Изчисляване на гъвкавост и анализ на ефективността на нов едностранно хибри с право-кръг-кръг1

Резюме:

Гъвкавите панти играят решаваща роля в областта на микроелектромеханичните системи (MEMS). Този документ въвежда нов тип гъвкав панта, наречен едностранно хибриден гъвкав шарнир с право-кръг. Гъвкавостта на този шарнир се изчислява с помощта на втората теорема на Карл и резултатите са валидирани чрез анализ на крайни елементи. Структурните параметри на пантата се анализират, за да се определи тяхното влияние върху неговата гъвкавост. Сравнение се прави и между едностранните и двустранните хибридни гъвкави панти с право-кръг и се заключава, че едностранният шарнир предлага по-добър капацитет на въртене и чувствителност към натоварване. Като цяло, едностранният хибриден гъвкав шарнир осигурява обещаващо решение за компактни и силно изместване на приложения в инженерството.

В бързо развиващите се полета на микроелектромеханичната технология, аерокосмическото и биологичното инженерство, традиционните твърди механизми вече не са достатъчни, за да отговарят на изискванията за проектиране и използване. Гъвкавите механизми, с малкия си размер, отсъствието на механично триене и пропуски и чувствителността на високото движение са придобили значително сцепление в различни дисциплини, включително машини, роботика, компютри, автоматично управление и прецизно измерване. Ключовият компонент на гъвкавите механизми е гъвкавият панта, който използва еластична деформация и свойства за самоизпълнение, за да елиминира загубеното движение и механичното триене, като по този начин постига по-висока разделителна способност на изместване. Едноосните гъвкави панти могат да бъдат класифицирани въз основа на техните форми на напречно сечение, като дъга, ъгъл на олово, елипса, парабола и хипербола. Сред тях панти от прав и оловен ъгъл се използват широко поради техните прости структури. В някои случаи обаче, когато пространството е ограничено, необходимостта от компактни структури е довела до появата на едностранни гъвкави панти, които са открили обширни приложения при прецизно измерване и позициониране. Въз основа на предимствата на хибридни и едностранни гъвкави панти, този документ предлага едностранна хибридна гъвкава шарнира, която предлага нов подход към инженерното приложение на гъвкави панти с компактни структури и големи измествания.

Изчисляване на гъвкавост на едностранния хибриден хибриден панта:

Едностранната хибридна гъвкава панта с право-кръг се състои от половината от едностранна панта с прав кръг и половината от елиптичната панта. Геометричните му параметри включват ширина на шарнира (B), минимална дебелина (T), радиус на прав кръг (R), дължина на шарнира (L), основна ос на елипса (M) и полу-минорна ос на елипсата (n). Анализът на гъвкавия шарнир се основава на предположението за малък деформиран конзолен лъч, като десният край е фиксиран и деформация на огъване, причинена от сила и момент. Влиянието на аксиалното натоварване се разглежда, докато ефектите на срязване и торсион се пренебрегват. Според втората теорема на касетата, връзката между деформацията на шарнира в точка 1 и приложеното натоварване може да се определи. Формулата за изчисляване на гъвкавостта се получава въз основа на тази връзка и координатите на напречното сечение на шарнира. Чрез интегрални изчисления може да се получи гъвкавостта на едностранната хибридна гъвкава панта с право-кръг.

Примерно изчисление и проверка на крайните елементи:

Примерно изчисление се извършва с помощта на формулата за изчисление на получената гъвкавост за различни стойности на полу-минорната ос (n) на елипса. Резултатите се сравняват с резултатите от анализа на крайните елементи (FEA), за да се провери точността на формулата. Установено е, че грешката между двата набора от резултати е по -малка от 8%, потвърждаваща валидността на формулата за изчисляване на гъвкавостта.

Анализ на ефективността на едностранния хибриден гъвкав шарнир с право-кръг:

Гъвкавостта на пантата се влияе от неговия материал и структурни параметри. Формулата за изчисляване на гъвкавостта разкрива, че модулът на еластичност (E) е обратно пропорционален на ширината на шарнира (B). Други параметри, като радиуса на прав кръг (R), полу-младо оста на елипса (M), полу-минута на оста на елипса (n) и минимална дебелина (t), също влияят на гъвкавостта. Анализ на формулата за изчисляване на гъвкавостта показва, че неговите параметри са най -чувствителни към промените в минималната дебелина (t) на пантата.

Сравнение на производителността с двустранна хибридна гъвкава панта с право-кръг:

Едностранният хибриден гъвкав шарнир с право-кръг се сравнява с двустранния хибриден гъвкав панта, предложен в литературата, предложен в литературата. Коефициентът на гъвкавост се използва като индекс на производителността, дефиниран като съотношение на едностранната гъвкавост към двустранната гъвкавост. Резултатите показват, че едностранният хибриден гъвкав шарнир предлага по -добър капацитет на въртене и чувствителност към натоварване в сравнение с двустранния хибриден шарнир.

Предложението за нов тип гъвкав панта, едностранният хибриден гъвкав панта, носи нови възможности за инженерни приложения, които изискват компактни структури и големи измествания. Формулата за изчисляване на гъвкавостта е получена въз основа на втората теорема на Карл и валидирана чрез анализ на крайни елементи. Установено е, че структурните параметри на пантата влияят върху неговата гъвкавост, като минималната дебелина оказва най -значително влияние. Едностранният хибриден гъвкав шарнир се представя по -добре от двустранния хибриден шарнир по отношение на капацитета на въртене и чувствителността към натоварване. Като цяло едностранният хибриден гъвкав шарнир предлага обещаващи перспективи за различни инженерни приложения.