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综合自调延期机构可靠性和失效分析参考资料
综合自调延期机构可靠性和失效分析
摘要
通过对延期机构的一般性了解和对不同延期机构运动特点的掌握，并查阅相关的引信延期机构图，弹簧失效形式，以及运用故障概率的方法，选定其中一个典型的自调延期机构用常规的可靠性分析法并建立可靠性的常用的故障树对其做定性的可靠性分析，提出相应的不改变结构的情况下通过对弹簧和相关的其他机构做一定改进以提高机构可靠性的方案。
关键词：
引信；失效；故障树；延期机构；弹簧
1.引言…………………………………………4
2.机构介绍……………………………………4
3.作用过程……………………………………4
4.失效分析……………………………………5
5.失效计算……………………………………6
6.总结…………………………………………9
7.参考文献……………………………………9
1.引言：
随着现在的社会发展，战争上越来越重视安全和精确性。
而引信的结构设计的也越来越精妙而复杂，延期机构还可同时作为主要的保险机构的存在，随之而来的是安全分析越来越困难。
随着计算机的发展和相关的软件的产生可以让分析数据处理更加简单,如应用仿真对复杂引信系统的可靠性仿真，可以提高设计和分析的速度等【1】。
传统的故障树分析法依然可以在常规的分析发挥很大的用作用，也可以解决比较复杂的问题。
2.机构介绍：
通过观察和分析，可以确定该综合惯性延期机构的主要零件为，整体的外壳、四颗钢珠、一个击针杆、两个离心子、活击体还有明显的五根弹簧。
[2]
各个部件的运动方式为，击针在击针簧的作用下上下运动，由于受到小钢珠的阻碍而处于安全状态。
小钢珠的运动主要以离心力的作用下的抛射运动，但由于受到滑套的限制而不能做离开轴的运动，滑套的运动方式为在弹簧的作用下的上下滑动，由于大钢珠的限制而不能向下运动而解除小钢珠的运动，进而解除击针的保险。
大钢珠的运动方式和小钢珠一样主要以在离心力的作用下的离开轴的运动为主。
其限制机构为大的活击体。
活击体的运动方式是上下的滑动，活击体簧的主要作用是在勤务处理的过程中保证引信的安全性，限制活击体在小力量的作用下的运动，而活击体的主要的限制机构是离心子。
离心子的运动方式是在离心力的作用下的离开轴的运动。
3.作用过程：
一个完整的和正常的如图的延期机构的运动过程为：
在后坐力和离心力的共同作用下延期机构随引信和相应的武器系统发射而开始发挥作用。
在后坐力没有完全消失时，离心子的轴向惯性力的要大于由于离心力而产生的相反的轴向力。
此时力离心子处于最底端，当发射药或者其他方式的动力源能力小到一定的程度的时候，离心子开始离开轴运动，解除活击体的保险。
即使在爬行力的作用下，活击体簧能够对活击体保持阻止限制机构的运动。
当机构在非常的速度下击中目的，活击体簧压缩。
活击体运动，抛射大钢珠，部分解除机构的保险。
由于机构仍然在向前运动，惯性力的作用下使滑套不能相对于滑套簧不能移动，开始启动延时的功效。
直到炮弹穿过掩体达到指定的位置，惯性力随着运动速度梯度的下降而迅速变小。
滑套簧的弹性力逐步比惯性力占上风，经过短暂的延时过程，滑套向后运动解除小钢珠的限制。
击针杆在击针簧的做用下开始向下运动，激发火帽或则雷管，到此完成该综合自调延期机构的延期点火功能。
4.失效分析：
通过以上的对机构作用过程分析基本确定弹簧是机构失效的主要原因。
相对于机体薄弱的各个弹簧无论是在生产装配和使用中都可能产生无法预料的塑性变形和折断等不良现象。
而弹簧的失效一般可以分为三种类型，材料因素；设计因素；伤痕因素，而对于本文仅限于伤痕因素和材料因素对设计不加以考虑。
弹簧失效模式主要是：
一、循环交变应力对于弹簧材料强度及其性能的影响；二、引起应力松弛和蠕变等影响；三、温度对于疲劳强度、应力松弛及蠕变等影响：
四、环境的另外因素（湿度、腐蚀介质等）的影响：
五、工艺的影响（工艺改进后的对比试验）．[3]
在使用过程中离心弹簧和击体簧的状态是没有受力，不容易发生蠕变和断裂，但由于有温度和环境的各种腐蚀作用在受力情况可能发生突然断裂现象也可能因为加工不良导致会有不适量的蠕变，而刚度过大。
滑套弹簧和击针簧使用时依靠其伸张的力，如果发生不同程度的蠕变和应力松弛即可导致机构失效。
当离心簧和活击体发生同时的脆断时会发生极大的危险虽然发生的可能性非常小，也不可以排除。
