荣亮开题报告2

中 北 大 学

毕业设计开题报告

学 生 姓 名： 学 院、系： 专 业： 设 计 题 目：

指导教师:

2012年2月28日

荣亮

学 号： 0801044327

机电工程学院 动力机械系 武器系统与发射工程

履带式自行火炮铝合金负重轮设计

马新谋

毕 业 设 计 开 题 报 告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 1.1负重轮的功用 负重轮是履带车辆行动部分的关键零部件之一，其结构和强度对整车的性能与质量有至关重要的影响[1]。履带车辆负重轮是履带车辆用于支持车体并保持车体在履带上滚动的车轮，在整车中数量多，占车重比例达到4%[2]。作为履带车辆的主要承载部件，负重轮实心轮胎要承担整个履带车辆的质量，并起着缓冲、降噪以及隔震的作用[3]。负重轮由轮毂、螺栓、轮盘、轮缘、和橡胶减振件、护缘、密封装置、负重轮轴、轴承、盖等组成。当轮缘用轻金属制造时，为了保护它不被履带齿磕坏而在其外面装有钢圈。 在现代履带式车辆的履带行驶装置中，每侧有4～7个负重轮。增加负重轮的数量，可以使履带支撑面上的压力分布均匀，使车辆在承载力差的地面上的通过性变好，使负重轮橡胶圈以及轴承和悬挂装置各元件上的载荷减小，同样也可以将负重轮的尺寸设计的小一点。 1.2负重轮的分类 按不同的原则，负重轮分为两大类： (1)按轮缘的数量：单排和双排的。 (2)按减振程度：无减振件的（全金属的），内部减振和外部减振的（有外橡胶圈的）。 1.3负重轮的要求 对于军用履带式车辆负重轮的结构有以下要求： 保证在履带上的滚动阻力最小； 在各种条件下的使用寿命较长； 负重轮在履带上滚动时的动负载和噪声较小； 维修方便；尺寸小；质量轻。 1.4典型负重轮的应用及其特点 在轻型军用履带式车辆上采用单排式负重轮，其结构简单，在水陆两用车辆上具有辅助排水的功能，当负重轮倾斜时，外侧橡胶圈的过载比较小。但是，在使用这种负重轮时由于履带必须用有两个导向齿的履带板，而可能增加履带的质量；履带难以自动清除进入履带板与导向板之间的脏杂物；由于橡胶圈的侧面小，而使负重轮下的履带稳定性变坏，他们的散热条件也较差。军用履带

式车辆最适宜于用双排式负重轮。 刚性轮缘的负重轮在履带板滚道上的流动阻力最小，但是它们具有将动载荷传递到轴承、履带板和履带销上的特性，特别当车辆高速行驶时更是如此。采用内部减振的负重轮的优点是，可以使动载荷下降33%～50%，减小减振件的橡胶体积并且减振体的防护不易损坏。但是，内部减振的负重轮结构复杂，而且也并不一定保证动载荷和噪声有较大的下降。 外部减振的负重轮（实心的外橡胶圈），虽然其相对质量大和橡胶圈极易损坏；但与内部减振的负重轮相比，它的优点是将传递到轴承和履带上的动载荷降低5/6～6/7；并且有助于提高行驶平稳性和降低噪声。合理地选择负重轮数量及其尺寸，增加外橡胶圈的刚度，正确地布置轮距，减小轴承部件内的摩擦损失，这些都可以达到减小外橡胶圈负重轮的滚动阻力的目的。通过降低动载荷和静载荷，用高强度材料制造轮毂、轮盘和轮缘，来达到提高负重轮的寿命，减小尺寸和质量的目。俄罗斯负重轮轮毂用38CrSi钢模锻。轮毂和轮盘用38CrSi钢铸造。如果为了减轻负重轮的质量，可用W—93、W—95轻合金（俄制）制造轮毂和轮盘。护缘用38CrSi钢制造。全金属负重轮用27SiMnTi钢铸造[4]。 1.5本课题的特点 国内外轿车、轻型车和摩托车均已广泛使用铝合金整体轮毂[6—7]。铝合金轮毂产品的质量和可靠性直接关系到车辆、车上人员和物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性和舒适性等性能[8]。赖华清等[9—12]针对汽车铝合金轮毂的成型工艺、生产方法以及铝轮毂疲劳试验仿真技术进行了研究。LC4铝合金以其优良的力学性能，广泛应用于轮毂的制造；徐勇等[13—15]对LC4铝合金的高温变形规律及氢对LC4铝合金应力腐蚀断裂的影响进行了研究。为了进一步提高履带式自行火炮机动能力，通常有两种方法，一种是安装质量轻的大功率发动机，另一种就是减轻全系统的战斗全重，即进行轻量化设计。针对本课题履带式自行火炮轻量化要求，拟在保证负重轮轮毂刚度、强度和不影响总体装备的前提下，将负重轮轮毂有钢制改为LC4铝合金，以大幅度减轻其质量。 为了保证将履带式自行火炮负重轮轮毂材料由钢质改为铝合金以后强度和刚度满足要求，首先,采用有限元法计算原钢质诱导轮的刚度和强度，然后找出需要加强的薄弱部位并进行适当的修改，再计算材料改为LCA铝合金和结构修改后的刚度和强度，直到安全系数达到规定的范围为止，并对其进行了模态分析[5]。 1.6本课题对负重轮的要求 (1)采用双排式负重轮，因为若使用单排式负重轮，履带难以自动清除进入履带板与导向板之间的脏杂物；由于橡胶圈的侧面小，而使负重轮下的履带稳定性变坏，他们的散热条件也较差。 (2)采用刚性轮缘，刚性轮缘的负重轮在履带板滚道上的流动阻力最小，但是它们具有将动载荷传递到轴承、履带板和履带销上的特性，特别当车辆高速行

