本文關(guān)鍵詞：載人月球車懸架與車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究

  更多相關(guān)文章： 載人月球車 可折展移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型綜合 可折展雙橫臂扭桿彈簧懸架 金屬彈性篩網(wǎng)輪 性能分析

【摘要】：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(dá)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(duì)象的不同,與無人月球車在移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型、移動(dòng)性能等研究有很大不同,作為行駛在月面上的特殊電動(dòng)運(yùn)輸平臺(tái),對(duì)載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性提出了更高的要求,為此需要對(duì)載人月球探測車可折展移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的理論及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行較為深入的研究。本文以載人月球車可折展懸架與車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究為對(duì)象,通過可折展移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型綜合、移動(dòng)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(jì)方法研究、移動(dòng)系統(tǒng)搭建、移動(dòng)性能仿真與實(shí)驗(yàn)等,旨在設(shè)計(jì)出滿足設(shè)計(jì)約束的載人月球車可折展移動(dòng)系統(tǒng),力圖為載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論和技術(shù)支持。載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)按機(jī)構(gòu)學(xué)和多體動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn),可折展車架可看作串聯(lián)機(jī)構(gòu),可折展懸架為多支路并聯(lián)機(jī)構(gòu),移動(dòng)系統(tǒng)為串并混聯(lián)機(jī)構(gòu),利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)渚C合相關(guān)理論,基于回路秩分配對(duì)車架、懸架進(jìn)行機(jī)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(duì)于雙軸四輪載人月球車移動(dòng)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(jī)構(gòu)有機(jī)的聯(lián)系在一起。適當(dāng)簡化移動(dòng)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(diǎn)激勵(lì)車輛振動(dòng)模型,通過仿真分析,得到懸架及車輪主要性能參數(shù)對(duì)載人月球車平順性能的影響分析�；谳d人月球車移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行頂起失效、觸頭失效、坡道行駛、越障及越壕溝等進(jìn)行了分析,以保證載人月球車移動(dòng)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(jì)相當(dāng)復(fù)雜。在保證車輪上下跳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)存在耦合作用,尤其是懸架大轉(zhuǎn)角折展過程對(duì)車輪定位參數(shù)的影響,更增加了設(shè)計(jì)難度。應(yīng)用四步設(shè)計(jì)法,利用當(dāng)量機(jī)構(gòu)平面法的基本原理,將空間多連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向及水平面內(nèi)的平面多桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化仿真,獲得滿足各種約束條件的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)向橫拉桿斷開點(diǎn)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(gè)方面入手,增加對(duì)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(duì)上下橫臂雙扭桿的剛度匹配問題進(jìn)行分析,以設(shè)計(jì)出滿足懸架性能要求的扭桿彈簧。作為載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)和月面環(huán)境間的物理接口,車輪對(duì)載人月球車的移動(dòng)性能具有決定性作用。其結(jié)構(gòu)特殊,采用輪轂電機(jī),集驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)于一體,可基于輪地力學(xué)理論,對(duì)單輪驅(qū)動(dòng)扭矩及功率進(jìn)行分析和修正。對(duì)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(diǎn)約束的有限元仿真的方法,分析相關(guān)因素的影響,對(duì)組合式輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。并通過試驗(yàn)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(duì)從機(jī)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(jī)移動(dòng)系統(tǒng)的搭建,進(jìn)行移動(dòng)性能仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在地面重力條件下,對(duì)載人月球車進(jìn)行了折展功能實(shí)驗(yàn)。對(duì)地月不同重力加速度條件下載人月球車相關(guān)移動(dòng)性能進(jìn)行對(duì)比分析�；诜抡娼Y(jié)果,利用室外松散沙土模擬月壤進(jìn)行地面重力條件下越障、爬坡等可通過性能相關(guān)試驗(yàn),為后續(xù)更深入開展載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)研究奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：載人月球車 可折展移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型綜合 可折展雙橫臂扭桿彈簧懸架 金屬彈性篩網(wǎng)輪 性能分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V476.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第1章 緒論16-32
• 1.1 課題研究的意義16
• 1.2 載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 無可增壓裝置載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型研究現(xiàn)狀17
• 1.2.2 有可增壓裝置載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3 車輛平順性研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 車輪構(gòu)型及設(shè)計(jì)理論研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.1 車輪構(gòu)型研究現(xiàn)狀23-25
