高速履带行走动力学分析硕士学位论文
毕业设计（论文）开题报告-履带式行走底盘设计
湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题报告学生姓名学号年级专业及班级2009级汽车服务工程(1)班指导教师及职称学院工学院20 年月日毕业论文（设计）履带式行走底盘设计题目文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于1000字）1.履带式行走底盘设计研究意义履带式底盘的结构特点和性能决定了它在农田机耕作业中具有明显的优势。
履带式底盘的拖拉机不会对翻耕过的土壤造成多次反复的碾压，而轮式底盘在整地和耙地作业时轮胎在翻耕过的土壤上反复碾压，造成对土壤的多次压实，不利于播种后种子的生长发育。
因此，研究履带底盘的性能具有极其重要的意义。
下面我们以履带式拖拉机为例来加以解释说明。
履带式拖拉机的接地比压相对较低,从 51.8kW 到 118.4 kW 的各型拖拉机的接地比压为 30～50kPa,而同级别的轮式拖拉机接地比压要大的多。
以 96.2 kW 拖拉机为以例: 东方红 1302 履带机接地比压(装推土铲)为 47.7kPa;东方红1304 轮式机的接地比压约为104 kPa,相当于履带拖拉机的二倍多计。
无论是整地耙地作业还是播种作业履带式拖拉机比轮式拖拉机都占有绝对优势。
几乎所有山区种植粮油作物的农户毫无例外的选择履带式拖拉机。
2.履带式行走底盘设计的国内外研究状况底盘的作用是支承、安装发动机及其各部件、总成，形成车辆的整体造型，并动力，使整车产生运动，保证正常行驶。
在国外，履带式行走底盘研发较早。
1986 年 W. C. Evans 和 D. S. Gove 公布了在硬地面和已耕地上,1种橡胶履带与1种四轮驱动拖拉机牵引性能的实验结果。
在相同的底盘结构情况下，橡胶履带牵引效率与动态牵引比高,在已耕地和硬地面上其最大牵引效率是 85%～90%,四轮驱动拖拉机是70%～85%。
此后又有许多橡胶履带拖拉机与四轮驱动拖拉机性能试验的研究。
国外生产的履带拖拉机在技术水平、生产能力等性能方面具备较强的竞争能力。
履带式行走机器人论文
1 绪论1.1机器人发展概况在工业机器入问世30多年后的今天；机器人己被人们看作是一种生产工具。
在制造、装配及服务行业，机器入的应用取得了明显的进步。
由干传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步，通过智能机器人系统首次在制造领域以外的服务行业，开辟了机器人应用的新领域，让机器人作为“人的助手”，使人们的生活质量得以提高。
目前在许多领域己经进行了很大的努力来开发服务机器入系统，并力争在较大范围内使用它们。
这些机器人系统尽管有不同的应用领域，但它们所从事的工作仅限于维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援及数据采集等方面。
机器人是一个通用的自动化装置。
国际标准化组织(1SO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务”。
从1954年美国工程师乔治.大卫发表了《适用重复作业的通用性工业机器人》论文开始，到1962年美国联合控制公司推出第一台机器人“尤尼麦特”为止。
机器人开始在工业生产的各种场合中，起到了置关重要的作用。
而在所有的机器人研究中，尤使日本的机器人研究最为突出。
现在国外大多都在致力于直立行走机器人和微型机器人的研究。
特别是注重对于机器人控制和视觉识别方面的研究。
对于行走机器人而言，最引起大多数科学家注意的是对于视觉识别方面的研究。
并且也取得了许多可人的成果。
行走机器人分很多种，不仅有直立式，还有履带式，多支点式等等。
而这里只谈谈履带式行走机器人。
履带式行走机器人是一种利用履带进行支撑机器人机体的移动机器人目前我国发展了多履带式机器人，有四条和六条履带的移动机器人。
他们的优点是转向方便移动稳定的特点，所以适合在恶劣的条件下进行工作。
1.2 履带式行走机器人概述所谓履带式行走机器人（我们这里指的是普通的履带式行走机器人）利用两条履带进行支撑机体进行移动的机器人。
它具有运行稳定，转向灵活，能够越过较小的障碍，并且承载重量较大的特点。
履带式掘进机行走机构英文参考文献
