鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学分析

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1、第30卷第9期哈尔滨工程大学学报V01．30№．92009年9月JournalofHarbinEngineeringUniversitySep．2009doi：10．3969／j．issn．1006—7043．2009．09．Ol1鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学分析刘吉成1，高海波1，邓宗全1，毕贞法2，张玉花2(1．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙汪哈尔滨150001；2．上海宇航系统工程研究所，上海201108)摘要：为给月球车结构设计、运动控制和模拟仿真等提供必要的轮一地相互作用理论模型，基于车轮与松

2、散沙土间的承压、剪切特性理论，建立了鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学模型．通过分析轮一地接触法向应力与切向应力分布，考虑最大法向应力向车轮前方偏移的现象，引入最大法向应力角随滑转率变化的理论公式，分析鼓形轮运动特性指标与松散沙土力学参数及车轮参数间的定量关系．依据松散沙土力学参数测量，指出剪切变形模量与接地比压的定量表达式，通过分析鼓形轮的接地面积，确定对应于载荷的剪切变形模量值．利用月球车车轮运动性能综合测试系统进行了鼓形轮在松散沙土上的滚动力学实验，结果验证了利用该理论模型预测鼓形轮运动性能的可行性．关键词：地面力学；月球

3、车；力学模型；应力分布；驱动轮；单轮测试系统中图分类号：TP242．3文献标识码：A文章编号：1006-7043(2009)09-1029-06MechanicalanalysisofadrumtypewheelrollingonloosesandysoilLIUji—chen91，GAOHai—b01，DENGZong．quanl，BIZhen．fa2，ZHANGYu—hua2(1．StateKeylabofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，

4、China；2．AerospacesysteminEngineeringShanghm，Shanghai201108，China)Abstract：Basedonpressuresinkagelawsandshearstress—displacementrelationshipsinterramechanics，amathe—maticalmodelwasdevelopedtodescribethemotionperformanceofadrumtypewheel．Thisshouldimprovede—sign，motion

5、control，andvehiclesimulationforthelunarrover．Afterestablishingquantitativerelationshipsbe—tweenmotionperformance，soilpropertiesandwheeldimensions，thedrumwheelwasdividedintomanyslimcylin—dricalwheels．Whenanalyzingradialandtangentialstressdistributionsunderthewheel-so

6、ilinterface，itwasfoundthatmaximumradialstressoccursinfrontofbottom．dead—centreandshiftsforwardwhenincreasingslipiStakenin—toaccount．Onthebasisofparametermeasurementsofloosesandysoil，therelationshipbetweenshearmodulusandcontactwasintroduced．Fortheoreticalvalueofshear

7、moduluswhichcorrespondstoloadpressureanalysis，theexertedontheexperimentwheelwasobtainedbydefiningtheareaofdrumwheel—soilcontact．Experimentalresultsfromasingle·-wheeltestbedoperatedinloosesandysoilshowsthatthismodelforpredictingdrumwheelperform·-anceiSreliable．Keywor

8、ds：terramechanics；lunarrover；wheel—soilcontactmodel；stressdistribution；drivingwheel；singlewheeltestbed车轮是月球探测车中与月面环境直接接触的部面顺利行走．深入研究轮一地接触力