Rugalmassági kiszámítás és teljesítmény-elemzés egy új, egyenes körű-ellipszis hibri1

Absztrakt:

A rugalmas zsanérok döntő szerepet játszanak a mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) területén. Ez a cikk egy új típusú rugalmas csuklópántot mutat be, amelyet egyoldalú, egyenes körű, ellipszis hibrid rugalmas csuklópántnak hívnak. Ennek a zsanérnak a rugalmasságát Karl második tételével számítják ki, és az eredményeket véges elem -elemzéssel validálják. A zsanér szerkezeti paramétereit elemezzük, hogy meghatározzuk azok rugalmasságára gyakorolt ​​hatását. Összehasonlítást végeznek az egyoldalas és kétoldalas egyenes körű, ellipszis hibrid rugalmas csuklópántok között, és arra a következtetésre jutunk, hogy az egyoldalas csuklópántok jobb forgási kapacitást és terhelési érzékenységet kínálnak. Összességében az egyoldalas hibrid rugalmas csuklópántok ígéretes megoldást kínálnak a kompakt és erősen elmozdulási alkalmazásokhoz a mérnöki munkában.

A mikroelektromechanikai technológia, a repülőgép és a biológiai mérnöki technológia gyorsan fejlődő területein a hagyományos merev mechanizmusok már nem elegendőek a tervezési és használati követelmények teljesítéséhez. A rugalmas mechanizmusok, kis méretükkel, a mechanikus súrlódás és a rések hiányával, valamint a nagy mozgásérzékenységgel, jelentős tapadást eredményeztek a különféle tudományágakban, beleértve a gépeket, a robotikát, a számítógépeket, az automatikus vezérlést és a precíziós mérést. A rugalmas mechanizmusok kulcsfontosságú eleme a rugalmas csuklópánt, amely rugalmas deformációt és önmegtakarítási tulajdonságokat használ az elveszett mozgás és a mechanikus súrlódás kiküszöbölésére, ezáltal nagyobb elmozdulási felbontást érve el. Az egytengelyes rugalmas csuklók keresztmetszeti alakjaik, például ív, ólomszög, ellipszis, parabola és hiperbola típusok alapján osztályozhatók. Ezek közül az egyenes körű és ólomszögű zsanérokat széles körben használják egyszerű szerkezetük miatt. Egyes esetekben azonban, amikor a helyet korlátozzák, a kompakt struktúrák szükségessége egyoldalú rugalmas zsanérok kialakulásához vezetett, amelyek kiterjedt alkalmazásokat találtak a precíziós mérésben és a pozicionálásban. A hibrid és egyoldalú rugalmas csuklók előnyeire épülve ez a cikk egyoldalú hibrid rugalmas csuklópántot javasol, amely új megközelítést kínál a rugalmas csuklók műszaki alkalmazásához, kompakt szerkezetekkel és nagy elmozdulásokkal.

Az egyoldalú egyenes kör-ellipszis hibrid rugalmas csuklópántos csuklópántos rugalmassági kiszámítása:

Az egyoldalú, egyenes kör-ellipszis hibrid rugalmas csuklópántja az egyoldalú egyenes kör és az egyoldalú elliptikus csuklópánt felét tartalmazza. Geometriai paraméterei között szerepel a csuklószélesség (b), a minimális vastagság (T), az egyenes kör sugara (R), a csuklóhossz (L), az ellipszis fő tengelye (M) és az ellipszis (N) félpinor tengelye. A rugalmas csuklópánt elemzése egy kis, deformált konzolos gerenda feltételezésén alapul, a jobb oldali vég rögzített és a hajlító deformációval, amelyet az erő és a pillanat okoz. Az axiális terhelés hatását figyelembe veszik, míg a nyírási és a torziós hatásokat elhanyagolják. A kazetta második tétele szerint meghatározható a csukló deformációja és az alkalmazott terhelés közötti kapcsolat. A rugalmassági számítási képlet e kapcsolat és a csukló keresztmetszetének koordinátái alapján származik. Az integrált számítások révén az egyoldalú, egyenes körű, ellipszis hibrid rugalmas csuklópánt rugalmasságát lehet elérni.

Példa kiszámítás és véges elem ellenőrzése:

Példaszámítást hajtunk végre a származtatott rugalmassági számítási képlet felhasználásával az ellipszis félig-tengelyének (N) különböző értékeire. Az eredményeket összehasonlítják a véges elem -elemzés (FEA) eredményeivel, hogy ellenőrizzék a képlet pontosságát. A két eredménykészlet közötti hiba kevesebb, mint 8%, megerősítve a rugalmassági számítási képlet érvényességét.

Az egyoldalú egyenes kör-ellipszis hibrid rugalmas csuklópántok teljesítmény-elemzése:

A zsanér rugalmasságát az anyag és a szerkezeti paraméterek befolyásolják. A rugalmassági számítási képlet azt mutatja, hogy az (E) elasztikus modulus fordítottan arányos a csuklószélesség (B) szélességével. Egyéb paraméterek, például az ellipszis (M) egyenes kör-sugara (R), az ellipszis (N) és a minimális vastagság (t) félig minor tengelyének félig mágus tengelye (t) szintén befolyásolják a rugalmasságot. A rugalmassági számítási képlet elemzése azt mutatja, hogy paraméterei a legérzékenyebbek a csuklópánt minimális vastagságának (T) változásaira.

Teljesítmény-összehasonlítás a kétoldalú, egyenes kör-ellipszis hibrid csuklópántokkal:

Az egyoldalú, egyenes kör-ellipszis hibrid rugalmas csuklópántot összehasonlítják az irodalomban javasolt kétoldalas, egyenes kör-ellipszis hibrid rugalmas csuklópántokkal. A rugalmassági arányt teljesítményindexként használják, amelyet az egyoldalú rugalmasság és a kétoldalú rugalmasság aránya határoz meg. Az eredmények azt mutatják, hogy az egyoldalú hibrid rugalmas zsane jobb forgási kapacitást és terhelési érzékenységet kínál a kétoldalú hibrid csuklópánthoz képest.

Az új típusú rugalmas csuklópánt, az egyoldalú hibrid rugalmas csuklópánt javaslata új lehetőségeket kínál a kompakt szerkezetekhez és a nagy elmozdulásokhoz szükséges mérnöki alkalmazásokhoz. A rugalmassági számítási képlet Karl második tétele alapján származik, és véges elem -elemzéssel validálódik. Megállapítást nyert, hogy a csuklószerkezeti paraméterek befolyásolják annak rugalmasságát, a minimális vastagság a legjelentősebb hatást gyakorolja. Az egyoldalú hibrid rugalmas csuklópánt jobban teljesít, mint a kétoldalú hibrid csuklópánt, a forgási képesség és a terhelési érzékenység szempontjából. Összességében az egyoldalú hibrid rugalmas zsane ígéretes kilátásokat kínál a különféle mérnöki alkalmazásokra.