Kinematski model i performanse Istraživanje nulte krutosti križnog križnog fleksibilnog šarke_hinge znanja

Fleksibilni mehanizam je revolucionarni koncept u području mehanike, jer koristi elastičnu deformaciju materijala za prijenos kretanja, sile ili energije. Ovaj mehanizam je stekao popularnost u raznim industrijama, uključujući preciznost pozicioniranja, MEMS prerade i vazduhoplovstvo, zbog brojnih prednosti, kao što su nulte trenje, bešavne operacije, visokog rezolucije i integrisane mogućnosti prerade.

Međutim, tradicionalni kruti mehanizmi i dalje dominiraju na tržištu zbog određenih ograničenja fleksibilnog mehanizma. Jedna od tih ograničenja je pozitivna krutost koja se javlja u funkcionalnom smjeru tokom djelovanja mehanizma. Ova pozitivna krutost zahtijeva veću pokretačku silu i stroge zahtjeve vozača, što na kraju smanjuje efikasnost prenosa energije. Ovi nedostaci ometali su širu primjenu fleksibilnog mehanizma.

Da bi prevladao štetne efekte pozitivne ukočenosti, mnogi učenjaci su uvrstili koncept nulte krutosti u fleksibilan mehanizam. Pametno koristeći negativnu krutost za nadoknadu pozitivne krutosti, može se postići mehanizam sa nultom krutošću. Takav sistem, poznat i kao fleksibilan statički mehanizam ravnoteže, može postići statičku ravnotežnu državu u bilo kojem trenutku u rasponu pokreta. Ova vrsta mehanizma nudi nekoliko prednosti, uključujući izvrsne performanse prijenosa sile, mogućnost rada s manjim pokretačkim snagama i visokom efikasnošću prijenosa energije. Slijedom toga, istraživački fokus na polju fleksibilnih statičkih mehanizama balansa uglavnom je bio na fleksibilnim mikro-stezaljcima.

Među različitim komponentama fleksibilnih mehanizama, fleksibilne šarke dobili su značajnu pažnju zbog izuzetnih karakteristika. Relativno putovanje generaliziranim križnim fleksibilnim šarkama relativno je kratko, čineći ih vrlo vrijednim za širok spektar primjene. Slijedom toga, fleksibilan šarki nulte krutosti temeljen na ovom dizajnu postao je preferirani izbor za izgradnju složenih fleksibilnih statičkih balansa, čineći svoje istraživanje vrlo značajnim.

Da bi se postiglo karakteristike nulte krutosti u fleksibilnim šarkama, potrebno je nadoknaditi torzijsku pozitivnu krutost s rotacijskom negativnom krutošću. S tim u vezi, razvijen je model rotacijskih negativnih krutosti. Model uključuje korišćenje listovnog opruge sastoji se od dva preklapajući trske, jednu fiksnu i drugu besplatnu. Kada je deformacija otvaranja relativno mala u odnosu na dužinu trske, proljeće pokazuje dobru linearnost i može se analizirati kao opruga dužine nula.

Analiza modela rotacijskog negativnog krutosti smatra da su momenti izvršavali dva izvora na određenoj točki u sistemu. Na osnovu trokutastih sinus zakona, momenti se mogu izraziti matematički. Kombinacijom ovih momenta, može se odrediti ukupni obrtni moment koji se vrši na točku. Ova analiza otkriva da je kada je ugao rotacije manji od 90 stepeni, opruge vrše obrtni moment u istom smjeru kao i ugao rotacije, stvarajući rotacijsku negativnu krutost.

Da bi se uspostavilo precizan model šarkih šarki, ključan je za analizu mehaničkih svojstava generaliziranog fleksibilnog šarki. Ova analiza smatra raznim faktorima kao što su utjecaj radijalne sile i čistog torzijskog opterećenja na šarku torzijske krutosti. Razumijevanjem ovih faktora može se izračunati dimenzionalna torzijska krutost šarki. Konceptualni model fleksibilnog šarki nulte krutosti može se dobiti zamjenom revolving parova i bilansa opruga u modelu rotacijskog negativnog krutosti. Ovaj konceptualni model je simetričan, omogućavajući analizu rotacije u smjeru u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Da biste provjerili tačnost teorijskog modela, provodi se analiza konačnih elemenata pomoću ANSYS softvera. Analiza uključuje simuliranje i analizu momentalnih ugaonih karakteristika za rotaciju fleksibilne šarke nulte-krutosti. Rezultati se zatim u usporedbi s teorijskim proračunima. Simulacija se vrši na šarkama s različitim parametrima, a krutost opruge bilansa postepeno se prilagođava dok se šarkin ukočenost ne svodi na nulu. Upoređivanjem rezultata simulacije i teorijskih proračuna, potvrđuje se da teorijski model precizno predstavlja ponašanje fleksibilnog šarki nultehnike.

Nadalje, istražuje se izvodljivost korištenja listovnih izvora kao balansiranih izvora u nulto-krutosti fleksibilni šarki. Model konačnih elemenata uspostavljen je u tu svrhu, a rezultati simulacije se uspoređuju sa onima dobivenim pomoću elementa kombiniranja14. Rezultati još jednom potvrđuju tačnost i pouzdanost teorijskog modela.

Zaključno, upotreba rotacijske negativne krutosti za nadoknadu pozitivne krutosti u fleksibilnim šarkama omogućava stvaranje fleksibilnih šarkih šarki. Ovi sustavi nude brojne prednosti, uključujući smanjene moment za pokretanje, poboljšane performanse prijenosa sile i povećanu efikasnost korištenja energije. Analiziraju se dvije različite metode ravnoteže, naime dvostruki izbrisavi izvori i jednoslansivni izvori, a njihovi statički ravnotežni uvjeti određuju se. Teorijski rezultati se zatim provjeravaju kroz analizu konačnih elemenata. Studija potvrđuje da je metoda opruge dvostruke ravnoteže pogodna za scenarije gdje radijalna sila ne utječe na šarku šarke, dok je jedinstveni opružni model ima širi spektar primjene. Međutim, aksijalni prostor za potonji model pomalo je ugrožen, koji zahtijeva sveobuhvatno razmatranje tokom strukturnog dizajna. Sveukupno, istraživanje o fleksibilnim šarkama nulte krutosti i njihove aplikacije imaju značajan značaj u unapređenju polja fleksibilnih mehanizama.