Conception de méthode d'éléments finis et analyse des performances d'un nouveau grand angle flexible Hinge_hinge

Résumé: Le développement de charnières flexibles avec une forte déformation, une petite contrainte et une petite dérive centrale a toujours été un problème difficile dans le domaine de la recherche flexible à la charnière. Cet article présente une nouvelle conception d'une charnière flexible avec une structure en forme de V, une théorie de superposition et une méthode de mise en page symétrique, inspirée d'une certaine charnière flexible étrangère. Une étude conceptuelle a été menée pour concevoir cette charnière flexible, établir un modèle mathématique et analyser ses performances. L'analyse de la méthode des éléments finis a démontré que la méthode de conception augmentait la flexibilité de la charnière en allongeant la section, réduisant sa dérive centrale et sa contrainte maximale, entraînant un angle de rotation maximal d'environ 16 °, une dérive centrale maximale de 3,557 μm et une contrainte maximale de 499,8 MPa, répondant aux exigences de conception initiales. Ces résultats confirment la valeur pratique de la charnière.

Actuellement, les capteurs à distance optiques spatiaux adoptent principalement la méthode d'épissage décalée TDICCD pour obtenir de longues tableaux de ligne. Cependant, cette méthode manque de compensation de mouvement d'image, conduisant à une réduction significative de la résolution d'image. Par conséquent, une compensation de mouvement d'image est nécessaire. La compensation mécanique de mouvement d'image et la compensation électronique sont les deux méthodes courantes. Cet article se concentre sur le contrôle en temps réel de la rotation de l'appareil TDICCD pour atteindre la compensation de mouvement de l'image. Les mécanismes rotatifs ordinaires ne sont pas en mesure de répondre aux exigences de précision dans l'espace, nécessitant le développement de charnières flexibles sans espace, sans frottement, sans lubrification et haute résolution. La charnière développée dans cet article est basée sur une conception spécifique de la caméra, nécessitant un angle de rotation de 6-8 °, une dérive centrale ne dépassant pas 10 μm et des dimensions à moins de 40 mm × 60 mm.

Conception de charnière flexible:

Plusieurs conceptions de charnières flexibles typiques sont introduites, notamment la charnière flexible décalée, la charnière flexible à tube fendu et la charnière flexible à flexion libre. Bien que ces charnières présentent une bonne flexibilité et une large gamme d'angles de rotation, elles souffrent d'une dérive centrale importante lorsqu'elles sont soumises à des forces externes. La caractéristique commune de ces charnières est l'utilisation de roseaux multiples pour la déformation, réalisant une déformation concentrée par une flexibilité distribuée. Cependant, la stabilité structurelle des configurations multi-rendements est difficile à garantir dans l'environnement spatial. Par conséquent, la nécessité de poursuivre les recherches pour appliquer ces composants à l'espace est soulignée. Pour résoudre ces problèmes, une nouvelle conception de charnière flexible en papillon est proposée, incorporant une conception en forme de V et une structure symétrique, inspirée de la charnière flexible de type roue.

Analyse de la charnière flexible des papillons:

Le modèle géométrique de la charnière flexible du papillon est analysé à l'aide de la méthode d'éléments finis. La charnière est composée de charnières interconnectées avec une conception en V, permettant une longueur accrue de l'unité flexible sans compromettre son épaisseur. L'analyse démontre que la conception réduit efficacement la contrainte en distribuant la force sur quatre parties et en mettant en œuvre le décalage du vecteur pour minimiser la dérive centrale. La contrainte maximale est d'environ 499,8 MPa, dans la plage de contrainte admissible du matériau choisi. La charnière atteint un angle de rotation de 8 ° et une dérive centrale de 3,557 μm, répondant aux exigences de conception. La relation entre le rayon et la dérive centrale est également étudiée, avec un rayon de 17 mm jugé optimal pour la conception de charnière. De plus, l'analyse révèle une relation linéaire entre la force et le déplacement, permettant un contrôle précis de l'angle de rotation.

En conclusion, un nouveau type de charnière flexible à grand angle est conçu en utilisant la méthode d'éléments finis, et ses performances sont analysées. La conception proposée en V, la théorie de la superposition et la disposition symétrique entraînent une flexibilité accrue, une réduction de la dérive centrale et une contrainte. La charnière atteint un angle de rotation maximal de 16 °, une dérive centrale maximale de 3,557 μm et une contrainte maximale de 499,8 MPa, répondant aux exigences de conception. L'analyse de la relation de déplacement de force confirme en outre l'excellente élasticité linéaire de la charnière. Dans l'ensemble, la charnière développée présente une valeur pratique et peut être appliquée dans divers scénarios, tels que les cérémonies d'ouverture, les expositions commerciales et les promotions de produits.