月球探測車搖臂懸架設計參數(shù)優(yōu)化與折展實驗研究.pdf

1、國內圖書分類號：V476.3學校代碼：10213國際圖書分類號：629.785密級：公開工學博士學位論文工學博士學位論文月球探測車搖臂懸架設計參數(shù)優(yōu)化與折展實驗研究博士研究生：李所軍導師：鄧宗全教授申請學位：工學博士學科：機械設計及理論所在單位：機電工程學院答辯日期：2009年12月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要月球探測車是對月球表面實施探測的重要工具。懸架是探測車的關鍵部件，它連接著車體和車輪，承受車體的重量載荷，針對懸架來開

2、展月球探測車關鍵技術的研究具有重要的理論和工程意義。搖臂懸架結構簡單，且在Sojourner和MER火星探測車中得到成功應用，因而一直是研究的重點。本文選擇該懸架為研究對象，從提高月球探測車展開狀態(tài)的移動性能、懸架輕量化設計、縮小探測車發(fā)射狀態(tài)的體積三個方面對展開搖臂懸架設計參數(shù)優(yōu)化、結構拓撲優(yōu)化及折疊懸架的折展實驗進行研究。懸架設計參數(shù)對探測車移動性能影響較大，通過懸架設計參數(shù)的優(yōu)化可提高探測車的綜合移動性能。基于月球表面地形特征，給

3、出了與探測車典型運動工況相對應的移動性能評價參數(shù)。在對搖臂探測車簡化的基礎上，給出了搖臂懸架設計參數(shù)的兩種表示方法。針對探測車運動時質心不斷變化的問題，計算了探測車的質心域。通過對搖臂探測車的抗傾翻性、幾何通過性和移動平穩(wěn)性分析，建立探測車移動性能的參數(shù)模型，得到了以懸架設計參數(shù)表示的探測車移動性能評價參數(shù)?；谔綔y車移動性能參數(shù)模型，以探測車越障工況時電機的最大輸出功率、崎嶇工況時車體的垂直位移和俯仰角為多目標函數(shù)，以抗傾翻性能和幾何

4、通過性能為約束條件，建立了懸架設計參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學模型，利用序列二次規(guī)劃法（SQP）進行了懸架設計參數(shù)的優(yōu)化，得到展開狀態(tài)搖臂懸架的最優(yōu)參數(shù)，通過對懸架初始值和最終設計值時目標函數(shù)的對比分析，驗證了懸架設計參數(shù)優(yōu)化對提高探測車移動性能的有效性?；趹壹茌p量化設計，以最小柔度和最大固有頻率為目標，體積分數(shù)為約束條件，利用變密度法，對懸架進行靜力學、動力學及動靜聯(lián)合結構拓撲優(yōu)化，得到了懸架最優(yōu)拓撲結構。選取體積分數(shù)為0.2的拓撲優(yōu)化結果，確定

5、展開狀態(tài)下?lián)u臂和擺桿的結構尺寸，通過有限元分析，驗證結構的合理性。針對探測車工作狀態(tài)體積與發(fā)射狀態(tài)之間的矛盾，根據(jù)可折疊懸架展開的特點及設計要求，進行了搖臂懸架的方案設計。通過模糊綜合評價確定綜合性能最優(yōu)的折疊方案，在此基礎上，設計了一種新型彈簧驅動的折疊搖臂懸架，并進行了懸架展開過程的動力學分析和折疊狀態(tài)和展開狀態(tài)的折疊懸架進行了前4階模態(tài)對比分析。分析結果表明，增大阻尼、車輪制動可使懸架展開時車體的加速度明顯減小，懸架折疊后不但縮小