• 1.4.2 車輪設(shè)計(jì)理論及方法25-27
• 1.5 車輛懸架構(gòu)型及設(shè)計(jì)理論研究現(xiàn)狀27-30
• 1.5.1 懸架構(gòu)型研究現(xiàn)狀27-29
• 1.5.2 懸架相關(guān)設(shè)計(jì)方法29-30
• 1.6 課題來源及研究的主要內(nèi)容30-32
• 第2章 載人月球車可折展移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型綜合32-51
• 2.1 引言32
• 2.2 系統(tǒng)構(gòu)型綜合約束條件及折展功能實(shí)現(xiàn)方式32-37
• 2.2.1 構(gòu)型綜合相關(guān)基本定義33-35
• 2.2.2 移動(dòng)系統(tǒng)折展功能實(shí)現(xiàn)方式35-37
• 2.2.3 構(gòu)型綜合約束條件37
• 2.3 可折展車架串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合37
• 2.4 可折展懸架并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合37-47
• 2.4.1 基于回路秩分配的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合38-39
• 2.4.2 確定懸架支路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型39-41
• 2.4.3 分配懸架各基本回路的秩41-42
• 2.4.4 確定懸架支路組合方案42-45
• 2.4.5 懸架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型選擇45-47
• 2.5 車架及懸架串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合47-50
• 2.6 本章小結(jié)50-51
• 第3章 移動(dòng)系統(tǒng)平順性及可通過性能分析51-79
• 3.1 引言51
• 3.2 懸架與車輪主要參數(shù)及分析方法51-52
• 3.3 基于性能參數(shù)的載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)平順性分析52-65
• 3.3.1 兩自由度單點(diǎn)激勵(lì)模型及振動(dòng)響應(yīng)量的幅頻特性53-57
• 3.3.2 懸架與車輪主要性能參數(shù)對(duì)平順性影響分析57-63
• 3.3.3 基于平順性懸架阻尼比可行設(shè)計(jì)區(qū)域63-65
• 3.4 基于結(jié)構(gòu)參數(shù)的載人月球車可通過性能分析65-78
• 3.4.1 頂起失效與觸頭失效的幾何條件65-67
• 3.4.2 載人月球車坡道行駛能力分析67-70
• 3.4.3 載人月球車越障能力分析70-77
• 3.4.4 載人月球車越過壕溝能力分析77-78
• 3.5 本章小結(jié)78-79
• 第4章 可折展雙橫臂扭桿彈簧獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)79-109
• 4.1 引言79
• 4.2 可折展懸架設(shè)計(jì)約束、組成及結(jié)構(gòu)分析79-82
• 4.2.1 懸架設(shè)計(jì)約束79-80
• 4.2.2 懸架組成及結(jié)構(gòu)分析80-81
• 4.2.3 可折展性對(duì)懸架設(shè)計(jì)的影響81-82
• 4.3 可折展懸架空間連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析82-94
• 4.3.1 基于當(dāng)量平面機(jī)構(gòu)法的懸架橫向平面投影的四步設(shè)計(jì)法82-88
• 4.3.2 基于當(dāng)量平面機(jī)構(gòu)法的懸架水平面投影分析88-90
• 4.3.3 懸架空間連桿機(jī)構(gòu)硬點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究及雙目標(biāo)優(yōu)化90-94
• 4.4 可折展雙橫臂獨(dú)立懸架彈性元件設(shè)計(jì)與分析94-107
• 4.4.1 扭桿彈簧特點(diǎn)及設(shè)計(jì)輸入輸出關(guān)系94
• 4.4.2 不同布置方式扭桿彈簧特性分析94-100
• 4.4.3 可折展懸架雙置式扭桿相關(guān)特性分析100-107
• 4.5 本章小結(jié)107-109
• 第5章 金屬彈性篩網(wǎng)輪設(shè)計(jì)109-132
• 5.1 引言109
• 5.2 金屬彈性篩網(wǎng)輪設(shè)計(jì)約束及技術(shù)指標(biāo)109-113
• 5.2.1 金屬彈性篩網(wǎng)輪設(shè)計(jì)約束109-110
• 5.2.2 金屬彈性篩網(wǎng)輪構(gòu)型特點(diǎn)110-113
• 5.3 單輪輪地作用分析113-121
• 5.3.1 考慮彈性變形量的輪地作用模型113-116
• 5.3.2 考慮篩網(wǎng)參數(shù)的輪地作用模型116-119
• 5.3.3 單輪驅(qū)動(dòng)扭矩及功率分析119-121
• 5.4 金屬彈性篩網(wǎng)輪本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析121-129
• 5.4.1 輪體主要結(jié)構(gòu)尺寸影響因素分析121-123
• 5.4.2 基于多點(diǎn)約束的車輪主要組成部件有限元分析123-128
• 5.4.3 篩網(wǎng)熱處理成形及裝配工藝128-129
• 5.5 金屬篩網(wǎng)輪基本性能測試129-131
• 5.6 本章小結(jié)131-132
• 第6章 載人月球車移動(dòng)系統(tǒng)搭建及性能實(shí)驗(yàn)132-156
• 6.1 引言132
• 6.2 載人月球車地面原理樣機(jī)移動(dòng)系統(tǒng)搭建132-139
• 6.2.1 移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)132-133
• 6.2.2 機(jī)械系統(tǒng)基本組成133-136
• 6.2.3 控制系統(tǒng)基本框架136-139
• 6.3 折展功能實(shí)驗(yàn)139-143
• 6.3.1 地面折展實(shí)驗(yàn)輔助裝置139-140
• 6.3.2 折疊角度及折展包絡(luò)尺寸測量140-142
• 6.3.3 移動(dòng)系統(tǒng)展開過程分解142-143
• 6.4 載人月球車移動(dòng)性能仿真分析143-149
• 6.4.1 仿真相關(guān)參數(shù)設(shè)置144-145
• 6.4.2 爬坡性能仿真145-147
• 6.4.3 越障性能仿真147-149
• 6.5 地面重力條件載人月球車移動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)研究149-155
• 6.5.1 室外模擬月壤水平移動(dòng)性能相關(guān)實(shí)驗(yàn)149-151
• 6.5.2 室外模擬月壤轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)151-153
• 6.5.3 載人月球車爬坡實(shí)驗(yàn)153-154
• 6.5.4 載人月球車越障實(shí)驗(yàn)154-155
• 6.6 本章小結(jié)155-156
• 結(jié)論156-158
• 參考文獻(xiàn)158-166
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文166-168
• 致謝168-170
• 個(gè)人簡歷170

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本文編號(hào)：1039544