Diseño del método de elementos finitos y análisis de rendimiento de una nueva bisagra flexible de gran ángulo.

Resumen: El desarrollo de bisagras flexibles con una gran deformación, estrés pequeño y una pequeña deriva central siempre ha sido un problema desafiante en el campo de la investigación de bisagras flexibles. Este artículo presenta un diseño novedoso de una bisagra flexible con una estructura en forma de V, teoría de la superposición y un método de diseño simétrico, inspirado en una cierta bisagra flexible extranjera. Se realizó un estudio conceptual para diseñar esta bisagra flexible, establecer un modelo matemático y analizar su rendimiento. El análisis del método de elementos finitos demostró que el método de diseño aumentó la flexibilidad de la bisagra alargando la sección, redujo su deriva central y la tensión máxima, lo que resultó en un ángulo de rotación máximo de aproximadamente 16 °, una deriva central máxima de 3.557 μm y una tensión máxima de 499.8 MPA, que cumple con los requisitos de diseño iniciales. Estos resultados confirman el valor práctico de la bisagra.

Actualmente, los sensores remotos ópticos espaciales adoptan principalmente el método de empalme escalonado TDICCD para lograr matrices de larga línea. Sin embargo, este método carece de compensación de movimiento de imagen, lo que lleva a una reducción significativa en la resolución de imágenes. Por lo tanto, la compensación del movimiento de la imagen es necesaria. La compensación del movimiento de la imagen mecánica y la compensación electrónica son los dos métodos comunes. Este documento se centra en el control en tiempo real de la rotación del dispositivo TDICCD para lograr la compensación de movimiento de la imagen. Los mecanismos de rotación ordinarios no pueden cumplir con los requisitos de precisión en el espacio, lo que requiere el desarrollo de bisagras flexibles sin brecha, sin fricción, sin lubricación y alta resolución. La bisagra desarrollada en este documento se basa en un diseño de cámara específico, que requiere un ángulo de rotación de 6-8 °, una deriva central que no exceda de 10 μm y dimensiones dentro de 40 mm × 60 mm.

Diseño de bisagra flexible:

Se introducen varios diseños de bisagras flexibles típicos, incluida la bisagra flexible escalonada, la bisagra flexible de tubo dividida y la bisagra flexible de flexión libre. Si bien estas bisagras exhiben una buena flexibilidad y una amplia gama de ángulos de rotación, sufren una deriva central significativa cuando se someten a fuerzas externas. La característica común de estas bisagras es el uso de múltiples cañas para la deformación, logrando la deformación concentrada a través de la flexibilidad distribuida. Sin embargo, la estabilidad estructural de las configuraciones de realeza múltiple es difícil de garantizar en el entorno espacial. Por lo tanto, se enfatiza la necesidad de más investigación para aplicar estos componentes al espacio. Para abordar estos problemas, se propone un nuevo diseño de bisagra flexible de mariposas, que incorpora un diseño en forma de V y una estructura simétrica, inspirada en la bisagra flexible de tipo rueda.

Análisis de la bisagra flexible de la mariposa:

El modelo geométrico de la bisagra flexible de la mariposa se analiza utilizando el método de elementos finitos. La bisagra está compuesta de bisagras interconectadas con un diseño en forma de V, lo que permite una mayor longitud de la unidad flexible sin comprometer su grosor. El análisis demuestra que el diseño reduce efectivamente el estrés al distribuir la fuerza en cuatro partes e implementar el desplazamiento del vector para minimizar la deriva central. La tensión máxima es de aproximadamente 499.8 MPa, dentro del rango de tensión permitido del material elegido. La bisagra logra un ángulo de rotación de 8 ° y una deriva central de 3.557 μm, que cumple con los requisitos de diseño. También se investiga la relación entre el radio y la deriva central, con un radio de 17 mm que se considera óptimo para el diseño de la bisagra. Además, el análisis revela una relación lineal entre la fuerza y ​​el desplazamiento, lo que permite un control preciso del ángulo de rotación.

En conclusión, se diseña un nuevo tipo de bisagra flexible de gran ángulo utilizando el método de elementos finitos, y se analiza su rendimiento. El diseño propuesto en forma de V, la teoría de la superposición y el diseño simétrico dan como resultado una mayor flexibilidad, una reducción de la deriva central y el estrés. La bisagra logra un ángulo de rotación máximo de 16 °, una deriva central máxima de 3.557 μm y una tensión máxima de 499.8 MPa, que cumple con los requisitos de diseño. El análisis de la relación de desplazamiento de fuerza confirma aún más la excelente elasticidad lineal de la bisagra. En general, la bisagra desarrollada exhibe un valor práctico y se puede aplicar en varios escenarios, como ceremonias de apertura, exposiciones comerciales y promociones de productos.