Deseño de métodos de elemento finito e análise de rendemento dunha nova bisagra flexible de gran angular

Resumo: O desenvolvemento de bisagras flexibles con gran deformación, pequeno estrés e pequena deriva central sempre foi un problema desafiante no campo da investigación flexible da bisagra. Este artigo presenta un novo deseño dunha bisagra flexible cunha estrutura en forma de V, teoría da superposición e método de deseño simétrico, inspirado nunha certa bisagra flexible estranxeira. Realizouse un estudo conceptual para deseñar esta bisagra flexible, establecer un modelo matemático e analizar o seu rendemento. A análise do método de elemento finito demostrou que o método de deseño aumentou a flexibilidade da bisagra ao alongar a sección, reduciu a súa deriva central e a tensión máxima, obtendo un ángulo máximo de rotación de aproximadamente 16 °, unha deriva máxima de 3,557 μm e un estrés máximo de 499,8 MPa, cumprindo os requisitos iniciais de deseño. Estes resultados confirman o valor práctico da bisagra.

Actualmente, os sensores de teledetección ópticos espaciais adoptan principalmente o método de empalme de TDICCD para conseguir matrices de longa liña. Non obstante, este método carece de compensación de movemento da imaxe, dando lugar a unha redución significativa da resolución de imaxes. Polo tanto, é necesaria unha compensación de movemento da imaxe. A compensación de movemento mecánico de imaxe e a compensación electrónica son os dous métodos comúns. Este artigo céntrase no control en tempo real da rotación do dispositivo TDICCD para lograr a compensación do movemento da imaxe. Os mecanismos de rotación ordinarios non son capaces de cumprir os requisitos de precisión no espazo, necesitando o desenvolvemento de bisagras flexibles sen brecha, sen fricción, sen lubricación e alta resolución. A bisagra desenvolvida neste artigo baséase nun deseño específico da cámara, que require un ángulo de rotación de 6-8 °, a deriva central non superior a 10 μM e dimensións dentro de 40 mm × 60 mm.

Deseño de bisagra flexible:

Introdúcense varios deseños típicos de bisagras flexibles, incluída a bisagra flexible escalonada, a bisagra flexible do tubo dividido e a bisagra flexible de flexión libre. Aínda que estas bisagras presentan unha boa flexibilidade e unha gran variedade de ángulos de rotación, sofren unha deriva central significativa cando se someten a forzas externas. A característica común destas bisagras é o uso de múltiples cañas para a deformación, conseguindo deformación concentrada mediante flexibilidade distribuída. Non obstante, a estabilidade estrutural das configuracións de varias reas é difícil de garantir no ambiente espacial. Polo tanto, salienta a necesidade de máis investigacións para aplicar estes compoñentes ao espazo. Para resolver estes problemas, proponse un novo deseño de bisagras flexible de bolboreta, incorporando un deseño en forma de V e unha estrutura simétrica, inspirada na bisagra flexible do tipo de rodas.

Análise da bisagra flexible da bolboreta:

O modelo xeométrico da bisagra flexible da bolboreta analízase mediante o método do elemento finito. A bisagra está composta por bisagras interconectadas cun deseño en forma de V, permitindo un aumento da lonxitude da unidade flexible sen comprometer o seu grosor. A análise demostra que o deseño reduce efectivamente o estrés distribuíndo a forza en catro partes e implementando a compensación do vector para minimizar a deriva central. A tensión máxima é de aproximadamente 499,8 MPa, dentro do rango de tensión permitido do material escollido. A bisagra consegue un ángulo de rotación de 8 ° e unha deriva central de 3.557 μm, cumprindo os requisitos de deseño. Tamén se investiga a relación entre o radio e a deriva central, cun radio de 17 mm considerado óptimo para o deseño da bisagra. Ademais, a análise revela unha relación lineal entre forza e desprazamento, permitindo un control preciso do ángulo de rotación.

En conclusión, un novo tipo de bisagra flexible de gran ángulo está deseñada mediante o método do elemento finito e analízase o seu rendemento. A proposta de deseño en forma de V, teoría da superposición e esquema simétrico resultan nunha maior flexibilidade, redución da deriva central e estrés. A bisagra consegue un ángulo máximo de rotación de 16 °, unha deriva central máxima de 3.557 μm e unha tensión máxima de 499,8 MPa, cumprindo os requisitos de deseño. A análise da relación de forza-desprazamento confirma aínda máis a excelente elasticidade lineal da bisagra. En xeral, a bisagra desenvolvida presenta valor práctico e pódese aplicar en varios escenarios, como cerimonias de apertura, exposicións empresariais e promocións de produtos.