Kinematikai modell és teljesítménykutatás nulla merevség kereszthuzamos rugalmas csuklópántos ismerete

A rugalmas mechanizmus úttörő koncepció a mechanika területén, mivel az anyagok rugalmas deformációját használja a mozgás, az erő vagy az energia továbbításához. Ez a mechanizmus népszerűvé vált a különféle iparágakban, ideértve a precíziós pozicionálást, a MEMS -feldolgozást és az űrrepülést, számos előnye miatt, mint például a nulla súrlódás, a zökkenőmentes működés, az egyszerű karbantartás, a nagy felbontás és az integrált feldolgozási képességek.

A hagyományos merev mechanizmusok azonban továbbra is uralják a piacot a rugalmas mechanizmus bizonyos korlátai miatt. Ezen korlátozások egyike a pozitív merevség, amely a mechanizmus működése során funkcionális irányban fordul elő. Ez a pozitív merevség nagyobb hajtóerőt és szigorú követelményeket igényel a vezetőre, ami végül csökkenti az energiaátadási hatékonyságot. Ezek a hiányosságok akadályozták a rugalmas mechanizmus szélesebb körű alkalmazását.

A pozitív merevség káros hatásainak leküzdése érdekében sok tudós bevezette a nulla merevség fogalmát a rugalmas mechanizmusba. A negatív merevség okos felhasználásával a pozitív merevség ellensúlyozására nulla merevséggel rendelkező mechanizmus érhető el. Egy ilyen rendszer, más néven rugalmas statikus egyensúlymechanizmus, statikus egyensúlyi állapotot érhet el a mozgás tartományának bármely pontján. Az ilyen típusú mechanizmus számos előnyt kínál, beleértve a kiváló erőátviteli teljesítményt, a kisebb hajtóerőkkel való működési képességet és a nagy energiaátviteli hatékonyságot. Következésképpen a rugalmas statikus egyensúlymechanizmusok területén a kutatási fókusz elsősorban a rugalmas mikrotisztákra került.

A rugalmas mechanizmusok különféle alkotóelemei közül a rugalmas zsanérok kivételes tulajdonságaik miatt jelentős figyelmet fordítottak. Az általánosított keresztreagus rugalmas csuklók relatív utazása viszonylag rövid, így nagyon értékes az alkalmazások számára. Következésképpen az ezen a kialakításon alapuló nulla merevségű, rugalmas csuklópánttá vált a preferált választás a komplex rugalmas statikus egyensúly mechanizmusok felépítéséhez, ami kutatásait rendkívül jelentős.

A rugalmas csuklókban a nulla merevségi jellemzők elérése érdekében a torziós pozitív merevséget rotációs negatív merevséggel kell ellensúlyozni. Ebben a tekintetben kidolgoztak egy forgó negatív merevségi modellt. A modell magában foglalja a két egymást átfedő nádból álló levélrugót, az egyik rögzített és a másik szabadon. Ha a nyitó vég deformációja viszonylag kicsi a nád hosszához képest, a rugó jó linearitást mutat, és nulla hosszúságú rugóként elemezhető.

A rotációs negatív merevségi modell elemzése a két rugó által a rendszer egy adott pontján kifejtett nyomatékokat veszi figyelembe. A háromszög alakú szinusz törvény alapján a nyomatékok matematikailag kifejezhetők. Ezeknek a nyomatékoknak a kombinálásával a pontra gyakorolt ​​teljes nyomaték meghatározható. Ez az elemzés azt mutatja, hogy ha a forgási szög kevesebb, mint 90 fok, akkor a rugók nyomatékot gyakorolnak a forgási szög azonos irányába, ezáltal rotációs negatív merevséget eredményezve.

A pontos nulla merevségű rugalmas csuklómodell kialakításához elengedhetetlen az általánosított keresztreform-rugalmas csukló mechanikai tulajdonságainak elemzése. Ez az elemzés különféle tényezőket vizsgál, mint például a radiális erő és a tiszta torziós terhelés hatása a csukló torziós merevségére. Ezeknek a tényezőknek a megértésével kiszámítható a zsanérok dimenzió nélküli torziós merevsége. A nulla merevség rugalmas csuklópántolásának fogalmi modelljét ezután a forgó pár és az egyensúly rugóinak cseréjével lehet elérni a rotációs negatív merevségi modellben. Ez a fogalmi modell szimmetrikus, lehetővé téve a mozgó platform óramutató járásával ellentétes forgásának elemzését.

Az elméleti modell pontosságának ellenőrzéséhez véges elem -elemzést végeznek az ANSYS szoftver segítségével. Az elemzés magában foglalja a nulla merevség rugalmas csuklójának pillanat-forgási szögjellemzőinek szimulálását és elemzését. Az eredményeket ezután összehasonlítják az elméleti számításokkal. A szimulációt különböző paraméterekkel rendelkező csuklókon hajtják végre, és az egyensúlyi rugó merevségét fokozatosan beállítják, amíg a csukló merevsége nullára csökken. A szimulációs eredmények és az elméleti számítások összehasonlításával megerősítik, hogy az elméleti modell pontosan jelzi a zéró merevség rugalmas csuklójának viselkedését.

Ezenkívül a levélforrások használatának megvalósíthatóságát a nulla merevségben lévő egyenleg-rugókként történő felhasználásuk. Erre a célra egy véges elemmodellt hoznak létre, és a szimulációs eredményeket összehasonlítják a Combine14 elem használatával kapott eredményekkel. Az eredmények ismét validálják az elméleti modell pontosságát és megbízhatóságát.

Összegezve, a rotációs negatív merevség felhasználása a rugalmas csuklókban a pozitív merevség ellensúlyozására lehetővé teszi a nulla merevség rugalmas csukló rendszerek létrehozását. Ezek a rendszerek számos előnyt kínálnak, beleértve a csökkentési nyomatékot, a jobb erőátviteli teljesítményt és a megnövekedett energiafelhasználási hatékonyságot. Két különböző egyensúlyi módszert, nevezetesen a Double Balance Springs -t és az egyméretű rugókat elemezzük, és meghatározzuk azok statikus egyensúlyi körülményeit. Az elméleti eredményeket ezután véges elem -elemzéssel igazolják. A tanulmány megerősíti, hogy a kettős mérleg tavaszi módszer olyan forgatókönyvekre alkalmas, ahol a sugárirányú erő nem befolyásolja a csuklópántos merevségét, míg az egymérleg -rugó modell szélesebb alkalmazási tartományban van. Az utóbbi modell tengelyirányú térbeli tömörsége azonban kissé veszélybe kerül, és átfogó megfontolást igényel a szerkezeti tervezés során. Összességében a nulla merevség rugalmas csuklókkal és alkalmazásukkal kapcsolatos kutatások jelentős jelentőséggel bírnak a rugalmas mechanizmusok területének előmozdításában.