Abstracto:
As bisagras flexibles xogan un papel crucial no campo dos sistemas microelectromecánicos (MEMS). Este artigo introduce un novo tipo de bisagra flexible chamada bisagra flexible híbrida de elipse recta. A flexibilidade desta bisagra calcúlase usando o segundo teorema de Karl e os resultados validanse mediante análise de elementos finitos. Analízanse os parámetros estruturais da bisagra para determinar a súa influencia na súa flexibilidade. Tamén se fai unha comparación entre as bisagras flexibles híbridas híbridas de elipse recta e a dúas caras, e conclúese que a bisagra dun lado ofrece unha mellor capacidade de rotación e sensibilidade de carga. En xeral, a bisagra flexible híbrida dun lado proporciona unha solución prometedora para aplicacións compactas e de alta desprazamento en enxeñaría.
Nos campos en rápida evolución da tecnoloxía microelectromecánica, a enxeñería aeroespacial e biolóxica, os mecanismos ríxidos tradicionais xa non son suficientes para cumprir os requisitos de deseño e uso. Os mecanismos flexibles, co seu pequeno tamaño, a ausencia de fricción e lagoas mecánicas e a alta sensibilidade ao movemento, obtiveron unha tracción significativa en diversas disciplinas, incluíndo maquinaria, robótica, ordenadores, control automático e medición de precisión. O compoñente clave dos mecanismos flexibles é a bisagra flexible, que utiliza as propiedades de deformación elástica e a auto-recuperación para eliminar o movemento perdido e a fricción mecánica, conseguindo así unha maior resolución de desprazamento. As bisagras flexibles dun só eixe pódense clasificar en función das súas formas de sección transversal, como os tipos de arco, ángulo de chumbo, elipse, parábola e hiperbola. Entre estes, as bisagras rectas e de ángulo de chumbo son amplamente utilizadas debido ás súas estruturas sinxelas. Non obstante, nalgúns casos en que o espazo está restrinxido, a necesidade de estruturas compactas levou á aparición de bisagras flexibles dun lado, que atoparon aplicacións extensas na medición e posicionamento de precisión. Baseándose nas vantaxes das bisagras flexibles híbridas e unilaterais, este artigo propón unha bisagra flexible híbrida unilateral, que ofrece un enfoque novo para a aplicación de enxeñaría de bisagras flexibles con estruturas compactas e grandes desprazamentos.
Cálculo de flexibilidade da bisagra flexible híbrida híbrida unilateral:
A bisagra flexible híbrida unilateral de círculo recto comprende a metade dunha bisagra unilateral de círculo recto e a metade dunha bisagra elíptica unilateral. Os seus parámetros xeométricos inclúen o ancho da bisagra (B), o grosor mínimo (T), o radio de círculo recto (R), a lonxitude da bisagra (L), o eixe principal da elipse (M) e o eixe semi-minor da elipse (N). A análise da bisagra flexible baséase na suposición dun feixe de volante enformado pequeno, co extremo dereito fixado e a deformación doblando causada pola forza e o momento. Considérase a influencia da carga axial, mentres que os efectos de cizalladura e torsión son descoidados. Segundo o segundo teorema do casete, pódese determinar a relación entre a deformación da bisagra no punto 1 e a carga aplicada. A fórmula de cálculo de flexibilidade deriva en función desta relación e das coordenadas da sección transversal da bisagra. A través de cálculos integrais, pódese obter a flexibilidade da bisagra flexible híbrida unilateral.
Exemplo de cálculo e verificación de elementos finitos:
Un cálculo de exemplo realízase usando a fórmula de cálculo de flexibilidade derivada para diferentes valores do eixe semi-minor (N) da elipse. Os resultados compáranse cos resultados de análise de elementos finitos (FEA) para verificar a precisión da fórmula. O erro entre os dous conxuntos de resultados é inferior ao 8%, o que confirma a validez da fórmula de cálculo de flexibilidade.
Análise de rendemento da bisagra flexible híbrida unilateral híbrida:
A flexibilidade da bisagra está influenciada polos seus parámetros materiais e estruturais. A fórmula de cálculo de flexibilidade revela que o módulo elástico (E) é inversamente proporcional ao ancho da bisagra (B). Outros parámetros, como o radio de círculo recto (R), o eixe semi-maior da elipse (M), o eixe semi-minor da elipse (N) e o grosor mínimo (T), tamén afectan á flexibilidade. Unha análise da fórmula de cálculo de flexibilidade mostra que os seus parámetros son máis sensibles aos cambios no grosor mínimo (T) da bisagra.
Comparación de rendemento coa bisagra flexible híbrida bilateral de círculo recto:
A bisagra flexible híbrida híbrida unilateral é comparada coa bisagra flexible híbrida híbrida híbrida de dobre cara proposta na literatura. A relación de flexibilidade úsase como índice de rendemento, definida como a relación da flexibilidade unilateral coa flexibilidade bilateral. Os resultados mostran que a bisagra flexible híbrida unilateral ofrece unha mellor capacidade de rotación e sensibilidade de carga en comparación coa bisagra híbrida bilateral.
A proposta dun novo tipo de bisagra flexible, a bisagra flexible híbrida unilateral, trae novas posibilidades para aplicacións de enxeñería que requiren estruturas compactas e grandes desprazamentos. A fórmula de cálculo de flexibilidade deriva baseada no segundo teorema de Karl e validado mediante análises de elementos finitos. Os parámetros estruturais da bisagra atópanse afectando á súa flexibilidade, co grosor mínimo que exerce a influencia máis significativa. A bisagra flexible híbrida unilateral funciona mellor que a bisagra híbrida bilateral en termos de capacidade de rotación e sensibilidade de carga. En xeral, a bisagra flexible híbrida unilateral ofrece perspectivas prometedoras para diversas aplicacións de enxeñería.
Tel: +86-13929891220
Teléfono: +86-13929891220
WhatsApp: +86-13929891220
Correo electrónico: tallsenhardware@tallsen.com