轻载荷条件下的筛网轮沉陷

针对月面低重力环境,采用轮上载荷为20~60 N的轻载荷条件,以车轮轮上载荷和速度为试验因素,车轮沉陷为试验指标设计正交试验方案,在模拟月壤3种不同状态下进行筛网轮土槽试验,采集车轮实际沉陷值,并利用激光轮辙形貌测量装置扫描轮辙,采集表观沉陷值。通过回归分析,拟合得到模拟月壤不同状态下筛网轮沉陷关于轮上载荷和速度的二元线性回归方程,方程拟合较好,置信度均为0.99,且相关系数均在0.9以上。对比车轮实际测量沉陷值和回归方程计算沉陷值,二者相对误差范围为0.34%~8.24%。轮辙的表观沉陷与相应的实际沉陷变化趋势一致,且二者沉陷差值随轮上载荷增加呈现线性增加规律,本文结果可为通过轮辙表观沉陷预测车轮实际沉陷提供依据。

载人月球车金属弹性筛网轮设计与分析

载人月球车金属弹性筛网轮结构特殊,集驱动传动于一体,采用组合式铝合金轮毂,轮胎由内部弹性限止器和金属丝网胎面组成。基于轮地力学,采用半经验方法,综合质量及功率约束,在单轮驱动功率和扭矩计算的基础上,选取了轮毂驱动电机和谐波减速器等驱动组件。并分别基于静力分析和动态弯曲疲劳实验方法对组合式铝合金轮毂进行有限元分析及仿真,对其结构进行了设计及改进,同时对内部弹性限止器装配及金属丝网胎面的成形工艺进行了研究和实践,为研制适应月面未知崎岖地形,且载荷大、功耗低、驱动力大的载人月球车车轮奠定了技术基础。

月球车弹性筛网轮的研制

为研究适应松软地形,且质量小、功耗低、驱动力大的月球车车轮,在单轮驱动功率和扭矩计算的基础上,选取了电机和减速器,进行初步的弹性筛网轮的结构设计,对初步设计中主要零件进行了受力分析及详细的结构设计,最终加工出两种不同尺寸的弹性筛网轮,对车轮性能进行了测试.通过弹性筛网轮的研制,综合考虑体积、传递效率及功率等技术因素,实现了车轮的驱动、传动一体化设计,为设计真正的月球车车轮奠定了技术基础;解决了钛合金轮圈的加工工艺问题,为今后研制不同形状的钛合金轮圈奠定了技术基础.

基于地面力学的筛网轮牵引通过性研究

筛网轮具有质量轻、转向阻力小等优点,但其在松软干沙路面上的牵引通过性研究比较少。本文设计了轻型轮壤土槽测试系统,以车轮沉陷量、驱动扭矩、挂钩牵引力和牵引系数为指标,在土壤松散和自然状态下进行筛网轮和圆柱轮牵引通过性对比试验,基于轮辙非接触测量获取筛网轮表观沉陷量。结果表明:试验条件下,筛网轮实际沉陷量范围分别为13.1~26.3 mm(松散状态)和8.1~18.7 mm(自然状态),较圆柱轮平均分别增加了26.4%(松散状态)和22.7%(自然状态);随着滑转率的增加,筛网轮表观沉陷量呈现减小趋势,圆柱轮则呈现先增加后减小趋势。车轮驱动扭矩、挂钩牵引力随着滑转率的增加而增加,牵引系数呈现先增加后减小趋势;筛网轮驱动扭矩最大值分别为3.18 N·m(松散状态)和3.76 N·m(自然状态),筛网轮挂钩牵引力最大值分别为8.46 N(松散状态)和9.9 N(自然状态),自然状态土壤较松散状态时挂钩牵引力平均提高了16.7%;与筛网轮相比,圆柱轮驱动扭矩较筛网轮平均提高了45.2%,挂钩牵引力则平均提高了30.9%(松散状态)和33.6%(自然状态);筛网轮牵引系数明显较圆柱轮大,自然状态下筛网轮牵引系数最大值为0.29,较松散状态下提高了17.9%。综合考虑车轮沉陷量、牵引系数的影响,筛网轮在干沙路面上比圆柱轮具有更好的牵引通过性。

CE-3月球车筛网轮月面沉陷行为试验

CE-3月球车在月面行驶时,车辙沉陷是判别其通过性的主要依据。本文通过土槽试验研究了CE-3月球车筛网轮的沉陷行为,试验结果表明:车轮表观沉陷量小于实际沉陷量,动态沉陷差值最大为19.8 mm,最小为3.7 mm,且沉陷差值随滑转率的增大而增大。根据试验数据,建立了预测沉陷差值的数学模型,并通过月球车内场试验进行验证,结果表明:模型3和模型4预测准确,精度分别为85%和84.5%。研究结果可为中国月球车通过性能评估、路径规划提供参考和依据。

载人月球车车轮设计及基于弹性车轮轮壤相互作用的力学模型研究

针对目前月球车车轮难以适应载人运输的需求,设计一种具有轮毂轮辋滑槽机构的金属丝编织筛网式的载人月球车车轮,用来保证车轮的更换便易性及减振抗冲击性。对筛网轮在月壤上行驶的过程建模,验证模型的准确性后,与同等尺寸的传统刚性轮进行对比,表明所设计的车轮结构轻便,比有轮棘刚性轮具备更好的减振抗冲击性;同时其依靠自身的弹性变形增大与地面的接触面积从而比无轮棘刚性轮具有更大的牵引力。对一般弹性车轮的轮壤相互作用应力分布模型进行改进,引入斜率因子以反映车轮的变形,在1 000 N与1 500 N的载荷下及滑转率为0.2时,把改进模型计算得到的挂钩牵引力与仿真输出值进行对比,相对误差不超过15%。引入牵引系数对所设计车轮在不同载荷下的行驶通过性评估,根据可决系数拟合出牵引系数-载荷曲线,建立拟合方程,近而对提高车轮的行驶通过性进行最佳载荷评估。