压电驱动履带行驶系统的特殊环境试验研究

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在我国二、三期探月工程中,月面巡视探测器(月球车)是实现科学目标不可缺少的基础工具和必备手段。现有轮式、腿式和履带式三种月球车基本形式中,履带式以其在越障能力强、沉降小、牵引力大等特点受到广泛关注,但其驱动轮系的机构复杂、重量大等缺点阻碍了在月面探测上的应用。课题组利用压电激励和摩擦驱动基本原理,以结构简单、重量小、能耗小和抗污染能力强为目标,探索履带式月面巡视探测器行驶系统的压电驱动新原理,设计了压电驱动履带行驶系统。本文研究了履带行驶系统对月壤、月面低温环境温度等月面特殊环境因素的适应性,为其应用于月球探测提供研究基础。  1.测试了履带行驶系统在常规环境条件下的频率-速度、电压-速度以及负重特性等机械特性曲线。试验表明:在常规环境条件以及驱动电压300Vp-p下,履带行驶系统可在65.31kHz至65.48kHz驱动频率范围内工作,当驱动频率为65.42kHz时速度达到最大(13mm/s),在该驱动条件下最大负重为200g。  2.建立了履带行驶系统的二维线性接触摩擦模型。试验测得了压电振子的工作模态频率以及振幅,结合履带行驶系统的结构尺寸、材料参数,利用接触摩擦模型计算了常温下履带行驶系统速度-牵引力特性曲线,计算结果与试验结果基本一致。  3.利用APDL语言编制了压电振子有限元模型,仿真得到不同温度下的接触界面参数,进而利用建立的接触摩擦驱动模型,计算了低温下履带行驶系统的速度-牵引力机械特性曲线,计算结果显示履带行驶系统的速度和牵引力都随温度升高而降低。建立了履带行驶系统的低温环境试验系统,履带行驶系统可工作至-60℃。试验结果与理论计算结果基本保持一致,距月面极端的低温环境还有很大差距,需在结构设计、材料选择进一步研究,以补偿温度变化对预压力的影响。  4.利用建立的接触界面摩擦模型以及压电材料、胶层与基体材料二维剪力传递模型,为适应月面极端低温环境的履带行驶系统的材料优选提供理论指导。
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