履带式掘进机行走机构英文参考文献参考文献：1. Zhang, Y., Liu, C., Hu, X., Li, J., & Yan, X. (2017). Research on the bearing capacity of walking chassis based on multibody dynamics simulation. Journal of Vibroengineering, 19(3), 2116-2134.这篇研究基于多体动力学模拟，探讨了履带式掘进机的行走机构的承载能力。
通过建立多体动力学模型，对行走机构的受力分析和承载能力进行了研究，为行走机构设计和优化提供了理论依据。
2. Li, H., Chen, Y., Bai, L., & Zhang, H. (2019). Crawler walking mechanism kinematics and dynamics analysis of coal mine roof bolting rig. Journal of Mining and Safety Engineering, 36(1), 96-102.这篇论文对煤矿顶板支护钻孔机的履带行走机构进行了运动学和动力学分析。
通过建立机构的运动学和动力学模型，研究了履带行走机构的运动规律和受力情况，为机构的设计和控制提供了基础。
3. Wu, X., Dong, F., & Li, C. (2013). Analysis of the steering mechanism of the crawler walking chassis. Mining & Processing Equipment, 41(1), 75-78.本文对履带式掘进机行走机构的转向机构进行了分析。
通过研究转向机构的结构和工作原理，分析了其转向机构的动作规律和影响因素，为转向机构的设计和控制提供了参考。
军用履带车辆动力传动系统性能仿真及试验研究
工学硕士学位论文军用履带车辆动力传动系统性能仿真及试验研究胡陈装甲兵工程学院２００６年３月、ｐ，ｊｏｊ。
』二。
◆一／分类号：Ｕ４６３．２１Ｕ．Ｄ．Ｃ：工学硕士学位论文军用履带车辆动力传动系统性能仿真及试验研究硕士研究生：导师：申请学位级别：学科、专业：所在单位：答辩日期：授予学位单位：胡陈王红岩教授工学硕士车辆工程机械工程系２００６年３月装甲兵工程学院／一Ｌ夕ＩＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：Ｕ４６３．２１Ｕ．Ｄ．Ｃ：～≯ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ飞、／‘，■ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｏｗｅｒｔｒａｉｎｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＴｒａｃｋｅｄＶｅｈｉｃｌｅｓＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＨｕＣｈｅｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＷａｎｇＨｏｎｇｙａｎＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｐｅｃｉａｌｔｙ：ＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤａｔｅｏｆＯｒａｌＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎ：Ｍａｒｃｈ，２００６Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｒｍｏｒｅｄＦｏｒｃｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ～／ｔ装甲兵工程学院工学硕士学位论文摘要本文以某型军用履带车辆为研究对象，对其动力传动系统进行了动力学建模，并对其换档动态过程进行了仿真以及试验研究。
本文建立了发动机调速器模型以及喷油泵模型，建立了具有调速特性的发动机输出模型。
在ＳＩＭＵＬＩＮＫ的环境下建立了调速器模型，并利用ＥＡＳＹ５的接口模块实现了两者的联合仿真。
