Perhitungan Fleksibilitas dan Analisis Kinerja Hybri Lingkaran Lurus Single-Sided Lurus Baru

Abstrak:

Engsel yang fleksibel telah mendapatkan popularitas yang signifikan di bidang sistem mikro-elektromekanis (MEMS). Makalah ini memperkenalkan jenis engsel fleksibel yang baru, yaitu engsel fleksibel hibrida lurus-lurus-lurus satu sisi. Memanfaatkan teorema kedua Karl, formula komputasi untuk fleksibilitas engsel fleksibel hibrida melingkar dan elips diusulkan. Formula yang diturunkan divalidasi melalui analisis elemen hingga dan analisis komparatif. Dampak dari setiap parameter struktural dari engsel fleksibel hibrida unilateral pada fleksibilitasnya dianalisis. Selain itu, perbandingan dibuat dengan engsel fleksibel hibrida lurus-lurus-lurus-lurus untuk menunjukkan kapasitas rotasi yang unggul dan sensitivitas beban dari desain unilateral. Proposal engsel fleksibel hibrida unilateral menghadirkan jalan baru untuk aplikasi rekayasa yang membutuhkan struktur kompak dan perpindahan besar.

Munculnya teknologi mikro-elektromekanis, rekayasa kedirgantaraan, dan teknik biologis telah menyoroti keterbatasan mekanisme kaku tradisional dalam memenuhi persyaratan desain dan penggunaan. Mekanisme yang fleksibel menawarkan banyak keunggulan seperti ukuran kecil, tidak adanya gesekan mekanis, tidak ada celah, dan sensitivitas gerak tinggi. Ini telah menyebabkan penggunaan mereka yang luas dalam berbagai disiplin ilmu, termasuk mesin, robotika, komputer, kontrol otomatis, dan pengukuran presisi. Komponen kunci dari mekanisme yang fleksibel adalah engsel fleksibel, yang menghilangkan gerakan yang hilang dan gesekan mekanik melalui deformasi elastis dan sifat pemulihan diri, memungkinkan resolusi perpindahan yang lebih tinggi. Engsel fleksibel sumbu tunggal diklasifikasikan ke dalam berbagai bentuk, seperti busur, sudut timbal, elips, parabola, dan hiperbola. Di antara mereka, tipe sudut lurus dan timah dipekerjakan secara luas karena strukturnya yang sederhana. Namun, dalam aplikasi tertentu di mana ruang terbatas, engsel fleksibel satu sisi telah muncul sebagai pilihan yang disukai, menemukan utilitas dalam pengukuran dan penentuan posisi presisi.

Metode:

Membangun di atas penelitian yang disebutkan di atas, penelitian ini mengusulkan jenis engsel fleksibel baru yang disebut engsel fleksibel hibrida unilateral, yang menggabungkan keunggulan engsel hibrida dan fleksibel unilateral. Formula perhitungan fleksibilitas untuk engsel ini diturunkan berdasarkan teorema kedua Karl, dan kinerjanya diverifikasi melalui analisis elemen hingga. Studi ini juga meneliti pengaruh berbagai parameter struktural pada fleksibilitas engsel.

Hasil dan Diskusi:

Formula perhitungan fleksibilitas untuk engsel fleksibel hibrida lurus-lurus-lurus-lurus menunjukkan bahwa fleksibilitas tergantung pada parameter material dan struktural. Formula yang diturunkan menunjukkan bahwa parameter fleksibilitas berbanding terbalik dengan lebar engsel, sedangkan parameter seperti jari-jari lingkaran lurus, sumbu semi-mayor elips, sumbu semi-minor, dan ketebalan minimum juga mempengaruhi fleksibilitas. Melalui analisis, diamati bahwa fleksibilitas berkurang dengan peningkatan sumbu semi-minor elips, meningkat dengan penurunan ketebalan minimum, dan berubah secara non-linier dengan ketebalan yang bervariasi. Pengaruh ketebalan minimum pada fleksibilitas ditemukan lebih signifikan dibandingkan dengan parameter lain.

Perbandingan ditarik antara engsel fleksibel hibrida lurus-lurus-lurus-lurus unilateral dan engsel fleksibel hibrida lurus-lurus-lurus-lurus-lurus yang diusulkan dalam literatur sebelumnya. Fleksibilitas diidentifikasi sebagai karakteristik paling vital dari engsel fleksibel, dan rasio fleksibilitas relatif, yang dilambangkan sebagai Cday, diperkenalkan untuk membandingkan dua desain engsel. Analisis ini mengungkapkan bahwa engsel fleksibel hibrida unilateral menunjukkan kapasitas rotasi yang lebih besar dan sensitivitas beban dibandingkan dengan desain bilateral. Fleksibilitas engsel fleksibel hibrida unilateral sekitar 1,37 kali lebih tinggi daripada desain bilateral.

Studi ini menyajikan analisis komprehensif dari engsel fleksibel hibrida unilateral, desain engsel fleksibel yang inovatif yang menawarkan struktur kompak dan perpindahan besar. Formula perhitungan fleksibilitas yang diturunkan divalidasi melalui analisis elemen hingga, menunjukkan kesalahan dalam 8%. Pengaruh parameter struktural pada fleksibilitas dianalisis, dengan ketebalan minimum engsel yang diidentifikasi sebagai parameter yang paling berpengaruh. Selain itu, perbandingan dengan engsel fleksibel hibrida bilateral menyoroti kinerja superior dari desain unilateral dalam hal kapasitas rotasi dan sensitivitas beban. Engsel fleksibel hibrida unilateral yang diusulkan membuka kemungkinan baru untuk aplikasi rekayasa engsel fleksibel di berbagai industri.