載人月球車懸架與車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、無論是在月面的短期駐留還是長(zhǎng)期居住，載人月球車都是不可缺少的重要研究媒介和探測(cè)工具，可以更高效地搭載宇航員到達(dá)距離登月艙較遠(yuǎn)的地方，有效地完成多種探測(cè)任務(wù)。載人月球探測(cè)車由于科學(xué)任務(wù)及承載對(duì)象的不同，與無人月球車在移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型、移動(dòng)性能等研究有很大不同，作為行駛在月面上的特殊電動(dòng)運(yùn)輸平臺(tái)，對(duì)載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性提出了更高的要求，為此需要對(duì)載人月球探測(cè)車可折展移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的理論及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行較為深入的研究。
　　本文以載

2、人月球車可折展懸架與車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究為對(duì)象，通過可折展移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型綜合、移動(dòng)系統(tǒng)平順性及可通過性能分析、可折展懸架與車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究、移動(dòng)系統(tǒng)搭建、移動(dòng)性能仿真與實(shí)驗(yàn)等，旨在設(shè)計(jì)出滿足設(shè)計(jì)約束的載人月球車可折展移動(dòng)系統(tǒng)，力圖為載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論和技術(shù)支持。
　　載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)按機(jī)構(gòu)學(xué)和多體動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)，可折展車架可看作串聯(lián)機(jī)構(gòu)，可折展懸架為多支路并聯(lián)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)系統(tǒng)為串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)渚C合相關(guān)理

3、論，基于回路秩分配對(duì)車架、懸架進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，由此得到六種滿足回路秩分配要求的載人月球車可折展車架及懸架四支路組合方案。
　　對(duì)于雙軸四輪載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)，車身和車輪通過彈性元件、阻尼元件以及懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有機(jī)的聯(lián)系在一起。適當(dāng)簡(jiǎn)化移動(dòng)系統(tǒng)，研究其主要因素，忽略其次要因素，建立兩自由度單點(diǎn)激勵(lì)車輛振動(dòng)模型，通過仿真分析，得到懸架及車輪主要性能參數(shù)對(duì)載人月球車平順性能的影響分析?；谳d人月球車移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行頂起失效、觸頭失效

4、、坡道行駛、越障及越壕溝等進(jìn)行了分析，以保證載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)的可通過性能。
　　載人月球車懸架子系統(tǒng)約束條件多，設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜。在保證車輪上下跳動(dòng)過程中，其定位參數(shù)在合理范圍內(nèi)變化的基礎(chǔ)上，還要考慮與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在耦合作用，尤其是懸架大轉(zhuǎn)角折展過程對(duì)車輪定位參數(shù)的影響，更增加了設(shè)計(jì)難度。應(yīng)用四步設(shè)計(jì)法，利用當(dāng)量機(jī)構(gòu)平面法的基本原理，將空間多連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向及水平面內(nèi)的平面多桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化仿真，獲得滿足各種約束條件的導(dǎo)向機(jī)

5、構(gòu)及轉(zhuǎn)向橫拉桿斷開點(diǎn)位置參數(shù)。懸架的彈性元件采用縱向布置扭桿彈簧，同樣考慮折展性的影響，從力學(xué)特性和彈性特性兩個(gè)方面入手，增加對(duì)大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)懸架彈性性能的分析，并結(jié)合力學(xué)模型對(duì)上下橫臂雙扭桿的剛度匹配問題進(jìn)行分析，以設(shè)計(jì)出滿足懸架性能要求的扭桿彈簧。
　　作為載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)和月面環(huán)境間的物理接口，車輪對(duì)載人月球車的移動(dòng)性能具有決定性作用。其結(jié)構(gòu)特殊，采用輪轂電機(jī)，集驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)于一體，可基于輪地力學(xué)理論，對(duì)單輪驅(qū)動(dòng)扭矩及功率進(jìn)行分

6、析和修正。對(duì)于車輪本體，組合式輪轂及關(guān)鍵部件可采用力學(xué)分析和基于多點(diǎn)約束的有限元仿真的方法，分析相關(guān)因素的影響，對(duì)組合式輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。并通過試驗(yàn)的方法來解決金屬彈性篩網(wǎng)熱處理成形及裝配工藝，保證車輪胎面編織及成形的一致性。
　　最后對(duì)從機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩方面完成載人月球車地面原理樣機(jī)移動(dòng)系統(tǒng)的搭建，進(jìn)行移動(dòng)性能仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在地面重力條件下，對(duì)載人月球車進(jìn)行了折展功能實(shí)驗(yàn)。對(duì)地月不同重力加速度條件下載人月球車相關(guān)移動(dòng)性