月壤采樣鉆具限幅機構(gòu)設計與力學分析.pdf

1、本文以我國正在實施的月面鉆取采樣裝置的研制為工程背景，以鉆具限幅機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計、力學分析及及試驗驗證為主要研究內(nèi)容，針對采樣鉆具的任務需求、工作環(huán)境及具體的結(jié)構(gòu)形式，采用航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計、動力學分析和環(huán)境模擬試驗驗證方法，研制了一種可解鎖式鉆具支撐結(jié)構(gòu)——鉆具限幅機構(gòu)。
　　以鉆取采樣裝置任務需求為基礎，開展限幅機構(gòu)方案設計研究。在多方案綜合比較分析的基礎上，提出了一種新型定點解鎖式鉆具限幅方案。該方案保證在空間運輸及淺層鉆進階段

2、的限幅導向，并在鉆進后半段完成解鎖避讓。
　　針對限幅機構(gòu)優(yōu)選方案，進行限幅機構(gòu)結(jié)構(gòu)詳細設計及力學參數(shù)分析。以鋼球鎖釋組件為研究對象，進行力學分析，確定其摩擦類型轉(zhuǎn)換的邊界條件，給出預緊力估計公式，以提高解鎖力穩(wěn)定性為目標匹配各構(gòu)件摩擦系數(shù)；對包括鎖合組件、限幅環(huán)、支撐架在內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)進行相應設計及優(yōu)化；以限幅機構(gòu)為研究對象，進行剛度強度性能分析，分析其在不同工況下的承載能力；以結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容為基礎，研制限幅機構(gòu)試驗樣機。
　

3、　將限幅機構(gòu)作為鉆具支撐系統(tǒng)的一部分，分析其與鉆具的相互作用關系。根據(jù)鉆具的結(jié)構(gòu)尺寸及支撐形式，對鉆具及其支撐系統(tǒng)進行力學簡化；基于Euler-Bernoulli梁理論建立多點支撐預應力鉆具剛度力學模型，分析軸向預緊與徑向限幅對鉆具剛度的影響；以限幅環(huán)約束下的鉆具為研究對象，考慮支撐間隙的影響，采用力學分析與動力學仿真相結(jié)合的方法，分析典型工況下鉆具的動力響應，并估算動力沖擊載荷；基于Hertz接觸理論，結(jié)合有限元仿真，分析螺旋翼與鉆桿