铰接履带车具有极强的越野和通过性能,能够在雪地、戈壁、池泽、森林、山地、水网等各种复杂极端地形和特殊路面上行驶,并顺利完成救援及货物的运输要求。铰接履带车通过性能的强大,主要在于其前后车体通过铰接机构连接。铰接机构用于连接前后车体,可使前后车体实现相对转向、俯仰和扭转3个自由度运动,并且其转向运动和俯仰运动具有可控性。当该车辆在非公路凹凸地形行驶时,两节车体可以随着地形的变化做出相应的调整,使有限的履带长度尽可能地保持与地面接触,进而获得较高的通过能力。本文列举出国内外现有的铰接机构,并比较每种铰接机构的优缺点。根据该类铰接履带车的实际运动情况,设计选择出合适的铰接机构并对其结构进行了具体介绍。设计出来的铰接机构可以确保前后车体之间绕z轴作转向运动,绕y轴作俯仰运动以及绕x轴作扭转运动的3个自由度运动。通过深入研究履带与土壤的相互作用机理,建立铰接履带车辆转向运动的数学模型,并在理论上推导出转向过程中履带受到的转向阻力矩的理论公式,为求解铰接履带车转向过程中履带与黏土路面之间的力学问题提供理论依据。最后通过分析车辆通过铰接结构实现俯仰动作时的几何参数关系、受力关系,得出了俯仰油缸受力计算具体公式,能为铰接机构的结构设计、参数选择以及液压系统的设计与控制等提供依据。通过对铰接履带车铰接机构的运动特性进行分析,利用统一多目标函数法建立基于遗传算法的铰接机构铰点位置的优化模型。完成整个优化过程,优化后左右油缸的行程差和力矩差相比优化前都有较大的减少。因此油缸液压油的压力波动和不稳定流动都会减少,车辆在转向的过程中产生振动、冲击和能量损失降低,优化后整车的转向性能得到提高。利用Hyper Mesh软件处理铰接机构的几何模型,进行必要的简化,建立铰接机构的有限元模型。并将组装模型转化成可以被ANSYS软件识别的有限元信息文件。在ANSYS软件中对导入的有限元模型施加约束和载荷。选取的计算工况有原地转向在0°时工况、原地转向在35°时工况、俯仰工况和水平工况。根据所有工况计算结果提出修改意见和改进方案。可以看出,在各种工况下铰接机构都能满足刚度强度要求。但也存在局部应力较大处,这些区域都是处在焊缝处,由于应力集中造成的,可以在这些区域焊上相应的加强板并提高焊接工艺。最后利用Hyper Works软件中的Opti Struct模块对铰接机构进行优化计算,主要对其进行拓扑优化。以上铰接支座为例,在实体单元定义设计空间,建立上铰接支座的优化模型。并根据其实际约束载荷情况对其进行边界条件的约束,并定义相应的设计变量、约束条件和目标函数。以优化后的模型为基础并结合实际工艺情况,得出最后的改进模型。将最终模型重新有限元分析计算,并对优化前后模型重量进行对比,发现优化后的模型重量减轻,优化方案是切实可行的。