Model Kinematik dan Penelitian Kinerja dari Nol Kekakuan Salib Buluh Pengetahuan Flexible Hinge_hinge

Mekanisme fleksibel adalah konsep inovatif di bidang mekanika, karena menggunakan deformasi elastis bahan untuk mengirimkan gerakan, gaya, atau energi. Mekanisme ini telah mendapatkan popularitas di berbagai industri, termasuk posisi presisi, pemrosesan MEMS, dan kedirgantaraan, karena banyak keunggulannya seperti gesekan nol, operasi yang mulus, pemeliharaan yang mudah, resolusi tinggi, dan kemampuan pemrosesan yang terintegrasi.

Namun, mekanisme kaku tradisional masih mendominasi pasar karena keterbatasan mekanisme yang fleksibel. Salah satu keterbatasan ini adalah kekakuan positif yang terjadi dalam arah fungsional selama aksi mekanisme. Kekakuan positif ini membutuhkan kekuatan pendorong yang lebih besar dan persyaratan yang ketat pada pengemudi, yang pada akhirnya mengurangi efisiensi transfer energi. Kekurangan ini telah menghambat aplikasi yang lebih luas dari mekanisme yang fleksibel.

Untuk mengatasi efek buruk dari kekakuan positif, banyak sarjana telah memperkenalkan konsep kekakuan nol ke dalam mekanisme yang fleksibel. Dengan menggunakan kekakuan negatif secara cerdik untuk mengimbangi kekakuan positif, mekanisme dengan kekakuan nol dapat dicapai. Sistem seperti itu, juga dikenal sebagai mekanisme keseimbangan statis yang fleksibel, dapat mencapai keadaan kesetimbangan statis pada titik mana pun dalam rentang gerak. Jenis mekanisme ini menawarkan beberapa keunggulan, termasuk kinerja transmisi kekuatan yang sangat baik, kemampuan untuk beroperasi dengan kekuatan pendorong yang lebih kecil, dan efisiensi transmisi energi yang tinggi. Akibatnya, fokus penelitian di bidang mekanisme keseimbangan statis yang fleksibel terutama pada penjepit mikro yang fleksibel.

Di antara berbagai komponen mekanisme yang fleksibel, engsel fleksibel telah menerima perhatian yang signifikan karena karakteristiknya yang luar biasa. Perjalanan relatif dari engsel fleksibel silang umum yang relatif pendek, membuatnya sangat berharga untuk berbagai aplikasi. Akibatnya, engsel fleksibel nol-kios berdasarkan desain ini telah menjadi pilihan yang lebih disukai untuk membangun mekanisme keseimbangan statis fleksibel yang kompleks, membuat penelitiannya sangat signifikan.

Untuk mencapai karakteristik kekakuan nol dalam engsel fleksibel, perlu untuk mengimbangi kekakuan positif torsional dengan kekakuan negatif rotasi. Dalam hal ini, model kekakuan negatif rotasi telah dikembangkan. Model ini melibatkan penggunaan pegas daun yang terdiri dari dua buluh yang tumpang tindih, satu diperbaiki dan yang lainnya bebas. Ketika deformasi ujung pembukaan relatif kecil dibandingkan dengan panjang buluh, pegas menunjukkan linearitas yang baik dan dapat dianalisis sebagai pegas panjang nol.

Analisis model kekakuan negatif rotasi mempertimbangkan torsi yang diberikan oleh dua pegas pada titik tertentu dalam sistem. Berdasarkan hukum sinus segitiga, torsi dapat diungkapkan secara matematis. Dengan menggabungkan torsi ini, torsi total yang diberikan pada titik dapat ditentukan. Analisis ini mengungkapkan bahwa ketika sudut rotasi kurang dari 90 derajat, pegas mengerahkan torsi ke arah yang sama dengan sudut rotasi, sehingga menciptakan kekakuan negatif rotasi.

Untuk menetapkan model engsel fleksibel nol-kios yang akurat, sangat penting untuk menganalisis sifat mekanik dari engsel fleksibel silang yang digeneralisasi. Analisis ini mempertimbangkan berbagai faktor seperti pengaruh gaya radial dan beban torsional murni pada kekakuan torsional engsel. Dengan memahami faktor -faktor ini, kekakuan torsional tanpa dimensi engsel dapat dihitung. Model konseptual dari engsel fleksibel nol-kios kemudian dapat diperoleh dengan mengganti pasangan berputar dan pegas keseimbangan dalam model kekakuan negatif rotasi. Model konseptual ini simetris, memungkinkan untuk analisis rotasi berlawanan arah jarum jam dari platform bergerak.

Untuk memverifikasi keakuratan model teoritis, analisis elemen hingga menggunakan perangkat lunak ANSYS dilakukan. Analisis ini melibatkan mensimulasikan dan menganalisis karakteristik sudut rotasi momen dari engsel fleksibel nol-kios. Hasilnya kemudian dibandingkan dengan perhitungan teoritis. Simulasi dilakukan pada engsel dengan parameter yang berbeda, dan kekakuan pegas keseimbangan secara bertahap disesuaikan sampai kekakuan engsel dikurangi menjadi nol. Dengan membandingkan hasil simulasi dan perhitungan teoritis, dikonfirmasi bahwa model teoritis secara akurat mewakili perilaku engsel fleksibel nol-kios.

Selain itu, kelayakan menggunakan pegas daun sebagai pegas keseimbangan dalam engsel fleksibel nol-kios dieksplorasi. Model elemen hingga ditetapkan untuk tujuan ini, dan hasil simulasi dibandingkan dengan yang diperoleh dengan menggunakan elemen Combine14. Hasilnya sekali lagi memvalidasi keakuratan dan keandalan model teoritis.

Sebagai kesimpulan, penggunaan kekakuan negatif rotasi untuk mengimbangi kekakuan positif dalam engsel fleksibel memungkinkan penciptaan sistem engsel fleksibel nol-kios. Sistem ini menawarkan banyak keuntungan, termasuk berkurangnya torsi mengemudi, peningkatan kinerja transmisi gaya, dan peningkatan efisiensi pemanfaatan energi. Dua metode keseimbangan yang berbeda, yaitu pegas keseimbangan ganda dan pegas keseimbangan tunggal, dianalisis, dan kondisi keseimbangan statisnya ditentukan. Hasil teoritis kemudian diverifikasi melalui analisis elemen hingga. Studi ini menegaskan bahwa metode pegas keseimbangan ganda cocok untuk skenario di mana gaya radial tidak mempengaruhi kekakuan engsel, sedangkan model pegas keseimbangan tunggal memiliki rentang aplikasi yang lebih luas. Namun, kekompakan ruang aksial model terakhir agak terganggu, memerlukan pertimbangan komprehensif selama desain struktural. Secara keseluruhan, penelitian tentang engsel fleksibel nol-kios dan aplikasinya memiliki kepentingan yang signifikan dalam memajukan bidang mekanisme fleksibel.