Υπολογισμός ευελιξίας και Ανάλυση απόδοσης μιας νέας υβριτικής ευθείας ελλειπής μίας όψης

Περίληψη:

Οι ευέλικτοι μεντεσέδες έχουν αποκτήσει σημαντική δημοτικότητα στον τομέα των μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS). Αυτό το έγγραφο εισάγει έναν νέο τύπο εύκαμπτου μεντεσέ, δηλαδή τον υβριδικό μειονεκτικό μειονεκτικό τζίνι με ευέλικτο κύκλο. Η αξιοποίηση του δεύτερου θεώρημα του Karl, ένας υπολογιστικός τύπος για την ευελιξία των κυκλικών και ελλειπτικών υβριδικών ευέλικτων μεντεσέδων προτείνεται. Ο παράγωγος τύπος επικυρώνεται μέσω ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων και συγκριτικής ανάλυσης. Αναλύεται η επίδραση κάθε δομικής παραμέτρου του μονομερούς υβριδικού εύκαμπτου μεντεσέ στην ευελιξία του. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση με τον υβριδικό εύκαμπτο μεντεσέ διπλής όψης για να αποδειχθεί η ανώτερη χωρητικότητα περιστροφής και η ευαισθησία του φορτίου του μονομερούς σχεδιασμού. Η πρόταση μονομερών υβριδικών ευέλικτων μεντεσέδων παρουσιάζει μια νέα λεωφόρο για εφαρμογές μηχανικής που απαιτούν συμπαγείς δομές και μεγάλες μετατοπίσεις.

Η έλευση της μικρο-ηλεκτρομηχανικής τεχνολογίας, της αεροδιαστημικής μηχανικής και της βιολογικής μηχανικής έχει επισημάνει τους περιορισμούς των παραδοσιακών άκαμπτων μηχανισμών στην ικανοποίηση των απαιτήσεων σχεδιασμού και χρήσης. Οι ευέλικτοι μηχανισμοί προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα όπως το μικρό μέγεθος, η απουσία μηχανικής τριβής, χωρίς κενά και ευαισθησία υψηλής κίνησης. Αυτό οδήγησε στην εκτεταμένη χρήση τους σε διάφορους κλάδους, συμπεριλαμβανομένων των μηχανημάτων, της ρομποτικής, των υπολογιστών, του αυτόματου ελέγχου και της μέτρησης ακριβείας. Η βασική συνιστώσα των ευέλικτων μηχανισμών είναι ο ευέλικτος μεντεσέ, η οποία εξαλείφει την χαμένη κίνηση και τη μηχανική τριβή μέσω ελαστικών ιδιοτήτων παραμόρφωσης και αυτο-αναπροσαρμογής, επιτρέποντας υψηλότερες αναλύσεις μετατόπισης. Οι ευέλικτοι μεντεσέδες ενός άξονα ταξινομούνται σε διάφορα σχήματα, όπως τόξο, γωνιά μολύβδου, ελλειπτική, παραβολή και υπερβολική. Μεταξύ αυτών, οι τύποι ευθείας και γωνίας μολύβδου χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω των απλών δομών τους. Ωστόσο, σε ορισμένες εφαρμογές όπου ο χώρος είναι περιορισμένος, οι ευέλικτοι μεντεσέδες μιας όψης έχουν αναδειχθεί ως προτιμώμενη επιλογή, βρίσκοντας χρησιμότητα στη μέτρηση και την τοποθέτηση ακριβείας.

Μέθοδος:

Βασιζόμενοι στην προαναφερθείσα έρευνα, η μελέτη αυτή προτείνει έναν νέο τύπο ευέλικτου μεντεσέ που ονομάζεται μονόπλευρη υβριδική ευέλικτη άρθρωση, η οποία συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των υβριδικών και μονομερών ευέλικτων μεντεσέδων. Ο τύπος υπολογισμού ευελιξίας για αυτόν τον μεντεσέ προέρχεται με βάση το δεύτερο θεώρημα του Karl και η απόδοσή του επαληθεύεται μέσω ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων. Η μελέτη εξετάζει επίσης την επίδραση διαφόρων δομικών παραμέτρων στην ευελιξία του μεντεσέ.

