摘要：对距离地球较远的小行星表面进行松散土壤和岩石的采样任务时,需要采集不同深度的土壤样品并就地进行分析,并将有价值的数据传回地球。为此研究一种多功能采样器,进行钻进机构、取样机构和密封加热机构等关键组成部分的设计,能实现土壤和岩石样品的采样、体积测量和加热任务。由于钻进过程中,钻杆的约束条件发生变化,为分析钻杆的稳定性,建立动态压杆稳定模型,计算钻杆稳定的临界载荷;考虑钻孔深度变化、钻杆导向约束等不断变化的条件,分析钻杆振动频率的变化规律,利用ANSYS软件仿真,得到了钻杆随钻进深度变化的一阶固有频率区间。对耦合的密封力和加热开关接触力进行计算,得到了满足要求的可靠驱动扭矩。通过原理样机的制作与试验,验证了多功能采样器的设计合理性,达到了质量轻、功耗小、功能多、采样量大的效果。

关键词：小行星 采样器 机械设计 模态分析 

单位：北京航空航天大学机械工程及自动化学院 北京100191 中国空间技术研究院 北京100094