当引信处于生产运输的过程中，必须要保证离心子的弹簧，和活击体弹簧的可靠。
离心簧刚度过大的类似的原因有由于锈蚀和其他杂物的存在限制弹簧的运动，如果两根弹簧之一发生卡壳必然导致机构不能解除保险而失效。
如果击体簧断裂时，在爬行力的作用下可能使机构提前解除保险。
滑套簧的强度过高使延期机构提前解除保险而使爆炸效果不达标，而断裂时可能使机构不能解除保险。
击针簧的状态直接影响到其对火帽或雷管的作用力度，即是否能够引燃或引爆下一级机构。
通过以上分析可以将故障列为如右图所示的图标，其中T表示机构失效。
A表示各失效的情况，下标1、2、3分别表示运输时发生事故、提前解除保险、不能有效击发。
B表示不能有效击发的形式下标1、2分别表示解除保险失败和击针能量。
C表示解除保险失败的情况下标1、2分别表示滑套保险解除失败和离心弹簧解除保险失败。
然后用a，b，c，d，e分别表示击针簧，滑套簧，活击体簧、离心弹簧d、离心弹簧e。
其下标1，2，3分别表示弹簧的断裂，刚度过小，刚度过大。
5.失效计算;需要分析其解构重要度的和概率重要度以确定失效可能的范围用以最经济的调节强化整体机构的可靠性，通过的相关软件绘制如下图所示的故障树：
分析其故障树图像.运用下行法：
T
A1
c1d1e1
c1d1e1
c1d1e1
c1d1e1
c1d1e1
A2
c1
c1
c1
c1
c1
A3
b3
b3
b3
b3
b3
B1
C1
b1
b1
b1
B2
C2
b2
b2
b2
a1
D1
d3E1
d3e
a2
D2
e3d3
d3e1
D3
e3E2
d3e2
a1
a1
d3e3
a2
a2
e3d3
e3d
e3d1
e3d2
e3d3
a1
a2
由此可以得出其最小割集为：
a1;a2;b1;b2;b3;c1;d3;e3[4]
列出布尔运算，机构的结构函数可以表示为Q=a1+a2+b1+b2+b3+c1+d3+e3
由结构函数，对各个基本事件的偏微分可以得出各自的结构重要度。
，通过计算得出各个事件的重要度是相同的，即任何一种情况的发生必然导致系统的不可靠。
只通过结构的分析当然不能解决系统设计时可靠性强化，概率重要度分析的地位是必不可少的，按照不交合概率重要度的计算方法得到机构失效概率公式
W=
可以借助经验的方式得到各个基本事件的失效概率，
同样利用对各个基本事件的偏微分可以得到不同的概率重要度。
至于失效概率的获取可以通过经验和可靠性仿真技术[4]得到。
本文不涉及具体的测量方法，根据经验提出相应的假设：
处于压缩状态的弹簧更容易失效，越细小的弹簧越容易失效，而且弹簧的断裂概率远大于刚度过大（平时不受力的活击体簧不易发生断裂失效）。
此时系统的重要度可以简化为滑套簧的刚度过小、断裂和击针簧的刚度过小和断裂。
系统概率函数简化为W=
[5]
分别对各个基本事件偏微分可得如下概率重要度：
由此可以分析强化机构可靠性的理论依据，按照经验确定各弹簧失效概率。
可以得到机构失效的主要原因是击针簧刚度和滑套簧的刚度不良，无论过大过小都必然造成延期机构的失效。
6.总结：
通过以上分析，影响一个设计好的符合理论可靠的机构可靠性的主要原因是各个弹簧的可靠性。
而机构其中离心簧和击体簧设计时需要确保使用的绝对可靠性，而处于松弛状态的弹簧一般不容易失效，但不可不考虑使用环境的影响，一般来说这些问题是可以避免的，其弹簧用一般的不是很高要求的就可以满足使用的可靠性要求。
而处于压缩态的弹簧如果检测时的疏忽（可能有缺陷）或是材料长时间不使用时材料蠕变的影响必然是机构失效的主要因素，因此应用符合使用要求的可靠材料是关键，同时需要改进弹簧的加工工艺，使弹簧更能经受时间的考验。
当然，引信的储存环境必须要根据各个零件的环境需求而做出详细的规划，以防止本文分析的弹簧一样，一个小问题导致大的失误。
参考文献
[1]引信自调延延期机构可靠性仿真技术研究，赵河明，周春桂，许爱国。
[2]图片来源:
MIL-HDBK-757-.MILITARYHANDBOOK,FUZES[Z].1994。
[3]张英会，刘辉航，王德成.弹簧手册[m].北京：
机械工业出版社，2008。
[4]王翠珍，引信故障树底事件失效概率计算方法，南京理工大学学报。
[5]李良巧，可靠性设计指南，北京，兵器工业出版社1993
[6]曾天翔，丁连芬，可靠性设计手册。
北京工业出版社1987
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