[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

权利要求书

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。

2.根据权利要求1所述的一种基于悬臂梁理论的星载滑环接触力的测量方法，其特征在于：所述的步骤（6）中测量F_b的方法为：

（6-1）在B点处施加能使电刷丝（2）与导电滑环（1）呈刚好脱离接触状态的测量力F_b1，此时将力传感器（4）测得的测量力F_b1记录下，将位移传感器（5）测得的力传感器（4）向上移动的位移记录下，该位移值即为B点向上移动产生的位移值，设置此时的位移值为0，得到数据点（F_b1，0）；

（6-2）依次微量增加测量力至F_bi，并将力传感器（4）测得的测量力F_bi（i=1，2，···，n）记录下，将位移传感器（5）测得的力传感器（4）向上移动的位移值y_i（i=1，2，···，n）记录下，得到一组数据点（F_bi，y_i）（i=1，2，···，n）；

（6-3）建立直角坐标系，横坐标轴代表力传感器（4）向上移动的位移值y，纵坐标轴代表B点处施加的测量力F，在该直角坐标系内标出与上述一组数据点（F_bi，y_i）（i=1，2，···，n）相对应的一组坐标点，观察得出上述的一组坐标点呈线性分布；

（6-4）根据步骤（6-3）得出力传感器（4）向上移动的位移值y与B点处施加的测量力F呈线性关系，对于上述的一组坐标点采用最小二乘法进行线性回归分析，得到直线方程：F=Fb1*+K*y---(1),]]>式中：K*=Σi=1n(yi-y‾)(Fbi-F‾)Σi=1n(yi-y‾)2]]>（其中F‾=1nΣi=1nFbi,]]>y‾=1nΣi=1nyi]]>），K^*为回归系数，即电刷丝（2）挠曲变形时的刚度系数；

（6-5）将和代入（1）式内，得出为回归常数，即为使电刷丝（2）与导电滑环（1）呈刚好脱离接触状态的精确值F_b。