通过调速器控制的加油齿杆位置、反馈的发动机转速以及由负荷特性得出的循环供油量特性图准确地描述了发动机的动态特性。
在车辆纵向行驶动力学分析的基础上，利用模块化的建模手段，建立了详细的装备定轴式变速箱的军用履带车辆动力传动系统模型。
模型包括发动机、主离合器、传动箱、定轴式变速箱、行星转向机以及车辆．地面模型。
橡胶履带车辆行走系统的动力学模型及脱轮问题仿真分析
连线与水平面的夹角,
;
a tj,
btj分别为摆动轴轴心到悬置质量质心的水平、垂直距离,
mm;
T
i,
T
r i
分别
为
支重轮左、右两侧的履带张力, N; F tj, F ti分别为悬架、地面对支重轮的作用力, N。
从以上公式可以看出, 在已知外界激励和整机结构参数的情况下, 通过计算能够得到车体和支重轮
的位移、速度和加速度以及悬架相对动行程等数值。
14
河南科技大学学报: 自然科学版
2 006 年
2 悬架系统的作用力
油气悬架的刚度和阻尼不是定值, 这里将其等效为一定值。因此油气悬架系统对支重轮的作用力 表示为
Fi1 = k1 yi1 + c1 yi1 ( i = 1 ~ 2, j = 1)
Fi2 = k2 yi2 + c2 yi2 ( i = 3 ~ 4, j = 2)
1. 8 1010
支重轮刚度系数 kw i / ( N /mm )
6 13
支重轮质量 mw i / kg
113. 5
油气弹簧等效刚度 kj /( N /mm )
7 85
质心位置 ( a, e, h) /mm
( 1374, 0, 990) 油气弹簧等效阻尼 cj / ( N s /mm )
22. 5
橡胶履带芯铁导向齿高 / mm
( 1) 驱动轮与其相邻支重轮之间的履带张紧力 T s2
T s2
=
Ms rs
( 7)
式中 M s 为驱动力矩; rs 为驱动轮半径, mm。
( 2) 张紧轮与其相邻支重轮之间的履带张紧力 T i2。不考虑履带质量并忽略履带与张紧轮之间的摩
机器人用履带底盘的动力仿真与有限元分析
机器人用履带底盘的动力仿真与有限元分析作者：白程瀚李县法来源：《消费电子》2021年第08期【摘要】本文对可在山地和城市内作业的机器人用底盘做了动力学分析和有限元分析。
首先使用RecurDyn完成了底盘动力学模型的建立，并且模拟了地盘在平地行驶和在软土面的极限爬坡，最后利用Ansys结合动力学分析得出的数据完成了静力学分析与模态分析。
【关键词】履带底盘；动力学仿真；有限元分析；RecurDyn；Ansys为了解决人工作业的短板，各种用于运输、救援和军事任务的可移动机器人应运而生。
[1]这些机器人的移动底盘大致上可分为轮式、履带式和腿式。
其中，履带底盘具有结构较简单、性能可靠、灵活性好等优点，所以被广泛用于执行复杂任务的机器人底盘中，用以代替人进行危险作业或者到达人力难以实战工作的地方工作。
[2]（一）底盘的总体结构与性能本次分析的履带底盘是适用于复杂工况的中小型机器人的履带底盘，采用倒梯形履带布局，轮孔式驱动和半刚性悬架结构。
车架由铝板和铝方管焊接而成，采用双电机直接输出至驱动轮，驱动轮推动橡胶履带的传动形式，可在室内和山地进行作业，其整体模型如图1。
（二）底盤的关键参数此底盘为总重为120kg的机器人设计，其中轮系重量为30kg，运输质量为20kg。
总体尺寸约为900x700x400mm。
履带接地长度为530mm，履带的节距为60mm，履带宽为148mm，其两侧都安装了两个并联的500N/cm的弹簧减震器，并且使用了两个广东东莞中大力德电机公司的Z5BLD60无刷直流电机作为动力源。
（一）动力学模型的建立首先将车架的模型导入至RecurDyn中，然后根据轮系的参数建立履带轮系，建立履带轮系后完善底盘的张紧装置和悬架装置，之后添加约束。
最后在驱动轮转动副上添加驱动为STEP（0，0.1，0.5，830D），可解释为驱动轮的角速度从0.1s开始从0开始增加，在0.5s达到830°/s的最高值并维持这个转速。
《履带车辆行动系统动力学仿真分析》
《履带车辆行动系统动力学仿真分析》一、引言随着科技的发展，履带车辆在军事、工程、农业等多个领域得到了广泛应用。
其行动系统的性能直接关系到车辆的整体运行效率和安全性。
因此，对履带车辆行动系统进行动力学仿真分析，对于优化车辆设计、提高运行性能具有重要意义。
本文将针对履带车辆行动系统进行动力学仿真分析，以期为相关研究提供参考。
