Uuden yksipuolisen suoran ympyrä-ellipsen hybri joustavuuslaskelma ja suoritusanalyysi

Abstrakti:

Joustavat saranat ovat saaneet merkittävää suosiota mikroelektromekaanisten järjestelmien (MEM) alalla. Tämä artikkeli esittelee uuden tyyppisen joustavan saranan, nimittäin yksipuolisen suoran ympyrän ja ellipsin hybridijoustavan saranan. Ehdotetaan Karlin toisen lauseen hyödyntämistä, laskennallista kaavaa pyöreän ja elliptisen hybridijoustavien saranojen joustavuudelle. Johdettu kaava validoidaan äärellisten elementtien analyysin ja vertailevan analyysin avulla. Analysoidaan sen joustavuuteen yksipuolisen hybridi -joustavan saranan kunkin rakenneparametrin vaikutus sen joustavuuteen. Lisäksi vertailu tehdään kaksipuolisella suoran ympyrä-ellipsen hybridi-joustavalla saranalla osoittamaan yksipuolisen suunnittelun ylivoimainen pyörimiskapasiteetti ja kuormitusherkkyys. Yksipuolisten hybridi -joustavien saranojen ehdotus esittelee uuden keinon tekniikan sovelluksille, jotka vaativat kompakteja rakenteita ja suuria siirtymiä.

Mikroelektromekaanisen tekniikan, ilmailu- ja avaruustekniikan ja biologisen tekniikan tulo on korostanut perinteisten jäykkien mekanismien rajoituksia suunnittelu- ja käyttövaatimusten täyttämisessä. Joustavat mekanismit tarjoavat lukuisia etuja, kuten pieni koko, mekaanisen kitkan puuttuminen, ei aukkoja ja korkea liikeherkkyys. Tämä on johtanut heidän laajaan käyttöön eri tieteenaloilla, mukaan lukien koneet, robotiikka, tietokoneet, automaattinen ohjaus ja tarkkuusmittaus. Joustavien mekanismien avainkomponentti on joustava sarana, joka eliminoi menetetyn liikkeen ja mekaanisen kitkan joustavien muodonmuutos- ja itsesopimusominaisuuksien avulla, mikä mahdollistaa suuremman siirtymän resoluutiot. Yhden akselin joustavat saranat luokitellaan erilaisiin muotoihin, kuten kaari, lyijykulma, ellipsi, parabola ja hyperbola. Niistä suoraa kierrosta ja lyijykulmatyyppejä käytetään laajasti niiden yksinkertaisten rakenteidensa vuoksi. Tietyissä sovelluksissa, joissa tilaa on rajoitettu, yksipuoliset joustavat saranat ovat kuitenkin nousseet edulliseksi valinnaksi, löytäen hyödyllisyyden tarkkuuden mittaamisessa ja paikannuksessa.

Menetelmät:

Edellä mainittuun tutkimukseen perustuen tämä tutkimus ehdottaa uuden tyyppistä joustavaa saranaa, jota kutsutaan yksipuoliseksi hybridijoustavaksi saranaksi, joka yhdistää hybridi- ja yksipuolisten joustavien saranojen edut. Tämän saranan joustavuuslaskentakaava johdetaan Karlin toisen lauseen perusteella, ja sen suorituskyky varmistetaan äärellisen elementin analyysin avulla. Tutkimuksessa tutkitaan myös erilaisten rakenneparametrien vaikutusta saranan joustavuuteen.

Tulokset ja keskustelu:

Yksipuolisen suoran ympyrän ja ellipsen hybridi-joustava saranan joustavuuslaskelmakaava osoittaa, että joustavuus riippuu sekä materiaalista että rakenneparametreista. Johdettu kaava osoittaa, että joustavuusparametrit ovat käänteisesti verrannollisia saranan leveyteen, kun taas parametrit, kuten suora ympyrän säde, ellipse semi-major-akseli, puoliksi vähäiset akselit ja vähimmäispaksuus vaikuttavat myös joustavuuteen. Analyysin avulla havaitaan, että joustavuus pienenee ellipsin puoliminoriakselin lisääntyessä, lisääntyy vähimmäispaksuuden vähentyessä ja muuttaa epälineaarisesti vaihtelevan paksuuden mukaan. Vähimmäispaksuuden vaikutuksen joustavuuteen havaitaan olevan merkittävämpi verrattuna muihin parametreihin.

Vertailu verrattuna yksipuolisen suoran ympyrän ja ellipsen hybridi-joustavan saranan ja kaksipuolisen suoran ympyrän-ellipsen hybridi-joustavan saranan väliin, joka ehdotetaan aiemmassa kirjallisuudessa. Joustavuus tunnistetaan joustavien saranojen elintärkeimmänä ominaispiirteinä, ja suhteellisen joustavuussuhteen, joka on merkitty CDAY: ksi, otetaan käyttöön kahden saranakuvion vertaamiseksi. Analyysi paljastaa, että yksipuolisella hybridi -joustavalla saranalla on suurempi kiertokapasiteetti ja kuormitusherkkyys verrattuna kahdenväliseen suunnitteluun. Yksipuolisen hybridijoustavan saranan joustavuus on noin 1,37 kertaa korkeampi kuin kahdenvälisen suunnittelun.

Tässä tutkimuksessa esitetään kattava analyysi yksipuolisesta hybridi -joustavasta saranasta, innovatiivisesta joustavasta saranasuunnittelusta, joka tarjoaa kompakteja rakenteita ja suuria siirtymiä. Johdettu joustavuuslaskentakaava validoidaan äärellisen elementin analyysin avulla, mikä osoittaa virheen 8%: n sisällä. Rakenteellisten parametrien vaikutusta joustavuuteen analysoidaan, kun saranan minimipaksuus on tunnistettu vaikuttavimmaksi parametriksi. Lisäksi vertailu kahdenväliseen hybridi -joustavaan saranaan korostaa yksipuolisen suunnittelun erinomaista suorituskykyä pyörimiskapasiteetin ja kuorman herkkyyden suhteen. Ehdotettu yksipuolinen hybridijoustava sarana avaa uusia mahdollisuuksia joustavien saranojen suunnittelun soveltamiseen eri toimialoilla.