橡胶履带轮系设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及橡胶履带轮系设计方法技术领域。
【背景技术】
[0002] 橡胶履带轮是一种新型的橡胶履带应用技术。它能够在不改装车辆的条件下，与 轮胎互换，降低车辆的接地比压，提高牵引性能，从而快速提升轮式车辆的越野能力。该项 技术已广泛使用在北美、欧洲等地区的农业、工程、军事领域。该技术的代表公司有加拿大 Soucy，美国的 Goodyear、Mattracks，日本的 Bridgestone，意大利的 Tidue 等。
[0003] 橡胶履带轮由轮系和橡胶履带组成，轮系主要包括驱动轮、框架、负重轮、导向轮 等组件，橡胶履带轮一般为三角形构型，驱动轮处在三角形的顶端。驱动轮与车辆驱动轴相 连，并被其驱动。框架用于维持履带轮的形状。导向轮处于三角形底部的两侧或一侧，用于 引导履带，并提供履带轮的接近角或离去角。负重轮旋转安装在相关组件上，处于三角形的 底部，碾压在橡胶履带内表面上。这些组件和负重轮构成负重轮系，并与框架安装。履带轮 行驶时，负重轮系时履带接地部分顺应地形的变化，以提供牢靠牵引，并缓冲障碍造成的冲 击，保护履带轮组件。因此负重轮均有一定幅度的上下摆动，这使履带周长和履带张紧力随 着地形的变化而变化。
[0004] 在履带轮行驶中，履带松弛会增加脱带的风险，而绷紧会增加履带张紧力，加剧履 带轮组件的磨损。因此，履带长度的变化应当最小化，以维持履带张紧力的恒定，并进一步 提高橡胶履带的使用寿命，履带轮系的设计一般包括橡胶履带周长的选取、摆臂铰接点位 置的设置、负重轮摆动幅度的设置和摆臂悬架顶角的设置，现有的方法是通过多次实验验 证来获得最佳配合关系，耗时较长，而且成本较高。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种橡胶履带轮系设计方法，采用数学建模的方 法来选择合适的设计参数，通过控制橡胶履带周长变化率和橡胶履带许用伸长率来控制各 项参数的选择范围，而且可以通过数学建模的方式模拟履带轮系行驶过程中不同障碍，只 需根据橡胶履带轮系的基本参数即可对其各个部分配合参数进行设计，无需进行多次实验 选择，省时省力，降低设计成本，提高设计精度。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种橡胶履带轮系设计方法， 其特征在于：包括以下步骤：
[0007] 第一步：橡胶履带周长计算模型建立，包括橡胶履带接地变形部分长度计算模型 的建立和橡胶履带非接地部分长度计算模型的建立；
[0008] 当橡胶履带接地变形部分为直线段时，轮系中的两个相邻轮子为wl、w2,其轮心坐 标分别为[Xl，Z1]和[X2, Z2]，橡胶履带变形部分与两个轮子的切点为A、B ;
[0009] 轮子Wl和《2之间的直线变形部分的长度为：
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014] 其中，L为两轮之间的橡胶履带变形部分的中性层长度，α为A点在wl圆周上相 对于X轴的角度，β为两轮连线相对于X轴的角度，Θ为B点在W2圆周上相对于两轮连线 的角度；
[0015] 当橡胶履带接地变形部分为曲线段时，即当相邻的三个轮子wl、w2和w3之间出现 障碍时。
[0016] 橡胶履带圆弧变形部分的圆心位置[x12, Z12]满足：
[0017]
[0018] 根据式（5)求得圆弧变形部分的圆心位置后，可进一步求得圆弧变形部分的半径 为札2:
[0019]
(6)
[0020] 其中δ为履带中性层至履带内表面的距离；
[0021] 履带与地形相适应的变形部分长度的计算，即轮子Wl和《2之间的圆弧变形部分 的长度为：
[0022] L12=R12(CX2-Ci1) (7)
[0023] 所述履带与轮系的接触部分长度的计算，即轮子《3的接触部分的长度为：
[0024] L3= (R 3+ δ ) ( α 3_ α 2) (8)
[0025] 故，橡胶履带接地长度为：
[0026] L = L12+L23+L3+L34 (9)
[0027] 橡胶履带非接地部分的建模，包括橡胶履带与轮子的接触部分曲线段的计算和履 带连接两轮之间直线段的计算，橡胶履带与轮子的接触部分曲线段的计算方法与式（8)和 (9)相同，橡胶履带连接相邻两轮之间直线段长度的计算方法与式（1)-⑷相同；
