Kinematic líkan og árangursrannsóknir á núll stífni kross reed

Sveigjanlegi fyrirkomulagið er byltingarkennt hugtak á sviði vélfræði, þar sem það notar teygjanlegt aflögun efna til að senda hreyfingu, kraft eða orku. Þessi fyrirkomulag hefur náð vinsældum í ýmsum atvinnugreinum, þar á meðal nákvæmni staðsetningu, MEMS vinnslu og geimferða, vegna fjölmargra kosta hans eins og núll núnings, óaðfinnanlegrar aðgerðar, auðvelt viðhald, mikla upplausn og samþætta vinnslu getu.

Hins vegar ráða hefðbundnum stífum aðferðum enn markaðnum vegna ákveðinna takmarkana á sveigjanlegu fyrirkomulaginu. Ein af þessum takmörkunum er jákvæða stífni sem á sér stað í virkni við verkun vélbúnaðarins. Þessi jákvæða stífni krefst stærri drifkrafts og strangra krafna um ökumanninn, sem að lokum dregur úr orkuflutnings skilvirkni. Þessir annmarkar hafa hindrað víðtækari beitingu sveigjanlegs fyrirkomulags.

Til að vinna bug á skaðlegum áhrifum jákvæðs stífni hafa margir fræðimenn kynnt hugmyndina um núll stífni í sveigjanlegan fyrirkomulag. Með því að nota neikvætt stífni til að vega upp á móti jákvæðri stífni er hægt að ná vélbúnaði með núll stífni. Slíkt kerfi, einnig þekkt sem sveigjanlegt truflanir á jafnvægisbúnaði, getur náð kyrrstöðujafnvægisástandi á hvaða tímapunkti sem er á svið hreyfingarinnar. Þessi tegund af vélbúnaði býður upp á nokkra kosti, þar með talið framúrskarandi afköst krafta, getu til að starfa með minni drifkraftum og mikilli orkusendingar skilvirkni. Þar af leiðandi hefur rannsóknaráherslan á sviði sveigjanlegra truflana jafnvægis aðallega verið á sveigjanlegum örklemmum.

Meðal hinna ýmsu þátta sveigjanlegra aðferða hafa sveigjanleg lamir fengið verulega athygli vegna óvenjulegra einkenna þeirra. Hlutfallsleg ferð almennra sveigjanlegra lamda krossglugga er tiltölulega stutt, sem gerir þau mjög dýrmæt fyrir fjölbreytt úrval af forritum. Þar af leiðandi hefur núllstjarna sveigjanleg löm byggð á þessari hönnun orðið ákjósanlegt val til að smíða flókna sveigjanlega truflanir jafnvægisaðferðir, sem gerir rannsóknir sínar mjög marktækar.

Til að ná núll stífni einkenni í sveigjanlegum lömum er nauðsynlegt að vega upp á móti jákvæðri stífni snúnings með snúnings neikvæðum stífni. Í þessu sambandi hefur verið þróað neikvætt stífni líkan. Líkanið felur í sér að nota lauffjöðru sem samanstendur af tveimur skarast reyr, annar fastur og hinn ókeypis. Þegar aflögun opnunarendans er tiltölulega lítil miðað við lengd reyrsins sýnir vorið góða línuleika og hægt er að greina það sem núlllengd vor.

Greiningin á snúnings neikvæða stífni líkaninu telur togin sem eru beitt af uppsprettunum tveimur á ákveðnum punkti í kerfinu. Byggt á þríhyrndum sinuslögum er hægt að tjá togin stærðfræðilega. Með því að sameina þessi tog er hægt að ákvarða heildar togið sem beitt er á punktinum. Þessi greining leiðir í ljós að þegar snúningshornið er minna en 90 gráður, hafa uppspretturnar tog í sömu átt og snúningshornið og skapa þar með neikvæða stífni snúnings.

Til að koma á nákvæmu núllstífni sveigjanlegu lömum líkaninu skiptir sköpum að greina vélrænni eiginleika almenns sveigjanlegs sveigjanlegs löms. Þessi greining telur ýmsa þætti eins og áhrif geislamyndunar og hreint snúningsálag á snúningsstífni lömsins. Með því að skilja þessa þætti er hægt að reikna víddarlausa snúningsstífni lömanna. Þá er hægt að fá hugmyndalíkanið af núllstíflu sveigjanlegu löminu með því að skipta um snúningsparið og jafnvægisfjöðrum í snúnings neikvæða stífni líkaninu. Þetta hugmyndalíkan er samhverft, sem gerir kleift að greina rangsælis snúning á hreyfanlegum vettvangi.

Til að sannreyna nákvæmni fræðilegs líkans er gerð endanleg frumgreining með ANSYS hugbúnaði. Greiningin felur í sér að líkja eftir því að líkja eftir einkennum um snúningshorn á núllstíflu sveigjanlegu löminu. Niðurstöðurnar eru síðan bornar saman við fræðilega útreikninga. Eftirlíkingin er framkvæmd á lömum með mismunandi breytum og stífni jafnvægisfjöðru er smám saman aðlagað þar til stífni lömsins er minnkuð í núll. Með því að bera saman uppgerð niðurstaðna og fræðilegra útreikninga er staðfest að fræðilegt líkan táknar nákvæmlega hegðun núllstífunar sveigjanlegs löm.

Ennfremur er hagkvæmni þess að nota lauffjöðra sem jafnvægisfjöðra í núllstíflu sveigjanlegum lömum. Endanlegt frumefni líkan er staðfest í þessum tilgangi og niðurstöður uppgerðarinnar eru bornar saman við þær sem fengnar eru með Combine14 frumefninu. Niðurstöðurnar staðfesta enn og aftur nákvæmni og áreiðanleika fræðilegs líkans.

Að lokum, notkun snúnings neikvæðs stífni til að vega upp á móti jákvæðum stífni í sveigjanlegum lömum gerir kleift að búa til núllstíflu sveigjanleg löm kerfi. Þessi kerfi bjóða upp á fjölmarga kosti, þar með talið minnkað drifkraft, bætt afköst afl og aukna orkunýtingu skilvirkni. Tvær mismunandi jafnvægisaðferðir, nefnilega tvöfaldar jafnvægisfjöðrar og stakar jafnvægisfjöðrar, eru greindar og kyrrstæðar jafnvægisskilyrði þeirra eru ákvörðuð. Fræðilegar niðurstöður eru síðan staðfestar með endanlegri greiningu. Rannsóknin staðfestir að tvíjafnvægisaðferðin hentar fyrir atburðarás þar sem geislamyndunarkrafturinn hefur ekki áhrif á stífni lömsins, en stakt jafnvægisslíkanið er með fjölbreyttari forrit. Hins vegar er axial rýmisþéttni síðarnefndu líkansins nokkuð í hættu og þarfnast yfirgripsmikla umhugsunar meðan á skipulagshönnun stendur. Á heildina litið eru rannsóknirnar á sveigjanlegum lömum núllstjörnu og forrit þeirra verulegt mikilvægi til að efla svið sveigjanlegra aðferða.