月面“四轮三轴”移动系统设计与分析

论文摘要

我国探月工程分为“绕”,“落”,“回”三个阶段,其中“落”即降落至月球表面,包括月面软着陆和月面巡视探测。月面巡视探测器（以下简称巡视器）即为月面巡视探测的主体。巡视器由移动系统搭载科学仪器实现月面移动和科学考察。作为巡视器的移动功能子系统,移动系统必须能适应恶劣的月面环境,包括大的温差变化（-180℃-+150℃）、高真空（10-9Pa～10-13Pa）、低重力（g/6）等,并同时具有高移动性能和高可靠性。另外,月面环境极度复杂和不可知。因此,月面移动系统的设计既关键又艰巨。本文将开展一种新型的月面“四轮三轴”移动系统研究。目的是为我国探月二期工程巡视器移动分系统提供备选方案。首先,本文按照探月二期工程的任务要求和总体约束条件,提出了一种新型的月面“四轮三轴”移动系统方案,完成了该移动系统的设计,包括方案设计、关键零部件设计、防漏热设计、密封与润滑等,同时,本文提出了一种新型的轮面构型,并介绍了其抗沉陷原理；接着,本文在ANSYS环境下建立了“四轮三轴”移动系统的力学模型,对该移动系统进行了力学分析与校核,包括关键零部件的力学校核和移动系统谐振分析,同时还对巡视器底板和巡视器固定台进行了力学分析；最后,本文对“四轮三轴”移动系统的移动性能进行了分析,包括静态稳定性、路面适应性、越障能力、故障模式适应性、驱动效率、牵引性能和电机功耗等,并与六轮移动系统方案进行了对比。该移动系统能较好的满足月面环境的要求,并具有质量小、可靠性高、机动性好、故障模式适应性好等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究意义和目的
• 1.2 移动系统车架研究现状
• 1.2.1 扭杆独立悬架式车架
• 1.2.2 摇臂-转向架式
• 1.2.3 平行架-叉形架悬架式车架
• 1.2.4 其他车架构型移动系统
• 1.3 移动系统车轮研究现状
• 1.3.1 刚性沙壤轮
• 1.3.2 步行与跨步轮
• 1.3.3 弹性沙壤轮
• 1.3.4 可膨胀沙壤轮
• 1.4 本章小结
• 1.5 本文主要内容
• 第2章 “四轮三轴”移动系统结构设计
• 2.1 坐标系的定义
• 2.2 “四轮三轴”移动系统方案
• 2.2.1 移动系统组成
• 2.2.2 移动系统结构参数
• 2.2.3 轮载设计
• 2.2.4 前轮部件
• 2.2.5 后车架部件
• 2.2.6 转向机构
• 2.2.7 行进机构
• 2.2.8 车轮
• 2.3 防漏热设计
• 2.4 密封与润滑
• 2.5 本章小结
• 第3章 “四轮三轴”移动系统力学分析与校核
• 3.1 力学环境条件
• 3.2 移动系统强度校核
• 3.3 移动系统谐振分析
• 3.4 巡视器底板力学分析
• 3.4.1 发射过程
• 3.4.2. 巡视过程
• 3.5 巡视器固定台过载分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 “四轮三轴”移动系统性能分析
• 4.1 巡视器静态稳定性分析
• 4.1.1 静态稳定性判断准则
• 4.1.2 移动系统静态稳定性评估
• 4.1.3 移动系统静态稳定性比较
• 4.2 路面适应性分析
• 4.3 越障能力分析
• 4.4 故障模式适应性分析
• 4.4.1 驱动系统故障
• 4.4.2 车轮沉陷故障
• 4.5 牵引性能分析
• 4.5.1 刚性轮与月壤接触理论
• 4.5.2 挂钩牵引力的计算
• 4.5.3 牵引力和平均接触压力比较
• 4.6 行进驱动电机能耗分析
• 4.6.1 分析条件
• 4.6.2 计算理论
• 4.6.3 对比分析
• 4.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