Modelo cinemático e investigación de rendemento de rixidez cero Cruz cruz de caza flexible Hinge_hinge Knowled

O mecanismo flexible é un concepto innovador no campo da mecánica, xa que utiliza a deformación elástica de materiais para transmitir movemento, forza ou enerxía. Este mecanismo gañou popularidade en diversas industrias, incluíndo o posicionamento de precisión, o procesamento de MEMS e a aeroespacial, debido ás súas numerosas vantaxes como a fricción cero, o funcionamento sen problemas, o mantemento doado, a alta resolución e as capacidades de procesamento integradas.

Non obstante, os mecanismos ríxidos tradicionais aínda dominan o mercado debido a certas limitacións do mecanismo flexible. Unha destas limitacións é a rixidez positiva que se produce na dirección funcional durante a acción do mecanismo. Esta rixidez positiva require unha forza motriz maior e requisitos estritos para o condutor, o que en última instancia reduce a eficiencia de transferencia de enerxía. Estas carencias dificultaron a aplicación máis ampla do mecanismo flexible.

Para superar os efectos adversos da rixidez positiva, moitos estudosos introduciron o concepto de rixidez cero no mecanismo flexible. Ao usar intelixentemente a rixidez negativa para compensar a rixidez positiva, pódese conseguir un mecanismo con rixidez cero. Tal sistema, tamén coñecido como mecanismo de equilibrio estático flexible, pode conseguir un estado de equilibrio estático en calquera momento do rango de movemento. Este tipo de mecanismo ofrece varias vantaxes, incluíndo un excelente rendemento de transmisión de forza, a capacidade de operar con forzas motrices máis pequenas e unha alta eficiencia de transmisión de enerxía. Por conseguinte, o foco de investigación no campo dos mecanismos de equilibrio estático flexible foi principalmente en micro-clamis flexibles.

Entre os distintos compoñentes de mecanismos flexibles, as bisagras flexibles recibiron unha atención importante debido ás súas características excepcionais. A relativa viaxe de bisagras flexibles de cruce cruzada xeneralizada é relativamente curta, tornándoas altamente valiosas para unha ampla gama de aplicacións. Por conseguinte, a bisagra flexible de cero en base a este deseño converteuse na elección preferida para construír mecanismos complexos de equilibrio estático flexibles, facendo que a súa investigación sexa altamente significativa.

Para conseguir características de rixidez cero en bisagras flexibles, é necesario compensar a rixidez positiva torsional con rixidez negativa rotacional. Neste sentido, desenvolveuse un modelo de rixidez negativa rotacional. O modelo consiste en usar un resorte de follas composto por dúas cañas solapadas, unha fixada e outra libre. Cando a deformación do extremo de apertura é relativamente pequena en comparación coa lonxitude da caña, a primavera presenta unha boa linealidade e pódese analizar como un resorte de lonxitude cero.

A análise do modelo de rixidez negativa rotacional considera os par que exercen os dous resortes nun punto específico do sistema. Con base na lei triangular seno, os par pódense expresar matematicamente. Ao combinar estes par, pódese determinar o par total exercido no punto. Esta análise revela que cando o ángulo de rotación é inferior a 90 graos, os resortes exercen un par na mesma dirección que o ángulo de rotación, creando así unha rixidez negativa rotacional.

Para establecer un modelo de bisagra flexible preciso de cero, é crucial analizar as propiedades mecánicas da bisagra flexible xeralizada. Esta análise considera diversos factores como a influencia da forza radial e a carga de torsión pura sobre a rixidez torsional da bisagra. Ao entender estes factores, pódese calcular a rixidez torsional sen dimensións das bisagras. O modelo conceptual da bisagra flexible de cero pódese obter entón substituíndo o par xiratorio e os resortes de equilibrio no modelo de rixidez negativa rotacional. Este modelo conceptual é simétrico, permitindo a análise da rotación en sentido antihorario da plataforma en movemento.

Para verificar a precisión do modelo teórico, realízase a análise de elementos finitos mediante o software ANSYS. A análise consiste en simular e analizar as características do ángulo de rotación do momento da bisagra flexible de cero. Os resultados compáranse entón cos cálculos teóricos. A simulación realízase en bisagras con diferentes parámetros, e a rixidez do resorte do equilibrio axústase gradualmente ata que a rixidez da bisagra se reduce a cero. Ao comparar os resultados da simulación e os cálculos teóricos, confírmase que o modelo teórico representa con precisión o comportamento da bisagra flexible de cero.

Ademais, explórase a viabilidade de usar resortes de follas como resortes de equilibrio en bisagras flexibles de cero. Para este propósito establécese un modelo de elemento finito e os resultados da simulación compáranse cos obtidos usando o elemento Combine14. Os resultados validan unha vez máis a precisión e a fiabilidade do modelo teórico.

En conclusión, o uso de rixidez negativa rotacional para compensar a rixidez positiva nas bisagras flexibles permite a creación de sistemas de bisagra flexible de resistencia cero. Estes sistemas ofrecen numerosas vantaxes, incluído o par de condución reducido, o rendemento da transmisión da forza mellorada e o aumento da eficiencia da utilización de enerxía. Analízanse dous métodos de equilibrio diferentes, é dicir, os resortes de dobre saldo e os resortes de equilibrio único e determínanse as súas condicións de equilibrio estático. Os resultados teóricos verifícanse a través da análise de elementos finitos. O estudo confirma que o método de resorte do dobre balance é adecuado para escenarios onde a forza radial non afecta a rixidez da bisagra, mentres que o modelo de resorte de balance único ten unha gama máis ampla de aplicacións. Non obstante, a compactidade espacial axial do último modelo está algo comprometida, necesitando unha consideración completa durante o deseño estrutural. En xeral, a investigación sobre bisagras flexibles de cero e as súas aplicacións ten unha importancia importante para avanzar no campo dos mecanismos flexibles.