محاسبه انعطاف پذیری و تجزیه و تحلیل عملکرد یک هیبری یک طرفه تک دایره ای مستقیم یک طرفه

چکیده:

لولا های انعطاف پذیر در زمینه سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) محبوبیت قابل توجهی کسب کرده اند. این مقاله یک نوع جدید از لولا انعطاف پذیر ، یعنی لولای انعطاف پذیر ترکیبی مستقیم و یک طرفه را نشان می دهد. با استفاده از قضیه دوم کارل ، یک فرمول محاسباتی برای انعطاف پذیری لولا های انعطاف پذیر هیبریدی دایره ای و بیضوی ارائه شده است. فرمول مشتق شده از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود و تجزیه و تحلیل مقایسه ای تأیید می شود. تأثیر هر پارامتر ساختاری لولا انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه بر انعطاف پذیری آن مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. علاوه بر این ، مقایسه ای با لولای انعطاف پذیر ترکیبی دو طرفه دو طرفه برای نشان دادن ظرفیت چرخش برتر و حساسیت بار از طراحی یک طرفه انجام می شود. پیشنهاد لولاهای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه ، خیابان جدیدی را برای برنامه های مهندسی که نیاز به سازه های جمع و جور و جابجایی های بزرگ دارند ، ارائه می دهد.

ظهور فناوری میکرو الکترومکانیکی ، مهندسی هوافضا و مهندسی بیولوژیکی محدودیت های مکانیسم های سفت و سخت سنتی را در طراحی و نیازهای استفاده از آن برجسته کرده است. مکانیسم های انعطاف پذیر مزایای بی شماری از جمله اندازه کوچک ، عدم وجود اصطکاک مکانیکی ، بدون شکاف و حساسیت به حرکت بالا را ارائه می دهند. این امر منجر به استفاده گسترده آنها در رشته های مختلف از جمله ماشین آلات ، روباتیک ، رایانه ، کنترل خودکار و اندازه گیری دقیق شده است. مؤلفه اصلی مکانیسم های انعطاف پذیر ، لولای انعطاف پذیر است که حرکت از دست رفته و اصطکاک مکانیکی را از طریق تغییر شکل الاستیک و خصوصیات خودکشی از بین می برد و وضوح جابجایی بالاتر را فراهم می آورد. لولا های انعطاف پذیر تک محور به شکل های مختلفی مانند قوس ، زاویه سرب ، بیضوی ، پارابولا و هایپربولا طبقه بندی می شوند. در میان آنها ، انواع زاویه مستقیم و سرب به دلیل ساختارهای ساده آنها به طور گسترده ای به کار می رود. با این حال ، در برنامه های خاصی که در آن فضای محدود است ، لولا های انعطاف پذیر یک طرفه به عنوان یک انتخاب ترجیحی ظاهر شده اند ، و پیدا کردن ابزار در اندازه گیری دقیق و موقعیت یابی.

روش:

با تکیه بر تحقیقات فوق ، این مطالعه نوع جدیدی از لولا انعطاف پذیر به نام لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه را پیشنهاد می کند ، که از مزایای استفاده از لولا های انعطاف پذیر ترکیبی و یک طرفه استفاده می کند. فرمول محاسبه انعطاف پذیری برای این لولا بر اساس قضیه دوم کارل حاصل می شود و عملکرد آن از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود تأیید می شود. این مطالعه همچنین تأثیر پارامترهای ساختاری مختلف بر انعطاف پذیری لولا را بررسی می کند.

نتایج و بحث:

فرمول محاسبه انعطاف پذیری برای لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه مستقیم دایره ای- دایره ای نشان می دهد که انعطاف پذیری به پارامترهای ماده و ساختاری وابسته است. فرمول مشتق شده نشان می دهد که پارامترهای انعطاف پذیری به طور معکوس با عرض لولا متناسب هستند ، در حالی که پارامترهایی مانند شعاع دایره ای مستقیم ، محور نیمه ماژور بیضوی ، محور نیمه مین و حداقل ضخامت نیز بر انعطاف پذیری تأثیر می گذارد. از طریق تجزیه و تحلیل ، مشاهده می شود که انعطاف پذیری با افزایش در محور نیمه نهایی بیضی کاهش می یابد ، با کاهش حداقل ضخامت افزایش می یابد و به طور غیر خطی با ضخامت متفاوت تغییر می کند. تأثیر حداقل ضخامت بر انعطاف پذیری در مقایسه با سایر پارامترها قابل توجه است.

مقایسه ای بین لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه مستقیم و یک طرفه و یک لولای انعطاف پذیر ترکیبی دو طرفه دو طرفه مستقیم که در ادبیات قبلی ارائه شده است ، ترسیم شده است. انعطاف پذیری به عنوان حیاتی ترین ویژگی لولا های انعطاف پذیر شناخته می شود ، و یک نسبت انعطاف پذیری نسبی ، که به عنوان CDAY مشخص می شود ، برای مقایسه دو طرح لولا معرفی می شود. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه ظرفیت چرخش بیشتر و حساسیت بار را در مقایسه با طراحی دو طرفه نشان می دهد. انعطاف پذیری لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه تقریباً 1.37 برابر بیشتر از طراحی دو جانبه است.

این مطالعه یک تجزیه و تحلیل جامع از لولا انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه ، یک طراحی لولا انعطاف پذیر نوآورانه که ساختارهای جمع و جور و جابجایی های بزرگ را ارائه می دهد ، ارائه می دهد. فرمول محاسبه انعطاف پذیری مشتق شده از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود تأیید می شود و خطایی را در 8 ٪ نشان می دهد. تأثیر پارامترهای ساختاری بر انعطاف پذیری ، با حداقل ضخامت لولا که به عنوان تأثیرگذارترین پارامتر شناخته می شود ، تجزیه و تحلیل می شود. علاوه بر این ، مقایسه با لولا انعطاف پذیر ترکیبی دو طرفه ، عملکرد برتر از طراحی یک طرفه را از نظر ظرفیت چرخش و حساسیت بار برجسته می کند. لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه پیشنهادی ، امکانات جدیدی را برای کاربرد مهندسی لولا های انعطاف پذیر در صنایع مختلف باز می کند.