轉自 彩雲的機械整備間
這還是幾位讀者的提問，問德國HK公司的滾柱延遲開鎖是如何工作的？這種原理到底好不好？
太長不看版：
1、滾柱延遲開鎖屬於半自由槍機原理的一種，簡單說就是用一對滾柱給自由槍機增加一定的阻力，延遲槍機後坐時機，讓槍械能安全發射大威力槍彈。
2、滾柱延遲開鎖出現於二戰末期，初衷是為了解決Stg.44突擊步槍的先天缺陷，而滾柱延遲開鎖的技術淵源又是從“滾柱閉鎖”上簡化來的，就是MG42那個滾柱閉鎖。
3、滾柱延遲開鎖看似規避了導氣式武器一堆零碎，結構簡化，但缺點很多，得不償失。
HK公司的滾柱延遲開鎖，屬於半自由槍機原理的一種。
說半自由槍機原理之前先要說一下自由槍機原理，這是最簡單的一種自動武器原理，槍機後面有一個復進簧，推彈上膛後和槍膛之間沒有剛性閉鎖機構，僅靠一定質量的槍機的慣性，以及復進簧的彈力實現閉而不鎖。槍彈擊發後，火藥燃氣一方面推彈頭向前飛出槍口，另一方面把彈殼向後頂，由於槍機有一定的質量，慣性較大，再加上覆進簧的彈力，待火藥燃氣壓力足以頂著槍機開始後坐抽殼時，彈頭已經飛出槍口，膛壓已下降到安全值，此時抽殼就是安全的。完成抽殼、拋殼後，槍機運動到後方極限位置，隨後在復進簧彈力作用下復進，推供彈具內的第二發彈上膛，打響第二發。
一支.22口徑自由槍機原理手槍的動作示意圖
這種自動原理不需要導氣管、可後坐的槍管、開閉鎖斜面、傳動件等機構，擊發槍彈產生的膛壓直接推槍機後坐開鎖，復進簧直接推槍機閉鎖，非常簡單。但是這種原理有固有缺陷，只能發射威力相對較小、膛壓較低的槍彈，比如手槍彈，如果發射的是軍用步槍彈這樣膛壓高威力大的槍彈，一擊發膛壓就急速上升，峰值很高，此時彈頭還沒來得及飛出槍口，槍機就被猛然上升的膛壓向後推，將彈殼抽出槍膛，此時膛壓還很高，彈殼失去彈膛壁的支撐，高壓會撐破彈殼炸裂，也就是“炸殼”事故。
在自由槍機原理的範疇內，要解決這個矛盾，能採取的措施只能是增加復進簧強度，增加槍機質量，用更大的槍機慣性和彈簧彈力頂住擊發一瞬間的膛壓，但我們都知道，槍機重量、復進簧強度是有上限的，如果要用自由槍機原理髮射軍用步槍彈，槍機重量會大到難以承受，復進簧也會硬得很，人力拉動開閂會非常費勁，這顯然不現實。
常見的步槍、機槍為了發射軍用步槍彈，都會使用帶傳動件的剛性閉鎖機構，比如導氣式+槍機偏移閉鎖，或者導氣式+槍機迴轉閉鎖，通過活塞或者導氣管直接吹氣，讓槍機框先後坐一小段距離，再由槍機框帶動槍機旋轉或者偏移實現開鎖。相比之下，半自由槍機原理算是一條“捷徑”，它規避了常見的導氣式自動原理，還是不用導氣裝置、開閉鎖斜面、閉鎖凸筍等傳動裝置和剛性閉鎖件，擊發時膛壓還是直接衝開槍機後坐，只不過在槍械上設計某種機構，給開鎖增加一定阻力，延遲開鎖的時機，讓開鎖晚一點，慢一點，這樣當槍機完全開鎖抽殼的時候，彈頭也就飛出槍口，槍膛內壓力也下降了。和導氣式+剛性閉鎖相比，半自由槍機原理理論上既保持了相對簡單的結構，又解決了自由槍機原理髮射大威力槍彈時開鎖時機過早的毛病，似乎是一個很好的技術途徑，而HK公司慣用的滾柱延遲開鎖就是半自由槍機原理中很典型的一種。
滾柱延遲閉鎖溯源
滾柱延遲開鎖的鼻祖不是G3步槍，是納粹德國在二戰末期試驗研製的Stg.45（M）突擊步槍，發射7.92x33mm短彈。Stg.45（M）可以看做是Stg.44突擊步槍進一步簡化結構、改進固有缺陷的產物，為什麼要改進？Stg.44到底有什麼缺陷？這裡彩雲覺得有必要稍微跑一下題先說說Stg.44。
