随着现代科学技术的不断发展,航天器、机器人等工程领域的机械系统都开始趋向于轻质与高速、高精度结合的方向发展。具有轻质柔性部件的大范围转动刚柔耦合系统应用而生,关于大范围转动弹性梁刚柔耦合动力学的理论研究也如雨后春笋般兴起。但目前大多数动力学模型都只适用于低速,缺少在高速下能准确反映系统实际运动的刚柔耦合动力学模型。本文为实现具有大范围转动柔性机构的高速、高精度结合,针对大范围转动弹性梁的动力学建模问题进行了研究。在所建立的模型基础上,通过研究系统各参数与振动特性的耦合关系,为降低系统自身振动和提高控制精度提供重要的数据支持。本文主要研究内容如下:(1)针对大范围转动弹性梁,作欧拉-伯努利梁处理,应用伽辽金法和Hamilton最小作用原理建立弹性梁的刚柔耦合动力学模型,并在此基础上,计入驱动电机摩擦力模型。建立了传统动力学模型、刚柔耦合动力学模型和含有电机力矩、摩擦的刚柔耦合动力学模型。(2)基于MATLAB平台进行数值仿真,对比分析了三种不同模型下弹性梁振动特性,说明了弹性梁中线变形和电机摩擦力对系统振动特性的影响,验证了所建立模型的准确性。(3)分析了弹性梁结构参数与动力学性能耦合关系,为系统在不同特定速度下,弹性梁长度与半径的最优化设计提供了数据支持。深入解析了在不同速度下,电机的输出力矩、库伦摩擦力、静态摩擦力及粘滞摩擦等因素与系统非线性振动的作用原理。(4)研究结果表明:电机输出力矩对系统振动特性影响较大,并且速度越高越明显;库伦摩擦力在低速运行时,对系统振动特性影响较小,但当速度不断增大时,其影响也不断增大;粘滞摩擦系数对系统振动特性影响较大,与系统振幅呈线性耦合关系;静态摩擦力对振动特性影响较小。