基于有限元法的某型履带结构强度分析

0 引言

履带是许多军用和民用重型装备运行设备的重要部件 シ之一，可增大重型装备的接地面积并保证与地面有良好的附着力，以提高装备的机动性和通行能力，其功用是保证车辆在无路地面上的通过性，降低车辆的行驶阻力和对地面有良好的附着力。履带是由许多块履带板通过履带销连接而成的，它支撑负重轮并Ⓐ为其提供一条连续滚动的轨道，通过和地面的相互作用，将地面的牵引力、附着力和地面制动力传给车体，保证车辆的正常运动。

1 履带三维模©型的建立

履带由履带板体、履带销、端联器、诱导齿等零部件构成，三维模型如✉图1所示。

2 履带有限元模型的建立

2.1 几何模型的离散和单元类型的选择

履带的结构特征复杂，由于其结构特点选取六面体单元进行离散化处理，将履带离散为一系列单元，各单元在节点处相联，相邻单元之间通过公共节点传递力和力矩。模型共计53710个节点和190482个单元。

2.2 边界条件的处理

在履带受车辆重力和拉力作用下，在一侧履带板体孔半圆位置施加约束，车辆在转向工况时，在履带销和端联器连接处施加约束。

2.3 载荷的处理

履带受力通过履带销和端联器连接传递，整车重量为22.3吨，12个负重轮。根据《履带车辆的设计与计算》，取履带车辆负重轮的最大动载荷系数为1.6，将车辆重力换算成履带板体上的垂直载荷。

2.5 分析工况的确定

1)工况1：履带在车辆重力和拉力共同作用下

履带所受拉力为142051N，垂直载荷为29138N并施加在履带板体中间位置，一侧履带板体孔半圆位置施加约束，另一侧履带板体孔半圆施加拉力，均匀分布在半圆孔内壁的节点上。

2)工况2：履带车辆转向时

在履带车辆转向时，履带除了受到车重的垂直载荷和拉力外，履带还要克服地面的摩擦阻力距。在履带板体顶部中间位置施加29138N的垂直载荷，在履带底部施加2914N.m的回转力矩，在端联器和履带销接触处施加142051的拉力。 约束施加端联器和履带销接触处。

3)工况3：各个负重轮相继离地时

履带车辆在地面上行驶时，经常发生负重轮离地现象，这就造成在某一时刻车体的重量并不是全都集中在12个负重轮上，履带车辆负重轮离地时，假设履带车辆的重量均布在未离地的负重轮上，当出现2个、6个负重轮离地时，车体重量产生的垂直载荷分别作用在未离地的10个、6个负重轮上，在履带拉力为最大拉力142051N且不变的情况下，垂直载荷变化对履带零部件应力和变形情况。

3 履带结构强度分析

在这种工况下有6个负重轮离地，最大等效应力位于端联器靠近履带板体安装一侧，孔边缘处，最大应力为837.2M♀pa，如果材料热处理得当的话，42CrMo最大屈服强度可以达到1300Mpa，最大应力小于材料的屈服强度，满足材料强度。

要求，最大变形量为3.284mm，出现在履带板体销孔外侧，变形量不大，在弹性范围内，履带板具有一定的刚度。

4 结束语

本文采用六面体单元划分了履带的离散化模型，通过对3种不同工况的分析，反映出了履带变形和应力分布状况，6个负重轮离地工况是履带应力和变形最大的工况并且满足设计要求，可以看出履带的结构设计安全合理。