Flexibilitätsberechnung und Leistungsanalyse einer neuen einseitigen Straight-Circle-Legipse-Hybri

Abstrakt:

Flexible Scharniere haben im Bereich der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) erhebliche Popularität erlangt. In diesem Artikel wird eine neuartige Art von flexibles Scharnier eingeführt, nämlich das einseitige, gerade Kreislauf-Hybrid-hybride flexible Scharnier. Durch die Nutzung von Karls zweitem Theorem wird vorgeschlagen, eine rechnerische Formel für die Flexibilität kreisförmiger und elliptischer hybridflexibler Scharniere zu flexibel. Die abgeleitete Formel wird durch Finite -Elemente -Analyse und vergleichende Analyse validiert. Der Einfluss jedes Strukturparameters des einseitigen hybriden flexiblen Scharniers auf seine Flexibilität wird analysiert. Darüber hinaus erfolgt ein Vergleich mit dem doppelseitigen hybriden flexiblen Scharnier mit gerader Kreiselerlinge, um die überlegene Rotationskapazität und Lastempfindlichkeit des einseitigen Designs zu demonstrieren. Der Vorschlag für einseitige hybride flexible Scharniere bietet eine neue Möglichkeit für technische Anwendungen, die kompakte Strukturen und große Verschiebungen erfordern.

Das Aufkommen der mikroelektromechanischen Technologie, der Luft- und Raumfahrttechnik und der biologischen Technik hat die Grenzen traditioneller starrer Mechanismen bei der Erfüllung der Design- und Nutzungsanforderungen hervorgehoben. Flexible Mechanismen bieten zahlreiche Vorteile wie geringer Größe, mechanisches Reibung, keine Lücken und eine hohe Bewegungsempfindlichkeit. Dies hat zu ihrer umfassenden Verwendung in verschiedenen Disziplinen geführt, darunter Maschinen, Robotik, Computer, automatische Steuerung und Präzisionsmessung. Die Schlüsselkomponente flexibler Mechanismen ist das flexible Scharnier, das verlorene Bewegung und mechanische Reibung durch elastische Verformung und Selbstverschreibungseigenschaften beseitigt und höhere Verschiebungsauflösungen ermöglicht. Flexible einachsige Scharniere werden in verschiedene Formen wie Bogen, Bleiwinkel, Ellipse, Parabola und Hyperbola eingeteilt. Unter ihnen sind die Geraden- und Bleiwinkeltypen aufgrund ihrer einfachen Strukturen weit verbreitet. In bestimmten Anwendungen, in denen der Raum begrenzt ist, haben sich jedoch einseitige flexible Scharniere als bevorzugte Wahl herausgestellt, wobei der Nutzen bei der Präzisionsmessung und -positionierung gefunden wurde.

Methoden:

Aufbauend auf der oben genannten Forschung schlägt diese Studie eine neue Art von flexibles Scharnier vor, die als einseitiges hybrides flexibles Scharnier bezeichnet wird und die Vorteile von hybriden und einseitigen flexiblen Scharnieren kombiniert. Die Flexibilitätsberechnungsformel für dieses Scharnier wird basierend auf dem zweiten Theorem von Karl abgeleitet, und ihre Leistung wird durch endliche Elementanalyse verifiziert. Die Studie untersucht auch den Einfluss verschiedener Strukturparameter auf die Flexibilität des Scharniers.

Ergebnisse und Diskussion:

Die Flexibilitätsberechnungsformel für das einseitige flexible Scharnier mit gerader Kreis-Legipse Hybrid zeigt an, dass die Flexibilität sowohl von Material- als auch von Strukturparametern abhängt. Die abgeleitete Formel zeigt, dass Flexibilitätsparameter umgekehrt proportional zur Breite des Scharniers sind, während Parameter wie RAGRICLE-Radius, Ellipse-Halb-Major-Achse, Halbminorachse und minimale Dicke auch die Flexibilität beeinflussen. Durch die Analyse wird beobachtet, dass die Flexibilität mit einer Zunahme der Semi-Minor-Achse der Ellipse abnimmt, mit einer Abnahme der Mindestdicke zunimmt und sich nichtlinear mit unterschiedlicher Dicke verändert. Der Einfluss der Mindestdicke auf die Flexibilität ist im Vergleich zu anderen Parametern signifikanter.

Es wird ein Vergleich zwischen dem einseitigen hybriden flexiblen Scharnier mit gerader Kreislegse und dem doppelseitigen, flexiblen Scharnier mit gerader Kreislegse in der vorherigen Literatur gezogen. Flexibilität wird als das wichtigste Merkmal flexibler Scharniere identifiziert, und ein relatives Flexibilitätsverhältnis, das als Cday bezeichnet wird, wird eingeführt, um die beiden Scharnierdesigns zu vergleichen. Die Analyse zeigt, dass das einseitige hybride flexible Scharnier im Vergleich zum bilateralen Design eine höhere Rotationskapazität und Lastempfindlichkeit aufweist. Die Flexibilität des einseitigen hybriden flexiblen Scharniers ist ungefähr 1,37 -mal höher als die des bilateralen Designs.

Diese Studie präsentiert eine umfassende Analyse des einseitigen hybriden flexiblen Scharniers, ein innovatives flexibles Scharnierdesign, das kompakte Strukturen und große Verschiebungen bietet. Die abgeleitete Flexibilitätsberechnungsformel wird durch Finite -Elemente -Analyse validiert, was einen Fehler innerhalb von 8%zeigt. Der Einfluss von Strukturparametern auf die Flexibilität wird analysiert, wobei die minimale Dicke des Scharniers als der einflussreichste Parameter identifiziert wird. Darüber hinaus unterstreicht ein Vergleich mit dem bilateralen hybriden flexiblen Scharnier die überlegene Leistung des einseitigen Designs in Bezug auf Rotationskapazität und Lastempfindlichkeit. Das vorgeschlagene einseitige hybride flexible Scharnier eröffnet neue Möglichkeiten für die technische Anwendung flexibler Scharniere in verschiedenen Branchen.