● 摘要
地球上大约有50%的陆地不适于用常规的轮式或履带车辆。常规行走机构在松软地面上作业时低效甚至完全失效，如何根据路面的条件来改变行走机构的形态以增强其适应性是行走装置研究面临的最急迫问题。本文提出并研制了一种适用于全地域移动平台的新型可变直径轮，采用理论分析和数值仿真相结合并辅以实验验证的方法，深入研究和分析了其机构原理、关键技术和性能特性，为解决松软地面的非常规行走机构及全地域车辆通过性问题提供了可选方案。 本文在总结国内外非常规行走机构领域研究现状的基础上，结合具体的全地域移动平台项目的研制需求，提出了一种具有三排轮系的行星传动变径驱动机构，详细分析了不同工况下该机构的工作模式，解决了变径驱动装置随转的关键难题，并通过行星架和行星轮浮动实现了均载。 提出并设计了异型变径弹簧的弹性轮辐结构，避开了旋转运动副存在的润滑密封困难和摩擦损耗问题，采用理论分析和数值仿真相结合的方法，深入研究了弹性轮辐变径弹簧的力学特性，分析了变径弹簧的刚度和应力与其形状和厚度间的关系，总结了弹簧应力在其变形区中的分布规律，提出了平衡变径弹簧的刚度和变形应力的方法和措施，根据分析结果确定了最终的结构设计参数，并解决了结构设计和制造工艺问题。 实现了螺旋摆动液压缸驱动系统、轮径保持自锁紧装置、行星传动变径驱动机构、弹性轮辐和制动器组成的变径轮集成设计，研制出新型可变直径轮原理样机。通过对原理样机的部件和整轮进行性能试验，验证了理论模型的正确性和分析的有效性，同时也表明所研制的新型可变直径轮在结构和性能上实现了所提出的原理和性能目标，证明了新型可变直径轮能够根据行驶路面的条件来改变其轮径大小和形态以增强其适应性。 基于经典的车辆地面力学理论和数值模拟方法，研究了新型可变直径轮-软土作用牵引性能。对比分析了可变直径轮张开轮与合拢轮在软土上的牵引性能，得出了张开轮比合拢轮的通过性更优越的结论。通过对张开轮与合拢轮在松软路面上的行走过程仿真，发现了无轮缘张开步行轮轮心沉陷与土壤沉陷的特有现象和规律，指出了其与有轮缘车轮通过时的差异，分析了无轮缘张开步行轮在软土上通过时形成离散车辙的原因。