月球探測車搖臂懸架設(shè)計參數(shù)優(yōu)化與折展實驗研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：V476.3學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：629.785密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文月球探測車搖臂懸架設(shè)計參數(shù)優(yōu)化與折展實驗研究博士研究生：李所軍導(dǎo)師：鄧宗全教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：機械設(shè)計及理論所在單位：機電工程學(xué)院答辯日期：2009年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要月球探測車是對月球表面實施探測的重要工具。懸架是探測車的關(guān)鍵部件，它連接著車體和車輪，承受車體的重量載荷，針對懸架來開

2、展月球探測車關(guān)鍵技術(shù)的研究具有重要的理論和工程意義。搖臂懸架結(jié)構(gòu)簡單，且在Sojourner和MER火星探測車中得到成功應(yīng)用，因而一直是研究的重點。本文選擇該懸架為研究對象，從提高月球探測車展開狀態(tài)的移動性能、懸架輕量化設(shè)計、縮小探測車發(fā)射狀態(tài)的體積三個方面對展開搖臂懸架設(shè)計參數(shù)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化及折疊懸架的折展實驗進行研究。懸架設(shè)計參數(shù)對探測車移動性能影響較大，通過懸架設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化可提高探測車的綜合移動性能。基于月球表面地形特征，給

3、出了與探測車典型運動工況相對應(yīng)的移動性能評價參數(shù)。在對搖臂探測車簡化的基礎(chǔ)上，給出了搖臂懸架設(shè)計參數(shù)的兩種表示方法。針對探測車運動時質(zhì)心不斷變化的問題，計算了探測車的質(zhì)心域。通過對搖臂探測車的抗傾翻性、幾何通過性和移動平穩(wěn)性分析，建立探測車移動性能的參數(shù)模型，得到了以懸架設(shè)計參數(shù)表示的探測車移動性能評價參數(shù)?；谔綔y車移動性能參數(shù)模型，以探測車越障工況時電機的最大輸出功率、崎嶇工況時車體的垂直位移和俯仰角為多目標(biāo)函數(shù)，以抗傾翻性能和幾何

4、通過性能為約束條件，建立了懸架設(shè)計參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，利用序列二次規(guī)劃法（SQP）進行了懸架設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化，得到展開狀態(tài)搖臂懸架的最優(yōu)參數(shù)，通過對懸架初始值和最終設(shè)計值時目標(biāo)函數(shù)的對比分析，驗證了懸架設(shè)計參數(shù)優(yōu)化對提高探測車移動性能的有效性?；趹壹茌p量化設(shè)計，以最小柔度和最大固有頻率為目標(biāo)，體積分?jǐn)?shù)為約束條件，利用變密度法，對懸架進行靜力學(xué)、動力學(xué)及動靜聯(lián)合結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，得到了懸架最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。選取體積分?jǐn)?shù)為0.2的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，確定

5、展開狀態(tài)下?lián)u臂和擺桿的結(jié)構(gòu)尺寸，通過有限元分析，驗證結(jié)構(gòu)的合理性。針對探測車工作狀態(tài)體積與發(fā)射狀態(tài)之間的矛盾，根據(jù)可折疊懸架展開的特點及設(shè)計要求，進行了搖臂懸架的方案設(shè)計。通過模糊綜合評價確定綜合性能最優(yōu)的折疊方案，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型彈簧驅(qū)動的折疊搖臂懸架，并進行了懸架展開過程的動力學(xué)分析和折疊狀態(tài)和展開狀態(tài)的折疊懸架進行了前4階模態(tài)對比分析。分析結(jié)果表明，增大阻尼、車輪制動可使懸架展開時車體的加速度明顯減小，懸架折疊后不但縮小