Kinemaattinen malli ja suorituskykytutkimus nolla jäykkyyden ristiin Reed Flexible Hinge_hinge Knowledge

Joustava mekanismi on uraauurtava käsite mekaniikan alalla, koska siinä käytetään materiaalien joustavaa muodonmuutosta liikkeen, voiman tai energian siirtämiseksi. Tämä mekanismi on saanut suosiota eri toimialoilla, mukaan lukien tarkkuuden sijainti, MEMS -prosessointi ja ilmailutila, johtuen sen lukuisista eduista, kuten nolla kitka, saumaton toiminta, helppo ylläpito, korkearesoluutio ja integroitujen prosessointiominaisuudet.

Perinteiset jäykät mekanismit hallitsevat edelleen markkinoita joustavan mekanismin tiettyjen rajoitusten vuoksi. Yksi näistä rajoituksista on positiivinen jäykkyys, joka tapahtuu funktionaalisessa suunnassa mekanismin vaikutuksen aikana. Tämä positiivinen jäykkyys vaatii kuljettajan suuremman käyttövoiman ja tiukat vaatimukset, mikä lopulta vähentää energiansiirtotehokkuutta. Nämä puutteet ovat estäneet joustavan mekanismin laajempaa levitystä.

Positiivisen jäykkyyden haitallisten vaikutusten voittamiseksi monet tutkijat ovat ottaneet käyttöön nollajäykkyyden käsitteen joustavaan mekanismiin. Käyttämällä taitavasti negatiivista jäykkyyttä positiivisen jäykkyyden korvaamiseksi, voidaan saavuttaa mekanismi, jolla on nolla jäykkyys. Tällainen järjestelmä, joka tunnetaan myös nimellä joustava staattinen tasapainomekanismi, voi saavuttaa staattisen tasapainotilan missä tahansa liikealueen vaiheessa. Tämäntyyppinen mekanismi tarjoaa useita etuja, mukaan lukien erinomainen voimansiirto suorituskyky, kyky toimia pienemmillä käyttövoimilla ja korkean energiansiirtotehokkuudella. Näin ollen tutkimuksen keskittyminen joustavien staattisten tasapainomekanismien alalla on pääasiassa joustavissa mikro-purismissa.

Joustavien mekanismien eri komponenttien joukossa joustavat saranat ovat saaneet huomattavaa huomiota niiden poikkeuksellisten ominaisuuksien vuoksi. Yleistyneiden ristikkäisten joustavien saranojen suhteellinen matka on suhteellisen lyhyt, mikä tekee niistä erittäin arvokkaita monille sovelluksille. Näin ollen nolla-lykkäys joustava saranaa tämän suunnittelun perusteella on tullut edullinen valinta monimutkaisten joustavien staattisten tasapainomekanismien rakentamiseksi, mikä tekee tutkimuksestaan ​​erittäin merkittävän.

Joustavien saranojen nollajäykkyysominaisuuksien saavuttamiseksi on välttämätöntä korvata vääntöpositiivinen jäykkyys pyörimis negatiivisen jäykkyyden kanssa. Tältä osin on kehitetty kierto -negatiivinen jäykkyysmalli. Malli sisältää lehtijousen käyttämisen, joka koostuu kahdesta päällekkäisestä ruoasta, yksi kiinteä ja toinen ilmainen. Kun avauspään muodonmuutos on suhteellisen pieni verrattuna ruokopituuteen, jousella on hyvä lineaarisuus ja sitä voidaan analysoida nollapituisena jousina.

Kierto -negatiivisen jäykkyysmallin analyysi harkitsee kahden lähteen käyttämiä vääntömomentteja järjestelmän tietyllä pisteellä. Kolmionmuotoisen sinialain perusteella vääntömomentit voidaan ilmaista matemaattisesti. Yhdistämällä nämä vääntömomentit pisteeseen kohdistuva kokonaismomentti voidaan määrittää. Tämä analyysi paljastaa, että kun pyörimiskulma on alle 90 astetta, jouset aiheuttavat vääntömomentin samaan suuntaan kuin pyörimiskulma, mikä luo pyörimis negatiivisen jäykkyyden.

Tarkat nollavälityksen joustavan saranamallin määrittämiseksi on ratkaisevan tärkeää analysoida yleisen ristikkäisen joustavan saranan mekaanisia ominaisuuksia. Tässä analyysissä tarkastellaan erilaisia ​​tekijöitä, kuten säteittäisen voiman ja puhtaan vääntökuorman vaikutusta saranan vääntöjäykkyyteen. Ymmärtämällä nämä tekijät, saranojen ulottumaton vääntöjäykkyys voidaan laskea. Nollauskyvyn joustavan saranan käsitteellinen malli voidaan sitten saada korvaamalla pyörivän parin ja tasapainon jouset kierto-negatiivisessa jäykkyysmallissa. Tämä käsitteellinen malli on symmetrinen, mikä mahdollistaa liikkuvan alustan vastaisuuntaisen pyörimisen analysoinnin.

Teoreettisen mallin tarkkuuden varmistamiseksi suoritetaan äärellisten elementtien analyysi käyttämällä ANSYS -ohjelmistoa. Analyysi käsittää nollan lypsyjen joustavan saranan momentti-kiertokulman ominaisuuksien simuloinnin ja analysoinnin. Tuloksia verrataan sitten teoreettisiin laskelmiin. Simulaatio suoritetaan saranoilla, joilla on erilaiset parametrit, ja tasapainon jousen jäykkyys säädetään vähitellen, kunnes saranan jäykkyys pienenee nollaan. Vertaamalla simulaatiotuloksia ja teoreettisia laskelmia vahvistetaan, että teoreettinen malli edustaa tarkasti nolla lypsy-joustavan saranan käyttäytymistä.

Lisäksi tutkitaan Leaf Springsin käyttämisen toteutettavuutta tasapainotusjousina nollavälineen joustavien saranojen suhteen. Tätä tarkoitusta varten määritetään äärellisen elementin malli, ja simulaatiotuloksia verrataan COMBINE14 -elementtiä käyttämällä. Tulokset vahvistavat jälleen teoreettisen mallin tarkkuuden ja luotettavuuden.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kierto-negatiivisen jäykkyyden käyttö joustavien saranoiden positiivisen jäykkyyden korvaamiseksi mahdollistaa nollakylmän joustavien saranan järjestelmien luomisen. Nämä järjestelmät tarjoavat lukuisia etuja, mukaan lukien vähentynyt ajo -vääntömomentti, parantunut voimansiirto suorituskyky ja lisääntynyt energian hyödyntämistehokkuus. Kaksi erilaista tasapainomenetelmää, nimittäin kaksinkertaisen tasapainon jouset ja yhden tasapainon jouset, analysoidaan, ja niiden staattiset tasapainoolosuhteet määritetään. Teoreettiset tulokset varmistetaan sitten äärellisen elementin analyysin avulla. Tutkimus vahvistaa, että kaksinkertaisen tasapainon jousimenetelmä soveltuu skenaarioihin, joissa säteittäinen voima ei vaikuta saranan jäykkyyteen, kun taas yhden tasapainon jousimallissa on laajempi sovellusalue. Jälkimmäisen mallin aksiaalitilan kompaktiisuus on kuitenkin jonkin verran vaarantunut, mikä edellyttää kattavaa huomiota rakennesuunnittelun aikana. Kaiken kaikkiaan joustavien saranojen ja niiden sovellusten nolla-lykkäysten tutkimuksella on merkittävä merkitys joustavien mekanismien edistämisessä.