驶时更是如此。 (3)采用外部减振结构（实心的外橡胶圈），外部减振的负重轮（实心的外橡胶圈），虽然其相对质量大和橡胶圈极易损坏；但与内部减振的负重轮相比，它的优点是将传递到轴承和履带上的动载荷降低5/6～6/7；并且有助于提高行驶平稳性和降低噪声[4]。

参考文献 ［1］赵华，陈松青，陈千圣.履带车辆负重轮结构强度有限元分析[J].机械设计与研究，1998，（3）：39～40. ［2］刘朝勋，于立彪，翟峰，等.负重轮轮盘结构优化减重分析[J].现代设计与制造，2003,2（2）：94～96. ［3］于立彪，郑慕侨.滚动工况履带车辆负重轮非线性有限元分析[J].轮胎工业，2002，（8）：466～469. [4] 闫清东，张连第，赵毓芹，等．坦克构造与设计(下册)[M]．北京：北京理工大学出版社，2007：552～563． [5] 潘玉田，马新谋，马昀.履带式自行火炮负重轮轮毂轻量化技术研究[J].火炮发射与控制学报，2009（2）：41～49. [6] 李艳萍，张治民，李保成．铝合金材料在汽车工业中的应用与展望[J]．铝加工，2007(1)：23～25． [7] 郑祥健，金龙兵，王国军，等．铝合金轮毂的生产和市场现状[J]．轻合金加工技术，2004，32(7)：8～11． [8] 朱利民．国内铝轮毂制造业及其技术的发展[J].轻合金加工技术，2007，35(12)：11～14． [9] 赖华清，范宏训．汽车铝合金轮毂的成形工艺[J]．金属成形工艺，2002,20(4)：38～40． [10] 王听．铝合金汽车轮毂的生产方法[J]．轻合金加工技术，2001，29(4)：38～42． [11] 席鹏种，王强，张治民．LCA超高强度铝合金轮毂的成形工艺研究[J]．CMET锻压装备与制造技术2007，(5)：66～68． [12] 李飞，王灵犀．铝轮毂疲劳试验仿真分析方法的研究[J]．沈阳理工大学学报，2007，26(4)：62～65． [13] 徐勇．LC4铝合金高温变形规律的探讨[J]．上海金属，2004，26(4)：5～7． [14] 刘继华，李获，张佩芬．氢对LCA高强铝合金应力腐蚀断裂的影响[J]．中国腐蚀与防护学报，2002，22(5)：903～906． [15] 李健，赵博宁．LC4薄壁深筒形件挤压成形的力学上限解[J]．锻压技术，2006，(5)：79～81．

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 2.1本课题要研究的问题 根据履带式自行榴弹炮总体战术技术要求，完成铝合金负重轮结构设计，并对铝合金负重轮的刚度、强度进行分析计算。 (1)根据计算数据建立合适的有限元模型，进行刚度计算； (2)根据计算结果分析负重轮的刚度和强度，对炮的减重要求做出相应的改进方案。 2.2拟采用的研究手段 (1)建立钢负重轮有限元模型。 (2)钢负重轮的约束条件和载荷条件的计算。 (3)钢负重轮力学性能分析计算。 (4)根据钢负重轮计算结果，设计铝合金负重轮。 (5)铝合金负重轮刚度、强度分析计算。 (6)通过ANSYS软件检验铝合金负重轮安全系数是否达到规定范围，若未达到，则返回第(4)步，重新设计并计算，直到达到要求为止。 (7)完成最终设计，绘制图纸并完成说明书。 2.3进度安排 3月11日～4月20日 进行外部减振的履带式自行火炮铝合金负重轮结构设计，根据原始数据确定各参数 4月21日～5月10日 学习使用ANSYS软件，并分析如何建立负重轮有限元模型 5月11日～5月25日 进行履带式自行火炮铝合金负重轮刚度、强度分析计算 5月26日～6月5日 整理毕业设计说明书、图纸

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指导教师意见： 指导教师： 年 月

日 所在系审查意见： 系主任： 年 月

日