Αποτελέσματα και συζήτηση:

Ο τύπος υπολογισμού ευελιξίας για τον μονομερή υβριδική ευέλικτη άρθρωση ευέλικτου κύκλου υποδεικνύει ότι η ευελιξία εξαρτάται τόσο από τις υλικές όσο και από τις δομικές παραμέτρους. Η παραγόμενη φόρμουλα καταδεικνύει ότι οι παράμετροι ευελιξίας είναι αντιστρόφως ανάλογες με το πλάτος του μεντεσέ, ενώ παράμετροι όπως η ακτίνα ευθείας κύκλου, ο άξονας ημι-major, ο ημι-ελάχιστος άξονας και το ελάχιστο πάχος επηρεάζουν επίσης την ευελιξία. Μέσω της ανάλυσης, παρατηρείται ότι η ευελιξία μειώνεται με αύξηση του ημι-ελλιπούς άξονα της ελλειπτικής, αυξάνεται με μείωση του ελάχιστου πάχους και αλλάζει μη γραμμικά με μεταβαλλόμενο πάχος. Η επίδραση του ελάχιστου πάχους στην ευελιξία διαπιστώθηκε ότι είναι πιο σημαντική σε σύγκριση με άλλες παραμέτρους.

Συγκρίνεται μια σύγκριση μεταξύ του μονόπλευρου υβριδικού ευέλικτου μεντεσέ και του υβριδικού μειονεκτούντος ευέλικτου κύκλου και του υβριδικού ευέλικτου μεντεσέ που προτείνεται στην προηγούμενη βιβλιογραφία. Η ευελιξία αναγνωρίζεται ως το πιο ζωτικό χαρακτηριστικό των ευέλικτων μεντεσέδων και η σχετική αναλογία ευελιξίας, που υποδηλώνεται ως CDAY, εισάγεται για να συγκρίνει τα δύο σχέδια άρθρωσης. Η ανάλυση αποκαλύπτει ότι ο μονομερής υβριδικός εύκαμπτος άρθρωση παρουσιάζει μεγαλύτερη ικανότητα περιστροφής και ευαισθησία φορτίου σε σύγκριση με τον διμερή σχεδιασμό. Η ευελιξία του μονομερούς υβριδικού εύκαμπτου μεντεσέ είναι περίπου 1,37 φορές υψηλότερη από αυτή του διμερούς σχεδιασμού.

Αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη ανάλυση του μονομερούς υβριδικού εύκαμπτου μεντεσέ, ενός καινοτόμου ευέλικτου σχεδιασμού μεντεσέ που προσφέρει συμπαγείς δομές και μεγάλες μετατοπίσεις. Ο τύπος υπολογισμού ευελιξίας που προέρχεται από την ευελιξία επικυρώνεται μέσω ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, αποδεικνύοντας ένα σφάλμα εντός 8%. Αναλύεται η επίδραση των διαρθρωτικών παραμέτρων στην ευελιξία, με το ελάχιστο πάχος του μεντεσέ που αναγνωρίζεται ως η πιο σημαντική παράμετρος. Επιπλέον, μια σύγκριση με τον διμερή υβριδικό εύκαμπτο άρθρωση υπογραμμίζει την ανώτερη απόδοση του μονομερούς σχεδιασμού όσον αφορά την ικανότητα περιστροφής και την ευαισθησία του φορτίου. Η προτεινόμενη μονομερής υβριδική ευέλικτη άρθρωση ανοίγει νέες δυνατότητες για την εφαρμογή της μηχανικής εφαρμογής ευέλικτων μεντεσέδων σε διάφορες βιομηχανίες.