履帶車輛側(cè)減速器傳動軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

張玉文

摘要：履帶車輛的側(cè)減速器傳動軸結(jié)構(gòu)和車輛的使用狀況，使用壽命息息相關(guān)，結(jié)合傳動軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化可以有效增進(jìn)傳動軸的使用壽命，增強(qiáng)車輛履帶的使用時長。本文將針對其優(yōu)化措施展開論述，并提出相關(guān)的看法。

關(guān)鍵詞：履帶車輛;側(cè)減速器傳動軸;優(yōu)化研究

履帶車輛依靠底盤行走系統(tǒng)驅(qū)動的方式使得自身具備了強(qiáng)大的機(jī)動性能和越野能力，這使得履帶車輛可以在各種惡劣的環(huán)境和道路上自由行動?？梢哉f，底盤行走系統(tǒng)是履帶車輛具備各類優(yōu)良特性的根源，研究履帶車輛的行走系統(tǒng)對加強(qiáng)履帶車輛的效能、工作質(zhì)量有巨大的幫助。側(cè)減速器是底盤傳動系統(tǒng)中一個非常重要的部分，它負(fù)責(zé)傳動系統(tǒng)之中的主動輪轉(zhuǎn)矩以及降低其轉(zhuǎn)速的任務(wù)。研究如何優(yōu)化減速器的傳動結(jié)構(gòu)，對于提高履帶車輛的傳動系統(tǒng)，加強(qiáng)履帶車輛的機(jī)動性有很大的幫助。

履帶車輛在行駛過程中的約束反力矩計算

我們評價一輛履帶車輛的性能如何通常是看它越野機(jī)動性能，我們在判斷履帶車輛的行駛性能時，首先要了解其振動頻率、行駛阻力還有掛鉤牽引力等，如此我們才能了解到履帶車輛在各種路面和不同擋速情況下的行駛性能，也就是說，我們需要計算履帶車輛的行駛驅(qū)動力才能進(jìn)一步展開對履帶車輛的性能分析，行駛驅(qū)動力是指包括空氣阻力、土壤壓實阻力等一系列車輛行駛的總阻力，我們以P代表行使驅(qū)動力，而代表總阻力，那么即可得到公式：，而行駛驅(qū)動力是來自于車輛的動力裝置輸出的轉(zhuǎn)矩，所以我們在計算行使驅(qū)動力時，至少需要計算這幾個方面：總傳動比、動力傳遞過程的總效率和動力裝置輸出的轉(zhuǎn)矩，我們分別以iT代表總傳動比，η代表動力傳遞總效率，代表輸出轉(zhuǎn)矩，即可得到公式，根據(jù)此公式以及路面情況對履帶車輛的行駛阻力影響[1]，我們可以選取鋪面路、砂石路、起伏路這三種最具代表性的路面特征進(jìn)行計算，并給出參數(shù)。具體數(shù)值如表1所示：

根根據(jù)結(jié)算出的路面譜密度值，我們就可以使用傅立葉逆變換法來取得路面的不平度隨機(jī)序列，并用MATLAB制作建模，然后在ATV中調(diào)用，并最終建立路面的模型。根據(jù)所得模型，我們可以對履帶車輛在駕駛過程中的動力學(xué)特性仔細(xì)分析，按照路面狀況，我們對履帶車輛的虛擬建模按照2～6擋車速進(jìn)行仿真實驗，即可獲得需要的行駛阻力矩數(shù)據(jù)，即表2所示的參數(shù)（無量綱處理）。

在之后，我們只需要將阻力矩的值代入模型中，就可以計算出履帶車輛的傳動軸轉(zhuǎn)矩載荷譜，并根據(jù)荷譜了解到影響履帶壽命的可能因素，給出優(yōu)化方法。

傳動軸在不同路面下的使用壽命解析

通過建立起傳動系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型我們可以了解到，當(dāng)路面的起伏度開始變化時，傳動軸所受轉(zhuǎn)矩也會變化，當(dāng)路面升高，所受轉(zhuǎn)矩就會增大，這點在鋪面路和砂石路上體現(xiàn)得尤為明顯，常用的傳動軸彈性模量為E=2.0×1011Pa，泊松比為γ=0.266，密度ρ=7860kg/m3。我們按照這個常規(guī)參數(shù)對傳動軸的軸承以及兩端設(shè)置Interface點，然后用REB2剛性梁單元實現(xiàn)點與軸表面的節(jié)點連接，然后根據(jù)轉(zhuǎn)動輪的疲勞循環(huán)數(shù)[2]，換算出傳動軸的疲勞壽命，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計優(yōu)化方案。

傳動軸的優(yōu)化方案解析

通過仿真實驗，我們可以得到履帶車輛的側(cè)減速器傳動軸的疲勞壽命數(shù)據(jù)，這樣一來，我們就有了足夠的技術(shù)途徑去分析傳動軸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并對傳統(tǒng)軸的部件進(jìn)行調(diào)整，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在仿真實驗中我們可以看到，對傳動軸的使用壽命影響最大的地方在于軸內(nèi)徑和外徑之間的比，以及花鍵根部的應(yīng)力集中。后者的尺寸和主動輪軸的尺寸關(guān)聯(lián)，改變其中一個的尺寸就必須改變另一個部件的尺寸，但主動輪軸和履帶車輛的行駛效能息息相關(guān)，因此不能隨意改變，所以我們只能從傳動軸的內(nèi)徑和外徑之比入手。最適用的作法是通過改變履帶車輛傳動軸的內(nèi)外徑尺寸來實現(xiàn)質(zhì)量的降低，從而延長傳動軸的使用壽命，達(dá)到優(yōu)化的目的[3]。我們可以通過ATV來對傳動軸的內(nèi)徑及外徑進(jìn)行調(diào)試，而通過實驗發(fā)現(xiàn)，減少外徑或者內(nèi)徑都會對傳動軸的質(zhì)量和使用壽命造成很大的影響，相反，適當(dāng)增加減速器傳動軸的內(nèi)徑，有助于提高其質(zhì)量，延長傳動軸的使用壽命，對優(yōu)化履帶車輛的傳動系統(tǒng)有很大的提升作用，基于這一點，我們在優(yōu)化履帶車輛的減速器傳動軸時可以從內(nèi)徑入手，以增大內(nèi)徑的方式來實現(xiàn)優(yōu)化其結(jié)構(gòu)的設(shè)計目的。

結(jié)語

分析履帶車輛的使用壽命及優(yōu)化方案，我們就要計算其約束反力矩來得到車輛的變動載荷，因此在設(shè)計過程中我們要先計算力矩數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)展開仿真實驗，然后就軸徑變化對部件壽命展開進(jìn)分析，從而了解到傳動軸的合理設(shè)計模式及結(jié)構(gòu)大小，并對此作出一定的調(diào)整，以優(yōu)化減速器傳動軸的結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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