W rozwoju sprzętu mobilnego i platform zautomatyzowanych kierownica, jako element, który jednocześnie pełni funkcje napędowe i kierownicze, bezpośrednio wpływa na jej nośność{{0}, odporność na zużycie, zdolność dostosowywania się do środowiska i ogólną żywotność poprzez dobór materiałów. Różne scenariusze zastosowań mają różne wymagania dotyczące wytrzymałości, właściwości ciernych, odporności na korozję i lekkiego poziomu kierownic. Dlatego podczas projektowania i procesu produkcyjnego materiały muszą być dobrane naukowo w oparciu o warunki pracy, aby osiągnąć optymalną równowagę między wydajnością a kosztami.
Główna konstrukcja kierownicy składa się zazwyczaj z piasty, bieżnika, obudowy łożyska i łączników układu kierowniczego, przy czym każdy element ma swój własny dobór materiału. Piasta, będąca głównym elementem przenoszącym obciążenie i przekazującą moc, jest często wykonana z-stali stopowej o wysokiej wytrzymałości lub-stopu aluminium o wysokiej wytrzymałości. Stal stopowa charakteryzuje się doskonałą odpornością na uderzenia i zmęczenie, dzięki czemu nadaje się do stosowania w-pojazdach przemysłowych o dużym obciążeniu i w warunkach częstego-zatrzymywania się; stop aluminium natomiast znacznie zmniejsza wagę, zapewniając jednocześnie wystarczającą wytrzymałość, co korzystnie wpływa na poprawę efektywności energetycznej i dynamiki reakcji, i jest szeroko stosowany w lekkich robotach logistycznych i pojazdach serwisowych.
Bieżnik to część, która bezpośrednio styka się z podłożem, a jego materiał decyduje o przyczepności kierownicy, odporności na zużycie i skuteczności amortyzacji. Typowe materiały obejmują kauczuk naturalny, kauczuk syntetyczny (taki jak kauczuk neoprenowy i kauczuk poliuretanowy) oraz kompozyty polimerowe. Kauczuk naturalny ma dobrą elastyczność i przyczepność, ale jest podatny na starzenie się pod wpływem oleju lub promieniowania UV. Kauczuk syntetyczny, dzięki dostosowaniu składu, może łączyć odporność na olej, odporność na warunki atmosferyczne i odporność na rozdarcie, dzięki czemu nadaje się do złożonych środowisk przemysłowych. Kauczuk poliuretanowy wyróżnia się wysoką odpornością na zużycie i umiarkowaną twardością, znacznie zmniejszając opory toczenia i wydłużając żywotność na gładkich, twardych powierzchniach. W przypadku scenariuszy wymagających-antystatyki lub czystości, do formuły bieżnika można dodać wypełniacze przewodzące lub polimery o niskim-wycieku, aby spełnić określone specyfikacje operacyjne.
Obudowa łożyska i mechanizm kierowniczy wymagają materiałów zapewniających odporność na zużycie, korozję i stabilność wymiarową. Zazwyczaj stosuje się-obrobioną cieplnie stal węglową lub stal nierdzewną. Ten pierwszy jest-opłacalny i ma wystarczającą wytrzymałość w większości warunków pracy, podczas gdy drugi utrzymuje doskonałą odporność na korozję w środowiskach wilgotnych, kwaśnych, zasadowych lub w środowisku o wysokiej- mgle solnej, zmniejszając opór obrotowy i zwiększony prześwit spowodowany rdzą. W zastosowaniach wymagających-wysokiej prędkości, wymagających zmniejszonej bezwładności obrotowej, często wybiera się lekkie stopy z obróbką utwardzania powierzchniowego, aby zrównoważyć wytrzymałość i wydajność dynamiczną.
W specjalnych środowiskach do produkcji piast lub bieżników kół stosuje się materiały kompozytowe i modyfikowane polimery. Na przykład kompozyty wzmocnione włóknem węglowym zapewniają wyjątkową lekkość przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości, dzięki czemu nadają się do-najwyższej klasy pojazdów AGV i precyzyjnych platform mobilnych. Zmodyfikowane konstrukcyjne tworzywa sztuczne charakteryzujące się-samosmarowaniem, niskim-hałasem i odpornością na korozję chemiczną-są stosowane w pomieszczeniach czystych lub na liniach produkcji żywności, gdzie rygorystyczna jest kontrola hałasu i zanieczyszczeń.
Oprócz podstawowych właściwości mechanicznych, podczas doboru należy kompleksowo ocenić stabilność termiczną materiału,-wytrzymałość w niskich temperaturach i zgodność ze środkami smarnymi. Na przykład w chłodniach lub w środowiskach roboczych o niskiej-temperaturze należy priorytetowo traktować mieszanki gumowe o niższych temperaturach zeszklenia i mniejszej kruchości w niskich temperaturach. W środowiskach-o wysokiej temperaturze pieczenia lub promieniowania cieplnego należy upewnić się, że odkształcenie termiczne piasty koła i materiałów bieżnika jest pod kontrolą, aby zapobiec wpływowi niestabilności wymiarowej na dokładność kierowania.
Ogólnie rzecz biorąc, wybór głównych materiałów na kierownice jest sztuką inżynieryjną, która ma na celu optymalną równowagę między wytrzymałością, wagą, odpornością na zużycie, możliwością dostosowania do środowiska i kosztami. Odpowiednio dobierając materiały i warunki pracy, można nie tylko poprawić niezawodność i żywotność kierownicy, ale także zoptymalizować efektywność energetyczną i właściwości jezdne całego pojazdu, zapewniając solidną gwarancję stabilnego działania mobilnych systemów automatyki w różnych złożonych środowiskach.
