月壤采樣鉆具限幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與力學(xué)分析.pdf

1、本文以我國正在實(shí)施的月面鉆取采樣裝置的研制為工程背景，以鉆具限幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、力學(xué)分析及及試驗(yàn)驗(yàn)證為主要研究內(nèi)容，針對(duì)采樣鉆具的任務(wù)需求、工作環(huán)境及具體的結(jié)構(gòu)形式，采用航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析和環(huán)境模擬試驗(yàn)驗(yàn)證方法，研制了一種可解鎖式鉆具支撐結(jié)構(gòu)——鉆具限幅機(jī)構(gòu)。
　　以鉆取采樣裝置任務(wù)需求為基礎(chǔ)，開展限幅機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)研究。在多方案綜合比較分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新型定點(diǎn)解鎖式鉆具限幅方案。該方案保證在空間運(yùn)輸及淺層鉆進(jìn)階段

2、的限幅導(dǎo)向，并在鉆進(jìn)后半段完成解鎖避讓。
　　針對(duì)限幅機(jī)構(gòu)優(yōu)選方案，進(jìn)行限幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)及力學(xué)參數(shù)分析。以鋼球鎖釋組件為研究對(duì)象，進(jìn)行力學(xué)分析，確定其摩擦類型轉(zhuǎn)換的邊界條件，給出預(yù)緊力估計(jì)公式，以提高解鎖力穩(wěn)定性為目標(biāo)匹配各構(gòu)件摩擦系數(shù)；對(duì)包括鎖合組件、限幅環(huán)、支撐架在內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化；以限幅機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，進(jìn)行剛度強(qiáng)度性能分析，分析其在不同工況下的承載能力；以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容為基礎(chǔ)，研制限幅機(jī)構(gòu)試驗(yàn)樣機(jī)。
　

3、　將限幅機(jī)構(gòu)作為鉆具支撐系統(tǒng)的一部分，分析其與鉆具的相互作用關(guān)系。根據(jù)鉆具的結(jié)構(gòu)尺寸及支撐形式，對(duì)鉆具及其支撐系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)簡化；基于Euler-Bernoulli梁理論建立多點(diǎn)支撐預(yù)應(yīng)力鉆具剛度力學(xué)模型，分析軸向預(yù)緊與徑向限幅對(duì)鉆具剛度的影響；以限幅環(huán)約束下的鉆具為研究對(duì)象，考慮支撐間隙的影響，采用力學(xué)分析與動(dòng)力學(xué)仿真相結(jié)合的方法，分析典型工況下鉆具的動(dòng)力響應(yīng)，并估算動(dòng)力沖擊載荷；基于Hertz接觸理論，結(jié)合有限元仿真，分析螺旋翼與鉆桿