محاسبه انعطاف پذیری و تجزیه و تحلیل عملکرد یک هیبری یک طرفه تک دایره ای مستقیم یک طرفه1

چکیده:

لولا های انعطاف پذیر نقش مهمی در زمینه سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) دارند. در این مقاله نوع جدیدی از لولا انعطاف پذیر به نام لولای انعطاف پذیر ترکیبی مستقیم و یک طرفه یک طرفه ارائه شده است. انعطاف پذیری این لولا با استفاده از قضیه دوم کارل محاسبه می شود و نتایج از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود اعتبار می یابد. پارامترهای ساختاری لولا برای تعیین تأثیر آنها بر انعطاف پذیری آن مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. همچنین مقایسه ای بین لولا های انعطاف پذیر هیبریدی یک طرفه و دو طرفه مستقیم و دو طرفه انجام می شود و نتیجه گرفته می شود که لولا یک طرفه ظرفیت چرخش بهتری و حساسیت بار را ارائه می دهد. به طور کلی ، لولا انعطاف پذیر یک طرفه ترکیبی یک راه حل امیدوارکننده برای برنامه های جمع و جور و بسیار جابجایی در مهندسی فراهم می کند.

در زمینه های به سرعت در حال تحول فن آوری میکرو الکترومکانیکی ، هوافضا و مهندسی بیولوژیکی ، مکانیسم های سفت و سخت سنتی دیگر برای برآورده کردن نیازهای طراحی و استفاده کافی نیستند. مکانیسم های انعطاف پذیر ، با اندازه کوچک آنها ، عدم وجود اصطکاک مکانیکی و شکاف ها و حساسیت به حرکات بالا ، در رشته های مختلف از جمله ماشین آلات ، روباتیک ، رایانه ، کنترل اتوماتیک و اندازه گیری دقیق ، کشش قابل توجهی کسب کرده اند. مؤلفه اصلی مکانیسم های انعطاف پذیر ، لولای انعطاف پذیر است که از تغییر شکل الاستیک و خواص خودکشی برای از بین بردن حرکت از دست رفته و اصطکاک مکانیکی استفاده می کند و از این طریق به وضوح جابجایی بالاتر می رسد. لولا های انعطاف پذیر تک محور را می توان بر اساس اشکال مقطعی آنها ، مانند قوس ، زاویه سرب ، بیضوی ، پارابولا و انواع هایپربولا طبقه بندی کرد. در میان اینها ، لولا های زاویه ای مستقیم و سرب به دلیل ساختارهای ساده آنها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، در برخی موارد که فضای محدود است ، نیاز به ساختارهای جمع و جور منجر به ظهور لولا های انعطاف پذیر یک طرفه شده است که کاربردهای گسترده ای در اندازه گیری و موقعیت یابی دقیق پیدا کرده اند. این مقاله با تکیه بر مزایای لولا های انعطاف پذیر ترکیبی و یک طرفه ، یک لولا انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه ارائه می دهد ، که یک رویکرد جدید برای کاربرد مهندسی لولا های انعطاف پذیر با ساختارهای جمع و جور و جابجایی های بزرگ ارائه می دهد.

محاسبه انعطاف پذیری از لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه یک طرفه:

لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه یک طرفه ، نیمی از لولا دایره مستقیم یک طرفه و نیمی از لولای بیضوی یک طرفه را شامل می شود. پارامترهای هندسی آن شامل عرض لولا (B) ، حداقل ضخامت (T) ، شعاع دایره ای مستقیم (R) ، طول لولا (L) ، محور اصلی بیضی (M) و محورهای نیمه مینی بیضی (N) است. تجزیه و تحلیل لولا انعطاف پذیر مبتنی بر فرض یک پرتوی کانسیلر کوچک شکل گرفته ، با انتهای راست ثابت و تغییر شکل خمش ناشی از نیرو و لحظه است. تأثیر بار محوری در نظر گرفته می شود ، در حالی که اثرات برشی و پیچشی غفلت می شود. با توجه به قضیه دوم کاست ، رابطه بین تغییر شکل لولا در نقطه 1 و بار اعمال شده قابل تعیین است. فرمول محاسبه انعطاف پذیری بر اساس این رابطه و مختصات سطح مقطع لولا حاصل می شود. از طریق محاسبات انتگرال ، انعطاف پذیری لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه مستقیم و یک طرفه می تواند بدست آید.

محاسبه مثال و تأیید عناصر محدود:

محاسبه مثال با استفاده از فرمول محاسبه انعطاف پذیری مشتق شده برای مقادیر مختلف محور نیمه داخلی (N) بیضی انجام می شود. نتایج با نتایج تجزیه و تحلیل عنصر محدود (FEA) برای تأیید صحت فرمول مقایسه می شود. خطای بین دو مجموعه از نتایج کمتر از 8 ٪ است که اعتبار فرمول محاسبه انعطاف پذیری را تأیید می کند.

تجزیه و تحلیل عملکرد لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه مستقیم دایره:

انعطاف پذیری لولا تحت تأثیر پارامترهای مواد و ساختاری آن است. فرمول محاسبه انعطاف پذیری نشان می دهد که مدول الاستیک (E) به طور معکوس با عرض لولا (B) متناسب است. پارامترهای دیگر ، مانند شعاع دایره ای مستقیم (R) ، محور نیمه بزرگ بیضی (M) ، محورهای نیمه داخلی بیضی (N) و حداقل ضخامت (T) نیز بر انعطاف پذیری تأثیر می گذارد. تجزیه و تحلیل فرمول محاسبه انعطاف پذیری نشان می دهد که پارامترهای آن نسبت به تغییرات در حداقل ضخامت (T) لولا حساس هستند.

مقایسه عملکرد با لولای انعطاف پذیر ترکیبی دو طرفه مستقیم دایره:

لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه یک طرفه با یک لولای انعطاف پذیر ترکیبی مستقیم دو طرفه دو طرفه که در ادبیات ارائه شده است مقایسه می شود. نسبت انعطاف پذیری به عنوان یک شاخص عملکرد استفاده می شود ، که به عنوان نسبت انعطاف پذیری یک طرفه به انعطاف پذیری دو جانبه تعریف شده است. نتایج نشان می دهد که لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه ظرفیت چرخش بهتر و حساسیت بار را در مقایسه با لولا هیبریدی دو طرفه ارائه می دهد.

پیشنهاد نوع جدیدی از لولا انعطاف پذیر ، لولای انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه ، امکانات جدیدی را برای برنامه های مهندسی که به ساختارهای جمع و جور و جابجایی های بزرگ نیاز دارند ، به ارمغان می آورد. فرمول محاسبه انعطاف پذیری بر اساس قضیه دوم کارل حاصل می شود و از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود اعتبار می یابد. پارامترهای ساختاری لولا برای تأثیرگذاری بر انعطاف پذیری آن یافت می شود ، با حداقل ضخامت که مهمترین تأثیر را دارد. لولا انعطاف پذیر ترکیبی یک طرفه از نظر ظرفیت چرخش و حساسیت بار بهتر از لولا هیبریدی دو طرفه است. به طور کلی ، لولا انعطاف پذیر یک طرفه ترکیبی چشم انداز امیدوار کننده ای را برای برنامه های مختلف مهندسی ارائه می دهد.