تصميم طريقة العناصر المحدودة وتحليل الأداء لمفصلات مرنة جديدة ذات زاوية كبيرة

الخلاصة: كان تطوير مفصلات مرنة مع تشوه كبير ، والإجهاد الصغير ، والانجراف في المركز الصغير يمثل مشكلة صعبة في مجال البحوث المفصلية المرنة. تقدم هذه الورقة تصميمًا جديدًا لمفصلات مرنة مع بنية على شكل حرف V ، ونظرية التراكب ، وطريقة التخطيط المتماثلة ، مستوحاة من مفصلات مرنة أجنبية معينة. أجريت دراسة مفاهيمية لتصميم هذه المفصلات المرنة ، وإنشاء نموذج رياضي ، وتحليل أدائها. أظهر تحليل طريقة العناصر المحدودة أن طريقة التصميم زادت من مرونة المفصلات عن طريق إطالة القسم ، وقلل من الانجراف المركزي والحد الأقصى للضغط ، مما يؤدي إلى أقصى زاوية دوران تبلغ حوالي 16 درجة ، وتلبية الحد الأقصى للانجراف المركزي البالغ 3.557 ميكرون ، وضغط أقصى قدره 499.8 ميجا باسكال ، وتلبية متطلبات التصميم الأولي. هذه النتائج تؤكد القيمة العملية للمفصلة.

حاليًا ، تعتمد أجهزة الاستشعار البصرية البصرية بشكل أساسي طريقة الربط المتداخلة TDICCD لتحقيق صفائف طويلة الخطوط. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة تفتقر إلى تعويض حركة الصورة ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في حل الصورة. لذلك ، تعويض حركة الصورة ضروري. تعويض حركة الصورة الميكانيكية والتعويض الإلكتروني هما الطريقتان الشائعتان. تركز هذه الورقة على التحكم في الوقت الفعلي في دوران جهاز TDICCD لتحقيق تعويض حركة الصورة. آليات الدوران العادية غير قادرة على تلبية متطلبات الدقة في الفضاء ، مما يستلزم تطوير مفصلات مرنة بدون فجوة ، ولا احتكاك ، ولا تزييت ، ودقة عالية. تعتمد المفصلات التي تم تطويرها في هذه الورقة على تصميم كاميرا معين ، يتطلب زاوية دوران من 6-8 درجة ، والانجراف المركزي لا يتجاوز 10 ميكرون ، والأبعاد في غضون 40 مم × 60 مم.

تصميم مفصلات مرنة:

يتم تقديم العديد من التصميمات المفصلية المرنة النموذجية ، بما في ذلك المفصلات المرنة المتداخلة ، والمفصلات المرنة الأنبوبية المقسمة ، ومفصلات مرنة خالية من الإعادة. في حين أن هذه المفصلات تظهر مرونة جيدة ومجموعة كبيرة من زوايا الدوران ، فإنها تعاني من انجراف كبير في المركز عند تعريضه للقوى الخارجية. السمة الشائعة لهذه المفصلات هي استخدام القصب المتعدد للتشوه ، وتحقيق التشوه المركّز من خلال المرونة الموزعة. ومع ذلك ، يصعب ضمان الاستقرار الهيكلي للتكوينات المتعددة في بيئة الفضاء. لذلك ، يتم التأكيد على الحاجة إلى مزيد من البحث لتطبيق هذه المكونات على الفضاء. لمعالجة هذه المشكلات ، يتم اقتراح تصميم مفصلات مرنة جديدة الفراشة ، مما يتضمن تصميمًا على شكل حرف V والبنية المتماثلة ، مستوحى من المفصلات المرنة من نوع العجلات.

تحليل المفصلات المرنة الفراشة:

يتم تحليل النموذج الهندسي لمفصلات الفراشة المرنة باستخدام طريقة العناصر المحدودة. يتكون المفصلي من مفاتيح مترابطة مع تصميم على شكل V ، مما يتيح زيادة طول الوحدة المرنة دون المساس بسماكةها. يوضح التحليل أن التصميم يقلل بشكل فعال من الإجهاد عن طريق توزيع القوة عبر أربعة أجزاء وتنفيذ إزاحة المتجهات لتقليل الانجراف في المركز. يبلغ الحد الأقصى للإجهاد حوالي 499.8 ميجا باسكال ، ضمن نطاق الإجهاد المسموح به للمادة المختارة. يحقق المفصل زاوية دوران تبلغ 8 ° وانجراف مركزي قدره 3.557 ميكرون ، ويستوفي متطلبات التصميم. يتم أيضًا التحقيق في العلاقة بين نصف القطر والانجراف في الوسط ، مع دائرة نصف قطرها 17 ملم تعتبر مثالية لتصميم المفصلات. بالإضافة إلى ذلك ، يكشف التحليل عن وجود علاقة خطية بين القوة والإزاحة ، مما يتيح التحكم الدقيق في زاوية الدوران.

في الختام ، تم تصميم نوع جديد من المفصلات المرنة ذات الزاوية الكبيرة باستخدام طريقة العناصر المحددة ، ويتم تحليل أدائها. يؤدي التصميم المقترح على شكل حرف V ، ونظرية التراكب ، والتخطيط المتماثل إلى زيادة المرونة ، وتقليل الانجراف المركزي ، والإجهاد. يحقق المفصل زاوية دوران أقصى قدرها 16 درجة ، وهو الحد الأقصى للانجراف المركزي البالغ 3.557 ميكرون ، وأقصى إجهاد قدره 499.8 ميجا باسكال ، وتلبية متطلبات التصميم. يؤكد تحليل علاقة إزاحة القوة كذلك المرونة الخطية الممتازة للمفصلات. بشكل عام ، يعرض المفصلات المتقدمة قيمة عملية ويمكن تطبيقها في سيناريوهات مختلفة ، مثل مراسم الافتتاح ، ومعارض الأعمال ، وترقيات المنتجات.