חישוב גמישות וניתוח ביצועים של Hybri חדש חד-צדדי חד צדדי

תַקצִיר:

צירים גמישים צברו פופולריות משמעותית בתחום מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS). מאמר זה מציג סוג חדשני של ציר גמיש, כלומר הציר הגמיש היברידי היברידי-צדדי חד צדדי. מוצע מינוף את המשפט השני של קארל, נוסחה חישובית לגמישות של צירים גמישים היברידיים מעגליים ואליפטיים. הנוסחה הנגזרת מקבלת תוקף באמצעות ניתוח אלמנטים סופיים וניתוח השוואתי. מנותחת ההשפעה של כל פרמטר מבני של הציר הגמיש ההיברידי החד -צדדי על גמישותו. יתרה מזאת, השוואה נעשית עם הציר הגמיש היברידי היברידי הדו-צדדי כדי להדגים את יכולת הסיבוב המעולה ואת רגישות העומס של העיצוב החד צדדי. ההצעה של צירים גמישים היברידיים חד צדדיים מציגה דרך חדשה ליישומים הנדסיים הדורשים מבנים קומפקטיים ועקירות גדולות.

הופעתם של טכנולוגיה מיקרו-אלקטרומכנית, הנדסת תעופה וחלל והנדסה ביולוגית הדגישה את המגבלות של מנגנונים נוקשים מסורתיים בעמידה בדרישות התכנון והשימוש. מנגנונים גמישים מציעים יתרונות רבים כמו גודל קטן, היעדר חיכוך מכני, ללא פערים ורגישות לתנועה גבוהה. זה הוביל לשימוש נרחב שלהם בתחומים שונים, כולל מכונות, רובוטיקה, מחשבים, שליטה אוטומטית ומדידת דיוק. מרכיב המפתח במנגנונים גמישים הוא הציר הגמיש, המבטל תנועה אבודה וחיכוך מכני באמצעות עיוות אלסטי ותכונות התאוששות עצמית, ומאפשר רזולוציות עקירה גבוהות יותר. צירים גמישים עם ציר יחיד מסווגים לצורות שונות, כמו קשת, זווית עופרת, אליפסה, פרבולה והיפרבולה. ביניהם, סוגי הזווית הישר והזווית העופרת משמשים באופן נרחב בגלל המבנים הפשוטים שלהם. עם זאת, ביישומים מסוימים שבהם המרחב מוגבל, צירים גמישים חד צדדיים התגלו כבחירה מועדפת, ומציאת כלי עזר במדידת דיוק ומיקום.

שיטות:

בהתבסס על המחקר האמור לעיל, מחקר זה מציע סוג חדש של ציר גמיש המכונה הציר הגמיש ההיברידי החד -צדדי, המשלב את היתרונות של צירים היברידיים וחד -צדדיים גמישים. נוסחת חישוב הגמישות לציר זה נגזרת על בסיס המשפט השני של קארל, וביצועיו מאומתים באמצעות ניתוח אלמנטים סופי. המחקר בוחן גם את השפעתם של פרמטרים מבניים שונים על גמישות הציר.

תוצאות ודיון:

נוסחת חישוב הגמישות עבור הציר הגמיש היברידי היברידי החד-צדדי מצביע על כך שהגמישות תלויה הן בפרמטרים המבניים והן בפרמטרים מבניים. הנוסחה הנגזרת מדגימה כי פרמטרי הגמישות הם פרופורציונליים להפך לרוחב הציר, ואילו פרמטרים כמו רדיוס מעגל ישר, ציר חצי-מג'ור של אליפסה, ציר חצי מינור ועובי מינימלי משפיעים גם על גמישות. באמצעות ניתוח נצפה כי הגמישות פוחתת עם עלייה בציר המינור למחצה של האליפסה, עולה עם ירידה בעובי המינימום, ומשתנה באופן לא לינארי בעובי משתנה. ההשפעה של עובי המינימום על הגמישות נמצאת משמעותית יותר בהשוואה לפרמטרים אחרים.

השוואה נמשכת בין הציר הגמיש ההיברידי החד-צדדי-עגול ישר בין ציר גמיש היברידי כפול-צדדי-עגיל-צדדי המוצע בספרות קודמת. הגמישות מזוהה כמאפיין החיוני ביותר של צירים גמישים, ויחס גמישות יחסית, המכונה CDay, מוצג כדי להשוות בין שני עיצובי הציר. הניתוח מגלה כי הציר הגמיש ההיברידי החד -צדדי מציג יכולת סיבוב רבה יותר ורגישות עומס בהשוואה לעיצוב הדו -צדדי. הגמישות של הציר הגמיש ההיברידי החד -צדדי גבוהה פי 1.37 מזו של העיצוב הדו -צדדי.

מחקר זה מציג ניתוח מקיף של הציר הגמיש ההיברידי החד -צדדי, תכנון ציר גמיש חדשני המציע מבנים קומפקטיים ועקירות גדולות. נוסחת חישוב הגמישות הנגזרת מאומתת באמצעות ניתוח אלמנטים סופיים, ומדגימה שגיאה בתוך 8%. ההשפעה של פרמטרים מבניים על הגמישות מנותחת, כאשר עובי המינימום של הציר שזוהה כפרמטר המשפיע ביותר. יתר על כן, השוואה עם הציר הגמיש ההיברידי הבילטרלי מדגיש את הביצועים המעולים של העיצוב החד -צדדי מבחינת יכולת הסיבוב ורגישות העומס. הציר הגמיש ההיברידי החד -צדדי המוצע פותח אפשרויות חדשות ליישום הנדסי של צירים גמישים בענפים שונים.