月球車車輪驅(qū)動(dòng)性能及其綜合評(píng)價(jià)的研究.pdf

1、作為月球車直接與月壤接觸的部件，車輪不僅起到承載月球車的整體重量，產(chǎn)生牽引力，反饋必要的月面地形信息的作用，而且對(duì)月球車的運(yùn)動(dòng)能力、轉(zhuǎn)向靈活性、適應(yīng)月面地形的能力具有極其重要的影響。因此，深入研究輪-地接觸力學(xué)特性，分析車輪的驅(qū)動(dòng)性能，對(duì)于研制出高通過(guò)性的車輪，并對(duì)月球車整車動(dòng)力學(xué)分析、仿真、路徑規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)的研究具有重要的意義。本文主要進(jìn)行月球車車輪在類月壤環(huán)境中的驅(qū)動(dòng)性能理論、仿真與實(shí)驗(yàn)，以及車輪驅(qū)動(dòng)性能綜合評(píng)價(jià)的研究。
　

2、　為了給車輪驅(qū)動(dòng)性能的理論研究及仿真分析提供必要的沙土參數(shù)，并為月壤參數(shù)的測(cè)量提供方法參考，建立沙土參數(shù)與沙土抗剪切性能及承壓性能間的理論表達(dá)式。根據(jù)理論公式中各參變量對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求，搭建沙土參數(shù)及車輪驅(qū)動(dòng)性能綜合測(cè)試系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)進(jìn)行沙土的承壓及剪切實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，獲得實(shí)驗(yàn)用沙土參數(shù)。
　　基于地面力學(xué)理論建立車輪構(gòu)型參數(shù)、沙土參數(shù)、載荷、滑轉(zhuǎn)率和車輪牽引性能及轉(zhuǎn)向性能間的數(shù)學(xué)模型，分析車輪構(gòu)型參數(shù)對(duì)車輪牽

3、引性能及轉(zhuǎn)向性能的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該理論模型的在預(yù)測(cè)車輪掛鉤牽引力、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)向阻力矩的正確性。該理論模型可作為車輪構(gòu)型參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及車輪驅(qū)動(dòng)性能評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)。
　　利用散體力學(xué)極限平衡理論分析車輪的齒片與沙土接觸時(shí)，沙土的變形及受力狀況，以此分析齒片同沙土相互作用的力學(xué)模型，推導(dǎo)帶有齒片車輪的牽引性能模型。通過(guò)分析多齒片同沙土同時(shí)接觸時(shí)齒片切削沙土的最佳狀態(tài)，建立齒片高度與齒片個(gè)數(shù)間合理組合的關(guān)系式。利用不同車輪滑轉(zhuǎn)率下

4、齒片參數(shù)對(duì)車輪牽引性能及轉(zhuǎn)向性能影響的實(shí)驗(yàn)研究，得出直齒片參數(shù)、斜齒片參數(shù)及互成角度齒片參數(shù)對(duì)車輪驅(qū)動(dòng)性能的影響關(guān)系。同時(shí)，分析車輪驅(qū)動(dòng)性能及牽引效率隨車輪滑轉(zhuǎn)率的變化關(guān)系，為控制車輪驅(qū)動(dòng)時(shí)滑轉(zhuǎn)率的選擇提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考。該項(xiàng)研究為分析齒片參數(shù)對(duì)車輪驅(qū)動(dòng)性能的影響，建立齒片同沙土接觸力學(xué)仿真及合理選擇齒片的參數(shù)提供數(shù)據(jù)參考與理論依據(jù)。
　　為了進(jìn)一步直觀有效地反映車輪在不同滑轉(zhuǎn)率和齒片參數(shù)下與沙土接觸時(shí)車輪對(duì)沙土的擾動(dòng)特性，模擬低重

5、力條件下齒片效應(yīng)對(duì)車輪驅(qū)動(dòng)特性的影響，建立基于離散元仿真的車輪運(yùn)動(dòng)特性仿真模型。通過(guò)仿真得到車輪與沙土顆粒接觸時(shí)的應(yīng)力分布關(guān)系，以及運(yùn)動(dòng)特性關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真模型的正確性。該仿真模型作為研究車輪驅(qū)動(dòng)特性的一種方法，完善輪－地接觸力學(xué)特性分析方法。
　　最后本論文在分析車輪驅(qū)動(dòng)特性的理論研究、實(shí)驗(yàn)與仿真分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車輪驅(qū)動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)的研究。基于量綱分析法確定車輪-月壤接觸系統(tǒng)參數(shù)間的無(wú)量綱關(guān)系，確定車輪驅(qū)動(dòng)