从无人探月到载人探月是我国未来探月工程任务的必然趋势。载人月球车能够搭载宇航员、采样和科学仪器等实现高承载、较大移动速度和较长行驶距离的探测任务,其车轮作为关键组成部件之一,与月球表面直接接触并反馈地形信息,对于载人月球车适应复杂的月面地形环境具有非常重要的作用。目前,国内开展的相关研究并不多。试验是开展车轮设计十分重要的技术手段,它能验证车轮性能的好坏,也能通过试验分析影响车轮性能的因素,使车轮的设计更具有针对性。为使载人月球车的车轮具有良好的吸振性、行驶平顺性、乘坐舒适性和良好的驱动性能,使月球车能够按照预定的轨迹行驶,车轮具有较好的牵引性能才能产生足够的牵引力,良好的转向灵活性使车轮能够及时避让障碍物,本文从牵引性能和转向性能两方面对车轮进行了驱动性能试验研究,在此基础上,进行载人月球车金属弹性车轮的结构设计。尺寸参数(直径和宽度)、轮刺参数(轮刺高度和轮刺数量)和运行参数(垂直载荷和行驶速度)对车轮的驱动性能有很大的影响,本文通过改变单一参数的方法,研究该参数的变化对车轮驱动性能影响。增大各结构参数和垂直载荷均能有效提高车轮的牵引性能,但影响程度和方式却不同,与增加直径相比,宽度增加时车轮的能量损耗更低,效率更高;轮刺参数的增加在提高车轮牵引性能的同时,车轮振动的频率和幅度明显变大;弹性车轮和刚性车轮的对比分析表明,弹性车轮的牵引性能比刚性车轮更好。宽度和轮刺高度增加时车轮的转向性能降低的更显著,但对转向性能的影响不如对牵引性能影响的程度大。弹性车轮的驱动性能明显好于刚性车轮,因此载人月球车采用弹性车轮。本文设计了多种弹性车轮的结构方案,经对比分析确定最佳的设计方案,并结合对车轮驱动性能的试验研究,进行了载人月球车金属弹性车轮的结构参数设计,满足载人月球车车轮的功能和技术指标要求。利用Pro/E进行了载人月球车金属弹性车轮的结构设计,并使用ANSYS软件对设计的车轮及其关键部件进行了有限元分析,车轮的强度和刚度满足设计要求,为载人月球车的车轮结构提供了重要的有价值的参考。