Cálculo de flexibilidade e análise de rendemento dun novo hybri de elipse de círculo recto

Abstracto:

As bisagras flexibles obtiveron unha popularidade significativa no campo dos sistemas microelectromecánicos (MEMS). Este artigo introduce un novo tipo de bisagra flexible, é dicir, a bisagra flexible híbrida de elipse recta. Aproveitando o segundo teorema de Karl, proponse unha fórmula computacional para a flexibilidade de bisagras flexibles híbridas circulares e elípticas. A fórmula derivada valídase mediante análises de elementos finitos e análise comparativa. Analízase o impacto de cada parámetro estrutural da bisagra flexible híbrida unilateral na súa flexibilidade. Ademais, faise unha comparación coa bisagra flexible híbrida híbrida de dobre cara-elipse para demostrar a capacidade de rotación superior e a sensibilidade de carga do deseño unilateral. A proposta de bisagras flexibles híbridas unilaterais presenta unha nova vía para aplicacións de enxeñería que requiren estruturas compactas e grandes desprazamentos.

A chegada da tecnoloxía microelectromecánica, a enxeñaría aeroespacial e a enxeñaría biolóxica destacou as limitacións dos mecanismos ríxidos tradicionais nos requisitos de deseño e uso. Os mecanismos flexibles ofrecen numerosas vantaxes como o pequeno tamaño, a ausencia de fricción mecánica, sen lagoas e alta sensibilidade ao movemento. Isto levou ao seu amplo uso en diversas disciplinas, incluíndo maquinaria, robótica, ordenadores, control automático e medición de precisión. O compoñente clave dos mecanismos flexibles é a bisagra flexible, que elimina o movemento perdido e a fricción mecánica mediante deformación elástica e propiedades de auto-recuperación, permitindo resolucións de desprazamento máis altas. As bisagras flexibles dun só eixe clasifícanse en varias formas, como arco, ángulo de chumbo, elipse, parábola e hiperbola. Entre eles, os tipos de ángulo recto e de chumbo son amplamente empregados debido ás súas estruturas sinxelas. Non obstante, en certas aplicacións onde o espazo é limitado, xurdiron bisagras flexibles a un lado como unha elección preferida, atopando a utilidade na medición e posicionamento de precisión.

Métodos:

Baseándose na mencionada investigación, este estudo propón un novo tipo de bisagra flexible chamada bisagra flexible híbrida unilateral, que combina as vantaxes das bisagras flexibles híbridas e unilaterais. A fórmula de cálculo de flexibilidade para esta bisagra deriva baseada no segundo teorema de Karl, e o seu rendemento verifícase mediante análise de elementos finitos. O estudo tamén examina a influencia de varios parámetros estruturais sobre a flexibilidade da bisagra.

Resultados e discusión:

A fórmula de cálculo de flexibilidade para a bisagra flexible híbrida híbrida unilateral indica que a flexibilidade depende tanto de parámetros materiais como estruturais. A fórmula derivada demostra que os parámetros de flexibilidade son inversamente proporcionais ao ancho da bisagra, mentres que parámetros como o radio de círculo recto, o eixe semi-maior de elipse, o eixe semicinor e o grosor mínimo tamén inflúen na flexibilidade. A través da análise, obsérvase que a flexibilidade diminúe cun aumento do eixe semi-minor da elipse, aumenta cunha diminución do grosor mínimo e cambia non linealmente cun grosor variado. A influencia do grosor mínimo na flexibilidade é máis significativa en comparación con outros parámetros.

Deseña unha comparación entre a bisagra flexible híbrida híbrida híbrida unilateral e a bisagra flexible híbrida híbrida de dobre cara proposta na literatura anterior. A flexibilidade identifícase como a característica máis vital das bisagras flexibles e introdúcese unha relación de flexibilidade relativa, denominada CDE, para comparar os dous deseños de bisagra. A análise revela que a bisagra flexible híbrida unilateral presenta maior capacidade de rotación e sensibilidade de carga en comparación co deseño bilateral. A flexibilidade da bisagra flexible híbrida unilateral é aproximadamente 1,37 veces superior á do deseño bilateral.

Este estudo presenta unha análise completa da bisagra flexible híbrida unilateral, un innovador deseño de bisagras flexible que ofrece estruturas compactas e grandes desprazamentos. A fórmula de cálculo de flexibilidade derivada valídase mediante análises de elementos finitos, demostrando un erro dentro do 8%. Analízase a influencia dos parámetros estruturais sobre a flexibilidade, co grosor mínimo da bisagra identificada como o parámetro máis influente. Ademais, unha comparación coa bisagra flexible híbrida bilateral resalta o rendemento superior do deseño unilateral en termos de capacidade de rotación e sensibilidade de carga. A bisagra flexible híbrida unilateral proposta abre novas posibilidades para a aplicación de enxeñaría de bisagras flexibles en diversas industrias.