Izračunavanje fleksibilnosti i analiza performansi novog jednostranog hibri za ravni krug1

Sažetak:

Fleksibilne šarke igraju ključnu ulogu u polju mikro-elektromehaničkih sustava (MEMS). Ovaj rad uvodi novu vrstu fleksibilnog zgloba koja se naziva jednostrani hibridni hibridni hibridni zglob. Fleksibilnost ovog šarke izračunava se korištenjem Karlovog drugog teorema, a rezultati su potvrđeni analizom konačnih elemenata. Strukturni parametri šarke analiziraju se kako bi se utvrdio njihov utjecaj na njegovu fleksibilnost. Usporedba je također napravljena između jednostrani i dvostrani hibridni hibridni hibridni zglobovi ravnog kruga, a zaključuje se da jednostruka šarka nudi bolji kapacitet rotacije i osjetljivost opterećenja. Općenito, jednostrani hibridni fleksibilni zglob pruža obećavajuće rješenje za kompaktne i visoko pomakne primjene u inženjerstvu.

U poljima koja se brzo razvijaju mikro-elektromehaničke tehnologije, zrakoplovstva i biološkog inženjerstva, tradicionalni kruti mehanizmi više nisu dovoljni za ispunjavanje zahtjeva za dizajnom i uporabom. Fleksibilni mehanizmi, s njihovom malom veličinom, odsutnosti mehaničkog trenja i praznina i visokom osjetljivošću na kretanje, stekli su značajnu privlačnost u različitim disciplinama, uključujući strojeve, robotiku, računala, automatsku kontrolu i mjerenje preciznosti. Ključna komponenta fleksibilnih mehanizama je fleksibilni zglob, koji koristi svojstva elastične deformacije i samovolje za uklanjanje izgubljenog pokreta i mehaničkog trenja, čime je postigla veću rezoluciju pomaka. Fleksibilne šarke s jednim osmom mogu se klasificirati na temelju njihovih oblika poprečnog presjeka, poput luka, kuta olova, elipse, parabole i tipova hiperbole. Među njima se naširoko koriste šarke ravno i olovne kutne zglobove zbog jednostavnih struktura. Međutim, u nekim slučajevima kada je prostor ograničen, potreba za kompaktnim strukturama dovela je do pojave jednostrukih fleksibilnih šarki, koje su otkrile opsežne primjene u preciznom mjerenju i pozicioniranju. Nastavljajući na prednostima hibridnih i jednostranih fleksibilnih šarki, ovaj rad predlaže jednostrani hibridni fleksibilni zglob, koji nudi novi pristup inženjerskoj primjeni fleksibilnih šarki s kompaktnim strukturama i velikim pomacima.

Izračun fleksibilnosti jednostranog hibridnog zglobova s ​​ravnim krugom elipse:

Jednostrani hibridni hibridni hibridni zglob ravne krugove sastoji se od polovice jednostranog zgloba ravnog kruga i polovice jednostranog eliptičnog zgloba. Njegovi geometrijski parametri uključuju širinu šarki (b), minimalnu debljinu (t), polumjer ravnog kruga (R), duljinu šarki (L), glavnu os elipse (M) i polu-minorsku os elipse (N). Analiza fleksibilnog zgloba temelji se na pretpostavci malog deformiranog konzolnog snopa, s fiksnim deformacijom i deformacijom savijanja uzrokovanim silom i trenutkom. Utjecaj aksijalnog opterećenja razmatra se, dok se zanemaruju učinci smicanja i torzije. Prema drugom teoremu kasete, odnos deformacije šarke u točki 1 i primijenjenog opterećenja može se odrediti. Formula izračuna fleksibilnosti dobiva se na temelju ovog odnosa i koordinata presjeka šarke. Kroz integralne proračune može se dobiti fleksibilnost jednostranog hibridnog zgloba ravnog kruga.

Primjer izračuna i provjera konačnih elemenata:

Primjer izračuna provodi se korištenjem formule izračuna fleksibilnosti za različite vrijednosti polu-minorske osi (n) elipse. Rezultati se uspoređuju s rezultatima analize konačnih elemenata (FEA) kako bi se potvrdila točnost formule. Otkriveno je da je pogreška između dva skupa rezultata manja od 8%, što potvrđuje valjanost formule proračuna fleksibilnosti.

Analiza performansi jednostranog hibridnog zgloba hibrida s ravnim krugom:

Na fleksibilnost šarke utječu njegovi materijalni i strukturni parametri. Formula izračuna fleksibilnosti otkriva da je elastični modul (E) obrnuto proporcionalan širini šarke (b). Ostali parametri, poput polumjera ravnog kruga (R), polu-glavne osi elipse (M), polu-minorske osi elipse (n) i minimalne debljine (T), također utječu na fleksibilnost. Analiza formule izračuna fleksibilnosti pokazuje da su njegovi parametri najosjetljiviji na promjene u minimalnoj debljini (t) šarke.

Usporedba performansi s bilateralnim hibridnim zglobovima s hibridnim zglobom:

Jednostrani hibridni fleksibilni zglob ravnog kruga uspoređuje se s dvostranim hibridnim hibridnim hibridnim zglobnim hibridnim zglobnim zglobovima. Omjer fleksibilnosti koristi se kao indeks performansi, definiran kao omjer jednostrane fleksibilnosti prema bilateralnoj fleksibilnosti. Rezultati pokazuju da jednostrani hibridni fleksibilni zglob nudi bolji kapacitet rotacije i osjetljivost opterećenja u usporedbi s bilateralnom hibridnom šarkom.

Prijedlog nove vrste fleksibilnog zgloba, jednostranog hibridnog fleksibilnog zgloba, donosi nove mogućnosti za inženjerske primjene koje zahtijevaju kompaktne strukture i velike pomake. Formula izračuna fleksibilnosti izvedena je na temelju Karlovog drugog teorema i potvrđena analizom konačnih elemenata. Otkriveno je da strukturni parametri šarke utječu na njegovu fleksibilnost, pri čemu minimalna debljina ima najznačajniji utjecaj. Jednostrani hibridni fleksibilni zglob djeluje bolje od bilateralnog hibridnog zgloba u smislu rotacijskog kapaciteta i osjetljivosti opterećenja. Sve u svemu, jednostrani hibridni fleksibilni zglob nudi obećavajuće izglede za različite inženjerske aplikacije.