基于构造路面的履带车辆及行星轮系的动力学仿真

论文摘要

行星齿轮传动机构(即行星轮系)由于其结构紧凑、承载能力高等优点被广泛应用于汽车传动装置、直升机传动装置、飞机发动机、重型机械和其他各种工业领域中。但行星齿轮传动机构的传统设计和分析方法过于简单,难以满足实际的需要,随着多体动力学的发展,计算机技术的广泛应用使得精确地分析齿轮动力学响应问题成为可能。本文研究了路面不平度对履带车辆传动系统(行星轮系)和行动系统的影响,真实的反映了不同路面状况下传动系统的外部条件,为提高传动系统及车辆的设计水平提供重要的数据和技术支持。本文在Pro/ENGINEER软件中建立了履带车辆的车身模型,以RecurDyn/ Track(HM)作为仿真分析平台,利用其提供的履带模块(Track/HM)构建了车辆的履带系统。在履带车辆模型中,行星齿轮传动机构为履带车辆提供初始转矩。根据履带车辆的受力状况添加约束、力以及驱动等。利用RecurDyn提供的地面模块(Ground)绘制地面模型。在不同路况下对履带车辆进行了动力学仿真分析,采用贝克理论建立了道路模型。对比分析了履带车辆在硬、软两种地面的动力学仿真和特性,获得了履带车辆重要零部件在各路况下的力学性能曲线,为行星轮系优化设计提供重要依据.通过仿真实验对水平加速行驶引发的脱链和振跳现象进行考察。进行转弯、翻越垂直墙的实验来综合考察履带车辆的性能,对提高履带行驶系统的设计水平及防止脱链具有重要意义,为履带车辆的整车性能良好的发挥提供行驶建议。研究结果表明,利用虚拟样机技术,可以完成履带车辆的多体动力学响应分析工作,获得很好的仿真结果,其仿真数据也为优化设计和疲劳性能研究提供了依据,为新产品的开发提供了有效的手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的背景及意义
• 1.2 国内外对行星齿轮动态分析的发展及研究现状
• 1.3 国内外对路面特性的研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容及技术路线
• 1.5 课题的特点与创新之处
• 第2章 多体动力学的理论基础及分析软件
• 2.1 多体系统动力学概述
• 2.2 多刚体系统动力学介绍
• 2.3 多体系统动力学理论基础
• 2.3.1 多自由度机械系统的动力学分析
• 2.3.2 单自由度机械系统的动力学分析
• 2.4 多体系统动力学软件简介
• 2.5 本章小结
• 第3章 履带车辆动力学建模
• 3.1 参照实物构建履带车辆整车虚拟样机模型
• 3.2 结构约束和运动约束
• 3.3 履带系统的连接及整车结构组成
• 3.4 基于BEKKER的土壤模型的建立
• 3.4.1 压陷关系的描述
• 3.4.2 路面土壤参数的设置
• 3.5 水平路况下整车模型的仿真实验
• 3.5.1 整车模型仿真实验的前期准备
• 3.5.2 在水平路况下整车的仿真实验
• 3.6 悬挂系统阻尼器的仿真检测
• 3.7 本章小结
• 第4章 不同路况下整车的仿真分析
• 4.1 太阳轮的转速曲线
• 4.1.1 水平上16°坡软硬地面仿真对比
• 4.1.2 水平下19°坡软硬地面仿真对比
• 4.1.3 小结
• 4.2 行星框架的横摆角速度曲线
• 4.2.1 水平上16°坡软硬地面仿真对比
• 4.2.2 水平下19°坡的仿真对比
• 4.2.3 小结
• 4.3 履带的法向作用力曲线
• 4.3.1 水平上16°坡仿真对比
• 4.3.2 水平下19°坡仿真对比
• 4.3.3 小结
• 4.4 履带环系统
• 4.4.1 水平上16°坡的软硬地面仿真对比
• 4.4.2 水平下19°坡的软硬地面仿真对比
• 4.4.3 小结
• 4.5 行星轮系传动比理论公式
• 4.5.1 理论推导
• 4.5.2 行星轮系多刚体动力学仿真计算及结果分析
• 4.5.3 小结
• 4.6 本章小结
• 第5章 履带车辆使用性能的研究
• 5.1 转弯实验仿真分析
• 5.1.1 离心力对转向过程的影响
• 5.1.2 模型转向仿真分析
• 5.1.3 转向仿真结论
• 5.2 脱链临界值的仿真分析
• 5.2.1 水平加速行驶驱动函数的设置
• 5.2.2 水平加速行驶曲线分析
• 5.3 越障仿真分析
• 5.3.1 履带车翻越障碍理论分析
• 5.3.2 履带车翻越障碍仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