მოქნილობის გაანგარიშება და შესრულების ანალიზი ახალი ცალმხრივი პირდაპირი წრე-ელიფსის Hybri1

200:

მოქნილი რგოლები მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მიკრო-ელექტრომექანიკური სისტემების (MEMS) სფეროში. ამ ნაშრომში მოცემულია მოქნილი რქის ახალი ტიპი, რომელსაც ეწოდება ცალმხრივი პირდაპირი წრე-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი რქა. ამ რქის მოქნილობა გამოითვლება კარლის მეორე თეორემის გამოყენებით, ხოლო შედეგები დამოწმებულია საბოლოო ელემენტის ანალიზით. საყრდენის სტრუქტურული პარამეტრები ანალიზდება, რათა დადგინდეს მათი გავლენა მის მოქნილობაზე. შედარება ასევე გაკეთებულია ცალმხრივი და ორმაგი ცალმხრივი წრე-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი რქების შორის და დაასკვნა, რომ ცალმხრივი რქა გთავაზობთ უკეთეს ბრუნვის სიმძლავრეს და დატვირთვის მგრძნობელობას. საერთო ჯამში, ცალმხრივი ჰიბრიდული მოქნილი რგოლი უზრუნველყოფს პერსპექტიულ გადაწყვეტას ინჟინერიაში კომპაქტური და უაღრესად გადაადგილების პროგრამებისთვის.

მიკრო ელექტრომექანიკური ტექნოლოგიის, კოსმოსური და ბიოლოგიური ინჟინერიის სწრაფად განვითარებად სფეროებში, ტრადიციული ხისტი მექანიზმები აღარ არის საკმარისი დიზაინისა და გამოყენების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. მოქნილმა მექანიზმებმა, მათი მცირე ზომით, მექანიკური ხახუნის არარსებობა და ხარვეზები და მაღალი მოძრაობის მგრძნობელობა, მნიშვნელოვანი წევა მოიპოვა სხვადასხვა დისციპლინებში, მათ შორის მანქანებში, რობოტიკაში, კომპიუტერებზე, ავტომატურ კონტროლსა და ზუსტი გაზომვაში. მოქნილი მექანიზმების ძირითადი კომპონენტია მოქნილი რგოლი, რომელიც იყენებს ელასტიური დეფორმაციისა და თვითგამორკვევის თვისებებს დაკარგული მოძრაობის და მექანიკური ხახუნის აღმოსაფხვრელად, რითაც მიაღწევს უფრო მაღალი გადაადგილების რეზოლუციას. ერთსაფეხურიანი მოქნილი რგოლების კლასიფიკაცია შესაძლებელია მათი განივი სექციური ფორმების საფუძველზე, მაგალითად, რკალი, ტყვიის კუთხე, ელიფსი, პარაბოლა და ჰიპერბოლას ტიპები. მათ შორის, სწორი და ტყვიის კუთხის რგოლები ფართოდ გამოიყენება მათი მარტივი სტრუქტურების გამო. ამასთან, ზოგიერთ შემთხვევაში, როდესაც სივრცე შეზღუდულია, კომპაქტური სტრუქტურების საჭიროებამ გამოიწვია ცალმხრივი მოქნილი რგოლების გაჩენა, რამაც აღმოაჩინა ფართო პროგრამები ზუსტი გაზომვისა და პოზიციონირების პროცესში. ჰიბრიდული და ცალმხრივი მოქნილი რქების უპირატესობებზე დაყრდნობით, ეს ნაშრომი გვთავაზობს ცალმხრივ ჰიბრიდულ მოქნილ რქას, რომელიც გთავაზობთ ახალ მიდგომას მოქნილი რგოლების საინჟინრო გამოყენებას კომპაქტურ სტრუქტურებთან და დიდ გადაადგილებებთან.

ცალმხრივი სწორი წრე-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი რქის მოქნილობის გაანგარიშება:

