月球車車輪驅(qū)動性能及其綜合評價的研究.pdf

1、作為月球車直接與月壤接觸的部件，車輪不僅起到承載月球車的整體重量，產(chǎn)生牽引力，反饋必要的月面地形信息的作用，而且對月球車的運動能力、轉(zhuǎn)向靈活性、適應(yīng)月面地形的能力具有極其重要的影響。因此，深入研究輪-地接觸力學(xué)特性，分析車輪的驅(qū)動性能，對于研制出高通過性的車輪，并對月球車整車動力學(xué)分析、仿真、路徑規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)的研究具有重要的意義。本文主要進行月球車車輪在類月壤環(huán)境中的驅(qū)動性能理論、仿真與實驗，以及車輪驅(qū)動性能綜合評價的研究。
　

2、　為了給車輪驅(qū)動性能的理論研究及仿真分析提供必要的沙土參數(shù)，并為月壤參數(shù)的測量提供方法參考，建立沙土參數(shù)與沙土抗剪切性能及承壓性能間的理論表達式。根據(jù)理論公式中各參變量對測試系統(tǒng)的要求，搭建沙土參數(shù)及車輪驅(qū)動性能綜合測試系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)進行沙土的承壓及剪切實驗，對實驗數(shù)據(jù)進行回歸統(tǒng)計分析，獲得實驗用沙土參數(shù)。
　　基于地面力學(xué)理論建立車輪構(gòu)型參數(shù)、沙土參數(shù)、載荷、滑轉(zhuǎn)率和車輪牽引性能及轉(zhuǎn)向性能間的數(shù)學(xué)模型，分析車輪構(gòu)型參數(shù)對車輪牽

3、引性能及轉(zhuǎn)向性能的影響。通過實驗驗證該理論模型的在預(yù)測車輪掛鉤牽引力、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)向阻力矩的正確性。該理論模型可作為車輪構(gòu)型參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計及車輪驅(qū)動性能評價體系的基礎(chǔ)。
　　利用散體力學(xué)極限平衡理論分析車輪的齒片與沙土接觸時，沙土的變形及受力狀況，以此分析齒片同沙土相互作用的力學(xué)模型，推導(dǎo)帶有齒片車輪的牽引性能模型。通過分析多齒片同沙土同時接觸時齒片切削沙土的最佳狀態(tài)，建立齒片高度與齒片個數(shù)間合理組合的關(guān)系式。利用不同車輪滑轉(zhuǎn)率下

4、齒片參數(shù)對車輪牽引性能及轉(zhuǎn)向性能影響的實驗研究，得出直齒片參數(shù)、斜齒片參數(shù)及互成角度齒片參數(shù)對車輪驅(qū)動性能的影響關(guān)系。同時，分析車輪驅(qū)動性能及牽引效率隨車輪滑轉(zhuǎn)率的變化關(guān)系，為控制車輪驅(qū)動時滑轉(zhuǎn)率的選擇提供實驗數(shù)據(jù)參考。該項研究為分析齒片參數(shù)對車輪驅(qū)動性能的影響，建立齒片同沙土接觸力學(xué)仿真及合理選擇齒片的參數(shù)提供數(shù)據(jù)參考與理論依據(jù)。
　　為了進一步直觀有效地反映車輪在不同滑轉(zhuǎn)率和齒片參數(shù)下與沙土接觸時車輪對沙土的擾動特性，模擬低重

5、力條件下齒片效應(yīng)對車輪驅(qū)動特性的影響，建立基于離散元仿真的車輪運動特性仿真模型。通過仿真得到車輪與沙土顆粒接觸時的應(yīng)力分布關(guān)系，以及運動特性關(guān)系，并通過實驗驗證仿真模型的正確性。該仿真模型作為研究車輪驅(qū)動特性的一種方法，完善輪－地接觸力學(xué)特性分析方法。
　　最后本論文在分析車輪驅(qū)動特性的理論研究、實驗與仿真分析的基礎(chǔ)上，進行車輪驅(qū)動性能評價指標(biāo)及其綜合評價的研究?；诹烤V分析法確定車輪-月壤接觸系統(tǒng)參數(shù)間的無量綱關(guān)系，確定車輪驅(qū)動