我們知道，Stg.44是導氣式+槍機偏移閉鎖的武器，它的槍機框和槍機之間有對應的開閉鎖斜面，依靠開閉鎖斜面把槍機尾部剷起、下壓來完成開閉鎖動作（關於Stg.44的詳細介紹，可以看彩雲的舊文：AK47是抄襲德國Stg.44突擊步槍的嗎？）。槍機偏移閉鎖機構有個特點或者說缺陷就是閉鎖支承面裝在機匣上，射擊時機匣要頂住槍機承載膛壓，所以機匣強度不能差，不利於機匣減重簡化工藝。常見的使用槍機偏移閉鎖的武器如ZB輕機槍、FAL自動步槍、SKS半自動卡賓槍等為保證機匣強度都使用切削機匣，可偏偏Stg.44用的是衝壓機匣，是薄鋼板衝壓彎折成型的，強度先天不足，機匣壽命難以保證。要改進這一缺陷，就必須捨棄利用機匣支承槍機的閉鎖方式，於是德國人選擇了滾柱閉鎖。滾柱閉鎖的優勢在於槍機只靠頭部撐開的滾柱與槍管節套鎖定，機匣部分不受力，可以使用輕型機匣，提高機匣壽命。
Stg.44突擊步槍槍機框與槍機連接關係，上圖為開鎖狀態，下圖為閉鎖狀態
槍機偏移閉鎖的工作原理動圖，槍機閉鎖時後方下凸角卡在機匣閉鎖凹槽內，機匣承受著膛壓。
滾柱閉鎖在德軍槍械上不是第一次使用，MG42通用機槍就是管退式+滾柱閉鎖的武器（需要注意的是，“滾柱閉鎖”和本文主題“滾柱延遲開鎖”不能混同，下文詳述），它的基本原理是槍機復進推彈上膛後，槍機左右對稱的兩顆滾柱被向外撐開，卡入槍管節套兩側的閉鎖槽裡實現閉鎖；擊發後槍管連同槍機一起後坐一小段自由行程，隨後兩顆滾柱被機匣內左右對稱的斜面向內合攏收回，解除槍機與槍管節套的鎖定實現開鎖，此時槍管停止後坐，槍機繼續後坐完成抽殼。這裡要提醒大家注意一個細節，MG42機槍的閉鎖滾柱不是自行滑脫的，是被機匣內部左右對稱的斜面壓回合攏的。
MG42機槍槍機頭部特寫，右側是槍機前端，注意槍機左右兩側有對稱的閉鎖滾柱
MG42機槍管退式+滾柱閉鎖的工作原理，注意槍管後坐一小段距離後，兩個滾柱被機匣內的斜面合攏，槍機才開鎖，和下文滾柱延遲閉鎖的動圖做對比，體會其區別。
類似的滾柱閉鎖結構在二戰末期被移植到突擊步槍上。毛瑟公司一個叫路德維希·福爾格里姆勒（Ludwig Vorgrimler）的工程師將滾柱閉鎖與導氣式原理結合，研製了一支叫做Gerät 06的試驗型步槍，它沿用了Stg.44突擊步槍的活塞式導氣系統，用導氣活塞驅動槍機框後坐，讓讓槍機兩側的閉鎖滾柱被機匣內壁對稱斜面壓攏實現開鎖——和MG42機槍的區別只是傳動件由後坐的槍管變成了活塞。
Gerät 06試驗型步槍的一個圖紙，從圖中能看到槍管上方有導氣活塞，是導氣式武器。
無論是MG42機槍還是Gerät 06試驗型步槍，雖然用了滾柱，但閉鎖方式仍屬於剛性閉鎖，發射時膛壓無法直接推槍機後坐，是通過槍管或導氣活塞傳動，靠外力（機匣內的斜面）讓滾柱合攏實現開鎖的，但路德維希·福爾格里姆勒所在的毛瑟兵工廠工程師們發現，這個結構還可以簡化，如果把槍管節套兩側的滾柱閉鎖槽開得淺一些，滾柱可以不必通過外力合攏，而是自行從閉鎖槽內滑脫，這樣既提供了一定阻力防止過早開鎖（沒有阻力任由槍機後坐就變成自由槍機武器了），又可以簡化結構，省略導氣管導氣活塞等零件，豈不是美滋滋？這樣的樣槍還真被造出來了，被命名為Gerät 06H，後又被命名為Stg.45（M），M是毛瑟兵工廠的縮寫，不過還沒開始量產，納粹德國就戰敗投降了。
