Fleksebla Kalkulo kaj Rendimento-Analizo de Nova Unudirekta Rekta-Cirkla-Ellipsa Hibri1

Abstrakta:

Flekseblaj ĉarniroj ludas gravegan rolon en la kampo de mikro-elektromekanikaj sistemoj (MEMS). Ĉi tiu papero enkondukas novan tipon de fleksebla ĉarniro nomata la unuflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro. La fleksebleco de ĉi tiu ĉarniro estas kalkulita uzante la duan teoremon de Karl, kaj la rezultoj validas per finia elementa analizo. La strukturaj parametroj de la ĉarniro estas analizitaj por determini sian influon sur ĝia fleksebleco. Komparo ankaŭ estas farita inter la unuflankaj kaj duflankaj rektaj cirkla-elipsaj hibridaj flekseblaj ĉarniroj, kaj oni konkludas, ke la unuflanka ĉarniro ofertas pli bonan rotacian kapablon kaj ŝarĝan sentivecon. Entute, la unuflanka hibrida fleksebla ĉarniro provizas promesplenan solvon por kompaktaj kaj tre movaj aplikoj en inĝenierado.

En la rapide evoluantaj kampoj de mikro-elektromekanika teknologio, aerspaco kaj biologia inĝenierado, tradiciaj rigidaj mekanismoj ne plu sufiĉas por plenumi la projektojn kaj uzajn postulojn. Flekseblaj mekanismoj, kun ilia malgranda grandeco, foresto de mekanika frikcio kaj breĉoj, kaj alta movada sentiveco, akiris signifan tiradon en diversaj disciplinoj, inkluzive de maŝinaro, robotiko, komputiloj, aŭtomata kontrolo kaj preciza mezurado. La ŝlosila komponento de flekseblaj mekanismoj estas la fleksebla ĉarniro, kiu uzas elastan deformadon kaj mem-reakirejajn proprietojn por forigi perditan movadon kaj mekanikan frikcion, tiel atingante pli altan rezolucion. Unu-aksaj flekseblaj ĉarniroj povas esti klasifikitaj surbaze de iliaj transversaj formoj, kiel arko, plumba angulo, elipso, parabolo, kaj hiperbola tipoj. Inter ĉi tiuj, la rektaj kaj plumaj angulaj ĉarniroj estas vaste uzataj pro iliaj simplaj strukturoj. Tamen, en iuj kazoj, kie spaco estas limigita, la bezono de kompaktaj strukturoj kaŭzis la aperon de unuflankaj flekseblaj ĉarniroj, kiuj trovis ampleksajn aplikojn en preciza mezurado kaj poziciigado. Surbaze de la avantaĝoj de hibridaj kaj unuflankaj flekseblaj ĉarniroj, ĉi tiu papero proponas unuflankan hibridan flekseblan ĉarniron, kiu ofertas novan aliron al la inĝeniera apliko de flekseblaj ĉarniroj kun kompaktaj strukturoj kaj grandaj movoj.

Fleksebla kalkulo de la unuflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro:

La unuflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro enhavas duonon de unuflanka rekta cirkla ĉarniro kaj duono de unuflanka elipsa ĉarniro. Ĝiaj geometriaj parametroj inkluzivas ĉarniran larĝon (B), minimuman dikecon (T), rektan cirklan radion (R), ĉarniran longon (L), gravan akson de la elipso (M), kaj duon-minutan akson de la elipso (N). La analizo de la fleksebla ĉarniro baziĝas sur la supozo de malgrand-deformita kantila trabo, kun la dekstra fino fiksita kaj fleksanta deformadon kaŭzitan de forto kaj momento. La influo de aksa ŝarĝo estas konsiderata, dum tondado kaj tordaj efikoj estas neglektitaj. Laŭ la dua teoremo de kasedo, la rilato inter la deformado de la ĉarniro ĉe punkto 1 kaj la aplikata ŝarĝo povas esti determinita. La formulo pri fleksebla kalkulado estas derivita surbaze de ĉi tiu rilato kaj la koordinatoj de la transversa sekcio de la ĉarniro. Per integraj kalkuloj, la fleksebleco de la unuflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro povas esti akirita.

Ekzempla kalkulo kaj finita elementa kontrolado:

Ekzempla kalkulo estas farita per la derivita fleksebla kalkula formulo por malsamaj valoroj de la duonminora akso (N) de la elipso. La rezultoj estas komparataj kun la rezultoj de la finia elemento (FEA) por kontroli la precizecon de la formulo. La eraro inter la du aroj de rezultoj troviĝas malpli ol 8%, konfirmante la validecon de la formulo de fleksebla kalkulado.

Efikeca analizo de la unuflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro:

La fleksebleco de la ĉarniro estas influita de ĝiaj materiaj kaj strukturaj parametroj. La formulo pri fleksebla kalkulado malkaŝas, ke la elasta modulo (E) estas inverse proporcia al la larĝo de la ĉarniro (B). Aliaj parametroj, kiel la rekta cirkla radio (R), duon-ĉefa akso de la elipso (M), duonminora akso de la elipso (N), kaj minimuma dikeco (T), ankaŭ influas la flekseblecon. Analizo de la formulo de fleksebla kalkulado montras, ke ĝiaj parametroj estas plej sentemaj al ŝanĝoj en la minimuma dikeco (t) de la ĉarniro.

Komparo de rendimento kun bilatera rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro:

La unuflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro estas komparata kun la duflanka rekta cirkla-elipsa hibrida fleksebla ĉarniro proponita en la literaturo. La fleksebleco estas uzata kiel rendimento -indekso, difinita kiel la rilatumo de la unuflanka fleksebleco al la bilatera fleksebleco. La rezultoj montras, ke la unuflanka hibrida fleksebla ĉarniro ofertas pli bonan rotacian kapaciton kaj ŝarĝan sentivecon kompare al la bilatera hibrida ĉarniro.

La propono de nova tipo de fleksebla ĉarniro, la unuflanka hibrida fleksebla ĉarniro, alportas novajn eblecojn por inĝenieristikaj aplikoj, kiuj postulas kompaktajn strukturojn kaj grandajn movojn. La formulo pri fleksebla kalkulado estas derivita surbaze de la dua teoremo de Karl kaj validigita per finia elementa analizo. La strukturaj parametroj de la ĉarniro estas trovitaj efiki ĝian flekseblecon, kun la minimuma dikeco praktikanta la plej signifan influon. La unuflanka hibrida fleksebla ĉarniro agas pli bone ol la bilatera hibrida ĉarniro koncerne rotacian kapablon kaj ŝarĝan sentivecon. Entute, la unuflanka hibrida fleksebla ĉarniro ofertas promesplenajn perspektivojn por diversaj inĝenieristikaj aplikoj.