Κινηματική μοντέλο και έρευνα απόδοσης της μηδενικής ακαμψίας Cross Reed εύκαμπτο hinge_hinge γνώση

Ο ευέλικτος μηχανισμός είναι μια πρωτοποριακή έννοια στον τομέα της μηχανικής, καθώς χρησιμοποιεί την ελαστική παραμόρφωση των υλικών για τη μετάδοση κίνησης, δύναμης ή ενέργειας. Αυτός ο μηχανισμός έχει αποκτήσει δημοτικότητα σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της τοποθέτησης ακριβείας, της επεξεργασίας MEMS και της αεροδιαστημικής, λόγω των πολυάριθμων πλεονεκτημάτων του, όπως η μηδενική τριβή, η απρόσκοπτη λειτουργία, η εύκολη συντήρηση, η υψηλή ανάλυση και οι ολοκληρωμένες δυνατότητες επεξεργασίας.

Ωστόσο, οι παραδοσιακοί άκαμπτοι μηχανισμοί εξακολουθούν να κυριαρχούν στην αγορά λόγω ορισμένων περιορισμών του ευέλικτου μηχανισμού. Ένας από αυτούς τους περιορισμούς είναι η θετική ακαμψία που συμβαίνει στη λειτουργική κατεύθυνση κατά τη διάρκεια της δράσης του μηχανισμού. Αυτή η θετική ακαμψία απαιτεί μεγαλύτερη κινητήρια δύναμη και αυστηρές απαιτήσεις στον οδηγό, οι οποίες τελικά μειώνουν την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς ενέργειας. Αυτές οι αδυναμίες εμπόδισαν την ευρύτερη εφαρμογή του ευέλικτου μηχανισμού.

Για να ξεπεραστούν οι δυσμενείς επιπτώσεις της θετικής ακαμψίας, πολλοί μελετητές έχουν εισαγάγει την έννοια της μηδενικής ακαμψίας στον εύκαμπτο μηχανισμό. Με έξυπνη χρήση αρνητικής ακαμψίας για να αντισταθμιστεί η θετική ακαμψία, μπορεί να επιτευχθεί μηχανισμός με μηδενική δυσκαμψία. Ένα τέτοιο σύστημα, γνωστό και ως εύκαμπτος μηχανισμός στατικής ισορροπίας, μπορεί να επιτύχει μια στατική κατάσταση ισορροπίας σε οποιοδήποτε σημείο της εμβέλειας κίνησης. Αυτός ο τύπος μηχανισμού προσφέρει διάφορα πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της εξαιρετικής απόδοσης μετάδοσης δύναμης, της δυνατότητας λειτουργίας με μικρότερες κινητήριες δυνάμεις και της απόδοσης μετάδοσης υψηλής ενέργειας. Κατά συνέπεια, η ερευνητική εστίαση στον τομέα των ευέλικτων μηχανισμών στατικής ισορροπίας υπήρξε κυρίως σε εύκαμπτες μικρο-σφιγκτήρες.

Μεταξύ των διαφόρων συστατικών των ευέλικτων μηχανισμών, οι ευέλικτοι μεντεσέδες έχουν λάβει σημαντική προσοχή λόγω των εξαιρετικών χαρακτηριστικών τους. Το σχετικό ταξίδι των γενικευμένων ευέλικτων μεντεσέδων είναι σχετικά σύντομο, καθιστώντας τα πολύτιμα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Κατά συνέπεια, ο ευέλικτος μεντεσέ με μηδενική δυσκαμψία με βάση αυτό το σχέδιο έχει γίνει η προτιμώμενη επιλογή για την κατασκευή πολύπλοκων ευέλικτων μηχανισμών στατικής ισορροπίας, καθιστώντας την έρευνά του εξαιρετικά σημαντική.

Για να επιτευχθούν χαρακτηριστικά μηδενικής δυσκαμψίας σε εύκαμπτους μεντεσέδες, είναι απαραίτητο να αντισταθμιστεί η στρεπτική θετική δυσκαμψία με την περιστροφική αρνητική ακαμψία. Από αυτή την άποψη, έχει αναπτυχθεί ένα μοντέλο περιστροφικής αρνητικής ακαμψίας. Το μοντέλο περιλαμβάνει τη χρήση ενός ελατηρίου φύλλων που αποτελείται από δύο επικαλυπτόμενα καλάμια, ένα σταθερό και το άλλο ελεύθερο. Όταν η παραμόρφωση του άκρου ανοίγματος είναι σχετικά μικρή σε σύγκριση με το μήκος του καλάμι, το ελατήριο παρουσιάζει καλή γραμμικότητα και μπορεί να αναλυθεί ως ελατήριο μηδενικού μήκους.

