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

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

2、人月球車可折展懸架與車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能研究為對象，通過可折展移動系統(tǒng)構(gòu)型綜合、移動系統(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)計方法研究、移動系統(tǒng)搭建、移動性能仿真與實驗等，旨在設(shè)計出滿足設(shè)計約束的載人月球車可折展移動系統(tǒng)，力圖為載人月球車移動系統(tǒng)設(shè)計提供理論和技術(shù)支持。
　　載人月球車移動系統(tǒng)按機構(gòu)學(xué)和多體動力學(xué)的觀點，可折展車架可看作串聯(lián)機構(gòu)，可折展懸架為多支路并聯(lián)機構(gòu)，移動系統(tǒng)為串并混聯(lián)機構(gòu)，利用并聯(lián)機構(gòu)拓?fù)渚C合相關(guān)理

3、論，基于回路秩分配對車架、懸架進行機構(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。
　　對于雙軸四輪載人月球車移動系統(tǒng)，車身和車輪通過彈性元件、阻尼元件以及懸架導(dǎo)向機構(gòu)有機的聯(lián)系在一起。適當(dāng)簡化移動系統(tǒng)，研究其主要因素，忽略其次要因素，建立兩自由度單點激勵車輛振動模型，通過仿真分析，得到懸架及車輪主要性能參數(shù)對載人月球車平順性能的影響分析。基于載人月球車移動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對其進行頂起失效、觸頭失效

4、、坡道行駛、越障及越壕溝等進行了分析，以保證載人月球車移動系統(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)計相當(dāng)復(fù)雜。在保證車輪上下跳動過程中，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)向傳動機構(gòu)存在耦合作用，尤其是懸架大轉(zhuǎn)角折展過程對車輪定位參數(shù)的影響，更增加了設(shè)計難度。應(yīng)用四步設(shè)計法，利用當(dāng)量機構(gòu)平面法的基本原理，將空間多連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向及水平面內(nèi)的平面多桿機構(gòu)進行分析和優(yōu)化仿真，獲得滿足各種約束條件的導(dǎo)向機

5、構(gòu)及轉(zhuǎn)向橫拉桿斷開點位置參數(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方面入手，增加對大轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)懸架彈性性能的分析，并結(jié)合力學(xué)模型對上下橫臂雙扭桿的剛度匹配問題進行分析，以設(shè)計出滿足懸架性能要求的扭桿彈簧。
　　作為載人月球車移動系統(tǒng)和月面環(huán)境間的物理接口，車輪對載人月球車的移動性能具有決定性作用。其結(jié)構(gòu)特殊，采用輪轂電機，集驅(qū)動傳動于一體，可基于輪地力學(xué)理論，對單輪驅(qū)動扭矩及功率進行分

6、析和修正。對于車輪本體，組合式輪轂及關(guān)鍵部件可采用力學(xué)分析和基于多點約束的有限元仿真的方法，分析相關(guān)因素的影響，對組合式輪轂結(jié)構(gòu)進行改進。并通過試驗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。
　　最后對從機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩方面完成載人月球車地面原理樣機移動系統(tǒng)的搭建，進行移動性能仿真分析及實驗驗證。在地面重力條件下，對載人月球車進行了折展功能實驗。對地月不同重力加速度條件下載人月球車相關(guān)移動性