重地影响了产品的交付和安全性。特别是同一只该产品由不同人员操作，其时间误差出入很大，即使是同一个人员操作也常常会出现这样的情况。通过对自动开锁器回零指示机构的分析计算、模型优化设计和优化后自动开锁器的验证，表明优化后取得了良好的使用效果，保障了产品的正常供应部队和安全使用。

2 结构与原理

2.1 结构

自动开锁器由回零指示机构、动力机构、时间机构、高度机构、轮系机构和锁紧机构等六大机构组成。

2.2 工作原理

自动开锁器的时间机构靠动力弹簧推力使其齿轮系转动，时间机构的限时组件的转动位移（γ）与预设时间（t）相对应，此时时间机构的开锁棘轮转动，当开锁棘轮转动的转角（θ′）等于时间机构的限时组件的转动位移（γ）时，锁紧机构解除时间限制，实现自动开锁器在预设的时间开锁。

自动开锁器的高度机构是通过膜盒感受大气压力而膨胀或收缩，带动制动杆运动，当高度大于预设高度，由于膜盒膨胀，制动杆锁住时时间机构不能转动；当高度下降时，膜盒被压缩直到预设的高度，此时制动杆锁不住时间机构，通过延迟一定的时间后，动力弹簧释放输出动力，实现自动开锁器在预设的高度开锁。

3 回零指示机构

回零指示机构主要由复位指针和零线刻度盘组成。钟表机构每次工作完成后，扇形齿轮在扇形齿轮弹簧的作用下带动传动小齿轮、棘轮和棘爪回位，但棘轮和棘爪每次回位后的位置是随机的，所以自动开锁器的计时必须规定从某一固定位置开始计时，回零指示机构就是起这样的作用，它不仅消除了棘轮与棘爪间及传动轮系间的间隙，而且规定了每次时间机构开始计时的同一起始位置，所以回零指示精度的高低直接影响自动开锁器延时时间的准确性。

3.1 设计指标要求

按项目时间误差设计要求如表1：

3.2 基于SolidWorks三维模型

从左侧三维模型可知回零指示机构复位指针的回转中心与扇形齿轮的回转中心一致，扇形齿轮位于时间机构的一级传动链上。

3.3 原模型分析计算

（1）已知复位指针半径R=11.4mm～16mm，取中间值14mm

若扇形齿轮回转1°，则复位指针尖端转动的弧长了L1为：

（2）传动齿轮转动113°对应时间是5s，Z扇=90，Z传=15

若扇形齿轮每转1°，则复位指针走过的时间为：

（3）现零刻线线宽为0.35mm>0.244mm，故复位指针尖端回零刻线时引起的时间误差为：

从表1中可以看出所有时间点的最小常温误差为0.350s，因0.350s<0.380s，故在复位指针回零时很易造成时间点超差。

4 优化设计

4.1 优化三维模型

从以上优化后三维模型可知回零指示机构复位指针的回转中心与扇形齿轮的回转中心不一致，而是处于时间机构的三级转动链上。

4.2 优化分析计算

（1）从优化后三维模型中可知复位指针回转半径就是复位指针的长度，复位指针长度设计为8.5mm，即R=8.5mm

因为 ，故扇形齿轮回转1°，则复位指针尖端转动6°，其指针尖端转动的弧长为：

所以复位指针转动弧长放大 ，则时间误差缩小为原来的

若扇形齿轮每转1°，则复位指针走过的时间为：

（2）现零刻线线宽为0.15mm<0.244mm，故复位指针尖端回零刻线时引起的时间误差为：

从表1中可以看出所有时间点的最小常温误差为0.350s，因0.350s远大于0.0045s，故在复位指针回零时不会造成时间点超差。

5 试验验证

为了验证优化设计后效果，将库存的23只产品进行复测，测试设备发现10只产品时间误差超差，将此10只产品按优化设计要求改装，结果一次提交验收合格，顺利通过各鉴定试验项目的考验；后又经1100km/h地面弹射试验，结果表明优化后自动开锁器时间误差精度满足设计指标要求，性能稳定可靠。

6 结论

自动开锁器经优化设计后提高了时间指示精度，保障了该产品时间误差的稳定性和可靠性，实现了该产品时间指示精度的优化设计，同时为解决同类相似产品时间误差超差问题提供了启迪。

[参考文献]

[1]六项互换性基础标准汇编.中国标准出版社，1987.

[2]自动开锁器通用规范.国防科学技术工业委员会，1998.

[3]机械设计禁忌1000例.第3版.机械工业出版社，2011.