與Stg.45（M）有關的幾種步槍，從上到下：Gerät 06第2型（導氣式+滾柱閉鎖）、Gerät 06H/Stg.45（M）（滾柱延遲開鎖）、Stg.44（導氣式+槍機偏移閉鎖）、Gerät 06第1型（導氣式+滾柱閉鎖）、Gerät 06第3型（導氣式+滾柱閉鎖）
二戰結束後，西德HK公司繼承了這個滾柱延遲開鎖原理，設計了G3自動步槍，又以G3自動步槍為原型設計了MP5衝鋒槍、HK32步槍（蘇式7.62x39mm口徑）、HK33步槍（5.56x45mm口徑）、HK53短突擊步槍、G41步槍（改用M16彈匣的5.56x45mm口徑步槍）、PSG-1狙擊步槍、HK21、HK23機槍等眾多武器，成為一個大家族，它們共同的特點就是都採用滾柱延遲開鎖原理。
一支巴基斯坦生產的G3步槍，使用早期式樣的護木
從上到下：G3、HK33和HK53
著名的MP5衝鋒槍
HK21機槍
滾柱延遲開鎖是如何工作的
滾柱延遲開鎖機構的原理，是在槍機兩側裝兩顆圓柱形的閉鎖滾柱，同時在槍管節套內左右兩側開出容納滾柱的凹槽。當槍機推彈上膛，閉鎖到位時，兩顆滾柱被槍機內的閉鎖楔鐵斜面撐開，卡入槍管節套兩側的凹槽內。擊發後火藥燃氣一方面推彈頭飛出槍口，另一方面開始推槍機後坐，但因為兩個滾柱的存在，槍機後坐有阻力，是一邊緩慢後坐一邊把兩個滾柱往裡擠，兩個滾柱往裡擠時，因為閉鎖楔鐵斜面存在，也把閉鎖楔鐵逐漸加速向後推，待滾柱全部收攏後才能完全後坐抽殼。
滾柱延遲開鎖的示意圖，上圖為閉鎖狀態，下圖為開鎖狀態
擊發後，膛壓頂著彈殼向後頂槍機，左右兩顆滾柱逐漸從槍管節套兩側的凹槽內滑脫，提供阻力，延遲槍機開鎖的時機；在滑脫過程中，滾柱又把閉鎖楔鐵也就是圖中的Locking piece向後擠，帶動整個槍機加速後坐，這裡有一個先延遲，後加速的過程。
剛才的描述如果難以腦補出動態過程，可以看這個GIF動圖，大致就是這麼回事，注意和MG42槍機動作動圖做對比，它的滾柱不是靠機匣內斜面合攏的，是自行滑脫的。
滾柱延遲開鎖原理的優點在於不需要在槍管上開孔，不需要設計導氣箍、導氣管、導氣活塞等傳動零件，靠槍膛壓力直接推開槍機，相對而言簡化了槍械結構，另外不用在槍管上開孔設置導氣箍導氣管這一點，對射擊精度還是有利的。我們都知道槍管在射擊時會發生固有頻率的振動，人為在槍管上附加零部件會讓振動變得不規律，影響射擊精度，這就是為什麼狙擊步槍會使用浮置槍管的原因。導氣式武器不可避免地要在槍管上附著導氣箍導氣管，對槍管振動的干擾是必然，而滾柱延遲開鎖槍械省略了導氣裝置，可以在自動武器上使用浮置槍管，在當時的條件下對射擊精度是有利的，HK公司使用滾柱延遲開鎖的PSG-1狙擊步槍射擊精度較好，就有這方面的原因。
PSG-1狙擊步槍，一度以射擊精度高著稱，但現代導氣式半自動狙擊步槍通過優化設計，射擊精度可以超越PSG-1，所以滾柱延遲開鎖的優勢是相對的，要考慮當時的技術條件。
滾柱延遲開鎖為什麼沒有成為自動步槍設計的主流？
滾柱延遲開鎖的優勢不是沒有代價的，代價還不小。
相對於導氣式武器，滾柱延遲開鎖的槍機是被膛內壓力強行頂開的，雖然有滾柱提供一定的阻礙，但阻礙效率不高，導致開鎖時機過早，速度過高，動作粗暴，槍機後坐抽殼時膛內壓力並沒有完全下降，存壓仍較高，彈殼因為膛壓膨脹，緊貼在彈膛裡，抽殼阻力很大。為此G3採取的權宜之計時在槍膛內開縱槽，擊發時一部分火藥燃氣通過縱槽進入彈殼和彈膛內壁之間形成一層浮動氣墊，平衡彈殼內外壓力，減小抽殼阻力。但是膛內開縱槽對槍管強度是不利的，也讓生產加工複雜化，這種辦法能不用盡量不用。
