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Projeto de veĆ­culo lunar

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Abstract(s)

Esta secção descreve o trabalho desenvolvido relativamente ao projeto do protótipo de veículo lunar. Primeiro, efetuaram-se as pesquisas relativamente aos veículos existentes e as suas características. Depois, efetuou-se a pesquisa sobre as condições na Lua, a evolução da roda e as baterias para aplicação espacial. Posteriormente, efetuou-se a modelação 3D e 2D do protótipo de veículo lunar com o auxílio do software Solidworks, tendo-se obtido duas soluções, uma para missão tripulada e outro para missão não tripulada. O veículo selecionado, foi projetado com um braço robótico para coletar amostras lunares através de um balde frontal ou nivelar o solo lunar com o auxílio de uma lâmina frontal. Consideraram-se como requisitos estruturais de projeto para o cÔlculo estrutural analítico a verificação à cedência dos pinos e dos apoios do chassis, a resistência à fadiga dos parafusos (que suportam cada motor da roda) para uma carga cíclica, a resistência ao corte e ao esmagamento da chaveta de ligação do veio do motor, o cÔlculo da força mínima necessÔria para o deslocamento mÔximo admitido da mola e a anÔlise do sistema de suspensão para a situação mais desfavorÔvel, a qual corresponde o impacto de uma roda numa rocha. Efetuou-se o diagrama de corpo livre do chassis, do pino e do sistema de suspensão. Calcularam-se as reações nos pinos e nos apoios do chassis (geradas pelo peso e pela força de impacto da rocha sobre uma roda) e compararam-se as tensões equivalentes resultantes com a tensão de cedência dos respetivos materiais. A tensão equivalente foi inferior à tensão de cedência do material respetivo, logo, o domínio de deformação em causa foi o elÔstico. Portanto, não se espera falhas em serviço. O projeto do veículo lunar considerou metodologias analíticas e numéricas no cÔlculo estrutural, bem como a elaboração de desenhos técnicos do veículo desenvolvido.
Abstract This section describes the developed work in relation to the project of the lunar rover prototype. First, it was done the research of existing rovers and their characteristics. Then, the research of the conditions on the Moon, the evolution of the wheel and batteries for space applications. Subsequently, 3D and 2D modelling of the lunar rover prototype was done using Solidworks software, resulting in two solutions, one for a manned mission and the other for an unmanned mission. The selected rover was designed with a robotic arm to collect lunar samples using a front bucket or to level the lunar soil using a front blade. The structural design requirements for the analytical structural calculation were the verification of the yielding of the pins and chassis supports, the fatigue resistance of the bolts (which support each wheel motor) for a cyclic load, the shear and crushing resistance of the motor shaft connecting key, the calculation of the minimum force required for the maximum permitted spring displacement and the analysis of the suspension system for the most unfavorable situation, which corresponds to the impact of a wheel on a rock. The free-body diagram of the chassis, pin and suspension system was produced. The reactions on the pins and chassis supports (generated by the weight and impact force of the rock on a wheel) were calculated and the resulting equivalent stresses were compared with the yield stress of the respective materials. The equivalent stress was lower than the yield stress of the respective material, therefore, the deformation domain in question was elastic. Therefore, failures in service are not expected. The design of the lunar vehicle considered analytical and numerical methodologies in the structural calculation, as well as the preparation of technical drawings of the developed vehicle.

Description

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, na Área de Especialização de Manutenção e Produção

Keywords

Veículo lunar Simulação CAD Impacto Lunar rover Simulation Impac

Citation

Research Projects

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Journal Issue