毕业论文：高速履带行走动力学分析.doc

绪论 课题研究的背景及意义 履带车辆本身是非常复杂的机械系统，其特点是行动部分采用履带行驶装置，在复杂多变的使用环境中履带车辆野外行驶能力，越障能力和机动性能都得到保证对机动性要求不断提高，恶劣工况本课题来源于十二五预研项目：履带车辆行动系统高速啮合技术研究以探究履带式车辆脱轮问题为出发点，对提高履带行驶系统的设计水平及防止脱具有重要意义，为履带车辆的整车行驶性能良好提供负重轮与车体之间有弹性、阻尼元件，以减轻车辆运动过程中的振动。诱导轮上还配置张紧装置[2]，以调整履带的张紧程度，保证履带链环在行驶过程中的稳定性。车辆利用履带行驶装置支撑车体的重量，将传动装置传来的扭矩通过履带与地面的相互作用转变为牵引力，实现车辆运动，提高车辆的通行能力，是履带车辆组成中的关键系统之一。因为履带可以作为车辆的自携道路，便于车辆通过承载能力较差的地面，并且较大的牵引力，使履带车辆具有较强的越野通过性，能够在轮式车辆所不能通过使用的无路，深雪及沼泽地带行驶，是一种较为万能的行驶工具。现代履带车辆，特别是高速履带车辆的发展对机动性要求不断提高，机动性系统的设计立足于特定的车辆性能要求和规定的全地形使用能力。地面战斗车辆能否完成其作战使命，直接取决于在行进间车辆系统克服各种地形和车辆实施准确射击的能力，由于对车辆性能和生存能力的特殊要求，使得军用履带车辆的机动性问题进一步复杂化。然而，履带行动系统到目前为止仍然很不完善，特殊工况条件下其机械效率远远低于轮式行动系统；工作可靠性较轮式差，但其系统的复杂程度和造价却较高。实际工作中，履带与各轮之间的啮合情况非常复杂，振动噪声大，甚至出现履带与主动轮间脱离的严重故障，这一故障的出现将直接导致车辆机动失效，大幅降低履带车辆在战场上的生存能力和对于多变工况的续航能力，后果不堪设想。近年来，随着对履带车辆相关基础理论的发展和完善，人们对履带车辆的认识逐步深化。首先地面力学的发展，地面间的作用其次，技术发展数值算法在实现，使得描述履带车辆动力学性能的大量方程得以求解，多体系统动力学Multi-body System Dynamics)的为解决履带车辆自身复杂问题提供。运用多体系统动力学的方法，可以把履带车辆的作刚体或柔体，通过约束起来，求解约束方程和动力学方程就可以获得履带车辆的动力学性能。根据研究对象、目的不同，可以建立不同的履带车辆模型并利用仿真工具评价履带式车辆的性能。1994年，Dhir A Sankar S建立了一个二维3+NN为负重轮个数个自由度的履带车辆模型。车体垂直位移和俯仰角以及独立的结构弹簧、阻尼为线性或非线性假定履带为无质量但有张力的连续带子假定地面不变形，负重轮与履带板的接触模化为连续径向弹簧阻尼结构。Assanis 提出了机动车辆系统的联合仿真,在他们的系统中，利用DADS仿真软件包开发了M1式坦克的车辆结构模型。Tran Dang Thai对刚性悬挂的履带式车辆在软地面上的转弯问题进行了数值分析，计算出此情况下履带的下沉量、滑转率以及转弯半径约为实际测量值的15%，因此有较高的可信度Paul Ayers分析不同军用车辆在不同转弯半径下车辙的分布情况。J.G. Hetherington通过试验研究坦克重量与坦克牵引力以及对地附着力的影响。Z.S. Liu等运用ADMAS建立履带车辆多刚体模型，进行多体动力学分析，并且对车辆主体进行振动分析。 吴运耕讨论履带转弯的运动学绝对回转瞬心点和相对回转瞬心点的问题，指出相对回转瞬心点的概念是履带能够转弯的力学基础。袁芬利用多体动力学软RecurDyn建立了履带车辆模型根据诱导轮、诱导轮曲臂及张紧装置的结构分析它们的受力建立诱导轮及曲臂的动力学方程得到了诱导轮周围张紧力的计算公式并建立了张紧装置液压和张紧力间的函数关系，为研究张紧力提供理论支持。张涛等在分析履带车辆行走系统工作原理的基础上，考虑履带车辆的结构针对高速行驶中脱轮问题建立行系统模型分析了第一重轮位移与行走系统结构参数以及地面激励的进行行走系统计算机。韩宝坤等人对履带车辆仿真中常见的两类履带模型柔性履带模型和刚性履带模型的模型机理进行了分析，并分别将两类履带模型应用到履带车辆的平稳性模型中，通过仿真比较两类模型的差异，此文对于本文中刚柔混合模型建立有一定的指导意义。应用Pro/e软件对履带车辆进行了三维立体建模；将车身框架及悬挂系统模型上以stp格式通过parasolid 接口导入到RecurDyn软件中，在Track(HM) 子系统中建立主动轮、负重轮、托带轮以及履带环系统模型。1999年，Assanis 提出了机动车辆系统的联合仿真[]，对履带的建模包括了柔性履带模型和刚性履带模型。Z.D.Ma等人考虑计算效率和计算精度的因素[2]，建立了混合履带模型模型中履带被假设为一条柔性的连续的