[0028] 将计算所得的橡胶履带接地变形部分长度与橡胶履带非接地部分长度相加即可 得到橡胶履带的周长，橡胶履带的周长是指橡胶履带中性层的长度；
[0029] 第二步：根据第一步算法计算橡胶履带轮系不同障碍位置时的橡胶履带周长，并 根据计算所得的最大橡胶履带周长和最小橡胶履带周长计算橡胶履带周长变化率和履带 周长变化幅度，并分析履带周长变化趋势；
[0030] 第三步：根据第一步算法计算橡胶履带轮系摆臂铰接点位于不同位置时的橡胶履 带周长，并根据计算所得的最大橡胶履带周长和最小橡胶履带周长计算橡胶履带周长变化 率和履带周长变化幅度，并分析履带周长变化趋势；
[0031] 第四步：根据第一步算法计算橡胶履带轮系的负重轮不同摆动幅度时的橡胶履带 周长，并根据计算所得的最大橡胶履带周长和最小橡胶履带周长计算橡胶履带周长变化率 和履带周长变化幅度，并分析履带周长变化趋势；
[0032] 第五步：根据第一步算法计算摆臂悬架顶角在90°至216°之间时的橡胶履带周 长，并根据计算所得的最大橡胶履带周长和最小橡胶履带周长计算橡胶履带周长变化率和 履带周长变化幅度，并分析履带周长变化趋势；
[0033] 第六步：根据第三步、第四步和第五步确定橡胶履带轮系摆臂铰接点位置、负重轮 摆动幅度和摆臂悬架顶角，第二步、第三步、第四步和第五步中计算得到的橡胶履带周长对 应的橡胶履带周长变化率应当小于许用周长变化率，橡胶履带的周长变化幅度应当小于橡 胶履带本身的许用变化幅度，橡胶履带的周长变化趋势应当在橡胶履带本身能承受的变化 趋势范围内。
[0034] 所述橡胶履带周长变化率为计算所得的最大橡胶履带周长减去最小履带周长所 得的差值除以橡胶履带平均长度所得的值。
[0035] 本发明的有益效果如下：通过采用数学建模的方法来选择合适的设计参数，通过 控制橡胶履带周长变化率、橡胶履带周长变化幅度和橡胶履带周长变化趋势来控制各项参 数的选择范围，而且可以通过数学建模的方式模拟履带轮系行驶过程中不同障碍，只需根 据橡胶履带轮系的基本参数即可对其各个部分配合参数进行设计，无需进行多次实验选 择，省时省力，降低设计成本，提高设计精度。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的橡胶履带轮结构示意图；
[0037] 图2是本发明的橡胶履带轮模型；
[0038] 图3是EA最小时最小履带周长示意图（负重轮摆动幅度为40mm);
[0039] 图4是EA最小时最大履带周长示意图（负重轮摆动幅度为40mm);
[0040] 图5是EA最大时最小履带周长示意图（负重轮摆动幅度为40mm);
[0041] 图6是EA最大时最大履带周长示意图（负重轮摆动幅度为40mm);
[0042] 图7是随着负重轮摆动幅度的变化，Lmax与Lmin的差值变化趋势示意图；
[0043] 图8是随着负重轮摆动幅度的变化，EA变化趋势示意图
[0044] 图9是在不合理障碍布置情况下履带周长示意图；
[0045] 图10是在河里障碍布置情况下履带周长示意图。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0047] 为了解决现有履带轮系设计过程复杂，成本高的问题，本发明公开了一种橡胶履 带轮系设计方法，包括以下步骤：
[0048] 第一步：橡胶履带周长计算模型建立，包括橡胶履带接地变形部分长度计算模型 的建立和橡胶履带非接地部分长度计算模型的建立；
[0049] 当橡胶履带接地变形部分为直线段时，轮系中的两个相邻轮子为wl、w2,其轮心坐 标分别为[Xl，Z1]和[x2, Z2]，橡胶履带变形部分与两个轮子的切点为A、B ;
[0050] 轮子wl和《2之间的直线变形部分的长度为：
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055] 其中，L为两轮之间的橡胶履带变形部分的中性层长度，α为A点在wl圆周上相 对于X轴的角度，β为两轮连线相对于X轴的角度，Θ为B点在《2圆周上相对于两轮连线 的角度；
[0056] 当橡胶履带接地变形部分为曲线段时，即当相邻的三个轮子wl、w2和w3之间出现 障碍时。
[0057] 橡胶履带圆弧变形部分的圆心位置[x12, Z12]满足：
[0058]
[0059] 根据式（5)求得圆弧变形部分的圆心位置后，可进一步求得圆弧变形部分的半径 为札2:
[0060] (15)
[0061] 其中δ为履带中性层至履带内表面的距离；
[0062] 履带与地形相适应的变形部分长