Kinemaatiline mudel ja jõudlusuuringud nulljäikuse risti paindliku hinge_hinge teadmised

Paindlik mehhanism on murranguline mõiste mehaanika valdkonnas, kuna see kasutab materjalide elastset deformatsiooni liikumise, jõu või energia edastamiseks. See mehhanism on populaarsust kogunud erinevates tööstusharudes, sealhulgas täpse positsioneerimise, MEMS -i töötlemise ja kosmose, tänu selle arvukatele eelistele nagu nullhõõrdumine, sujuv töö, lihtne hooldus, kõrge eraldusvõime ja integreeritud töötlemisvõimalused.

Paindliku mehhanismi teatud piirangute tõttu domineerivad turul endiselt traditsioonilised jäigad mehhanismid. Üks neist piirangutest on positiivne jäikus, mis toimub mehhanismi toimimise ajal funktsionaalses suunas. See positiivne jäikus nõuab juhile suuremat edasiviiva jõudu ja rangeid nõudeid, mis lõpuks vähendab energiaülekande tõhusust. Need puudused on takistanud paindliku mehhanismi laiemat rakendamist.

Positiivse jäikuse kahjulike mõjude ülesaamiseks on paljud teadlased paindlikku mehhanismi sisse toonud nulljäikuse mõiste. Kasutades nutikalt negatiivset jäikust positiivse jäikuse tasakaalustamiseks, on võimalik saavutada nulljäikusega mehhanism. Selline süsteem, mida tuntakse ka kui paindlikku staatilist tasakaalu mehhanismi, võib staatilise tasakaalu oleku saavutada liikumisulatuse mis tahes hetkes. Seda tüüpi mehhanism pakub mitmeid eeliseid, sealhulgas suurepärase jõu edastamise jõudlus, väiksemate liikumapanevate jõududega töötamise võimalus ja suure energia edastamise tõhusus. Järelikult on uurimistöö keskendunud paindlike staatiliste tasakaalu mehhanismide valdkonnas peamiselt paindlikel mikroklappidel.

Paindlike mehhanismide erinevate komponentide hulgas on paindlikud hinged pälvinud märkimisväärset tähelepanu nende erandlike omaduste tõttu. Üldistatud ristluu painduvate hingede suhteline reisimine on suhteliselt lühike, muutes need paljude rakenduste jaoks väga väärtuslikuks. Järelikult on sellel kujundusel põhinev null-stiilne paindlik liigend muutunud keerukate painduvate staatiliste tasakaalu mehhanismide konstrueerimise eelistatavaks valikuks, muutes selle uurimistöö väga oluliseks.

Paindlike hingede jäikuse omaduste saavutamiseks on vaja tasakaalustada pöörde negatiivse jäikusega väände positiivset jäikust. Sellega seoses on välja töötatud pöörleva negatiivse jäikuse mudel. Mudel hõlmab lehevedru kasutamist, mis koosneb kahest kattuvast pilliroost, üks fikseeritud ja teine ​​vaba. Kui avaotsa deformatsioon on pilliroo pikkusega võrreldes suhteliselt väike, näitab vedru head lineaarsust ja seda saab analüüsida nullpikkuse vedruna.

Pöörleva negatiivse jäikuse mudeli analüüs arvestab kahe allika poolt süsteemi konkreetses punktis avaldatud pöördemomentidega. Kolmnurkse siinuse seaduse põhjal saab torneid matemaatiliselt väljendada. Nende pöördemomentide kombineerimisega saab kindlaks määrata kogu pöördemomendi. See analüüs näitab, et kui pöörlemisnurk on alla 90 kraadi, avaldab vedrud pöördemomendi pöörlemisnurga samas suunas, luues sellega pöörleva negatiivse jäikuse.

Täpse null-stiilsuse painduva liigendimudeli loomiseks on ülioluline analüüsida üldistatud ristluu painduva liigendi mehaanilisi omadusi. Selles analüüsis käsitletakse mitmesuguseid tegureid, näiteks radiaalse jõu mõju ja puhas väändekoormus liigendi väändejäikusele. Nende tegurite mõistmisega saab arvutada hingedeta väändejäikuse. Seejärel saab null-stiilsuse paindliku liigendi kontseptuaalse mudeli, asendades pöörlemispaari ja tasakaalu vedrud pöörleva negatiivse jäikuse mudelis. See kontseptuaalne mudel on sümmeetriline, võimaldades analüüsida liikuva platvormi vastupäeva.

Teoreetilise mudeli täpsuse kontrollimiseks viiakse läbi ANSYS tarkvara abil lõplike elementide analüüs. Analüüs hõlmab null-stimuleerimise paindliku liigendi hetk-pöördenurga omaduste simuleerimist ja analüüsimist. Seejärel võrreldakse tulemusi teoreetiliste arvutustega. Simulatsioon viiakse läbi erinevate parameetritega hingedel ja tasakaalu vedru jäikus reguleeritakse järk -järgult, kuni liigendi jäikus väheneb nullini. Võrreldes simulatsiooni tulemusi ja teoreetilisi arvutusi, kinnitatakse, et teoreetiline mudel tähistab täpselt null-stiilsuse paindliku liigendi käitumist.

Lisaks uuritakse lehtvedrude kasutamise teostatavust null-stiilse paindlike hingede tasakaalustavate vedrudena. Sel eesmärgil luuakse lõplike elementide mudel ja simulatsioonitulemusi võrreldakse elemendi kombineeritud14 abil saadud tulemustega. Tulemused kinnitavad taas teoreetilise mudeli täpsust ja usaldusväärsust.

Kokkuvõtteks võib öelda, et pöörleva negatiivse jäikuse kasutamine painduvate hingede positiivse jäikuse korvamiseks võimaldab luua null-stiilsuse painduvaid liigendsüsteeme. Need süsteemid pakuvad arvukalt eeliseid, sealhulgas vähendatud sõidumoment, paranenud jõuülekande jõudlus ja suurenenud energia kasutamise efektiivsus. Analüüsitakse kahte erinevat tasakaalumeetodit, nimelt topeltbilansi vedrud ja ühe tasakaalu vedrud ja nende staatilised tasakaalutingimused. Seejärel kontrollitakse teoreetilisi tulemusi lõplike elementide analüüsi abil. Uuring kinnitab, et topelt tasakaalu vedru meetod sobib stsenaariumide jaoks, kus radiaalne jõud ei mõjuta liigendi jäikust, samas kui ühe tasakaalu vedrumudelil on laiem rakenduste valik. Viimase mudeli aksiaalne ruumi kompaktsus on siiski mõnevõrra ohustatud, mis nõuab konstruktsiooni kujundamise ajal põhjalikku kaalumist. Üldiselt on paindlike mehhanismide valdkonna edendamisel märkimisväärne tähtsus nullväärsuse paindlike hingede ja nende rakenduste kohta.