履帶底盤及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真-在線瀏覽
2025-07-14 22:39本頁(yè)面
【正文】 動(dòng)的若干剛體組合。其余產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力無(wú)關(guān)。l 動(dòng)力學(xué)：研究外力下機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是一直系統(tǒng)構(gòu)型，外力和初始條件球運(yùn)動(dòng)，又稱動(dòng)力學(xué)修正問(wèn)題。l 靜平衡：與時(shí)間無(wú)關(guān)的力作用下系統(tǒng)的平衡稱為靜平衡。l 逆向動(dòng)力學(xué)：是運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)分析的混合，尋求在運(yùn)動(dòng)學(xué)上確定系統(tǒng)反力問(wèn)題，與動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題對(duì)應(yīng)，是已知系統(tǒng)構(gòu)型與運(yùn)動(dòng)求反力又稱動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題。剛體上每個(gè)支點(diǎn)位置都由其連體坐標(biāo)系中不變矢量確定?？梢允仟?dú)立或不獨(dú)立。l 自由度：確定一系統(tǒng)位置所需最少的廣義坐標(biāo)數(shù)目稱為其自由度。其為約束代數(shù)等價(jià)形式，是約束的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)前主要的的進(jìn)展方向則是進(jìn)入了綜合機(jī)，電一體化控制，并結(jié)合物理場(chǎng)的直接接入產(chǎn)品的“多體產(chǎn)品仿真”這一階段。多體動(dòng)力學(xué)仿真階段是多體仿真的萌芽階段。20世紀(jì)70年代隨電腦的逐步普及，美國(guó)多家大學(xué)應(yīng)用力學(xué)學(xué)者開始以牛頓的力學(xué)定律對(duì)機(jī)械構(gòu)造建立數(shù)字化的數(shù)學(xué)模型（Mathematical Models），這就是多體仿真的前身。此中有以密西根大學(xué)建立的以Euler Angles為旋轉(zhuǎn)自由度的多體運(yùn)動(dòng)學(xué)的三維數(shù)模，伊利諾大學(xué)Dr. Shabana的模態(tài)柔體算法等。 [2] 1 坦克履帶車身三維模型制作此次履帶底盤及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真需要制作一個(gè)履帶車車身以結(jié)合RecurDyn的履帶工具庫(kù)進(jìn)行仿真。此軟件基于PC平臺(tái)，是第一個(gè)提出參數(shù)化設(shè)計(jì)概念的軟件，現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，采用模塊方式，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 使用Pro/E建立坦克履帶車車身此次坦克履帶車模型將參考德國(guó)豹二坦克的三視圖外形進(jìn)行制作，首先將在pro/E中制作坦克車身，為便于較為準(zhǔn)確，美觀地建立模型，建模過(guò)程將會(huì)依照豹二坦克的外形三視圖。 制造履帶車身方式與制作炮塔大同小異，注意尺寸的配合。將模型導(dǎo)入RecurDyn 將模型文件保存為STEP格式以導(dǎo)入RecurDyn，將其組合為一個(gè)整體，并將材質(zhì)設(shè)為鋼質(zhì)。特點(diǎn)在于使用相對(duì)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)方程理論且引入了完全遞歸算法，使得其十分適合求解大規(guī)模的，較為復(fù)雜的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)類問(wèn)題。RecurDyn在軟件中提供了20多種約束類型以及10多類力施加形式，而在接觸建模的方面，RecurDyn通過(guò)21項(xiàng)接觸定義方便用戶進(jìn)行具體操作并能夠?qū)崿F(xiàn)極為高效率的求解。Recurdyn有專門的履帶工具包，這也使得履帶模型的建立與裝配變得更為簡(jiǎn)單。履帶結(jié)構(gòu)同樣參考豹二坦克圖紙。進(jìn)入Recurdyn的履帶工具包，因?yàn)闆](méi)有豹二坦克準(zhǔn)確的履帶行駛系統(tǒng)的尺寸與數(shù)據(jù)可以參考，只能通過(guò)估算的方式確定履帶驅(qū)動(dòng)輪的參數(shù)。因此我們可以用如下公式算出履帶的節(jié)距。建立相應(yīng)的履帶板模型。寬度依照模型履帶槽寬確定。