Кинематичен модел и изследване на ефективността на нулевата скованост кръстосана гъвкава знания за Hinge_hinge

Гъвкавият механизъм е новаторска концепция в областта на механиката, тъй като използва еластичната деформация на материалите за предаване на движение, сила или енергия. Този механизъм придоби популярност в различни индустрии, включително прецизно позициониране, обработка на MEMS и аерокосмическото пространство, поради многобройните си предимства като нулево триене, безпроблемна работа, лесна поддръжка, висока разделителна способност и интегрирани възможности за обработка.

Въпреки това, традиционните твърди механизми все още доминират на пазара поради определени ограничения на гъвкавия механизъм. Едно от тези ограничения е положителната скованост, която се случва във функционална посока по време на действието на механизма. Тази положителна скованост изисква по -голяма движеща сила и строги изисквания към водача, което в крайна сметка намалява ефективността на пренос на енергия. Тези недостатъци възпрепятстват по -широкото прилагане на гъвкавия механизъм.

За да преодолеят неблагоприятните ефекти на положителната скованост, много учени са въвели концепцията за нулева скованост в гъвкавия механизъм. Чрез умело използване на отрицателна коравина за компенсиране на положителната коравина може да се постигне механизъм с нулева коравина. Подобна система, известна още като гъвкав механизъм за статичен баланс, може да постигне състояние на статично равновесие във всяка точка от обхвата на движение. Този тип механизъм предлага няколко предимства, включително отлична производителност на предаване на сила, способност за работа с по -малки движещи сили и висока ефективност на предаване на енергия. Следователно, изследователският фокус в областта на гъвкавите механизми за статичен баланс е главно върху гъвкави микро-скоби.

Сред различните компоненти на гъвкавите механизми, гъвкавите панти са получили значително внимание поради своите изключителни характеристики. Относителното пътуване на генерализирани гъвкави панти с кръстосани разходи е сравнително кратко, което ги прави изключително ценни за широк спектър от приложения. Следователно, гъвкавата панта с нулева стихия въз основа на този дизайн се превърна в предпочитания избор за изграждане на сложни гъвкави механизми за статичен баланс, което прави нейните изследвания изключително значими.

За да се постигнат нулеви характеристики на твърдост в гъвкави панти, е необходимо да се компенсират торсионната положителна коравина с въртяща се отрицателна коравина. В тази връзка е разработен ротационен модел на отрицателна твърдост. Моделът включва използване на пружина на листа, съставена от две припокриващи се тръстики, едната фиксирана, а другата свободна. Когато деформацията на началния край е сравнително малка в сравнение с дължината на тръстиката, пружината проявява добра линейност и може да бъде анализирана като пружина с нулева дължина.

Анализът на ротационния модел отрицателна твърдост отчита въртящите моменти, упражнявани от двата извора на определена точка в системата. Въз основа на триъгълния синусов закон, въртящите моменти могат да бъдат изразени математически. Чрез комбиниране на тези въртящи моменти, общият въртящ момент, упражнен на точката, може да бъде определен. Този анализ разкрива, че когато ъгълът на въртене е по -малък от 90 градуса, пружините упражняват въртящ момент в същата посока като ъгъла на въртене, като по този начин създават въртяща се отрицателна коравина.

За да се установи точен гъвкав шарнирен модел на Zero-Stiffness, е от решаващо значение да се анализират механичните свойства на генерализирания гъвкав шарнир с кръстосани озвучения. Този анализ разглежда различни фактори като влиянието на радиалната сила и чистото торсионно натоварване върху торсионната твърдост на пантата. Разбирайки тези фактори, може да се изчисли безразмерната торсионна твърдост на панти. След това концептуалният модел на гъвкавия панта с нулева стихия може да бъде получен чрез подмяна на въртящата се двойка и балансиращи пружини в модела на отрицателна твърдост на въртене. Този концептуален модел е симетричен, което позволява анализ на въртене на часовниковата стрелка на движещата се платформа.

За да се провери точността на теоретичния модел, се провежда анализ на крайните елементи с помощта на софтуера ANSYS. Анализът включва симулиране и анализиране на характеристиките на ъгъла на въртене на момента на гъвкавия панта с нулева стихове. След това резултатите се сравняват с теоретичните изчисления. Симулацията се извършва на панти с различни параметри и твърдостта на пружината на баланса постепенно се регулира, докато твърдостта на шарнира не бъде намалена до нула. Сравнявайки резултатите от симулацията и теоретичните изчисления, се потвърждава, че теоретичният модел точно представлява поведението на гъвкавия шарнир с нулева стихове.

Освен това се изследва осъществимостта на използването на листни пружини като балансирани пружини в нулева-стифливост гъвкави панти. За тази цел е установен модел с крайни елементи и резултатите от симулацията се сравняват с тези, получени с помощта на елемента Combine14. Резултатите отново валидират точността и надеждността на теоретичния модел.

В заключение, използването на въртяща се отрицателна твърдост за компенсиране на положителната коравина в гъвкавите панти позволява създаването на гъвкави шарнирни системи с нулева стихове. Тези системи предлагат множество предимства, включително намален въртящ момент на шофиране, подобрена работа на предаването на силата и повишена ефективност на използване на енергия. Анализират се два различни метода на баланс, а именно извор с двоен баланс и извори с един баланс и се определят техните статични равновесни условия. След това теоретичните резултати се проверяват чрез анализ на крайни елементи. Проучването потвърждава, че методът на пролетта с двоен баланс е подходящ за сценарии, при които радиалната сила не влияе на сковаността на шарнира, докато моделът на пролетта с един баланс има по -широк диапазон от приложения. Въпреки това, аксиалното пространство на последния модел обаче е донякъде компрометирана, което налага цялостно внимание по време на структурния дизайн. Като цяло, изследванията за нулева-стифлиса гъвкави панти и техните приложения имат значително значение за напредването на областта на гъвкавите механизми.