基于驱动性能试验的载人月球车车轮结构设计

发布时间：2017-07-26 04:13

  本文关键词：基于驱动性能试验的载人月球车车轮结构设计

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【摘要】：从无人探月到载人探月是我国未来探月工程任务的必然趋势。载人月球车能够搭载宇航员、采样和科学仪器等实现高承载、较大移动速度和较长行驶距离的探测任务,其车轮作为关键组成部件之一,与月球表面直接接触并反馈地形信息,对于载人月球车适应复杂的月面地形环境具有非常重要的作用。目前,国内开展的相关研究并不多。试验是开展车轮设计十分重要的技术手段,它能验证车轮性能的好坏,也能通过试验分析影响车轮性能的因素,使车轮的设计更具有针对性。为使载人月球车的车轮具有良好的吸振性、行驶平顺性、乘坐舒适性和良好的驱动性能,使月球车能够按照预定的轨迹行驶,车轮具有较好的牵引性能才能产生足够的牵引力,良好的转向灵活性使车轮能够及时避让障碍物,本文从牵引性能和转向性能两方面对车轮进行了驱动性能试验研究,在此基础上,进行载人月球车金属弹性车轮的结构设计。尺寸参数(直径和宽度)、轮刺参数(轮刺高度和轮刺数量)和运行参数(垂直载荷和行驶速度)对车轮的驱动性能有很大的影响,本文通过改变单一参数的方法,研究该参数的变化对车轮驱动性能影响。增大各结构参数和垂直载荷均能有效提高车轮的牵引性能,但影响程度和方式却不同,与增加直径相比,宽度增加时车轮的能量损耗更低,效率更高;轮刺参数的增加在提高车轮牵引性能的同时,车轮振动的频率和幅度明显变大;弹性车轮和刚性车轮的对比分析表明,弹性车轮的牵引性能比刚性车轮更好。宽度和轮刺高度增加时车轮的转向性能降低的更显著,但对转向性能的影响不如对牵引性能影响的程度大。弹性车轮的驱动性能明显好于刚性车轮,因此载人月球车采用弹性车轮。本文设计了多种弹性车轮的结构方案,经对比分析确定最佳的设计方案,并结合对车轮驱动性能的试验研究,进行了载人月球车金属弹性车轮的结构参数设计,满足载人月球车车轮的功能和技术指标要求。利用Pro/E进行了载人月球车金属弹性车轮的结构设计,并使用ANSYS软件对设计的车轮及其关键部件进行了有限元分析,车轮的强度和刚度满足设计要求,为载人月球车的车轮结构提供了重要的有价值的参考。
【关键词】：载人月球车 车轮 牵引性能 转向性能 结构设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V476.3;V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题来源及研究背景和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-21
• 1.2.1 国外载人月球车车轮研究现状11-15
• 1.2.2 国外无人星球探测车车轮研究现状15-19
• 1.2.3 国内无人星球探测车车轮研究现状19-21
• 1.3 本课题的主要研究内容21-22
• 第2章 载人月球车车轮驱动性能试验方案设计22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 月壤的物理及力学性质分析22-24
• 2.2.1 月壤的物理性质22-23
• 2.2.2 月壤的力学性质23-24
• 2.3 载人月球车车轮驱动性能测试系统24-26
• 2.3.1 车轮驱动性能测试装置24-26
• 2.3.2 控制系统和数据采集系统26
• 2.4 试验用刚性车轮设计26-30
• 2.4.1 车轮的结构设计26-28
• 2.4.2 车轮关键部件的强度校核28-29
• 2.4.3 车轮的加工与总成29-30
• 2.5 载人月球车车轮驱动性能试验方法设计30-33
• 2.5.1 车轮驱动性能指标分析30
• 2.5.2 车轮的试验参数设定30-31
• 2.5.3 试验项目分组31-32
• 2.5.4 试验过程32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 载人月球车车轮牵引性能研究34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 车轮前进力学模型概述34-36
• 3.3 尺寸参数对车轮牵引性能影响36-41
• 3.3.1 直径的影响36-39
• 3.3.2 宽度的影响39-41
• 3.4 轮刺参数对车轮牵引性能影响41-46
• 3.4.1 轮刺高度的影响41-43
• 3.4.2 轮刺数量的影响43-46
• 3.5 运行参数对车轮牵引性能影响46-47
• 3.5.1 垂直载荷的影响46-47
• 3.5.2 前进速度的影响47
• 3.6 刚性车轮与弹性筛网轮的牵引性能对比分析47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 载人月球车车轮转向性能研究50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 车轮转向力学模型概述50-52
• 4.3 尺寸参数对车轮转向性能影响52-56
• 4.3.1 直径的影响52-54
• 4.3.2 宽度的影响54-56
• 4.4 轮刺参数对车轮转向性能影响56-60
• 4.4.1 轮刺高度的影响56-58
• 4.4.2 轮刺数量的影响58-60
• 4.5 运行参数对车轮转向性能影响60-62
• 4.5.1 垂直载荷的影响60-61
• 4.5.2 转向速度的影响61-62
• 4.6 刚性车轮与弹性筛网轮的转向性能对比分析62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第5章 载人月球车金属弹性车轮结构设计64-82
• 5.1 引言64
• 5.2 载人月球车车轮的功能要求和技术指标64-65
• 5.2.1 功能要求64-65
• 5.2.2 技术指标要求65
• 5.3 载人月球车金属弹性车轮方案设计65-69
• 5.3.1 弹性胎面车轮65-66
• 5.3.2 网面编织式胎面车轮66-67
• 5.3.3 弹性轮辐式车轮67-68
• 5.3.4 在胎面与轮辋之间安装弹性机构的车轮68-69
• 5.4 载人月球车车轮结构参数设计69-77
• 5.4.1 轮刺效应分析69-72
• 5.4.2 车轮的轮刺参数设计72-75
• 5.4.3 车轮的尺寸参数设计75-77
• 5.5 载人月球车金属弹性车轮结构设计77-81
• 5.5.1 车轮结构设计77-78
• 5.5.2 车轮及其关键承力部件的有限元分析78-81
• 5.6 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-88
• 致谢88

【参考文献】

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1 尚建忠;空间探测机器人移动机构及系统研究[D];华中科技大学;2006年

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本文编号：574685