其他參數(shù)依照要求進(jìn)行修改。 創(chuàng)建履帶行走機(jī)構(gòu) 隨后依照三視圖建立履帶的承重輪，拖鏈輪與惰輪。將其按照三視圖的布局進(jìn)行排列。接著創(chuàng)建各輪的連接體。這里我雖然按照坦克的三視圖設(shè)計(jì)了扭桿，但緩沖方面決定暫時(shí)先采取豎直方向的螺旋彈簧作為懸掛的彈性元件以確保承重能力。創(chuàng)建完扭桿與履帶子系統(tǒng)的框架后創(chuàng)建約束使履帶結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體。此外不要忘記創(chuàng)建履帶子系統(tǒng)與母體間的約束。在裝配履帶板前的最后一步就是設(shè)置螺旋彈簧以實(shí)現(xiàn)懸掛具有的緩沖避震的功能。對(duì)履帶行駛系統(tǒng)進(jìn)行履帶板的裝配是整個(gè)履帶建模過(guò)程中最為關(guān)鍵也是最為重要的一步。必要時(shí)將驅(qū)動(dòng)輪以其自身中點(diǎn)Z軸進(jìn)行小角度旋轉(zhuǎn)使得履帶板與驅(qū)動(dòng)輪之間沒(méi)有相互干涉的情況出現(xiàn)。過(guò)松將造成履帶板下垂，在行駛過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)拖鏈。2. RecurDyn能夠直接通過(guò)修改參數(shù)的方式對(duì)履帶板、驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，隨時(shí)修正。3. RecurDyn建模完成后可直接進(jìn)行裝配，建模與裝配界面合一，并可直接添加約束與作用力進(jìn)行子系統(tǒng)仿真，避免了繁瑣的操作。在驅(qū)動(dòng)輪的軸約束中添加運(yùn)動(dòng)函數(shù)。此為一個(gè)3次多項(xiàng)式逼近階躍函數(shù)，能夠較為真實(shí)地反應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪逐漸加速的過(guò)程。意味著驅(qū)動(dòng)輪將在1S世界內(nèi)加速到每秒90D的速度進(jìn)行仿真運(yùn)算，這里進(jìn)行5S，共150步的仿真。驅(qū)動(dòng)輪加速度會(huì)先增加后降低，速度圖線將呈現(xiàn)一個(gè)圓滑的S型曲線增加至規(guī)定速度。 地面參數(shù)的設(shè)定在進(jìn)行路面仿真運(yùn)算時(shí)，RecurDyn 采用的路面的仿真構(gòu)成單元為許多尺寸非常小的矩形方塊，每一塊單獨(dú)的RecurDyn的小矩形單元塊能夠參與計(jì)算并能記憶住行駛仿真過(guò)程中自身的的最大沉陷量、剪應(yīng)變，壓力及其剪應(yīng)力， 從而能夠算出地面與履帶間的水平摩擦力與履帶給與地面的正壓力。在硬質(zhì)地面，地面與履帶板間壓力通過(guò)接觸力定義，因?yàn)槁膸к囕v與地面的作用而產(chǎn)生的接觸力。 以上參數(shù)取決于履帶所用材料類型、履帶的尺寸等，在這之中，地面阻尼系數(shù) c 和接觸剛度系數(shù) k 對(duì)仿真結(jié)果有較大影響，地面與履帶間的摩擦力由庫(kù)侖摩擦定律計(jì)算得出。 軟質(zhì)的地面默認(rèn)土壤能夠擁有“記憶”的能力，即能夠讀取并且加載計(jì)算的歷史。各類不同的履帶式行走車輛對(duì)于地面正壓力的可用的仿真計(jì)算方式正是由美國(guó)的學(xué)者 M貝克曾提出過(guò)的壓力沉陷關(guān)系式發(fā)展而來(lái)。此公式用于持續(xù)加載的仿真，對(duì)于卸載應(yīng)用此公式：Au,Ko為土壤特征參數(shù)。履帶在與其接觸的地面上會(huì)產(chǎn)生剪切作用力，其與履帶位移的關(guān)系可用如下公式表示：式中T表示地面與履帶的剪切應(yīng)力，單位為Pa, Tmax表示最大剪切力，單位同樣為Pa 。式中To表示地面壓力等于0時(shí)最大剪切力，單位為Pa, 表示土壤內(nèi)摩擦角，用度表示。3 水底行走履帶車建模此次仿真還將涉及一輛依照參數(shù)進(jìn)行建模的水底行走車。車身與水底行走履帶車的履帶的子系統(tǒng)如下圖方式進(jìn)行建模：首先用pro/E軟件進(jìn)行水底行走式履帶車的車體結(jié)構(gòu)布局建模當(dāng)水底行走車行走時(shí)后部的特殊結(jié)構(gòu)將水底淤泥卷起，通過(guò)吸管與傳送帶將礦質(zhì)運(yùn)送至儲(chǔ)存?zhèn)}中。同時(shí)通過(guò)液壓升舉機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)礦物輸送機(jī)構(gòu)的高度。履帶行駛系統(tǒng)的履帶板不同于坦克車輛履帶使用硬軟質(zhì)地面均有一定適應(yīng)能力的HM型履帶，而是采用專為軟質(zhì)地面設(shè)計(jì)的LM型履帶。同時(shí)大幅增加了履帶板的寬度
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