二、履带车辆行动系统概述履带车辆行动系统主要由履带、驱动轮、导向轮、张紧装置等组成。
其中，履带是车辆与地面接触的主要部分，驱动轮为车辆提供动力，导向轮则控制车辆的行进方向，张紧装置则保证履带的张紧度。
这些部件的协同作用，使得履带车辆能够在复杂地形中稳定行驶。
三、动力学仿真分析方法动力学仿真分析是通过对履带车辆行动系统的运动过程进行数学建模，利用计算机软件进行模拟分析的方法。
本文采用多体动力学理论，结合履带车辆的实际结构和工作特点，建立动力学模型。
通过输入各种工况下的驱动力和阻力数据，模拟车辆在不同地形和速度下的行驶情况，从而分析行动系统的动力学性能。
四、仿真结果与分析1. 仿真结果通过动力学仿真分析，我们得到了履带车辆在不同工况下的行驶数据，包括速度、加速度、驱动力、阻力等。
同时，我们还观察到了履带与地面接触的应力分布情况，以及各部件的运动状态。
2. 数据分析根据仿真结果，我们可以对履带车辆行动系统的动力学性能进行分析。
首先，通过对不同工况下的驱动力和阻力进行分析，我们可以了解车辆在不同地形和速度下的行驶性能。
其次，通过对履带与地面接触的应力分布进行分析，我们可以了解履带的磨损情况和承受能力。
最后，通过对各部件的运动状态进行分析，我们可以评估行动系统的协调性和稳定性。
五、结论与展望1. 结论通过动力学仿真分析，我们得到了履带车辆行动系统在不同工况下的运行数据和性能评估。
结果表明，行动系统的设计在一定程度上能够满足车辆在各种地形和速度下的行驶需求。
然而，仍存在一些需要改进的地方，如提高履带的耐磨性、优化驱动轮和导向轮的协调性等。
基于LMS的履带车辆多体动力学建模与仿真
基于LMS的履带车辆多体动力学建模与仿真【摘要】本文研究履带车辆在路面行驶时受到的振动，使用Track builder在LMS中建立了某履带车辆动力学模型，应用多体动力学理论分析了车体、悬挂系统、负重轮、履带、路面之间的相互作用，给出了与各参数相对应的关系表达式，并描述了履带车辆运动学方程以及动力学方程。
以标准梯形障碍物作为路面输入选取的各种参数进行了仿真，可为设计提供参考。
【关键词】履带车辆；多体动力学；半主动悬挂；仿真1.引言悬挂系统（简称悬挂）是履带车辆行动系统的一个重要组成部分，在路面行驶时，它能够减少车体受到的冲击与振动，对提高车辆机动性具有重要作用。
悬挂系统最常见的一种设计与仿真方法是忽略履带对车辆的影响，建立车辆的线性振动模型，计算车辆悬挂系统的性能。
然而由于悬挂系统导向连接件在车辆布置中的几何非线性影响，悬挂系统中弹性、阻尼元件的自身的非线性影响，特别是当车体振幅很大时，线性模型很难准确地分析履带式车辆悬挂系统的动力学特性。
另外履带车辆动力学建模中应充分考虑到履带对路面不平度的影响以及履带引起的振动“牵连”等因素。
LMS将多刚体系统动力学传统算法与递归算法相结合，基于DADS高效稳定的求解器，建立虚拟机械系统动力学方程。
Track builder履带模块是分析履带车辆动力学性能的理想工具，特别是在悬挂系统的分析中应用颇多。
本文将以某型履带车辆为仿真对象，通过进行参数化建模，建立履带车辆多刚体动力学模型，对履带车辆在梯形障碍物路面直线行驶时进行计算，并将仿真结果与设计参数进行比对，验证其准确性和可信度。
2.履带车辆参数化动力学模型2.1 模型结构及运动学分析图1是某履带车辆在LMS中的参数化多刚体动力学模型，该模型车体（Hull）每侧有负重轮（Road-wheel）、平衡肘（Link_Roadwheel）、诱导轮（Idler）、主动轮（Sprocket）、履带（Track system）。
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第一章绪论
1.1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，其显著特点是行动部分采用履带行驶装置，履带是在发明车轮之后又一重大突破，履带装置将车辆从传统的“线”的活动范围改良为“面”的活动范围，使得在复杂多变的使用环境中履带车辆的野外行驶能力，越障能力和机动性能都得到保证。
随着现代履带车辆对机动性要求不断提高，车辆在斜坡行驶、软地急转弯等恶劣工况行驶过程中耙齿、脱轮现象时有发生，使得车辆丧失机动性，陷入“瘫痪”状态，直接影响了车辆的行驶通过性和作战任务等。
