Kinematiese model en prestasie -navorsing van nul styfheid kruis riet buigsame skarnier_hinge kennis

Die buigsame meganisme is 'n baanbrekende konsep op die gebied van meganika, aangesien dit die elastiese vervorming van materiale gebruik om beweging, krag of energie oor te dra. Hierdie meganisme het gewild geword in verskillende bedrywe, waaronder presisieposisionering, MEMS -verwerking en lugvaart, vanweë die talle voordele soos nulwrywing, naatlose werking, maklike onderhoud, hoë resolusie en geïntegreerde verwerkingsvermoëns.

Die tradisionele rigiede meganismes oorheers egter steeds die mark as gevolg van sekere beperkings van die buigsame meganisme. Een van hierdie beperkings is die positiewe styfheid wat in die funksionele rigting plaasvind tydens die werking van die meganisme. Hierdie positiewe styfheid verg 'n groter dryfkrag en streng vereistes aan die bestuurder, wat uiteindelik die doeltreffendheid van energie -oordrag verminder. Hierdie tekortkominge het die breër toepassing van die buigsame meganisme belemmer.

Om die nadelige gevolge van positiewe styfheid te oorkom, het baie geleerdes die konsep van nulstyfheid in die buigsame meganisme bekendgestel. Deur slim te gebruik om negatiewe styfheid te gebruik om positiewe styfheid te vergoed, kan 'n meganisme met nul styfheid bereik word. So 'n stelsel, ook bekend as 'n buigsame statiese balansmeganisme, kan op enige punt in die bewegingsreeks 'n statiese ewewigstoestand bereik. Hierdie tipe meganisme bied verskeie voordele, waaronder uitstekende kragoordragprestasie, die vermoë om met kleiner dryfkragte te werk en doeltreffendheid met 'n hoë energie -transmissie. Gevolglik was die navorsingsfokus op die gebied van buigsame statiese balansmeganismes hoofsaaklik op buigsame mikro-klampe.

Onder die verskillende komponente van buigsame meganismes het buigsame skarniere aansienlike aandag geniet vanweë hul besonderse eienskappe. Die relatiewe reis van algemene buigsame skarniere met 'n kruisrooi is relatief kort, wat dit baie waardevol maak vir 'n wye verskeidenheid toepassings. Gevolglik het die nul-styfheid buigsame skarnier gebaseer op hierdie ontwerp die voorkeurkeuse geword vir die konstruksie van komplekse buigsame statiese balansmeganismes, wat die navorsing baie belangrik maak.

Om nul styfheidseienskappe in buigsame skarniere te bewerkstellig, is dit nodig om die torsie -positiewe styfheid met rotasie -negatiewe styfheid te vergoed. In hierdie verband is 'n roterende negatiewe styfheidsmodel ontwikkel. Die model behels die gebruik van 'n blaarveer wat bestaan ​​uit twee oorvleuelende riete, een vas en die ander vry. As die vervorming van die openingspunt relatief klein is in vergelyking met die lengte van die riet, vertoon die veer 'n goeie lineariteit en kan dit geanaliseer word as 'n nullengte-lente.

Die ontleding van die roterende negatiewe styfheidsmodel beskou die wringkragte wat deur die twee vere op 'n spesifieke punt in die stelsel uitgeoefen word. Op grond van die driehoekige sinuswet, kan die wringkragte wiskundig uitgedruk word. Deur hierdie wringkragte te kombineer, kan die totale wringkrag wat op die punt uitgeoefen word, bepaal word. Hierdie ontleding onthul dat wanneer die rotasiehoek minder as 90 grade is, die vere 'n wringkrag in dieselfde rigting as die rotasiehoek uitoefen en sodoende roterende negatiewe styfheid skep.

Om 'n akkurate nul-styfheid-buigsame skarniermodel te vestig, is dit van kardinale belang om die meganiese eienskappe van die veralgemeende buigsame skarnier van kruisrade te ontleed. Hierdie ontleding oorweeg verskillende faktore, soos die invloed van radiale krag en suiwer torsiebelasting op die torsie -styfheid van die skarnier. Deur hierdie faktore te verstaan, kan die dimensielose torsie -styfheid van die skarniere bereken word. Die konseptuele model van die nul-styfheid buigsame skarnier kan dan verkry word deur die draaiende paar en balansvere in die roterende negatiewe styfheidsmodel te vervang. Hierdie konseptuele model is simmetries, wat die ontleding van die kloksgewys rotasie van die bewegende platform moontlik maak.

Om die akkuraatheid van die teoretiese model te verifieer, word eindige elementanalise met behulp van ANSYS -sagteware uitgevoer. Die analise behels die simulering en ontleding van die eienskappe van die momentrotasiehoek van die nul-styfheid buigsame skarnier. Die resultate word dan vergelyk met die teoretiese berekeninge. Die simulasie word uitgevoer op skarniere met verskillende parameters, en die styfheid van die balansveer word geleidelik aangepas totdat die styfheid van die skarnier tot nul verminder word. Deur die simulasieresultate en teoretiese berekeninge te vergelyk, word bevestig dat die teoretiese model die gedrag van die nul-styfheid buigsame skarnier akkuraat verteenwoordig.

Verder word die uitvoerbaarheid van die gebruik van blaarvere as balans in nul-styfheid buigsame skarniere ondersoek. 'N Eindige elementmodel word vir hierdie doel opgestel, en die simulasieresultate word vergelyk met dié wat verkry is met behulp van die Combine14 -element. Die resultate bevestig weereens die akkuraatheid en betroubaarheid van die teoretiese model.

Ten slotte, die gebruik van roterende negatiewe styfheid om positiewe styfheid in buigsame skarniere te vergoed, maak dit moontlik om 'n nul-styfheid buigsame skarnierstelsels te skep. Hierdie stelsels bied talle voordele, waaronder verminderde dryfkrag, verbeterde kragoordragprestasie en verhoogde doeltreffendheid van energiebenutting. Twee verskillende balansmetodes, naamlik dubbele balansvere en enkelbalansvere, word ontleed, en hul statiese ewewigstoestande word bepaal. Die teoretiese resultate word dan deur eindige elementanalise geverifieer. Die studie bevestig dat die Double Balance Spring -metode geskik is vir scenario's waar die radiale krag nie die styfheid van die skarnier beïnvloed nie, terwyl die enkele balansveermodel 'n groter verskeidenheid toepassings het. Laasgenoemde model se aksiale ruimte -kompaktheid is egter ietwat in die gedrang, wat omvattende oorweging tydens strukturele ontwerp noodsaak. In die algemeen hou die navorsing oor nul-styfheid buigsame skarniere en hul toepassings 'n beduidende belang in die bevordering van die veld van buigsame meganismes.