一种月壤采样冲击机构的优化设计

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1、种月壤采样冲击机构的优化设计刘晓庆曾婷王春健张俊辉王咏莉王1北京卫星制造厂凸轮是月壤采样冲击机构的关键零件。通过冲击机构寿命试验发现，凸轮防扭轴存在出现疲劳破坏的风险。基于冲击机构多体动力学仿真、静力学分析和瞬态力学分析，对凸轮进行优化设计，并通过对凸轮材料热处理工艺进行分析，采用更加合理的热处理手段。在论证充分和工艺成熟的基础上，冲击机构所有优化均以变动量最小、系统安全可靠、驱动功耗小和机构轻量化设计为原则。通过仿真分析和试验验证表明，优化后的冲击机构满足功能性能指标要求及寿命要求，优化措施有效。关键词：月壤

2、采样器;冲击机构;凸轮;优化设计;基金：国家自然科学基金面上项目(51475452)OptimizedDesignofImpactMechanismforLunarSoilSamplingLIUXiaoqingYINZhongwangZENGTingWANGChunjianZHANGJunhuiWANGYongliWANGGuoxinBeijingSpacecrafts;Abstract：Thecamisanimportantcomponentoflunarsamplingimpactmechanism.Thr

3、oughthelifetestoftheimpactmechanism,itisfoundthattheriskoffatiguedamageexistsinthecamanti-twistshaft.Basedonmuti-bodydynamicssimulation,staticanalysisandtransientanalysis,theoptimizeddesignofcamhasbeencarriedout.Inaddition,theheattreatmentprocessofcammateria

4、lisanalyzedandmorereasonablemeansofheattreatmentisadopted.Onthebasisofsufficientdemonstrationandmatureprocess,alltheoptimizationisbasedontheminimumchange,safeandreliablesystem,smalldrivingpowerconsumption,lightweightdesign.Throughsimulationanalysisandexperim

5、entalverification,theoptimizedimpactmechanismcanmeettherequirementsoffunctionalperformanceandlife.Testverificationisadequateandoptimizationmeasuresareeffective.Keyword：lunarsoilsampler;impactmechanism;cam;optimizeddesign;月球是地球的卫星，是离地球最近的地外星球ui。为实现探月工程中无人自主钻取

6、采样的目标，获取含斜长石、辉石和钛铁矿等原生矿物成分的月壤，研制了月壤采样冲击机构。该机构是月壤采样钻机的重要组成部件，通过对与钻机连接的钻杆施加预定频率的冲击能量，对深层采样屮的月岩产生冲力作用，进而对月岩进行破碎。冲击机构做高速运动，不可避免地带来了冲击与振动。凸轮作为冲击运动的关键零件，设计时应考虑受冲击和振动的影响。本文通过分析和试验验证，对月壤采样冲击机构凸轮进行优化设计，以改善冲击机构质量，更好地应用于月壤采样中。1冲击机构简介冲击机构示意图如图1所示。其包拈冲击传动部件和冲击生成部件，冲击传动部件

7、伍括冲击驱动部件、小冲击齿轮和大冲击齿轮;冲击生成部件伍括凸轮、防扭辊轮、凸轮滚轮、弹簧和机壳。冲击传动部件通过冲击驱动部件、小冲击齿轮和人冲击齿轮，进行冲击动力的传递。冲击生成部件用于生成冲击运动，凸轮滚轮随大冲击齿轮回转，通过凸轮廓线作用压缩弹簧，积蓄弹性势能；当凸轮滚轮运动至凸轮廓线波峰位置时，弹簧的弹性势能得以释放，推动凸轮高速冲向钻具冲击面，进而实现对月壤的冲击功能。图1冲击机构示意图凸轮通过防扭辗轮与机壳的限位槽进行限位，确保凸轮能够沿轴向方向往复顺畅移动，限制凸轮沿轴向旋转。2凸轮设计与分析2.1

8、优化前凸轮设计与分析2.1.1凸轮设计由于凸轮做高速运动，设计应考虑凸轮滚轮切入与切出凸轮廓线时的冲击，因此凸轮廓线选为优化型等速运动曲线，即凸轮前后各1/8处的廓线方程为正弦加速度运动曲线，屮间部分的曲线采用等速运动曲线，且在3段曲线的结合点保证速度、加速度相等。这样，保证A轮既不受刚性冲击又不受柔性冲击考虑到冲击机构体积小、功耗小和轻量化的要求，通过凸轮直径、弹簧刚度系数、弹簧预紧