ცალმხრივი სწორი წრე-ელიფის ჰიბრიდული მოქნილი რგოლი მოიცავს ცალმხრივი წრის ჰინგის ნახევარს და ცალმხრივი ელიფსური საყრდენის ნახევარს. მის გეომეტრიულ პარამეტრებში შედის hinge სიგანე (B), მინიმალური სისქე (T), სწორი წრის რადიუსი (R), hinge სიგრძე (L), ელიფსის ძირითადი ღერძი და ელიფსის (N) ნახევრად უმთავრესი ღერძი. მოქნილი საყრდენის ანალიზი ემყარება მცირე დეფორმირებული კანტილის სხივის ვარაუდს, მარჯვენა ბოლოში ფიქსირდება და მომაბეზრებელი დეფორმაცია გამოწვეულია ძალით და მომენტით. განიხილება ღერძული დატვირთვის გავლენა, ხოლო გამჭვირვალე და ტორსიული ეფექტები უგულებელყოფილია. კასეტის მეორე თეორემის თანახმად, შეიძლება განისაზღვროს კავშირი 1 -ე წერტილში ჰინგის დეფორმაციასა და გამოყენებულ დატვირთვას შორის. მოქნილობის გაანგარიშების ფორმულა გამომდინარეობს ამ ურთიერთობის საფუძველზე და რქის ჯვრის მონაკვეთის კოორდინატებზე. ინტეგრალური გამოთვლების საშუალებით, შესაძლებელია ცალმხრივი წრე-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი რქის მოქნილობა.

მაგალითის გაანგარიშება და სასრული ელემენტის გადამოწმება:

მაგალითის გაანგარიშება ხორციელდება ელიფსის ნახევრად მინორი ღერძის (n) სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის წარმოქმნილი მოქნილობის გაანგარიშების ფორმულის გამოყენებით. შედეგები შედარებულია საბოლოო ელემენტის ანალიზის (FEA) შედეგებთან, ფორმულის სიზუსტის დასადგენად. შედეგების ორ კომპლექტს შორის შეცდომა 8%-ზე ნაკლებია, რაც ადასტურებს მოქნილობის გაანგარიშების ფორმულის სისწორეს.

ცალმხრივი პირდაპირი წრე-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი რქის შესრულების ანალიზი:

რქის მოქნილობა გავლენას ახდენს მის მატერიალურ და სტრუქტურულ პარამეტრებზე. მოქნილობის გაანგარიშების ფორმულა ცხადყოფს, რომ ელასტიური მოდული (E) საპირისპირო პროპორციულია რქის სიგანეზე (ბ). სხვა პარამეტრები, როგორიცაა სწორი წრის რადიუსი (R), ელიფსის (M) ნახევრად მთავარი ღერძი, ელიფსის (N) ნახევრად მინორი ღერძი და მინიმალური სისქე (t), ასევე გავლენას ახდენს მოქნილობაზე. მოქნილობის გაანგარიშების ფორმულის ანალიზმა აჩვენა, რომ მისი პარამეტრები ყველაზე მგრძნობიარეა რქის მინიმალური სისქის (T) ცვლილებებზე.

შესრულების შედარება ორმხრივი პირდაპირი წრე-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი ჰინგით:

ცალმხრივი პირდაპირი წრე-ელიფის ჰიბრიდული მოქნილი რგოლი შედარებულია ლიტერატურაში შემოთავაზებული ორმაგი ცალმხრივი სწორი წრის-ელიფსის ჰიბრიდული მოქნილი რქით. მოქნილობის თანაფარდობა გამოიყენება როგორც შესრულების ინდექსი, რომელიც განისაზღვრება, როგორც ცალმხრივი მოქნილობის თანაფარდობა ორმხრივ მოქნილობასთან. შედეგები აჩვენებს, რომ ცალმხრივი ჰიბრიდული მოქნილი რგოლი გთავაზობთ უკეთეს ბრუნვის სიმძლავრეს და დატვირთვის მგრძნობელობას ორმხრივ ჰიბრიდულ რგოლთან შედარებით.

ახალი ტიპის მოქნილი რქის, ცალმხრივი ჰიბრიდული მოქნილი რქის შემოთავაზება, ახალ შესაძლებლობებს მოაქვს საინჟინრო პროგრამებისთვის, რომლებიც მოითხოვს კომპაქტურ სტრუქტურებსა და დიდ გადაადგილებებს. მოქნილობის გაანგარიშების ფორმულა გამომდინარეობს კარლის მეორე თეორემის საფუძველზე და დადასტურებულია სასრული ელემენტების ანალიზით. ჰინგის სტრუქტურული პარამეტრები გავლენას ახდენს მის მოქნილობაში, მინიმალური სისქით ყველაზე მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს. ცალმხრივი ჰიბრიდული მოქნილი რგოლი უკეთესად ასრულებს ორმხრივ ჰიბრიდულ რგოლს ბრუნვის სიმძლავრისა და დატვირთვის მგრძნობელობის თვალსაზრისით. საერთო ჯამში, ცალმხრივი ჰიბრიდული მოქნილი რგოლი გთავაზობთ პერსპექტიულ პერსპექტივას სხვადასხვა საინჟინრო პროგრამებისთვის.