现代军用履带车辆的发展总趋势是要求在降低车辆功耗的同时又要提高履带在链环上的稳定性[1]，以防止履带发生耙齿、脱轮现象。
这不仅是提高车辆机动性的保证，而且可以改善车辆行驶平稳性和乘员的舒适性。
因此对履带车辆行动系统动力学研究具有重要的实际意义。
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”，论文的重点是履带装甲车辆行动部分动力学分析研究。
以特定类型履带装甲车辆为研究对象，以探究履带式车辆脱轮问题为出发点，着重研究履带装置各部件作用机理，并建立履带装置张紧力的数学模型和履带车辆的多体动力学模型，进行不同工况下的仿真分析。
论文针对车辆典型行驶工况中脱轮问题进行重点分析，为提高履带车辆行驶性能和对脱轮问题的理论研究提供参考。
通过建立履带装置张紧力的数学模型，达到对张紧力控制的目标，通过控制履带张紧力，防止履带耙齿、脱轮现象发生；同时建立履带车辆的多体动力学模型，并且进行不同工况下的仿真，将结果与计算数据对比，以此来论证数学模型的准确程度，并且分析不同工况下履带受力状况，对提高履带行驶系统的设计水平及防止脱轮现象发生具有重要意义，为保持履带车辆的整车行驶性能良好提供了很大帮助，也为未来实现张紧力的控制提供理论基础。
1.2履带车辆行动部分的研究现状
1.2.1履带行动部分介绍
履带行动部分由主动轮、履带、负重轮、诱导轮、履带张紧装置、托带轮（或托边轮）、张紧轮及诱导轮补偿张紧机构等部件组成。
履带为负重轮提供一条连续滚动的轨道（支撑面），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。
诱导轮上还配置液压张紧装置[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，但其履带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。
1.3国内外研究现状
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,由于地面力学的不断发展，使得履带车辆的履带和地面之间的作用关系日益为人所知；其次，微机技术高速发展以及各类数值算法在微机以各种程序
的形式实现，使得很多描述高速履带车辆动力学性能的大量方程得以求解；最后，多体系统动力学(Multi-body System Dynamics)的进步为解决履带车辆自身复杂问题提供了另一条道路。
运用多体系统动力学的方法，可以把高速履带车辆的零部件看作刚体（rigid body）或柔体（flexible body），然后将各个部件通过运动约束装配起来，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 和Sankar S建立了一个二维3+N（N为负重轮个数）个自由度的履带车辆模型[9]。
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 等提出了机动车辆系统的联合仿真[10],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[11]，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[12]。
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[13]。
Z.S. Liu等运用ADMAS建立履带车辆多刚体模型[14]，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[15]，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[16]，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[17]，考虑履带车辆的重要结构，针对履带车辆在高速行驶过程中出现的脱轮问题，建立了行动系统的数学模型，并且着重分析了第一负重轮y方向位移与行走系统结构参数以及地面激励的关系，针对高速履带车辆进行其行走系统的计算机仿真，并对比分析仿真结果。
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[18]，并分别将两类履带模型应用到履带车辆的平。