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冲击载荷下机械弹性车轮的耐久性研究
| 论文题名： | 冲击载荷下机械弹性车轮的耐久性研究 |
| 关键词： | 机械弹性车轮;有限元分析;结构强度;疲劳寿命;热力耦合 |
| 摘要： | 汽车车轮作为与地面直接接触的承载部件，与路面之间进行力的传递，缓冲来自路面的冲击力，转弯时产生侧向力以及自动回正力矩，以提供良好的行驶平顺性和转向稳定性。车轮除了需要能够正常滚动行驶以外，还需要满足安全性、承载性、耐磨性、高速性、通过性和操纵稳定性等要求。 本文基于特殊工作环境下的军用特种车辆的使用要求，主要研究了机械弹性车轮的组成结构和工作原理，建立了机械弹性车轮的有限元模型，进行车轮结构刚强度分析和耐久寿命预测，并对车轮寿命分布最小的关键零部件进行热力耦合耐久性研究，为机械弹性车轮的耐久性优化和实车试验提供了理论基础。 (1)通过对机械弹性车轮的整体结构和零部件组成的介绍，根据车轮的工作原理以及承载方式，分析得到了机械弹性车轮顶部承载的受力特点。考虑车轮结构组成和研究需求，提出了机械弹性车轮有限元建模的简化条件，并在此简化条件的基础上，在Abaqus软件中完成机械弹性车轮有限元简化模型的建立。 (2)提出了机械弹性车轮的简化力学研究模型，基于Abaqus软件进行輮轮、卡环和铰链组的结构刚强度分析以及车轮的径向刚度分析，并在自研的轮胎静负荷试验机上进行了机械弹性车轮的静态刚度试验，将静态刚度试验结果与有限元仿真结果之间进行对比，结果曲线基本吻合，验证了所建立的机械弹性车轮有限元简化模型的合理性。 (3)基于对机械弹性车轮可能工作条件的预测，确定了耐久性试验所需要的三种不同冲击载荷工况：随机冲击载荷工况、越阶冲击载荷工况和空降冲击载荷工况，分别对三种工况进行机械弹性车轮的有限元仿真试验，得到了车轮的应力分布状况。利用疲劳耐久分析软件Ansys/Fe-safe对随机工况、越阶工况和空降工况下的机械弹性车轮进行耐久寿命预测，确定了最小寿命的关键零部件分别为：卡环、销轴和铰链组。 (4)为了提高耐久寿命预测的准确性，分别对关键零部件卡环、销轴和铰链组进行了热力耦合耐久性研究，通过Ansys/Fe-safe对关键零部件进行的耐久寿命预测，得到结论：机械弹性车轮中最小循环次数的零件是卡环，最小循环次数为106.033次，换算可得车轮的最大行驶里程约为3538km，最小寿命位置出现在卡环的销耳连接处，卡环的两端与销耳的底端区域基本呈现无限寿命状态。并对卡环进行了耐久性结构优化设计，将卡环的销耳连接处调整为圆弧面过渡比直角和斜面过渡拥有更大的最小循环次数，可以提高机械弹性车轮的最大行驶里程，最小循环次数为106.350，计算可得最大行驶里程约为7342km。 |
| 作者： | 张晨 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵又群 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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