Моделирование четырехзарядного кулачного револьвера в OpenScad

Однажды в журнале «Наука и техника» мне попалась статья об истории потаенного оружия. В это время мы с друзьями придумывали разные модели устройств с пусковым механизмом, чтобы соревноваться в дальности стрельбы. Мне очень понравилась одна из моделей кулачного револьвера - «Ле Протектор». Я решил сделать себе похожий механизм, стреляющий пластиковыми пульками. Я прочитал разную литературу об этом револьвере, понял принцип его работы. Но, конечно я не мог сделать точно такой же, да и смысла в этом не было. Мне не нужно боевое оружие, а только его аналог, способный стрелять легкими пластиковыми пулями. Я решил сам разработать механизм своего пистолета и изготовить его из пластика с помощью 3D-принтера. Револьвер «Ле Протектор» был разработан в 1882 году французом Жаном Эдмундом Тюрбо в Париже. Данный револьвер служил для самообороны. В отличие от других кулачных пистолетов, таких, например, как ранящее оружие Андре Манатоса или оружия ближнего боя Чарльза Кэша, «Ле Протектор» является многозарядным. В разных моделях количество патронов колебалось от 7 до 10.Чтобы произвести выстрел «Ле Протектор» следует обхватить рукой так, чтобы ствол выступал между пальцами, а рычаг мог быть нажат ладонью. При нажатии происходил поворот турели, спуск курка, выстрел. Крышка диска легко снималась и открывался доступ к магазину патронов. Тюрбо описывал своё изобретение как “Револьвер, который можно удерживать в руке так, что наружу ничего, кроме ствола, не выступает” (рис.1). Рис.1. Кулачный револьвер «Ле Протектор»«Ле Протектор» является уникальным оружием как по внешнему виду, так и по конструкции. Курок находится в центре корпуса пистолета. Кнопка у ствола не является спуском, как может показаться на первый взгляд, это предохранитель, который должен быть нажат для нормальной работы ударно-спускового механизма. Спуском является рычаг, расположенный на задней поверхности рамки пистолета. Чтобы револьвер лучше удерживался в ладони, на диск корпуса стали ставить выступы. Описание конструкции и принципа работы механизма моего револьвераОсновным условием при разработке конструкции револьвера была его компактность. Надо было, чтобы револьвер полностью помещался в ладони и было удобно одной рукой нажимать на курок.По моим расчетам внешний размер корпуса револьвера должен быть равен 70 мм. В корпус надо поместить спусковой барабан с ударными пружинами, которые будут выталкивать пули в ствол револьвера. Барабан должен быть одет на ось и свободно вращаться в одном направлении. Для того, чтобы барабан не вращался в обратном направлении надо предусмотреть гибкую защелку (пружинную пластинку), которая помимо этого еще и фиксирует барабан в положении для выстрела.Ствол является частью корпуса револьвера и его ось с точностью совпадает с осью ударных пружин во время выстрела. Я решил сделать четырехзарядный рядный вариант револьвера, где ударные пружины в спусковом барабане расположены под углом 90, образуя крест. На рисунке 2 приведен эскиз моего револьвера. Рис.2. Мой эскиз револьвера типа «Ле Протектор»: 1 – корпус нижней части; 2 – спусковой барабан; 3 – курок; 4 – трубка толкателя с возвратной пружиной; 5 – ствол; 6 – ударная пружина; 7 – пуля; 8 – корпус верхней части; 9 – гибкая защелка.Работу курка я придумал следующим образом. Для вращения спускового барабана на нем предусмотрено четыре упора. В корпусе револьвера через специальное отверстие заводится толкатель в виде гибкой трубки. Конец толкателя упирается в один из упоров барабана. Другой конец толкателя закреплен на курке.При нажатии на курок, толкатель вращает барабан с пулями внутри корпуса револьвера и когда ось одной из четырех ударных пружин с заряженной пулей совпадет с осью ствола, происходит выстрел.