Разлік гнуткасці і аналіз прадукцыйнасці новага аднабаковага прамога круга-эліпсавага гібры1

Урывак:

Гнуткія завесы гуляюць вырашальную ролю ў галіне мікраэлектрамеханічных сістэм (MEMS). У гэтым артыкуле прадстаўлены новы тып гнуткага шарніра, які называецца аднабаковым гібрыдным гнуткай зашпількай. Гнуткасць гэтага шарніра разлічваецца пры дапамозе другой тэарэмы Карла, і вынікі пацвярджаюцца з дапамогай аналізу абмежаваных элементаў. Структурныя параметры шарніра аналізуюцца, каб вызначыць іх уплыў на яго гнуткасць. Параўнанне таксама праводзіцца паміж аднабаковым і двухбаковым прамой кругай гнуткай гнуткай завесамі, і робіцца выснова, што аднабаковы шарнір забяспечвае лепшую ёмістасць павароту і адчувальнасць нагрузкі. У цэлым аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір забяспечвае перспектыўнае рашэнне для кампактных і высокаасэнсаваных прыкладанняў у галіне тэхнікі.

У хутка развіваюцца галінах мікраэлектрамеханічнай тэхналогіі, аэракасмічнай і біялагічнай інжынерыі традыцыйныя цвёрдыя механізмы ўжо недастатковыя для задавальнення патрабаванняў да распрацоўкі і выкарыстання. Гнуткія механізмы, з іх невялікім памерам, адсутнасцю механічнага трэння і прабелаў, і высокай адчувальнасцю да руху, набылі значную цягу ў розных дысцыплінах, уключаючы машыны, робататэхніку, кампутары, аўтаматычнае кіраванне і дакладнае вымярэнне. Ключавым кампанентам гнуткіх механізмаў з'яўляецца гнуткі шарнір, які выкарыстоўвае эластычную дэфармацыю і ўласцівасці самастойнага аднаўлення для ліквідацыі страчанага руху і механічнага трэння, дасягнуўшы больш высокага дазволу перамяшчэння. Адзін восі гнуткія завесы можна класіфікаваць на аснове іх папярочнага перасеку, такіх як дуга, кут свінцу, эліпс, парабола і гіпербала. Сярод іх прамыя і свінцовыя вугловыя завесы шырока выкарыстоўваюцца з-за сваіх простых структур. Аднак у некаторых выпадках, калі прастора абмежаваная, неабходнасць у кампактных структурах прывяла да з'яўлення аднабаковых гнуткіх завес, якія выявілі шырокае прымяненне ў дакладнасці вымярэння і пазіцыянавання. Падвяргаючыся перавагі гібрыдных і аднабаковых гнуткіх завес, у гэтым артыкуле прапануецца аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір, які прапануе новы падыход да інжынернага прымянення гнуткіх завес з кампактнымі структурамі і вялікімі зрушэннямі.

Разлік гнуткасці аднабаковага прамога круга-эліпсавага гнуткага шарніра:

Аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір з прамым кругам утрымлівае палову аднабаковага шарніра прамога круга і палову аднабаковага эліптычнага шарніра. Яго геаметрычныя параметры ўключаюць шырыню шарніра (B), мінімальную таўшчыню (T), радыус прамога круга (R), даўжыню шарніра (L), асноўную вось эліпса (М) і паўхмінная вось эліпса (N). Аналіз гнуткага шарніра заснаваны на здагадках невялікага кансольнага прамяня, з правільным канцом і дэфармацыяй выгібу, выкліканай сілай і момантам. Уплыў восевай нагрузкі разглядаецца, у той час як зрух і кручэнне эфектаў грэбуюць. Згодна з другой тэарэмай касеты, можна вызначыць сувязь паміж дэфармацыяй шарніра ў пункце 1 і прыкладзенай нагрузкай. Формула разліку гнуткасці выводзіцца на аснове гэтай сувязі і каардынатаў перасеку шарніра. Праз інтэгральныя разлікі можна атрымаць гнуткасць аднабаковага прамога круга-эліпсавага гнуткага шарніра.

Прыклад разліку і праверкі канчатковых элементаў:

Прыклад разліку ажыццяўляецца з выкарыстаннем атрыманай формулы разліку гнуткасці для розных значэнняў восі паўхмінора (N) эліпса. Вынікі параўноўваюцца з вынікамі аналізу абмежаваных элементаў (FEA) для праверкі дакладнасці формулы. Памылка паміж двума наборамі вынікаў аказваецца менш за 8%, што пацвярджае абгрунтаванасць формулы разліку гнуткасці.

Аналіз прадукцыйнасці аднабаковага гібрыднага гнуткага шарніра прамога круга:

На гнуткасць шарніра ўплывае яго матэрыяльныя і структурныя параметры. Формула разліку гнуткасці паказвае, што эластычны модуль (E) зваротна прапарцыйны шырыні шарніра (B). Іншыя параметры, такія як радыус прамога круга (R), паў-мажочная вось эліпса (М), паўсморная вось эліпса (N) і мінімальная таўшчыня (T), таксама ўплываюць на гнуткасць. Аналіз формулы разліку гнуткасці паказвае, што яго параметры найбольш адчувальныя да змен мінімальнай таўшчыні (t) шарніра.

Параўнанне прадукцыйнасці з двухбаковым гібрыдным гнуткім шарнірам прамога круга:

У літаратуры параўноўваецца аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір з двухбаковым закручаным шарнірным завесам, прапанаваным у літаратуры, прапанаваным у літаратуры. Каэфіцыент гнуткасці выкарыстоўваецца ў якасці індэкса прадукцыйнасці, вызначанага як стаўленне аднабаковай гнуткасці да двухбаковай гнуткасці. Вынікі паказваюць, што аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір прапануе больш высокую ёмістасць павароту і адчувальнасць да нагрузкі ў параўнанні з двухбаковым гібрыдным шарнірам.

Прапанова новага тыпу гнуткага шарніра, аднабаковага гібрыднага гнуткага шарніра, прыносіць новыя магчымасці для інжынерных прыкладанняў, якія патрабуюць кампактных структур і вялікіх зрушэнняў. Формула разліку гнуткасці выводзіцца на аснове другой тэарэмы Карла і пацверджана з дапамогай аналізу абмежаваных элементаў. Здымаецца, што структурныя параметры шарніра ўплываюць на яе гнуткасць, прычым мінімальная таўшчыня аказвае найбольш значны ўплыў. Аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір працуе лепш, чым двухбаковы гібрыдны шарнір з пункту гледжання ёмістасці кручэння і адчувальнасці нагрузкі. У цэлым аднабаковы гібрыдны гнуткі шарнір прапануе перспектыўныя перспектывы для розных інжынерных прыкладанняў.