考虑摩擦与刚度的空间机构动力学特性

摘要

为了建立更加准确的接触碰撞力模型,提高空间指向机构指向精度和稳定性;提出了一种考虑摩擦因素的改进的非线性法向接触刚度模型,基于修正的L-N模型,建立了更加准确的新的接触碰撞力模型,与已有模型进行了对比分析,并对新的接触碰撞力模型的准确性进行了试验验证;采用牛顿-欧拉法、"接触-分离"两状态模型、修正的Coulomb模型及新的法向接触碰撞力刚度模型,以空间指向机构为研究对象,建立了其动力学方程,研究了不同工况环境对空间指向机构动态特性的影响。研究结果表明:考虑摩擦因素的新的接触碰撞力模型能够更加精确地描述关节铰的接触碰撞效应,并且新模型的适用范围更加广泛;间隙导致空间指向机构动态性能出现明显的振荡,并随着间隙的增大,振荡加剧;关节铰结合面处的表面粗糙度越小,初始碰撞力越大;转速越大对机构产生的冲击力越大,机构的振动频率越高,机构的运行越不稳定。研究结果丰富了接触碰撞力建模方法,为高精度指向机构的设计与应用提供理论依据。