Для того чтобы выстрелить еще раз, надо отпустить курок. Тогда толкатель под действием возвратной пружины частично выйдет из корпуса. Барабан же, совершив вращение при первом выстреле на 90, подставит под толкатель следующий упор. Нажав на курок еще раз механизм выстрела повториться.Создание 3D-моделей деталей револьвераОсновные детали своего револьвера я решил сделать из пластика с помощью 3D-принтера. Для этого сначала мне нужно было построить 3D-модели всех деталей разработанного револьвера и определиться с точными размерами.Я нашел четыре подходящие ударных пружинки. Зная внешний размер корпуса (около 70 мм), я рассчитал другие важные размеры основных деталей: барабана, ствола, посадочного места под пружины, размер толкателя и упоров, размер курка, место его крепления.Для разработки моделей я использовал программу OpenSCAD. В этой программе можно создавать 3D модели каждой детали программным методом (с помощью команд-операторов), а также создавать сборки. При виртуальной сборке всех деталей вместе, можно определить окончательные размеры, выявить нестыковки и проблемные места механизма. После нескольких доработок и переделок отдельных деталей у меня получилась готовая 3D-сборка револьвера, а также 3D-модели всех деталей по отдельности. Рис.3. Рабочий экран программы OpenSCAD.При работе с программой OpenSCAD я использовал следующие функции и операторы:Cube – создание прямоугольного параллелепипеда с выбранными размерамиSphere – создание сферы любого радиусаCylinder – создание цилиндра или конуса с любыми радиусами и высотойPolygon – создание двумерного объекта любой формы по точкам Linear_extrude – выдавливание двумерного объекта Rotate – вращение объектаScale – растяжение или уменьшение объектаDifference – вычитание объектов (булева операция)Intersection – пересечение объектов (булева операция)Union – объединение объектов (булева операция)Translate – перемещение объектаНа рисунках показаны некоторые модели деталей разработанного револьвера. Рис.4. 3D-модели деталей револьвера созданные в программе OpenSCAD. а) – нижняя часть корпуса; б) – спусковой барабан с упорами и местами под ударные пружины; в) – верхняя часть корпуса со стволом; г) – конструкция револьвера в сборе. Программа 3D-моделирования OpenSCAD позволяет экспортировать разработанные модели в файл формата STL. Такой тип файлов подходит для подготовки моделей к печати на 3D принтере. У меня есть 3D принтер FlyingBearGhost5. Это стандартный тип принтеров для 3D печати различным пластиком послойным методом наплавления.В программе Cura можно выбрать качество печати модели, толщину одного слоя, тип используемого пластика, скорости подачи пластика, тип поддержки и т.д. В итоге программа Cura формирует файл формата G-code, в котором прописаны координаты в системе XYZ принтера для печатающей головки для каждого слоя модели.На рисунке 5 представлены распечатанные детали револьвера. Рис.5. Готовые детали револьвера. а) – нижняя часть корпуса; б) – спусковой барабан с ударными пружинами; в) – верхняя часть корпуса со стволом; г) – собранный револьвер и пули.Для того чтобы зарядить мой револьвер, надо снять крышку, на барабане оттянуть ударную пружину пальцем и вставать пулю заостренным концом наружу. Так повторить для всех четырех пуль. Далее закрыть крышку и произвести выстрел.Ни в коем случае нельзя стрелять в людей и животных! Это запрещено!Средняя дальность полета пули из моего револьвера около 2,5 метров.Чтобы выяснить, является ли мой револьвер безопасным, я решил определить дульную энергию. Дульная энергия - начальная кинетическая энергия пули в момент вылета из ствола. Чтобы ее рассчитать я определил средний вес  и скорость полета пули.  Максимальная дульная энергия моего пистолета составила 0,012 Дж. По законодательству РФ устройства с дульной энергией менее 3 Дж не является оружием. В зданиях допустимо использовать игровое устройство с кинетической энергией менее 1,4 Дж. Таким образом, мой револьвер можно считать безопасной игрушкой.

Рис.6. Внешний вид готового кулачного револьвера