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履帶式車輛車輪的設(shè)計開發(fā)

介紹了使用碳纖維復(fù)合材料制造20t級履帶車車輪的方法，并對履帶車輛復(fù)合承重車輪進行各種負荷條件下的臺架試驗。

使用Ansys軟件對履帶車輛承重輪進行參數(shù)化有限元建模，并通過迭代方法對車輪各種參數(shù)進行優(yōu)化。傳統(tǒng)鋁合金車輪通過添加加強肋來加強其剛度和強度，而對于碳纖維復(fù)合材料車輪，由于其本身具有較高的剛度和強度，因而不需要額外的加強肋，這就表明兩者需要采取不同的設(shè)計方案。碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成。碳纖維作為原材料的主要原因是其具有較高的比剛度和比強度。環(huán)氧樹脂作為基體材料主要原因是其具有耐高溫、韌性好、易于加工和低粘度等特性。車輪需要支撐車輛并在車輛行駛過程中承受沖擊和負荷，因而其不能因為制造缺陷導(dǎo)致?lián)p壞?？障秾μ祭w維復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著影響，因而采用模壓成型技術(shù)制造車輪，使用熱變形模具鋼制造碳纖維復(fù)合材料車輪的模具。碳纖維鋪設(shè)的方向至關(guān)重要，正確的鋪設(shè)方向可以保證其剛度和強度。由于車輪是曲線腔，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，為了能正確鋪設(shè)碳纖維，可以將車輪分割成弧形塊并進行分層，之后逐層逐塊重疊鋪設(shè)。

在碳纖維復(fù)合材料制造過程中，樹脂和固化劑以100∶23的比例充分混合，將碳纖維充分浸潤在樹脂和固化劑的混合物中，碳纖維和樹脂的配比為1∶1。最終混合物將充分吸附在碳纖維表面，并將過量的樹脂析出，因此層壓板的碳纖維含量約為58%～62%。試驗測試時，在試驗裝置上安裝一個執(zhí)行機構(gòu)，其可以提供10t的應(yīng)用負荷。由于履帶車輛行駛地形的復(fù)雜性，因而測試時將對復(fù)合承重車輪施加各種不同類型的負荷?？偟臏y試試驗進行了65000次，相當(dāng)于在不同負荷下行駛5000km。其中，最大負荷為8t，最小負荷為1.8t。試驗中，采用碳纖維復(fù)合材料的車輪約為18kg，而鋁合金車輪約為27kg，質(zhì)量約減輕了33%。試驗結(jié)果表明，車輪沒有出現(xiàn)任何缺陷。

Pankaj Kumar Verma et al. SAE 2015-26-0062.

編譯：王祥