مدل سینماتیک و تحقیقات عملکرد صفر استحکام صفر دانش انعطاف پذیر HINGE_HINGE

مکانیسم انعطاف پذیر یک مفهوم پیشگامانه در زمینه مکانیک است ، زیرا از تغییر شکل الاستیک مواد برای انتقال حرکت ، نیرو یا انرژی استفاده می کند. این مکانیسم به دلیل مزایای بیشمار آن مانند اصطکاک صفر ، عملکرد بدون درز ، نگهداری آسان ، وضوح بالا و قابلیت پردازش یکپارچه ، در صنایع مختلف از جمله موقعیت یابی دقیق ، پردازش MEMS و هوافضا به دست آمده است.

با این حال ، مکانیسم های سفت و سخت سنتی به دلیل محدودیت های خاص مکانیسم انعطاف پذیر هنوز بر بازار حاکم است. یکی از این محدودیت ها سختی مثبت است که در جهت عملکرد در هنگام عملکرد مکانیسم رخ می دهد. این سفتی مثبت نیاز به یک نیروی محرک بزرگتر و نیازهای سختگیرانه بر راننده دارد که در نهایت باعث کاهش راندمان انتقال انرژی می شود. این کاستی ها مانع استفاده گسترده تر از مکانیسم انعطاف پذیر شده است.

برای غلبه بر عوارض جانبی سفتی مثبت ، بسیاری از محققان مفهوم سفتی صفر را به مکانیسم انعطاف پذیر معرفی کرده اند. با استفاده از هوشمندانه از سختی منفی برای جبران سفتی مثبت ، می توان مکانیسمی با سفتی صفر حاصل کرد. چنین سیستمی ، همچنین به عنوان مکانیسم تعادل استاتیک انعطاف پذیر شناخته می شود ، می تواند در هر نقطه از محدوده حرکت به حالت تعادل استاتیک برسد. این نوع مکانیسم مزایای مختلفی را ارائه می دهد ، از جمله عملکرد عالی انتقال نیرو ، امکان کار با نیروهای محرک کوچکتر و راندمان انتقال انرژی بالا. در نتیجه ، تمرکز تحقیق در زمینه مکانیسم های تعادل استاتیک انعطاف پذیر عمدتاً روی میکرو گیره های انعطاف پذیر بوده است.

در میان مؤلفه های مختلف مکانیسم های انعطاف پذیر ، لولا های انعطاف پذیر به دلیل ویژگی های استثنایی آنها مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته اند. سفر نسبی لولاهای انعطاف پذیر متقاطع عمومی نسبتاً کوتاه است و آنها را برای طیف گسترده ای از برنامه ها بسیار ارزشمند می کند. در نتیجه ، لولای انعطاف پذیر صفر بر اساس این طرح به انتخاب ارجح برای ساخت مکانیسم های تعادل استاتیک انعطاف پذیر پیچیده تبدیل شده است ، و تحقیقات آن را بسیار قابل توجه می کند.

برای دستیابی به خصوصیات سفتی صفر در لولا های انعطاف پذیر ، لازم است سفتی مثبت پیچشی با سفتی منفی چرخشی جبران شود. از این نظر ، یک مدل سفتی منفی چرخشی ایجاد شده است. این مدل شامل استفاده از چشمه برگ متشکل از دو نی همپوشانی ، یکی ثابت و دیگری رایگان است. هنگامی که تغییر شکل انتهای باز در مقایسه با طول نی نسبتاً ناچیز است ، بهار دارای خطی خوب است و می تواند به عنوان یک چشمه به طول صفر مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.

تجزیه و تحلیل مدل سفتی منفی چرخشی ، گشتاور های اعمال شده توسط دو چشمه را در یک نقطه خاص در سیستم در نظر می گیرد. براساس قانون سین مثلثی ، گشتاور ها را می توان از نظر ریاضی بیان کرد. با ترکیب این گشتاور ها ، گشتاور کل اعمال شده در نقطه قابل تعیین است. این تجزیه و تحلیل نشان می دهد که وقتی زاویه چرخش کمتر از 90 درجه باشد ، چشمه ها گشتاور را در همان جهت زاویه چرخش اعمال می کنند و از این طریق سفتی منفی چرخشی ایجاد می کنند.

برای ایجاد یک مدل لولای انعطاف پذیر صفر محکم ، تجزیه و تحلیل خصوصیات مکانیکی لولا انعطاف پذیر متقاطع تعمیم یافته بسیار مهم است. این تجزیه و تحلیل عوامل مختلفی از جمله تأثیر نیروی شعاعی و بار پیچشی خالص بر سختی پیچشی لولا را در نظر می گیرد. با درک این عوامل ، می توان سفتی پیچشی بدون بعد از لولا را محاسبه کرد. مدل مفهومی از لولای انعطاف پذیر صفر و صفر را می توان با جایگزینی جفت گردان و چشمه های تعادل در مدل سفتی منفی چرخشی بدست آورد. این مدل مفهومی متقارن است و امکان تجزیه و تحلیل چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت سکوی متحرک را فراهم می کند.

برای تأیید صحت مدل نظری ، تجزیه و تحلیل عنصر محدود با استفاده از نرم افزار ANSYS انجام می شود. تجزیه و تحلیل شامل شبیه سازی و تجزیه و تحلیل ویژگی های زاویه چرخش لحظه ای از لولا انعطاف پذیر صفر است. نتایج پس از آن با محاسبات نظری مقایسه می شوند. شبیه سازی بر روی لولا با پارامترهای مختلف انجام می شود و سفتی فنر تعادل به تدریج تنظیم می شود تا سفتی لولا به صفر کاهش یابد. با مقایسه نتایج شبیه سازی و محاسبات نظری ، تأیید می شود که مدل نظری به طور دقیق نشان دهنده رفتار لولا انعطاف پذیر صفر است.

علاوه بر این ، امکان استفاده از چشمه های برگ به عنوان چشمه های تعادل در لولا انعطاف پذیر صفر است. یک مدل عناصر محدود برای این منظور ایجاد شده است و نتایج شبیه سازی با نتایج به دست آمده با استفاده از عنصر Combine14 مقایسه می شود. نتایج بار دیگر صحت و قابلیت اطمینان مدل نظری را تأیید می کند.

در نتیجه ، استفاده از سفتی منفی چرخشی برای جبران سفتی مثبت در لولا های انعطاف پذیر امکان ایجاد سیستم های لولای انعطاف پذیر صفر را فراهم می کند. این سیستم ها مزایای بی شماری از جمله کاهش گشتاور رانندگی ، بهبود عملکرد انتقال نیرو و افزایش راندمان استفاده از انرژی را ارائه می دهند. دو روش مختلف تعادل ، یعنی چشمه های دو برابر و چشمه های تعادل تک ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند و شرایط تعادل استاتیک آنها تعیین می شود. نتایج نظری سپس از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود تأیید می شود. این مطالعه تأیید می کند که روش Spring Double Balance برای سناریوهایی مناسب است که در آن نیروی شعاعی بر سفتی لولا تأثیر نمی گذارد ، در حالی که مدل بهار تک تعادل دارای طیف گسترده تری از برنامه ها است. با این حال ، فشردگی فضای محوری مدل دوم تا حدودی به خطر می افتد ، و نیاز به توجه جامع در طول طراحی ساختاری دارد. به طور کلی ، تحقیقات در مورد لولا انعطاف پذیر صفر و کاربردهای آنها از اهمیت قابل توجهی در پیشبرد زمینه مکانیسم های انعطاف پذیر برخوردار است.