Uue ühepoolse sirgjoonelise-ellipsi hübri paindlikkuse arvutamine ja jõudlusanalüüs

Kokkuvõte:

Paindlikud hinged on saavutanud olulise populaarsuse mikroelektromehaaniliste süsteemide (MEMS) valdkonnas. Selles artiklis tutvustatakse uudset tüüpi painduvat liigendit, nimelt ühepoolset sirgjoonelist-ellipsi hübriidse painduvat liigendit. Karli teise teoreemi võimendamisel pakutakse välja arvutuslik valem ümmarguste ja elliptiliste hübriidsete painduvate hingede paindlikkuse kohta. Tuletatud valem valideeritakse lõplike elementide ja võrdleva analüüsi abil. Analüüsitakse ühepoolse hübriidse painduva liigendi iga struktuuriparameetri mõju selle paindlikkusele. Lisaks võrreldakse kahepoolse sirge ringiga hübriidse painduva liigendiga, et näidata ühepoolse kujunduse paremat pöörlemisvõimet ja koormustundlikkust. Ühepoolsete hübriidsete painduvate hingede ettepanek on uus võimalus tehniliste rakenduste jaoks, mis nõuavad kompaktseid struktuure ja suuri nihkeid.

Mikroelektromehaanilise tehnoloogia, kosmosetehnika ja bioloogilise inseneri tulek on esile toonud traditsiooniliste jäikade mehhanismide piirangud kavandamise ja kasutusnõuete täitmisel. Paindlikud mehhanismid pakuvad arvukalt eeliseid, näiteks väiksus, mehaanilise hõõrdumise puudumine, lünkade puudumine ja kõrge liikumistundlikkus. See on viinud nende ulatusliku kasutamiseni erinevates erialades, sealhulgas masinaid, robootikat, arvuteid, automaatjuhtimist ja täpsuse mõõtmist. Painduvate mehhanismide põhikomponent on painduv liigend, mis välistab kaotatud liikumise ja mehaanilise hõõrdumise elastse deformatsiooni ja enese taaselustamise omaduste kaudu, võimaldades suuremat nihke eraldumist. Üheteljelised painduvad hinged klassifitseeritakse erinevatesse kujudesse, näiteks kaare, plii nurk, ellipse, paraboola ja hüperbool. Nende hulgas kasutatakse sirgjoonelisi ja plii nurgatüüpe laialdaselt nende lihtsate struktuuride tõttu. Kuid teatud rakendustes, kus ruumi on piiratud, on eelistatud valikuks kujunenud ühepoolsed paindlikud hinged, leides kasulikkuse täpse mõõtmise ja positsioneerimise osas.

Meetodid:

Eespool nimetatud uurimistööle tuginedes pakub see uuring välja uut tüüpi painduvat liigendit, mida nimetatakse ühepoolseks hübriidseks painduvaks liigendiks, mis ühendab hübriidsete ja ühepoolsete painduvate hingede eelised. Selle liigendi paindlikkuse arvutamise valem tuletatakse Karli teise teoreemi põhjal ja selle jõudlust kontrollitakse lõplike elementide analüüsi abil. Uuringus uuritakse ka erinevate struktuuriliste parameetrite mõju liigendi paindlikkusele.

Tulemused ja arutelu:

Ühepoolse sirgjoonelise-ellipsi hübriidse painduva painde paindlikkuse arvutusvalem näitab, et paindlikkus sõltub nii materjalidest kui ka struktuurilistest parameetritest. Tuletatud valem näitab, et paindlikkuse parameetrid on pöördvõrdelised hinge laiusega, samas kui paindlikkust mõjutavad ka sellised parameetrid nagu sirgjooneline raadius, ellipsi pool-major telg, pool-minuti telg ja minimaalne paksus. Analüüsi kaudu täheldatakse, et paindlikkus väheneb koos ellipsi poolmuutuste telje suurenemisega, suureneb minimaalse paksuse vähenemisega ja muutub mittelineaarselt erineva paksusega. Minimaalse paksuse mõju paindlikkusele on võrreldes teiste parameetritega olulisem.

Võrdlus tehakse ühepoolse sirgjoonelise-ellipsi hübriidse painduva liigendi ja kahepoolse sirge ring-ellipsi hübriidse painduva liigendi vahel, mis on välja pakutud eelmises kirjanduses. Paindlikkust peetakse paindlike hingede kõige olulisemaks tunnuseks ja kahe liigendi kujunduse võrdlemiseks tutvustatakse suhtelist paindlikkuse suhet, mida tähistatakse CDAY -ks. Analüüsist selgub, et ühepoolsel hübriidse painduval liigendil on kahepoolse disainiga võrreldes suurem pöörlemisvõime ja koormuse tundlikkus. Ühepoolse hübriidse painduva liigendi paindlikkus on umbes 1,37 korda suurem kui kahepoolsel kujundusel.

Selles uuringus on esitatud põhjalik analüüs ühepoolse hübriidse painduva liigendi kohta, uuendusliku paindliku liigendikujunduse kohta, mis pakub kompaktseid struktuure ja suuri nihkeid. Tuletatud paindlikkuse arvutamise valem valideeritakse lõplike elementide analüüsi abil, mis näitab viga 8%piires. Analüüsitakse struktuursete parameetrite mõju paindlikkusele, kõige mõjukaima parameeterina määratletakse liigendi minimaalne paksus. Lisaks rõhutab võrdlus kahepoolse hübriidse painduva liigendiga ühepoolse kujunduse paremat jõudlust pöörlemisvõimsuse ja koormuse tundlikkuse osas. Kavandatud ühepoolne hübriid paindlik liigend avab uusi võimalusi paindlike hingede tehniliseks kasutamiseks erinevates tööstusharudes.