槍械中常用的機械動作和物理原則

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槍械中常用的機械動作和物理原則:

一. 凸輪(Cam): 凸輪一般和凹輪相互作用, 將直線和旋轉動作互換, 產生重覆動作. 在機械上是很常見的裝置.

凸輪和其他直線和旋轉動作互換裝置不同的地方, 是它的目的不是單向的, 而往復的. 凸輪的構造是圓形而有凸出物或不規則的圓形. 因此可以在旋轉過程中, 逐漸的開始直線動作, 再逐漸的回到原點. 整個動作可以拉成一直線, 格成360份, 配上完成整個動作的時間為X軸, 移動距離為Y軸, 繪圖來分析. 例如說開鎖前必經的自由行程階段, 就可以按所需的時間, 配合設計在凸輪上, 以定出開始動作的距離.

在設計凸輪時, 引發動作的不一定是凸輪或凹輪, 視須要和位置而定. 例如M1和M14的拉柄, 由於瓦斯汽的作用, 向後移動, 產生了直線動作. 在拉柄中的凹槽, 引起槍栓耳產生了反時鐘旋轉的動作, 導致開鎖, 但是拉柄中的凹輪, 並不繼續旋轉的動作, 在槍栓旋轉了足夠的角度後就停住了, 繼續下去的是直線動作, 因而導致退殼. 在拉柄受複進簧作用而向前移動時, 此動作反向而行, 導致槍栓順時鐘旋轉, 閉鎖榫落入槍匣卡榫的凹槽, 因而閉鎖槍機.

在M2重機槍裡, 槍管的閉鎖榫上有一個凸輪, 當槍管因後座力向後移動時, 會遇到一根前端下面是斜坡的凹輪, 在槍管向後直線運動時, 凸輪被迫向下移動, 因此而導致槍管的開鎖. 當槍管受複進簧作用而向前移動時, 凸輪不再受到向下的力量, 因而上昇, 完成了閉鎖.

凸輪的作業上, 由於是金屬和金屬接觸, 因此有產生磨擦力, 有時也藉由此磨擦力來達到延遲的效果, 但是一般而言, 凸輪部份是最須要潤滑油的部位. 另一個須要考慮的問題是金屬的磨損, 除了製造時需要使用高強度的金屬外, 也可以注意設計凸輪的形狀, 使得動作和緩的產生, 減少其所承受的壓力, 同時, 由於沒有爆發力, 槍械的精確度也不會受影響.

  

二. 彈簧(Spring): 彈簧有螺旋形, 簧片形, 墊片形, 環形等等.

彈簧在受力時, 可以儲存能量. 在伸張時, 它們有不同的效率, 也就是說釋放出來的能量與原始力量絕不會相等. 利用不同設計的效率系數, 應用在槍械內不同的部分, 以利於槍械的操作. 例如說, 在抵消後座力時, 希望能量儘量的消粍掉, 採用低效率的彈簧, 因此傳達到射手的能量也就相對的減少. 但是在壓下擊鐵和扳機時, 設計上又希望能取得高效率, 這樣一來, 就不須使盡吃奶的力量才能操作了.

另一方面, 彈簧可以儲存能量, 所以在扣下擊鐵, 操作拉柄, 壓子彈入彈匣時, 都是將能量儲存起來, 以備需要時運用.

在手槍的擊鐵部位, 一般多用簧片. 板機部多張力簧, 也就是將有彈性的鋼線卷起環狀, 一端伸出. AK-47使用的是多絃纏繞的彈簧, 算是特殊的. 彈匣多有用螺旋彈簧, 但也有使用簧片者.


1900白朗寧手槍使用了三種彈簧, 複進簧為螺旋形, 保險部用線狀彈簧, 扳機及聯動機件使用簧片.


在使用彈簧時, 當然第一個要考慮的是效率. 但是也要考慮, 愈強的彈簧, 固然可以抵抗愈大的力量, 但是要不是釋放出來的力量也愈大, 就是要花相當長的時間來壓縮和伸張. 很多時候, 使用彈簧種類的決定是由其使用的位置和可得的空間而定.

三. 磨擦力(Friction): 兩個接觸面之間, 當有垂直力量作用時, 就會有磨擦力產生.

磨擦力的作用是抵抗接觸面水平分離. 如果接觸面運動的方向是垂直的, 也就沒有磨擦力的問題. 而磨擦力的決定, 可以依據材質的磨擦系數和受力的大小來得出, 在槍械內, 有許多凡接觸點須要在操作過程中作水平的運動, 因此磨擦力是一個影響槍械作業的重大因素. 美國的愛槍族有一個口令, 說手槍用油(Oil), 步槍用脂(Grease). 因為步槍的零件受力要遠大於手槍, 要確定操作的可靠性, 自然須要較多的潤滑劑.

要決定在何處上潤滑劑, 只要在槍械分解時, 檢視有磨損痕跡的部份, 也就是須要上油上脂的地方. 近代槍械的使用材質, 自從1980年代Glock使用合成材質一炮而紅之後, 大家紛紛趕搭列車, 在槍械設計上開始大量使用合成材質. 其實使用非金屬材質的槍械在二次大戰時德國人就試過, 只是當時的材料科學無法提供理想的材料, M16使用了玻璃纖維槍托, AUG使用塑膠(Polymer)製造槍身, 板機部, 彈匣等. 當時為了說服大眾對於其強度的信心, 還曾用吉普車輾壓彈匣, 以証明其堅固性. 在槍展中據說還常邀請觀眾在彈匣上跳. 使用合成材質除了製造過程簡單, 重量輕之外, 還有磨擦系數小的優點. 雖然Glock的滑套和槍身的導槽仍是金屬, 但是上下之間的接觸面就完全不須潤滑了.

磨擦力也可以運用來作為槍械作業的一項輔助. 在直接回衝和後作力作用的設計中, 都可以利用來作為一種延遲開鎖的阻力. 設計上會增加槍栓和槍匣的接觸面積, 以產生更大的磨擦力, 來抵抗由子彈發射所產生的力量.

四. 慣性(Inertia): 英國的牛頓爵士(Issac Newton)在十九世紀初, 提出了牛頓三大定理, 雖然年代久遠, 還好物理原則不變. (至少在小型空間裡, 牛頓定理可以不經修正的運用) 其第一定理說道, 動者恆動, 靜者恆靜. 在武器的設計上常常可以得到運用. 為了減輕瓦斯回衝作業方式的槍栓重量, 有一種設計是採質量分離的方式, 也就是說槍栓分成外部和內部, 當外部抵住槍膛擊發子彈時, 內部槍栓仍然在向前運動, 等到外槍栓受瓦斯推力的影響向後移動時, 內槍栓仍然在前進, 兩者撞在一起, 可以產生暫時阻礙槍栓開膛的效果, 而其產生的力量, 由於受到動量的輔助, 遠大於光是其兩者靜止質量相加所能達到的效果.