Kinematischer Modell und Leistungsforschung von Null Steifheit Cross Reed Flexible Hinge_hinge Wissen

Der flexible Mechanismus ist ein bahnbrechendes Konzept auf dem Gebiet der Mechanik, da er die elastische Deformation von Materialien zur Übertragung von Bewegung, Kraft oder Energie verwendet. Dieser Mechanismus hat in verschiedenen Branchen an Popularität gewonnen, einschließlich Präzisionspositionierung, MEMS -Verarbeitung und Luft- und Raumfahrt aufgrund seiner zahlreichen Vorteile wie Null Reibung, nahtloser Betrieb, einfache Wartung, hoher Auflösung und integrierten Verarbeitungsfunktionen.

Die traditionellen starren Mechanismen dominieren jedoch den Markt aufgrund bestimmter Einschränkungen des flexiblen Mechanismus. Eine dieser Einschränkungen ist die positive Steifheit, die während der Wirkung des Mechanismus in funktioneller Richtung auftritt. Diese positive Steifheit erfordert eine größere treibende Kraft und strenge Anforderungen an den Fahrer, was letztendlich die Energieübertragungseffizienz verringert. Diese Mängel haben die breitere Anwendung des flexiblen Mechanismus behindert.

Um die nachteiligen Auswirkungen einer positiven Steifheit zu überwinden, haben viele Wissenschaftler das Konzept der Nullsteifigkeit in den flexiblen Mechanismus eingeführt. Durch geschickt negative Steifheit, um die positive Steifheit auszugleichen, kann ein Mechanismus ohne Steifheit erreicht werden. Ein solches System, auch als flexibler statischer Gleichgewichtsmechanismus bezeichnet, kann an jedem Punkt im Bewegungsbereich einen statischen Gleichgewichtszustand erreichen. Diese Art von Mechanismus bietet mehrere Vorteile, darunter eine hervorragende Leistung der Kraftübertragung, die Fähigkeit, mit kleineren Antriebskräften und Effizienz mit hoher Energieübertragung zu arbeiten. Infolgedessen war der Forschungsfokus auf dem Gebiet flexibler statischer Gleichgewichtsmechanismen hauptsächlich auf flexiblen Mikroklemmen.

Unter den verschiedenen Komponenten flexibler Mechanismen haben flexible Scharniere aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften erhebliche Aufmerksamkeit erhalten. Die relative Reise von verallgemeinerten Cross-Reed-flexiblen Scharnieren ist relativ kurz, wodurch sie für eine Vielzahl von Anwendungen von großer Bedeutung sind. Infolgedessen ist das flexible Scharnier mit Zero-Stiffness basierend auf diesem Design zur bevorzugten Wahl für den Bau komplexer flexibler statischer Gleichgewichtsmechanismen geworden, wodurch seine Forschung von großer Bedeutung ist.

Um Null -Steifigkeitseigenschaften in flexiblen Scharnieren zu erreichen, muss die torsionspositive Steifheit mit rotierender negativer Steifheit ausgeglichen werden. In dieser Hinsicht wurde ein rotatives negatives Steifheitsmodell entwickelt. Das Modell umfasst eine Blattfeder, die aus zwei überlappenden Schilf besteht, eines fest und der andere frei. Wenn die Verformung des Öffnungsende im Vergleich zur Länge des Scheidungslängens relativ klein ist, weist die Feder eine gute Linearität auf und kann als Feder mit Nulllänge analysiert werden.

In der Analyse des rotationalen negativen Steifheitsmodells werden die von den beiden Federn an einem bestimmten Punkt im System ausgeübten Drehmomente berücksichtigt. Basierend auf dem Dreiecks -Sinusgesetz können die Drehmomente mathematisch ausgedrückt werden. Durch die Kombination dieser Drehmomente kann das auf den Punkt ausgeübte Gesamtdrehmoment bestimmt werden. Diese Analyse zeigt, dass, wenn der Drehwinkel weniger als 90 Grad beträgt, die Federn ein Drehmoment in die gleiche Richtung wie der Drehwinkel ausüben, wodurch die negative Rotationssteifigkeit erzeugt wird.

Um ein genaues flexibles Scharniermodell mit Null-Stiffness zu ermitteln, ist es wichtig, die mechanischen Eigenschaften des verallgemeinerten flexiblen Scharniers mit gekreuztem Cross zu analysieren. Diese Analyse berücksichtigt verschiedene Faktoren wie den Einfluss der radialen Kraft und die reine Torsionslast auf die Torsionssteifigkeit des Scharniers. Durch das Verständnis dieser Faktoren kann die dimensionslose Torsionssteifigkeit der Scharniere berechnet werden. Das konzeptionelle Modell des flexiblen Scharniers der Null-Stiffness kann dann erhalten werden, indem das revolvierende Paar und die Ausgleichsfedern im rotationalen negativen Steifigkeitsmodell ersetzt werden. Dieses konzeptionelle Modell ist symmetrisch und ermöglicht die Analyse der gegen den Uhrzeigersinnszusehen der bewegenden Plattform.

Um die Genauigkeit des theoretischen Modells zu überprüfen, wird eine Finite -Elemente -Analyse mithilfe der ANSYS -Software durchgeführt. Die Analyse umfasst die Simulation und Analyse der momentableitenden Winkeleigenschaften des flexiblen Scharniers der Null-Steifheit. Die Ergebnisse werden dann mit den theoretischen Berechnungen verglichen. Die Simulation wird an Scharnieren mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt, und die Steifheit der Ausgewoderung wird allmählich eingestellt, bis die Steifheit des Scharniers auf Null reduziert wird. Durch Vergleich der Simulationsergebnisse und theoretischen Berechnungen wird bestätigt, dass das theoretische Modell das Verhalten des flexiblen Scharniers der Null-Stiffness genau darstellt.

Darüber hinaus wird die Machbarkeit der Verwendung von Blattfedern als Gleichgewichtsfedern in flexiblen Scharnieren von Null-Stiffs untersucht. Zu diesem Zweck wird ein Finite -Elemente -Modell festgelegt, und die Simulationsergebnisse werden mit denen verglichen, die unter Verwendung des Combine14 -Elements erhalten wurden. Die Ergebnisse bestätigen erneut die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des theoretischen Modells.

Zusammenfassend ermöglicht die Verwendung der rotation negativen Steifheit, um die positive Steifheit in flexiblen Scharnieren auszugleichen. Diese Systeme bieten zahlreiche Vorteile, darunter ein verringertes Antriebsdrehmoment, eine verbesserte Kraftübertragungsleistung und eine erhöhte Effizienz der Energieverbrauch. Es werden zwei verschiedene Gleichgewichtsmethoden analysiert, nämlich doppelte Gleichgewichtsfedern und Einzelbilanzfedern, und ihre statischen Gleichgewichtsbedingungen werden bestimmt. Die theoretischen Ergebnisse werden dann durch Finite -Elemente -Analyse verifiziert. Die Studie bestätigt, dass die doppelte Ausgleichsfedermethode für Szenarien geeignet ist, in denen die Radialkraft die Steifheit des Scharniers nicht beeinflusst, während das Einzelausgleichsmodell einen größeren Anwendungsbereich aufweist. Die axiale Raumkompaktheit des letzteren Modells ist jedoch etwas beeinträchtigt, was während des strukturellen Designs umfassende Berücksichtigung erfordert. Insgesamt ist die Forschung zu flexiblen Scharnieren und ihren Anwendungen mit Zero-Stiffness erheblich wichtig, um das Gebiet flexibler Mechanismen voranzutreiben.