Výpočet flexibility a analýza výkonu nového jednostranného hybri

Abstraktní:

Flexibilní závěsy získaly významnou popularitu v oblasti mikroelektromechanických systémů (MEMS). Tento článek představuje nový typ flexibilního závěsu, jmenovitě jednostranným hybridním závěsem s rovným kruhem-elipsy. Navrhuje se využívání Karlovy druhé věty, výpočetní vzorec pro flexibilitu kruhových a eliptických hybridních flexibilních závěsů. Odvozený vzorec je ověřen analýzou konečných prvků a srovnávací analýzy. Analyzoval se dopad každého strukturálního parametru jednostranného hybridního flexibilního závěsu na jeho flexibilitu. Kromě toho je provedeno srovnání s oboustranným hybridním pružným závěsem s oboustranným přímým kruhem-elipsy, aby se ukázala vyšší rotační kapacita a citlivost zatížení jednostranného designu. Návrh jednostranných hybridních flexibilních závěsů představuje novou cestu pro inženýrské aplikace vyžadující kompaktní struktury a velké posuny.

Příchod mikroelektromechanické technologie, leteckého inženýrství a biologického inženýrství zdůraznil omezení tradičních přísných mechanismů při požadavcích na návrh a využití. Flexibilní mechanismy nabízejí četné výhody, jako je malá velikost, absence mechanického tření, žádné mezery a vysoká citlivost na pohyb. To vedlo k jejich rozsáhlému použití v různých oborech, včetně strojů, robotiky, počítačů, automatického ovládání a přesného měření. Klíčovou součástí flexibilních mechanismů je flexibilní závěs, který eliminuje ztracený pohyb a mechanické tření pomocí elastické deformace a vlastností sebeobjevení, což umožňuje vyšší rozlišení posunu. Jednorosé flexibilní závěsy jsou klasifikovány do různých tvarů, jako je oblouk, úhel olova, elipsa, parabola a hyperbola. Mezi nimi jsou přímé typy úhlu a úhel olova široce používány kvůli jejich jednoduchým strukturám. V některých aplikacích, kde je prostor omezený, se jako preferovaná volba objevila jednostranná flexibilní závěsy, nalezena užitečnost v přesném měření a umístění.

Metody:

Tato studie, která staví na výše uvedeném výzkumu, navrhuje nový typ flexibilního závěsu nazývaného jednostranný hybridní flexibilní závěs, který kombinuje výhody hybridních a jednostranných flexibilních pantů. Vzorec výpočtu flexibility pro tento závěs je odvozen na základě Karlovy druhé věty a jeho výkon je ověřen analýzou konečných prvků. Studie také zkoumá vliv různých strukturálních parametrů na flexibilitu závěsu.

Výsledky a diskuse:

Vzorec výpočtu flexibility pro jednostranný flexibilní závěs s přímým kruhem-elipsy ukazuje, že flexibilita závisí na materiálu i na strukturálních parametrech. Odvozený vzorec ukazuje, že parametry flexibility jsou nepřímo úměrné šířce závěsu, zatímco parametry, jako je poloměr přímého kruhu, semisa elipsy, seminorová osa a minimální tloušťka ovlivňují také flexibilitu. Prostřednictvím analýzy je pozorováno, že flexibilita snižuje se zvýšením poloprostorové osy elipsy, zvyšuje se se snížením minimální tloušťky a mění se nelineárně s různou tloušťkou. Vliv minimální tloušťky na flexibilitu je považován za významnější ve srovnání s jinými parametry.

Srovnání je nakresleno mezi jednostranným hybridním závěsem s přímým kruhem-elipsy a oboustranným hybridním pružným závěsem s oboustranným přímým kruhem-elipsy navrženým v předchozí literatuře. Flexibilita je identifikována jako nejdůležitější charakteristická pro flexibilní panty a relativní poměr flexibility, označený jako Cday, je zaveden pro porovnání dvou návrhů závěsu. Analýza ukazuje, že jednostranný hybridní flexibilní závěs vykazuje větší rotační kapacitu a citlivost zatížení ve srovnání s bilaterálním designem. Flexibilita jednostranného hybridního flexibilního závěsu je přibližně 1,37krát vyšší než u bilaterálního designu.

Tato studie představuje komplexní analýzu jednostranného hybridního flexibilního závěsu, inovativního flexibilního návrhu závěsu, který nabízí kompaktní struktury a velké posuny. Odvozený vzorec výpočtu flexibility je validován analýzou konečných prvků, což prokazuje chybu v rámci 8%. Je analyzován vliv strukturálních parametrů na flexibilitu, přičemž minimální tloušťka závěsu je identifikována jako nejvlivnější parametr. Kromě toho srovnání s bilaterálním hybridním flexibilním závěsem zdůrazňuje vynikající výkon jednostranného designu z hlediska rotační kapacity a citlivosti zatížení. Navrhovaný jednostranný hybridní flexibilní závěs otevírá nové možnosti pro inženýrské použití flexibilních pantů v různých průmyslových odvětvích.