Buigsaamheidberekening en prestasie-analise van 'n nuwe enkel-sy-reguit-sirkel-elliphibri1

Abstrak:

Buigsame skarniere speel 'n belangrike rol in die veld van mikro-elektromeganiese stelsels (MEMS). Hierdie artikel stel 'n nuwe soort buigsame skarnier bekend, genaamd die eensydige reguit-sirkel-ellip-baster buigsame skarnier. Die buigsaamheid van hierdie skarnier word bereken met behulp van Karl se tweede stelling, en die resultate word bevestig deur eindige elementanalise. Die strukturele parameters van die skarnier word ontleed om die invloed daarvan op die buigsaamheid daarvan te bepaal. 'N Vergelyking word ook getref tussen die eensydige en dubbelzijdige reguit-sirkel-ellip-baster-buigsame skarniere, en daar word tot die gevolgtrekking gekom dat die enkelkantige skewe 'n beter rotasievermoë en lasgevoeligheid bied. In die geheel bied die enkelzijdige baster-buigsame skarnier 'n belowende oplossing vir kompakte en baie verplasingstoepassings in ingenieurswese.

In die vinnig ontwikkelende velde van mikro-elektromechaniese tegnologie, lug- en ruimtevaart en biologiese ingenieurswese, is tradisionele rigiede meganismes nie meer voldoende om aan die ontwerp- en gebruiksvereistes te voldoen nie. Buigsame meganismes, met hul klein grootte, afwesigheid van meganiese wrywing en gapings, en sensitiwiteit met 'n hoë bewegings, het 'n beduidende trekkrag in verskillende dissiplines gekry, insluitend masjinerie, robotika, rekenaars, outomatiese beheer en presisie -meting. Die sleutelkomponent van buigsame meganismes is die buigsame skarnier, wat gebruik maak van elastiese vervorming en selfherstel-eienskappe om verlore beweging en meganiese wrywing uit te skakel en sodoende 'n hoër verplasingsoplossing te bewerkstellig. Enkel-as buigsame skarniere kan geklassifiseer word op grond van hul dwarssnitvorms, soos boog-, loodhoek-, ellips-, parabola- en hiperbola-tipes. Hieronder word die reguit en loodhoekskarniere wyd gebruik as gevolg van hul eenvoudige strukture. In sommige gevalle waar ruimte beperk word, het die behoefte aan kompakte strukture egter gelei tot die opkoms van eensydige buigsame skarniere, wat uitgebreide toepassings in presisie-meting en posisionering gevind het. Op grond van die voordele van baster en eensydige buigsame skarniere, stel hierdie artikel 'n eensydige baster -buigsame skarnier voor, wat 'n nuwe benadering bied tot die ingenieurswese -toepassing van buigsame skarniere met kompakte strukture en groot verplasings.

Buigsaamheid Berekening van die eensydige reguit-sirkel-ellip-baster buigsame skarnier:

Die eensydige, reguit-sirkel-ellip-baster-buigsame skarnier bestaan ​​uit die helfte van 'n eensydige reguit sirkel-skarnier en die helfte van 'n eensydige elliptiese skarnier. Die meetkundige parameters sluit in skarnierbreedte (B), minimum dikte (T), reguit sirkelradius (R), skarnierlengte (L), die belangrikste as van die ellips (m) en semi-mineuras van die ellips (n). Die ontleding van die buigsame skarnier is gebaseer op die aanname van 'n klein-verdofde cantilever-balk, met die regterkant vasgestelde en buigvervorming wat deur geweld en oomblik veroorsaak word. Die invloed van aksiale las word oorweeg, terwyl skuif- en torsie -effekte verwaarloos word. Volgens die tweede stelling van kasset kan die verhouding tussen die skarnier se vervorming by punt 1 en die toegepaste las bepaal word. Die formule vir buigsaamheidberekenings word afgelei op grond van hierdie verhouding en die koördinate van die skarnier se dwarssnit. Deur integrale berekeninge kan die buigsaamheid van die eensydige reguit-sirkel-ellip-baster-buigsame skarnier verkry word.

Voorbeeldberekening en eindige elementverifikasie:

'N Voorbeeldberekening word uitgevoer met behulp van die afgeleide formule vir buigsaamheidberekening vir verskillende waardes van die semi-minoras (N) van die ellips. Die resultate word vergelyk met die eindige elementanalise (FEA) -resultate om die akkuraatheid van die formule te verifieer. Die fout tussen die twee stelle resultate is minder as 8%, wat die geldigheid van die formule vir buigsaamheid bereken.

Prestasie-analise van die eensydige reguit-sirkel-ellip-baster buigsame skarnier:

Die buigsaamheid van die skarnier word beïnvloed deur die materiële en strukturele parameters. Die formule vir die berekening van die buigsaamheid onthul dat die elastiese modulus (e) omgekeerd eweredig is aan die breedte van die skarnier (b). Ander parameters, soos die reguit-sirkelradius (R), semi-majoor-as van die ellips (m), semi-mineur-as van die ellips (n), en minimum dikte (t), beïnvloed ook die buigsaamheid. 'N Analise van die formule vir die berekeningsberekening toon dat die parameters die meeste sensitief is vir veranderinge in die minimum dikte (t) van die skarnier.

Prestasievergelyking met bilaterale reguit-sirkel-ellipse baster buigsame skarnier:

Die eensydige reguit-sirkel-ellip-baster-buigsame skarnier word vergelyk met die dubbelzijdige reguit-sirkel-ellip-baster-buigsame skarnier wat in die literatuur voorgestel word. Die buigsaamheidsverhouding word gebruik as 'n prestasie -indeks, gedefinieer as die verhouding van die eensydige buigsaamheid tot die bilaterale buigsaamheid. Die resultate toon dat die eensydige baster -buigsame skarnier 'n beter rotasievermoë en lasgevoeligheid bied in vergelyking met die bilaterale basterskarnier.

Die voorstel van 'n nuwe soort buigsame skarnier, die eensydige baster -buigsame skarnier, bring nuwe moontlikhede vir ingenieurswese -toepassings wat kompakte strukture en groot verplasings benodig. Die formule vir die berekeningsberekening word afgelei op grond van die tweede stelling van Karl en deur eindige elementanalise bekragtig. Daar word gevind dat die strukturele parameters van die skarnier die buigsaamheid daarvan beïnvloed, met die minimum dikte wat die belangrikste invloed uitoefen. Die eensydige baster -buigsame skarnier presteer beter as die bilaterale baster -skarnier in terme van rotasievermoë en lasgevoeligheid. In die algemeen bied die eensydige baster -buigsame skarnier belowende vooruitsigte vir verskillende ingenieurstoepassings.