履带式车辆行走机构动力学与履带板轻量化研究

军用履带关系到整车的作战能力,并占整车比重较大,履带重量太重会使车辆加速性能下降,增大燃料损耗,缩短车辆悬挂装置的使用寿命。履带板是履带的核心部件,其作业环境恶劣,直接与路面接触,经受扭压、弯曲等作用力,质量要求较高。因此,对履带行走过程动力学研究与优化履带板结构、减轻履带重量,从而提高和改善履带综合性能,是当前工程机械行业亟需解决的问题,对履带的发展有着相当重要的作用。本文以多体系统动力学理论为基础,建立了某军用履带式车辆的虚拟样机,在Universal Mechanism系统中对整机在各工况下进行了动力学仿真与分析,对车辆在斜坡转向行驶中转向半径、履带法向负荷、履带中动态张紧力等参数展开研究,从而得到各主要参数在车辆转向过程中变化规律。并提取了车辆在各工况下作用在负重轮上的动载荷,利用有限元方法得到车辆在各工况下履带板的应力应变分布,对其结果进行分析,发现其强度和刚度远远满足使用要求,有轻量化的余量。因此,利用ANSYS Workbench中拓扑优化模块对各工况下的履带板进行了拓扑优化,根据拓扑优化的结果并考虑履带板附着能力以及排除淤泥功能,优化履带板结构,获得了轻量化模型,总体减重3.189kg,占总重量的7.9%。最后,为了验证履带板的轻量化设计对其性能的影响,对轻量化后的履带板进行了各工况下的有限元分析。通过对比分析可以看出：轻量化后的履带板比轻量化前的应力分布更加均匀,且履带板强度和刚度满足使用要求,从静力学方面验证了履带板轻量化方案的可行性,对今后履带式车辆履带板的设计、生产和应用具有一定的实际参考意义。