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3.2.2 赋予材料属性 .................................................. 16 3．2.3 划分网格 ..................................................... 18 3.2.4 施加约束和载荷 ................................................ 18 3.2.5 求解强度、刚度 ................................................ 19 3.2.6 计算疲劳寿命 .................................................. 21 4 结构评价、改进以及分析 ............................................ 23 4.1 结构评价 ........................................................ 23 4.2 结构改进 ........................................................ 23 4.3 有限元分 ........................................................ 24 4.3.1强度、刚度分析 ................................................. 24 4.3.2强度、刚度分析 ................................................. 25 5 其他结构形式方案设计 .............................................. 27 5.1 方案四结构设计 .................................................. 27 5.2 方案五结构设计 .................................................. 29 5.3 方案四强度、刚度以及疲劳寿命分析 ................................ 30 5.3.1强度、刚度分析 ................................................. 30 5.3.2疲劳寿命分析 ................................................... 30 5.4 方案五强度、刚度以及疲劳寿命分析 ................................ 31 5.4.1强度、刚度分析 ................................................. 31 5.4.2疲劳寿命分析 ................................................... 32 6 评价确定最终方案 .................................................. 34 6.1 各方案诱导轮的总质量 ............................................ 34 6.1.1方案三 ......................................................... 34 6.1.2 方案四 ........................................................ 34 6.1.3 方案五 ........................................................ 34 6.2 方案比较 ........................................................ 35 7 绘制工程图 ........................................................ 36
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8 结论 .............................................................. 37 参 考 文 献 ......................................................... 38 致谢 ................................................................ 40
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1 引言
1.1 诱导轮的概念
诱导轮是履带推进装置的重要组成部件，其功用是用来支撑上支履带段和改变上支履带段的运动方向,并与履带调整机构一起调整履带的松紧程度。诱导轮按结构不同可以分为单排和双排两类，按减振程度可分为全金属的、内部减振和外部减振的。在履带式车辆上，用得最广泛的是金属轮缘的诱导轮。它们尺寸小，并能较好地自动清除履带滚道上的污泥与杂物。橡胶轮缘则可以减小诱导轮轴承上的动载荷和降低车辆行驶时的噪声。诱导轮在自行火炮中的位置如下图箭头标注所示：
