حساب المرونة وتحليل الأداء ل hybri جديد من جانب واحد1

خلاصة:

تلعب المفصلات المرنة دورًا مهمًا في مجال الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). تقدم هذه الورقة نوعًا جديدًا من المفصلات المرنة المسمى مفصلي مرن مرن من الجوانب المستقيمة. يتم حساب مرونة هذه المفصلات باستخدام نظرية كارل الثانية ، ويتم التحقق من النتائج من خلال تحليل العناصر المحدودة. يتم تحليل المعلمات الهيكلية للمفصلة لتحديد تأثيرها على مرونتها. يتم إجراء مقارنة بين المفصلات المرنة ذات الوجهين الواحد والمقصود على الوجهين ، ونتخلص إلى أن المفصلات الواحدة توفر قدرة دوران أفضل وحساسية الحمل. بشكل عام ، توفر المفصلات المرنة الهجينة أحادية الجانب حلاً واعداً لتطبيقات الإزاحة المضغوطة والرائعة في الهندسة.

في المجالات المتطورة بسرعة من التكنولوجيا الكهروميكانيكية الدقيقة والفضاء والهندسة البيولوجية ، لم تعد الآليات الصلبة التقليدية كافية لتلبية متطلبات التصميم والاستخدام. اكتسبت الآليات المرنة ، مع حجمها الصغير ، وغياب الاحتكاك الميكانيكي والثغرات ، وحساسية الحركة العالية ، جرًا كبيرًا في مختلف التخصصات ، بما في ذلك الآلات والروبوتات وأجهزة الكمبيوتر والتحكم التلقائي وقياس الدقة. المكون الرئيسي للآليات المرنة هو المفصلات المرنة ، التي تستخدم تشوه المرن وخصائص استرداد الذات للقضاء على الحركة المفقودة والاحتكاك الميكانيكي ، وبالتالي تحقيق دقة إزاحة أعلى. يمكن تصنيف المفصلات المرنة ذات المحور الواحد بناءً على أشكالها المستعرضة ، مثل أنواع القوس ، وزاوية الرصاص ، القطع الناقص ، البارابولا ، وفرط. من بين هذه ، يتم استخدام مفصلات الزاوية المستقيمة والزاوية على نطاق واسع بسبب هياكلها البسيطة. ومع ذلك ، في بعض الحالات التي يتم فيها تقييد المساحة ، أدت الحاجة إلى الهياكل المدمجة إلى ظهور مفصلات مرنة أحادية الجانب ، والتي وجدت تطبيقات واسعة في قياس الدقة وتحديد المواقع. بناءً على مزايا المفصلات المرنة الهجينة والوحدة ، تقترح هذه الورقة مفصلاً مرنًا هجينًا من جانب واحد ، والذي يوفر نهجًا جديدًا للتطبيق الهندسي للمفصلات المرنة مع هياكل مضغوطة وعمليات إزاحة كبيرة.

حساب المرونة للمفصلات المرنة الهجينة ذات الدائرة الوهمية من جانب واحد:

يشتمل المفصلات المرنة الهجينة ذات الدائرة الوطنية من جانب واحد على نصف مفصلات دائرة مستقيمة من جانب واحد ونصف من المفصلات الإهليلجية أحادية الجانب. تشمل المعلمات الهندسية الخاصة بها عرض المفصل (ب) ، والحد الأدنى من سمك (T) ، ونصف قطرها المستقيم (R) ، وطول المفصل (L) ، والمحور الرئيسي للقطع الناقص (M) ، ومحور شبه القطع الناقص (N). يعتمد تحليل المفصلات المرنة على افتراض شعاع ناتئ صغير مشوه ، مع تشوه ثابت في الطرف الأيمن والانحناء الناتج عن القوة واللحظة. يتم النظر في تأثير الحمل المحوري ، في حين يتم إهمال آثار القص والتواء. وفقًا للنظرية الثانية للكاسيت ، يمكن تحديد العلاقة بين تشوه المفصلة في النقطة 1 والحمل المطبق. يتم اشتقاق صيغة حساب المرونة بناءً على هذه العلاقة وإحداثيات المقطع العرضي للمفصلات. من خلال العمليات الحسابية المتكاملة ، يمكن الحصول على مرونة المفصلات المرنة الهجينة ذات الدائرة الوطنية من جانب واحد.

مثال الحساب والتحقق من العناصر المحدودة:

يتم إجراء حساب مثال باستخدام صيغة حساب المرونة المشتقة لقيم مختلفة للمحور شبه المشبع (N) من القطع الناقص. تتم مقارنة النتائج مع نتائج تحليل العناصر المحدودة (FEA) للتحقق من دقة الصيغة. تم العثور على الخطأ بين مجموعتي النتائج أقل من 8 ٪ ، مما يؤكد صحة صيغة حساب المرونة.

تحليل الأداء للمفصلات المرنة الهجينة ذات الدائرة الوطنية من جانب واحد:

تتأثر مرونة المفصلات بالمعلمات المادية والهيكلية. تكشف صيغة حساب المرونة أن المعامل المرن (E) يتناسب عكسيا مع عرض المفصل (ب). تؤثر المعلمات الأخرى ، مثل نصف قطر الدائرة المستقيمة (R) ، والمحور شبه المجرى للقطع الناقص (M) ، ومحور شبه القطع الناقص (N) ، والحد الأدنى سمك (T) ، أيضًا على المرونة. يوضح تحليل صيغة حساب المرونة أن معلماتها أكثر حساسية للتغيرات في الحد الأدنى للسماكة (t) للمفصلة.

مقارنة الأداء مع مفصلات مرنة هجينة ثنائية الدائرة الهجينة:

تتم مقارنة المفصلات المرنة المرنة الهجينة ذات الدائرة الواسعة من جانب واحد مع المفصلات المرنة المرنة المرنة ذات الوجهين المستقيمة المقترحة في الأدبيات. يتم استخدام نسبة المرونة كمؤشر أداء ، يتم تعريفها على أنها نسبة المرونة الأحادية للمرونة الثنائية. تظهر النتائج أن المفصلات المرنة الهجينة من جانب واحد توفر قدرة دوران أفضل وحساسية الحمل مقارنةً بالمفصلات الهجينة الثنائية.

إن اقتراح نوع جديد من المفصلات المرنة ، والمفصلات المرنة الهجينة من جانب واحد ، يجلب إمكانيات جديدة للتطبيقات الهندسية التي تتطلب هياكل مضغوطة وعمليات النزوح الكبيرة. يتم اشتقاق صيغة حساب المرونة بناءً على نظرية كارل الثانية والتحقق من صحة من خلال تحليل العناصر المحدودة. تم العثور على المعلمات الهيكلية للمفصلات للتأثير على مرونتها ، مع وجود الحد الأدنى للسماكة التي تمارس التأثير الأكثر أهمية. أداء المفصلات المرنة الهجينة من جانب واحد أفضل من المفصلات الهجينة الثنائية من حيث سعة الدوران وحساسية الحمل. بشكل عام ، توفر المفصلات المرنة الهجينة من جانب واحد آفاقًا واعدة لمختلف التطبيقات الهندسية.