Design Technique for Durability Improvement of Military Vehicle Wheel

군용차량 휠 조립체 내구성 향상 방법론 연구

Abstract

Military vehicles use run-flat wheels for emergency situations. Run-flat wheels can run required distance in a defined duration with the pressure loss tire. For the application of a run-flat system, wheels are designed in 2 pieces, including an inner rim and outer rim. These rims are assembled using clamping bolts. Clamping bolts determine the durability of military vehicle wheels because fracture of clamping bolts account for most wheel failures. For improving wheel durability, clamping bolt durability must be improved. In this study, wheel test conditions and bolt design were investigated. Existing test standards are not sufficient to conduct endurance tests. Supplementary conditions were investigated. Using these modified test conditions, the durability of wheels including clamping bolts was tested and verified. Results found the durability of wheels improved more than 168%. This study also proposes improvements in the design process of clamping bolts.

전투목적으로 개발된 군용차량은 타이어 압력이 손실되더라도 일정시간동안 일정거리를 달릴 수 있도록 런플랫시스템을 도입하였다. 런플랫을 적용하기 위하여 휠을 외측림과 내측림으로 구성된 2개의 부분으로 구성하고, 클램핑 볼트를 체결함으로써 외측림과 내측림을 조립한다. 이 클램핑 볼트는 휠의 내구성을 결정하는 중요 부품이다. 실제로 휠의 내측림과 외측림의 파손보다는 클램핑볼트의 파손이 발생되어 휠을 사용하지 못하는 빈도가 높다. 따라서, 클램핑 볼트의 내구성능이 휠의 내구성능과 연관이 크다고 할 수 있다. 본 연구는 휠의 내구성을 향상시키기 위하여 휠조립체를 시험하고 클램핑 볼트를 개발하는 과정을 다루었다. 기존에 정립된 내구시험 조건의 불충분성을 식별하였으며, 휠조립체의 내구성을 보다 정확히 확인할 수 있도록 통제해야 하는 시험조건을 제시하였다. 정립된 시험조건을 기반으로, 성능이 개선된 클램핑 볼트를 시험하였다. 시험조건을 확인한 결과 기존 제품보다 최소 168% 내구성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 본 연구는 휠 조립체의 내구시험 방법과 클램핑 볼트를 개발하는 과정에서 고려해야 할 요소를 제시한 것에 의미가 있다 할 수 있다.

Fig. 1. Wheel assebly(without tire)

Fig. 2. Fracture surface of bolt

Fig. 3. Schemetic of dynamic radial fatigue test

Fig. 4. Tire tread surface swelling caused by heat

Fig. 5. Shapes of SNCM439 and SCM440 bolts

Fig. 6. Serration length contacting outer rim

Fig. 7. Lock nut deformation method

Fig. 8. Schemetic of Bolt fatigue test

Fig. 9. Tensile load of bolt fatigue test

Table 1. Acceleration Factor(K) and Cycles

Table 2. Chemical components of bolt materials

Table 3. Endurance test results(unit : cycle)

Table 4. Radial fatigue test results of Model 2 bolt(unit : cycle)