Εξερεύνηση και ανάλυση της επίδρασης του χάσματος μεντεσέδες και της ευελιξίας των εξαρτημάτων στη δυναμική απόδοση1

Το πρόβλημα της εκκαθάρισης του μηχανισμού, που προκαλείται από σφάλματα κατασκευής και φυσιολογική φθορά κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές συγκρούσεις και επιπτώσεις μεταξύ των υπο-στοιχείων των συνδεδεμένων εξαρτημάτων. Αυτό αυξάνει τη δυναμική τάση, φθάνει τις ράβδους, αυξάνει την ελαστική παραμόρφωση, παράγει θόρυβο και κραδασμούς και μειώνει τη συνολική απόδοση του μηχανικού συστήματος. Πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει τη δυναμική των παράλληλων μηχανισμών με κενά μεντεσέδες και ευελιξία, αλλά εξακολουθεί να απαιτείται σε βάθος ανάλυση.

Για παράδειγμα, οι Bauchau et αϊ. πρότεινε μια τυπική μέθοδο άρθρωσης κάθαρσης για την περιγραφή ευέλικτων συστημάτων πολλαπλών σωμάτων χρησιμοποιώντας κινηματική. Zhao et αϊ. συζήτησε την επιρροή του μεγέθους του κενού μεντεσέδες στη δυναμική απόδοση των ρομπότ της σειράς Space. Chen Jiangyi et αϊ. ανέλυσε τη δυναμική των παράλληλων μηχανισμών με κενά μεντεσέδες. Kakizaki et αϊ. μελέτησε τη δυναμική των μηχανισμών διαστήματος με κενά μεντεσέδες, λαμβάνοντας υπόψη την ευελιξία της ράβδου. Ο Baiyan et αϊ. Προτεινόμενο και καθιέρωσε το δυναμικό μοντέλο του άκαμπτου εύκαμπτου χειριστή στην περίπτωση των κενών μεντεσέδες. Αυτές οι μελέτες παρέχουν πολύτιμες γνώσεις σχετικά με τη δυναμική των παράλληλων μηχανισμών με κενά μεντεσέδες και ευελιξία.

Για να αντιμετωπιστεί το ζήτημα της εκκαθάρισης του μηχανισμού, δημιουργείται ένα δυναμικό μοντέλο του μηχανισμού με χάσμα μεντεσέδες. Δεδομένου ότι οι μεντεσέδες με κενά θα συγκρουστούν κατά τη διάρκεια της κίνησης και τα μεταλλικά μέρη έχουν ελαστικά και απόσβεση χαρακτηριστικών, χρησιμοποιείται ένα μη γραμμικό μοντέλο δύναμης επαφής απόσβεσης ελατηρίου και ένα τροποποιημένο μοντέλο τριβής coulomb. Το μη γραμμικό μοντέλο δύναμης επαφής απόσβεσης ελατηρίου υπολογίζει τη δύναμη επαφής μεταξύ του ακροδέκτη μεντεσέδες και του μανίκι με βάση το μοντέλο επαφής Hertzian και θεωρεί την απώλεια ενέργειας που προκαλείται από την απόσβεση. Το τροποποιημένο μοντέλο τριβής Coulomb περιγράφει με ακρίβεια την τριβή από τη στατική τριβή σε δυναμική τριβή, λαμβάνοντας υπόψη την τριβή του coulomb, τη στατική τριβή και την ιξώδη τριβή.

Κατά την ανάλυση των δυναμικών χαρακτηριστικών των μηχανισμών με κενά μεντεσέδες, είναι απαραίτητο να εξεταστεί η ευελιξία των εξαρτημάτων. Στο λογισμικό Adams, τα ευέλικτα εξαρτήματα μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας τρεις μεθόδους: διακρίνοντας το εύκαμπτο σώμα σε πολλαπλά άκαμπτα σώματα, δημιουργώντας ευέλικτα σώματα απευθείας με την μονάδα Adams/Auto Flex ή συνδυάζοντας το λογισμικό ANSYS με τον Adams για την κατασκευή ευέλικτων εξαρτημάτων. Η τρίτη μέθοδος επιλέγεται σε αυτή τη μελέτη επειδή μπορεί να αντικατοπτρίζει καλύτερα την πραγματική κίνηση των ευέλικτων σωμάτων. Το ANSYS χρησιμοποιείται για το μοντέλο του ευέλικτου στοιχείου, την εκτέλεση της ανάλυσης των τρόπων και τη δημιουργία ενός ουδέτερου αρχείου που περιλαμβάνει διάφορες παραμέτρους και πληροφορίες σχετικά με το ευέλικτο μέλος.

Για να αποδειχθεί η ανάλυση, ένας παράλληλος μηχανισμός 3-RRT χρησιμοποιείται ως ερευνητικό αντικείμενο. Η ανάλυση των τρόπων διεξάγεται στις αλυσίδες κλάδου του μηχανισμού χρησιμοποιώντας το ANSYS και τα αποτελέσματα μετατρέπονται σε ευέλικτα μέλη στο Adams. Ο μηχανισμός αποτελείται από μια σταθερή πλατφόρμα, τρεις αλυσίδες κλάδου και μια κινούμενη πλατφόρμα. Κάθε αλυσίδα κλάδου αποτελείται από ράβδους, περιστρεφόμενες μεντεσέδες και μετακινούμενα ζεύγη. Η ευελιξία των ράβδων εξετάζεται, ενώ άλλα εξαρτήματα αντιμετωπίζονται ως άκαμπτα σώματα. Τα ζεύγη οδήγησης ρυθμίζονται ως το τμήμα οδήγησης και ο μηχανισμός προσομοιώνεται σε χαμηλές και υψηλές ταχύτητες.

Η ανάλυση αποκαλύπτει ότι τα κενά των αρθρώσεων έχουν σημαντική επίδραση στην ταχύτητα και τη δύναμη επαφής των άκαμπτων μηχανισμών, ενώ η ευελιξία επηρεάζει κυρίως την ταχύτητα και την επιτάχυνση του μηχανισμού. Όσο μεγαλύτερο είναι το κενό μεντεσέδες, τόσο μεγαλύτερο είναι το εύρος της ταχύτητας και της επιτάχυνσης. Η ταχύτητα οδήγησης επηρεάζει επίσης τη δυναμική απόδοση του μηχανισμού, με υψηλότερες ταχύτητες με αποτέλεσμα μεγαλύτερες αλλαγές και λιγότερη σταθερότητα. Ωστόσο, ανεξάρτητα από τους παράγοντες που επηρεάζουν, η δύναμη επαφής, η ταχύτητα και η επιτάχυνση φτάνουν σταδιακά σε μια σταθερή κατάσταση μετά από αλλαγές πλάτους.

Συμπερασματικά, η δυναμική των παράλληλων μηχανισμών με κενά μεντεσέδες και ευελιξία είναι κρίσιμες εκτιμήσεις στο σχεδιασμό και την κατασκευή. Πρέπει να ληφθεί υπόψη η ευελιξία των μεγάλων εξαρτημάτων παραμόρφωσης και η κάθαρση μεντεσέδες δεν μπορεί να αγνοηθεί, ειδικά για μηχανισμούς που λειτουργούν με υψηλές ταχύτητες. Με την κατανόηση και την αντιμετώπιση αυτών των παραγόντων, η απόδοση και η αποτελεσματικότητα του μηχανικού συστήματος μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά.