月壤深层采样回转驱动部件温度场分析

发布时间：2017-10-13 14:08

  本文关键词：月壤深层采样回转驱动部件温度场分析

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【摘要】：探月三期工程的主要任务是在月球表面钻取长度不小于2m且保持层理信息的月壤样品。回转驱动部件是采样系统中最主要的动力装置,为取心钻具提供足够的回转动力,保证钻具能够按照不同的采样对象进行相应需求模式的钻进,其工作状态和可靠性极为关键。回转驱动部件在进行月壤采样工作时处于真空高低温交变的月面环境,温度场成为决定其性能的主要因素之一,基于此背景展开对回转驱动部件温升特性的理论与试验研究。本文采用热阻网络法对回转驱动部件的温度场进行理论分析,首先针对回转驱动部件的系统组成和运行状态进行原理性分析,分别对电机部分和行星减速器部分内部共计五类的热源进行精确计算。其次根据回转驱动部件正常工作时系统内部及其与外界的热量交换关系,构建相应的热阻网络理论分析模型,并将实际元件的热阻数值及热源产热数值等物理参数代入到热阻网络中,完成现实问题的参数化建模。然后遵循热力学第一定律建立整个系统各个传热节点的瞬时热量平衡方程组,采用秩1拟Newton法进行数值求解,通过MATLAB编程得到回转驱动部件在各工作模式下关键构件的温升曲线及系统整体的稳态温度场和瞬态温度场。最后开展回转驱动部件的真空测温试验,依照试验目的和要求搭建真空测温试验台并制定相应的试验方案和试验流程,在试验室内模拟月面真实环境,得到回转驱动部件可测节点在各个工作模型下的温升试验数据。本文针对月面特殊的真空环境,完成了回转驱动部件温度场的理论分析和试验研究,并依照热源的热量分布与具体的传热路径对热阻网络模型作进一步的优化;经过试验数据与计算数值的比较,两者结果基本一致,证明了理论分析方法的合理性以及计算模型的准确性;最终利用验证的理论模型预测回转驱动部件在月面采样时的温升状况,给出其在各个工作模式下的安全工作时间,为探月三期工程月面钻取采样的顺利实施提供技术支持。
【关键词】：月壤采样 回转驱动部件 温度场 热阻网络法 真空测温试验
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V476.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 回转驱动部件温度场的研究现状10-13
• 1.2.1 电机温度场的研究现状10-11
• 1.2.2 齿轮温度场的研究现状11-12
• 1.2.3 轴承温度场的研究现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 回转驱动部件传热原理及热源分析15-31
• 2.1 引言15
• 2.2 回转驱动部件结构及传热原理15-18
• 2.2.1 回转驱动部件组成结构15-16
• 2.2.2 传热学基本原理16-18
• 2.3 电机部分热源分析18-24
• 2.3.1 定子铁心损耗的计算18-21
• 2.3.2 绕组铜损的计算21-22
• 2.3.3 永磁体涡流损耗的计算22-24
• 2.4 行星减速器部分热源分析24-30
• 2.4.1 啮合齿轮生热分析24-28
• 2.4.2 滚动轴承生热分析28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于热阻网络法的回转驱动部件温度场分析31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 集总热容法对回转驱动部件模型的简化31-33
• 3.2.1 集总热容法概述31-32
• 3.2.2 系统内各元件的毕渥数检验32-33
• 3.3 回转驱动部件的热阻网络模型33-36
• 3.3.1 热量的交换关系分析33
• 3.3.2 传热节点的划分33-35
• 3.3.3 热阻网络的构建35-36
• 3.4 热阻计算与热平衡方程组的建立36-41
• 3.4.1 热阻的计算模型36-39
• 3.4.2 热平衡方程组的建立39-41
• 3.5 热平衡方程组的求解程序及结果分析41-44
• 3.5.1 数值分析求解原理41-42
• 3.5.2 MATLAB程序编写流程42-43
• 3.5.3 计算结果及分析43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 回转驱动部件真空测温试验研究45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 真空测温试验平台的搭建45-52
• 4.2.1 试验平台机械系统的搭建46-49
• 4.2.2 数据采集系统的搭建49-50
• 4.2.3 试验环境控制系统的搭建50-52
• 4.3 真空测温试验总体方案52-55
• 4.3.1 真空测温节点的选择52-53
• 4.3.2 试验条件的方案制定53
• 4.3.3 测温试验的具体流程53-55
• 4.4 真空测温试验数据分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 回转驱动部件热阻网络优化及工作温升预测57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 回转驱动部件热阻网络模型的优化57-59
• 5.2.1 基于热量分布的热阻网络模型优化57-58
• 5.2.2 热阻网络模型优化结果分析58-59
• 5.3 回转驱动部件热阻网络模型的精确度分析59-62
• 5.3.1 理论计算结果与真空试验数据对比分析59-61
• 5.3.2 热阻网络模型的误差分析61-62
• 5.4 基于热阻网络模型的工作温升理论性预测62-66
• 5.4.1 外太空热流辐射作用结果分析62-63
• 5.4.2 实际工作模式下稳态温度场的理论预测63-65
• 5.4.3 各工作模式下持续采样安全时间的理论预测65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73

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本文编号：1025268