图1.1诱导轮示意图
1.2 选题意义
履带式自行火炮相对于轮式自行火炮来说，越野性能好，能携带更大口径的火炮，但其机动性差，维护周期长，不便于快速部署[1]。自行火炮的机动性很大程度上取决于其战斗全重，就目前而言，自行火炮许多性能的提高都是以增加战斗全重为代价的。如何在提高性能的同时又控制战斗全重不再增加甚至降低，即轻量化技术已经成为履带式自行火炮研制中的关键技术。
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采用轻铝合金是兵器轻量化的主要手段之一。铝合金具有高比强度、耐蚀性、易成型、热稳定性与再生性好和简化结构等一系列优点能满足军工和民用的特殊要求。如英国“蝎”式坦克，除装甲车体外，还有平衡肘连杆底座、刹车盘、负重轮、炮塔座圈、油箱、座椅等多种零部件采用了铝合金或镁合金，大大减轻了重量，极大的提高了装备的机动性能，从而可以改善坦克的行驶性能，提高安全性[3]。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[4]。
履带式自行火炮的行走部分质量约占整车总质量的16%~27%，它由履带推进装置和悬挂装置两部分组成[5]，其中诱导轮是履带推进装置的重要组成部件，其功用是用来支撑上支履带段和改变上支履带段的运动方向[6]。目前的诱导轮都是采用钢结构，尚未见有关履带式自行火炮的诱导轮采用铝合金制造的报道。由于钢的密度是铝的密度的三倍，在满足产品性能的前提下，每个铝轮毂比钢轮毂可减轻质量30%～50%[7], 所以，在保证诱导轮的刚度、强度和不影响总体装配的前提下，将诱导轮由钢制改为铝合金，可以大幅减轻其质量，从而降低战斗全重，提高机动性。随着铝合金成型技术，尤其是液态模锻(将定量的熔化金属倒入凹模型腔内，在金属即将凝固或半凝固状态下用冲头加压使其凝固以得到所需形状锻件的方法[15]。)的发展[3]，用铝合金诱导轮代替原钢制诱导轮在履带式自行火炮上应用将会从无到有，并且会越来普遍。
履带式自行火炮铝合金诱导轮的设计，是武器系统与发射工程专业知识的一次具体实践，也会极大地拓展个人的专业知识，提高设计能力。在整个设计过程中，将涉及到多方面的知识，如材料学、力学、工艺学以及机械结构的有限元分析等。是一次将理论知识实践化的过程，这样才能学以致用、至知于行。 1.3 研究现状
目前，在国内外还没有在现役履带式装甲车辆上采用铝合金诱导轮的相关报道，所以参考铝合金轮毂在民用和军用上其它方面的发展情况，对铝合金诱导轮的设计具有一定的指导意义。 1.3.1 国际上铝合金轮毂发展现状
铝合金轮毂的应用起源于20世纪60年代，1964年美国最早将铝合金轮毂应用于车，随后在1967年，意大利和日本首次将铝合金轮毂应用于小轿车。1970年
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6月，意大利《日内瓦铝合金》首次刊登了有关铝合金轮毂的文章。1972年开始制定检测及生产工艺标准，并在1974年JASO标准制定完成，最终在1975年形成标准化[8]。也有另外一种说法，即国外最早在1923年将砂模铸造铝合金轮毂应用于赛车，二战后用于普通汽车[16]。
世界铝合金车轮制造业在20世纪70年代得到快速发展，目前世界每年铝合金汽车轮毂产量约1.3亿只～1．5亿只，其中80%采用A356合金低压铸造生产，10%左右采用6061合金锻造生产[12]。
铝合金轮毂的成型方法主要分为铸造法和锻造法。目前国外以低压铸造为主，约占全部产量的80%以上。另外还有少数企业采用锻造法、焊接组装法生产[9]。低压铸造生产铸件质量好，金属利用率高，生产效率高于重力铸造，但投资高于重力铸造;常规锻造为模锻法，即以铸造圆锭坯或挤压锭坯为坯料，经热锻、热处理、机械加工、表面处理与检验合格后即为成品轮毂。锻造的铝合金轮毂韧性好，强度和精度高，表面质量好，适于卡车、大客车轮毂，但设备投资大，工序复杂，生产能力低，金属利用率低于50%[12]。国外最近出现了无气孔压铸新工艺（充氧压铸法），日本轻金株式会社、美国锻造公司已开始应用于生产[10]。 1.3.2 国内铝合金轮毂发展现状
中国铝轮毂产业的发展只有13年的历史，是一个新兴的汽车零部件产业，但发展很快。目前中国铝轮毂制造厂有30余家，其中规模较大的有：昆山六丰机械工业有限公司、中信戴卡轮毂制造有限公司、南海中南铝合金轮毂有限公司、厦门民兴金属制品有限公司、上海国兴金属制品有限公司、远轻铝合金轮毂有限公司等，这些企业大部分为台、日独资企业或合资企业，产品很大部分定点外销[11]。中国铝轮毂产业从1988年开始发展至今已有生产企业近百家，主要分布在山东、河北、江苏、浙江、云南、吉林、河南、广东等地，产能在8000万只以上[12]。
在军用方面，国内目前也有相关院校和研究所正在进行军用车辆轮毂铝合金化的研究，并有相关产品已经在现役装备中应用。中北大学潘玉田教授和马新谋老师等人在自行火炮轻量化技术上进行了大量的研究，在《履带式自行火炮负重轮轮毂轻量化技术研究》一文中，对铝合金负重轮轮毂进行了刚度和强度的有限元分析和模态分析计算，结果证明通过更改负重轮轮毂的结构并采用温挤成形工艺制造负重
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