对接机构是卫星交互对接的关键部件,其任务是保证服务卫星与目标卫星的快速对接和可靠连接以及在轨服务操作完成后的平稳可靠分离。卫星对接时对接机构的轮廓设计缺陷会导致较大的对接碰撞力,卫星升空时对接机构的共振设计缺陷会产生较大的应力和振幅,对接机构的轮廓设计缺陷与共振设计缺陷可能导致对接任务的失败。本文综合三爪式对接机构和锥杆式对接机构的优点,设计了一种三爪式类锥杆对接机构,分析了卫星对接时的对接机构的碰撞力和主动端撞击杆的固有振动特性,在此基础上辨识和修复了对接机构中的轮廓设计缺陷和共振设计缺陷。设计了一种三爪式类锥杆轻型对接机构,该对接机构主要由锥杆组件以及三套均匀对称分布的抓取组件等构成,其中锥杆组件负责实现卫星对接的初次捕捉,三套抓取组件负责实现卫星的精准对接,该对接机构具有结构简单、质量轻、可靠性高等优点,可满足中小型卫星对接的任务要求。基于粘着摩擦理论,将对接机构的干摩擦转化为物体表面粗糙峰之间的犁沟力与粘着力,推导了对接机构摩擦系数求解公式。将较硬金属表面粗糙峰等效为刚性圆锥粗糙峰,刚性圆锥粗糙峰的高度为正态分布,通过引用接触因子求解接触曲面粗糙峰之间的犁沟力,利用“鹅卵石”模型分析了物体接触表面之间的粘着力。利用Matlab软件进行算例仿真,研究了物体相对速度、刚性圆锥粗糙峰圆锥半角、曲面曲率半径等参数对摩擦效应的影响,验证了对接机构摩擦系数求解公式的合理性与正确性。结合对接机构摩擦系数求解公式与赫兹理论,建立了考虑摩擦效应的对接机构冲击载荷模型,基于该冲击载荷模型,利用粒子群算法优化了撞击杆对接球头和对接锥面尺寸参数,得到了优化后的表面仿真微观形貌图,降低了对接机构的冲击载荷,修复了对接机构的轮廓设计缺陷。研究了阶梯撞击杆的振动特性,推导了阶梯撞击杆固有频率的计算式,用阶梯撞击杆替代传统的等截面撞击杆,提高了撞击杆的固有频率。将阶梯撞击杆的振动问题等效为阶梯悬臂梁振动问题,基于欧拉伯努利梁理论和梁的连续性性质对阶梯悬臂梁进行了振动分析,采用分段的思想对撞击杆对接球头进行了等效处理,利用阶梯悬臂梁的边界条件推导出了阶梯悬臂梁固有振动频率的计算式。根据阶梯撞击杆固有频率计算公式,在阶梯撞击杆等质量的情况下,利用遗传算法优化了阶梯撞击杆的结构尺寸,得到了阶梯撞击杆前三阶振型,提高了其固有频率,利用有限元仿真验证了阶梯撞击杆固有频率计算公式的正确性。采用Abaqus模拟了火箭升空时随机振动激励对阶梯撞击杆的影响,结果表明,共振设计缺陷修复前有共振现象发生,出现了较大的振幅和应力;共振设计缺陷修复后没有共振现象出现,振幅和应力大大减小。