全地形履带车橡胶扭力轴套扭转刚度特性探究

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1、全地形履带车橡胶扭力轴套扭转刚度特性探究摘要：在全地形履带车辆中，体积小、重量轻的橡胶扭力轴套悬架逐渐取代了扭杆等传统悬架形式，其中扭转刚度特性是车辆减振性能的关键。针对橡胶扭力轴套中扭转刚度特性设计缺乏的问题，从线性和非线性两种情况，分别依据扭杆悬架、单双气室油气悬架的刚度特性，推导了等效扭转刚度特性下的扭力轴套扭转刚度模型。基于全地形车动力学模型进行了仿真，通过平顺性指标对不同的扭转刚度特性进行了评价。仿真结果表明，依据单气室油气悬架刚度特性设计的扭转刚度模型具有较好的平顺性表现。扭力轴套扭转刚度的研究为全地形车橡胶扭力轴套刚度特性的设计提供了理论依据。关键词：全地形车；橡胶扭力轴套；扭

2、转刚度；平顺性中图分类号：U463.33+4文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.02.08全地形车(All-TerrainVehicle),顾名思义是指可以在任何地形上行驶的车辆，较之普通车辆，其最大的特点是接地比压低、通过能力强，具有良好的地形适应能力［1］。全地形车辆的研究最早始于20世纪70年代，出现于瑞典、前苏联等少数毗邻北极圈的国家，这些国家冬季降雪量大，境内湖泊沼泽众多，地形条件特殊。出于在恶劣地形条件下运输物资的需要，开始了对全地形车辆的研究［2］。目前全地形车辆主要分为履带式全地形车、轮式全地形车和轮履合一轻型全地形车

3、3种，其中履带式全地形车由于其更好的通过性和运载能力，在军事、农业、滩涂运输等领域获得了广泛的应用［3］。全地形履带车为了能够实现较小的接地比压，顺利通过雪地、沼泽等地形，在悬架系统当中采用了体积小、重量轻的橡胶扭力轴套作为减振元件。与传统的扭杆等形式的悬架相比，这种悬架能够有效地实现行动系统的减重，同时由于具有较小的体积，可以提升全地形履带车离地间隙，提髙通过性能，其中橡胶扭力轴套的扭转刚度特性是影响悬架减振及整车通过性的关键因素。目前在国内外的研究中，尚缺少阐述全地形车扭力轴套的刚度模型相关文献。在国内，扭力轴套的实际刚度性能是通过产品试验获得的，没有从平顺性要求提出扭转刚度特性的设计理

4、论。本文从全地形履带车整车平顺性评价的角度出发，模拟线性和非线性两种刚度特性，等效推导了橡胶扭力轴套相应的扭转刚度模型，利用多体动力学软件进行整车建模与平顺性仿真，分析不同扭转刚度特性下的扭力轴套平顺性指标，为扭转刚度特性的设计提供依据。1扭力轴套扭转刚度模型首先对橡胶扭力轴套悬架的等效刚度进行理论推导。某型全地形履带车的悬架结构简图如图1所示，平衡肘0A的0端与橡胶扭力轴套的内缘相固连,平衡肘A端与负重轮相连,平衡肘长度为L,a0为安装位置与水平线的夹角，a为负重轮受力之后平衡肘扭转的角度，规定以逆时针为正。平衡肘在受到垂向力F时，平衡肘A端从初始位置转动了a角度，则由作用在橡胶扭力轴套上

5、的转矩平衡可以得到式中：a0=80°,L=0.28mo由式(4)可以发现，在悬架结构参数确定的情况下，该悬架的等效刚度取决于扭力轴套的扭转刚度Kao本文按照线性和非线性两种扭转刚度模型模拟Ka的特性，以获得合理的扭转刚度特性。1.1线性刚度模型首先采用线性刚度模型对橡胶扭力轴套的刚度进行建模。坦克等传统履带车上所采用的扭杆悬架，其刚度特性整体表现为非线性特性，但由于刚度的变动不大，因此可以近似认为是线性刚度。模拟扭杆悬架的特性，取扭力轴套的扭转刚度为定值，考虑车体自重及行驶过程中可能产生的冲击，取Ka=80N•m/(°),作用在扭力轴套上的转矩与扭转角度呈线性特征。垂向作用力与工作角度的关系

6、曲线如图2所示，观察该曲线的斜率可以发现，在结构参数已知的条件下，悬架的等效刚度随着工作位置的改变而产生变化。在较小的扭转角度下(a,式中：n为空间频率m-1,且n>0；nO为参考空间频率,n0=0.1m-1；Gq(nO)为参考空间频率nO下的路面功率谱密度值，m2/m-1；W为频率指数，决定路面功率谱密度的频率结构，一般取扫2。按路面功率谱密度把路面的不平程度分为8级，针对全地形车的行驶环境，仿真中取E级和F级路面为试验路面考察车辆的平顺性能，E、F级路面功率谱密度及路面的不平度均方根值见表lo针对路面不平度的生成方法，目前采用的主要方法有谐波叠加法、积分单位白噪声法、滤波器整形白噪声法、

7、ARMA自回归滑动混合模型法、AR自回归模型法等[4-5]o本文采用基于谐波叠加法思想的功率谱逆变换函数生成标准级别路面不平度，其数学模型可以表达为3实例仿真分析以某型全地形履带车为例，建立整车动力学模型。综合前文中3种不同刚度特性的扭力轴套扭转刚度以及标准路面不平度，对车体的动态响应进行仿真计算，通过频响分析及垂直方向上的加权加速度均方根值，评价车辆的平顺性。该型全地形履带车陆上常规车速为30km/h,设置