Η ανάλυση του μοντέλου περιστροφικής αρνητικής ακαμψίας θεωρεί τις ροπές που ασκούνται από τις δύο πηγές σε ένα συγκεκριμένο σημείο του συστήματος. Με βάση τον τριγωνικό νόμο ημιτονοειδούς, οι ροπές μπορούν να εκφραστούν μαθηματικά. Συνδυάζοντας αυτές τις ροπές, μπορεί να προσδιοριστεί η συνολική ροπή που ασκείται στο σημείο. Αυτή η ανάλυση αποκαλύπτει ότι όταν η γωνία περιστροφής είναι μικρότερη από 90 μοίρες, οι πηγές ασκούν ροπή προς την ίδια κατεύθυνση με τη γωνία περιστροφής, δημιουργώντας έτσι περιστροφική αρνητική ακαμψία.

Για να δημιουργηθεί ένα ακριβές μοντέλο ευέλικτου μεντεσέ, είναι ζωτικής σημασίας να αναλυθούν οι μηχανικές ιδιότητες του γενικευμένου ευέλικτου μεντεσέ. Αυτή η ανάλυση εξετάζει διάφορους παράγοντες όπως η επίδραση της ακτινικής δύναμης και του καθαρού στρεπτικού φορτίου στη στρεπτική δυσκαμψία του μεντεσέ. Με την κατανόηση αυτών των παραγόντων, μπορεί να υπολογιστεί η ακατάλληλη στρεπτική ακαμψία των μεντεσέδων. Το εννοιολογικό μοντέλο της ευέλικτης άρθρωσης μηδενικής δυσκαμψίας μπορεί στη συνέχεια να ληφθεί αντικαθιστώντας τα περιστρεφόμενα ελατήρια ζεύγους και ισορροπίας στο μοντέλο περιστροφικής αρνητικής ακαμψίας. Αυτό το εννοιολογικό μοντέλο είναι συμμετρικό, επιτρέποντας την ανάλυση της περιστροφής της κίνησης της κινούμενης πλατφόρμας.

Για να επαληθευτεί η ακρίβεια του θεωρητικού μοντέλου, διεξάγεται ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούν το λογισμικό ANSYS. Η ανάλυση περιλαμβάνει την προσομοίωση και την ανάλυση των χαρακτηριστικών γωνίας περιστροφής στιγμής του ευέλικτου μεντεσέ με μηδενικότητα. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται στη συνέχεια με τους θεωρητικούς υπολογισμούς. Η προσομοίωση εκτελείται σε μεντεσέδες με διαφορετικές παραμέτρους και η ακαμψία του ελατηρίου ισορροπίας ρυθμίζεται σταδιακά μέχρι να μειωθεί η δυσκαμψία της μεντεσέδες στο μηδέν. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα προσομοίωσης και τους θεωρητικούς υπολογισμούς, επιβεβαιώνεται ότι το θεωρητικό μοντέλο αντιπροσωπεύει με ακρίβεια τη συμπεριφορά του ευέλικτου μεντεσέ της μηδενικής δυσκαμψίας.

Επιπλέον, διερευνάται η σκοπιμότητα της χρήσης ελατηρίων φύλλων ως πηγών ισορροπίας σε εύκαμπτες μεντεσέδες μηδενικής δυσκαμψίας. Για το σκοπό αυτό δημιουργείται ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων και τα αποτελέσματα προσομοίωσης συγκρίνονται με αυτά που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας το στοιχείο Combine14. Τα αποτελέσματα για άλλη μια φορά επικυρώνουν την ακρίβεια και την αξιοπιστία του θεωρητικού μοντέλου.

Συμπερασματικά, η χρήση της περιστροφικής αρνητικής δυσκαμψίας για την αντιστάθμιση της θετικής ακαμψίας σε εύκαμπτες μεντεσέδες επιτρέπει τη δημιουργία ευέλικτων συστημάτων ευέλικτων μεντεσέδων. Αυτά τα συστήματα προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της μειωμένης ροπής οδήγησης, της βελτίωσης της απόδοσης της μετάδοσης δύναμης και της αυξημένης αποτελεσματικότητας της χρήσης ενέργειας. Αναλύονται δύο διαφορετικές μέθοδοι ισορροπίας, δηλαδή ελατήρια διπλής ισορροπίας και ελατήρια μονής ισορροπίας και προσδιορίζονται οι συνθήκες στατικής ισορροπίας τους. Τα θεωρητικά αποτελέσματα στη συνέχεια επαληθεύονται μέσω ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων. Η μελέτη επιβεβαιώνει ότι η μέθοδος διπλής ισορροπίας ελατηρίου είναι κατάλληλη για σενάρια όπου η ακτινική δύναμη δεν επηρεάζει τη δυσκαμψία του μεντεσέ, ενώ το μοντέλο ελατηρίου ενιαίας ισορροπίας έχει ευρύτερο φάσμα εφαρμογών. Ωστόσο, ο αξονικός χώρος του τελευταίου μοντέλου είναι κάπως συμβιβασμένη, που απαιτεί ολοκληρωμένη εξέταση κατά τη διάρκεια του διαρθρωτικού σχεδιασμού. Συνολικά, η έρευνα σχετικά με τους ευέλικτους μεντεσέδες με μηδενικές δυσκολίες και τις εφαρμογές τους έχει σημαντική σημασία στην προώθηση του πεδίου των ευέλικτων μηχανισμών.