[发明专利]一种基于悬臂梁理论的星载滑环接触力的测量方法及测量系统

摘要

本发明公开了一种基于悬臂梁理论的星载滑环接触力的测量方法及测量系统。本发明的测量方法是采用间接测量的办法实现对星载滑环接触力的精密测量，即在电刷丝与导电滑环的接触点附近设定测量点，利用等截面直梁的挠曲线方程式推导出在测量点处施加的初始测量力与在接触点处的接触压力之间的关系式，并根据变形的线性规律，采用最小二乘法对在测量点处测得的数据进行一元回归分析，得到精确的初始测量力，进而得到接触压力，测量精度高；本发明的测量系统由导电滑环、电刷丝、加载吊钩、力传感器、位移传感器、连接板、精密电控运动台、电机驱动器、运动控制卡、多通道数据采集卡、电流传感器、工控机和显示器构成，设计巧妙，操作方便且测量精准。

主权项

1.一种基于悬臂梁理论的星载滑环接触力的测量方法，包括以下步骤：（1）将电刷丝（2）的力学模型简化为悬臂梁形式，假设电刷丝（2）的质量连续均匀分布即该悬臂梁为等截面直梁，建立悬臂梁的直角坐标系：以电刷丝（2）的固定端为原点O点，以电刷丝（2）未变形时电刷丝（2）的长度方向为x轴，且该长度方向为正方向，以载荷F作用在电刷丝（2）上时电刷丝（2）的变形方向为y轴，且该变形方向为正方向；（2）基于上述假设和建立的直角坐标系，在小变形条件下，得到悬臂梁的挠曲线方程为：其中l为悬臂梁的长度，F为施加在悬臂梁上的载荷，y(x)为悬臂梁的偏置位移量，x为作用点到原点的长度，x的取值范围为0≤x≤l，I为材料横截面对弯曲中性轴的惯性矩，E为材料弹性模量；（3）电刷丝（2）与导电滑环（1）的接触点对应悬臂梁上的A点，在A点处施加载荷F_a，根据步骤（2）中的挠曲线方程式得出A点处产生的位移为：其中a为OA的长度，F_a为电刷丝（2）与导电滑环（1）接触压力，I为材料横截面对弯曲中性轴的惯性矩，E为材料弹性模量；（4）电刷丝（2）上的测量点对应悬臂梁上的B点即悬臂梁的末端，在B点处施加载荷F_b，可根据步骤（2）中的挠曲线方程式得出A点处产生的位移为：其中l为悬臂梁的长度，a为OA的长度，F_b为使得电刷丝（2）与导电滑环（1）刚好脱离接触状态的力，I为材料横截面对弯曲中性轴的惯性矩，E为材料弹性模量；（5）假设步骤（3）中A点处产生的位移与步骤（4）中A点处产生的位移相等，即则有：简化后，得到：其中l为悬臂梁的长度，a为OA的长度，F_b为使得电刷丝（2）与导电滑环（1）刚好脱离接触状态的力，F_a为电刷丝（2）与导电滑环（1）接触压力；（6）通过测量F_b、a和l这三个参数，代入步骤（5）中简化后的方程内即能得出电刷丝（2）与导电滑环（1）接触压力F_a。