剖開的G3步槍彈膛，可看到縱槽
縱槽減小抽殼阻力的原理
彩雲經常引用的一張圖，G3步槍拋出的空彈殼，留下了彈膛縱槽倒模的痕跡
而且，即使使用了滾柱延遲機構，G3步槍的槍機重量依然很大，因為只有較大質量槍機才有足夠慣性避免過早開鎖，再加上前面說的後坐抽殼動作粗暴猛烈，導致G3射擊時的後坐力明顯大，比同時期的M14步槍和FAL步槍都大。
因為槍機重量大，G3步槍在槍機復進閉鎖時撞擊也很猛烈，非常容易反跳，就是推彈上膛“哐”一下以後反彈回來，把推進膛的子彈又抽出來了，為此G3步槍不得不在槍機上設計反跳鎖，大致原理就是復進到位時有個鉤子勾住槍管節套，避免反彈回來。
槍機質量較輕的MP5衝鋒槍情況好一些，但一樣存在槍機反跳現象，採取的辦法是把MP5的槍機設計成空心的，裡面填上一把鎢砂，鎢砂在槍機內部不填滿，保持鬆散狀態，當槍機復進到位閉鎖時，鎢砂在慣性作用下前衝，靠鎢砂的慣性作用避免槍機反彈回來。
MP5衝鋒槍的槍機剖面，圖中13標註的就是鎢砂，槍機推彈上膛閉鎖撞擊時，鎢砂前衝，靠鎢砂的慣性避免反跳。
滾柱延遲開鎖因為沒有剛性閉鎖機構，純靠兩個滾柱的阻力、槍機的質量和復進簧彈力頂住擊發時的膛壓，膛壓要比手的力量大得多都能頂住，由此導致G3步槍人工開鎖時阻力極大，單純拉槍機拉機柄很難讓滾柱收攏拉槍機向後，為此不得不給G3設計了一個槓桿式拉機柄，平時拉機柄摺疊向前，拉動時先向後90°翻轉拉機柄，靠槓桿作用撬一下槍機，克服槍機後坐初始階段兩個滾柱的阻力，然後再往後拉，而且因為復進簧彈力大，拉機柄很重。
G3步槍的拉機柄，是一個90°折角的槓桿
G3步槍的拉機柄不用時像這樣向前摺疊，要用的時候得向後扳90°把它抬起來，撬一下槍機讓滾柱開鎖，才能向後拉，不然拉不動。
開鎖阻力大，閉鎖阻力也大，如果像其他步槍一樣手動拉槍機到位然後鬆手，若鬆手不夠快，復進簧彈力就無法讓槍機乾脆利落地彈回去，兩顆滾柱就無法撐開，就會閉鎖不到位，所以G3和MP5只能採用一個標誌性的姿勢：拉槍機到位後把槍機偏轉到拉機柄槽末端的缺口內掛住，裝上實彈匣，然後用力拍下拉機柄，靠槍機復進簧的力量“哐”一下把槍機彈回前方可靠閉鎖。這個動作很帥，但背後是沒有辦法。
MP5衝鋒槍拉機柄槽末端有個缺口，上膛時把拉機柄拉到位卡入缺口，裝上實彈匣，用力往下拍拉機柄，用復進簧彈力把槍機猛地彈回去，才能可靠閉鎖。
滾柱延遲開鎖機構，對滾柱的尺寸要求較高，如果滾柱尺寸與槍管節套內的凹槽不匹配，就不能可靠工作，但這樣一來對生產加工的精度要求太高，即便是機械加工能力發達的德國都吃不消，不得已，HK公司的滾柱延遲開鎖槍械只能採取“分組配合”的方法，同一種槍配用的滾柱尺寸從小到大排成許多號，從-8排到+10，出廠裝配時靠專門的塞規測量閉鎖間隙的公差大小，搭配尺寸匹配的滾柱，有的槍用大滾柱，有的槍用小滾柱，閉鎖間隙不同的槍滾柱不能互換，這就犧牲了零件互換通用性；使用過程中閉鎖間隙必然會因為磨損擴大，需要經常測量閉鎖間隙，發現超差了就得換大一號的滾柱，滾柱必須成對換。
一對-6號滾柱
因為這些明顯的缺點，滾柱延遲開鎖無法取代導氣式+槍機旋轉閉鎖這一經典結構成為自動步槍的主流設計，要知道現代主流的自動武器設計是經過幾代設計師在各種早期方案中大浪淘沙層層優選的結果，另闢蹊徑的“捷徑”，不是那麼好走的。