კინემატიკური მოდელი და ნულოვანი სიმძიმის ჯვრის ლერწმის მოქნილი hinge_hinge ცოდნის შესრულების კვლევა

მოქნილი მექანიზმი წარმოადგენს მექანიკის სფეროში არსებულ კონცეფციას, რადგან იგი იყენებს მასალების ელასტიური დეფორმაციას მოძრაობის, ძალის ან ენერგიის გადასაცემად. ამ მექანიზმმა პოპულარობა მოიპოვა სხვადასხვა ინდუსტრიებში, მათ შორის ზუსტი პოზიციონირების, MEMS დამუშავებისა და კოსმოსური სივრცის გამო, მისი მრავალი უპირატესობის გამო, როგორიცაა ნულოვანი ხახუნა, უწყვეტი ოპერაცია, მარტივი მოვლა, მაღალი გარჩევადობა და დამუშავების ინტეგრირებული შესაძლებლობები.

ამასთან, ტრადიციული ხისტი მექანიზმები კვლავ დომინირებს ბაზარზე მოქნილი მექანიზმის გარკვეული შეზღუდვების გამო. ერთ -ერთი ასეთი შეზღუდვა არის პოზიტიური სიმტკიცე, რომელიც გვხვდება ფუნქციური მიმართულებით მექანიზმის მოქმედების დროს. ეს პოზიტიური სიმტკიცე მოითხოვს მძღოლზე უფრო დიდ მამოძრავებელ ძალასა და მკაცრ მოთხოვნებს, რაც საბოლოოდ ამცირებს ენერგიის გადაცემის ეფექტურობას. ამ ნაკლოვანებებმა ხელი შეუშალა მოქნილი მექანიზმის უფრო ფართო გამოყენებას.

პოზიტიური სიმძიმის უარყოფითი შედეგების დასაძლევად, ბევრმა მეცნიერმა შემოიტანა ნულოვანი სიმძიმის კონცეფცია მოქნილ მექანიზმში. ჭკვიანურად იყენებთ უარყოფითი სიმტკიცე პოზიტიური სიმტკიცის შესანარჩუნებლად, შესაძლებელია ნულოვანი სიმტკიცის მექანიზმის მიღწევა. ასეთ სისტემას, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მოქნილი სტატიკური ბალანსის მექანიზმი, შეუძლია მიაღწიოს სტატიკური წონასწორობის მდგომარეობას მოძრაობის დიაპაზონის ნებისმიერ წერტილში. ამ ტიპის მექანიზმი გთავაზობთ რამდენიმე უპირატესობას, მათ შორის ძალის გადაცემის შესანიშნავი შესრულებას, მცირე ზომის მამოძრავებელ ძალებთან მუშაობის უნარს და ენერგიის გადაცემის მაღალი ეფექტურობას. შესაბამისად, კვლევის ფოკუსირება მოქნილი სტატიკური ბალანსის მექანიზმების სფეროში, ძირითადად, მოქნილ მიკრო-სამაგრებზე იყო.

მოქნილი მექანიზმების სხვადასხვა კომპონენტებს შორის, მოქნილმა ჰინგებმა მნიშვნელოვანი ყურადღება მიიპყრო მათი განსაკუთრებული მახასიათებლების გამო. განზოგადებული ჯვარედინი მოქნილი მოქნილი რგოლების შედარებით მოკლე მოგზაურობა შედარებით მოკლეა, რაც მათ ძალზე ღირებული გახდის ფართო სპექტრისთვის. შესაბამისად, ამ დიზაინზე დაფუძნებული ნულოვანი გამჭვირვალეობის მოქნილი რგოლი გახდა სასურველი არჩევანი რთული მოქნილი სტატიკური ბალანსის მექანიზმების მშენებლობისთვის, რაც მის კვლევას მნიშვნელოვანად აქცევს.

მოქნილი რგოლებში ნულოვანი სიმძიმის მახასიათებლების მისაღწევად, აუცილებელია ტორსიული პოზიტიური სიმძიმის ანაზღაურება ბრუნვითი ნეგატიური სიმტკიცით. ამ თვალსაზრისით, შემუშავებულია როტაციული ნეგატიური სიმტკიცე მოდელი. მოდელი გულისხმობს ფოთლის გაზაფხულის გამოყენებას, რომელიც შედგება ორი გადახურული ლერწმისგან, ერთი ფიქსირებული და მეორე თავისუფალი. როდესაც გახსნის დასასრულის დეფორმაცია შედარებით მცირეა ლერწმის სიგრძესთან შედარებით, გაზაფხული ავლენს კარგ ხაზს და შეიძლება გაანალიზდეს როგორც ნულოვანი სიგრძის გაზაფხული.

ბრუნვითი ნეგატიური სიმტკიცე მოდელის ანალიზი განიხილავს სისტემის კონკრეტულ წერტილზე ორი წყაროს მიერ განხორციელებულ ბრუნვას. სამკუთხა სინუსური კანონის საფუძველზე, ბრუნვის გამოხატვა შესაძლებელია მათემატიკურად. ამ ბრუნვის შერწყმით, შეიძლება განისაზღვროს წერტილზე განხორციელებული მთლიანი ბრუნვის დადგენა. ეს ანალიზი ცხადყოფს, რომ როდესაც ბრუნვის კუთხე 90 გრადუსზე ნაკლებია, ზამბარები ახდენენ ბრუნვის ბრუნვას იმავე მიმართულებით, როგორც ბრუნვის კუთხე, რითაც ქმნის ბრუნვის უარყოფით სიმტკიცე.

ზუსტი ნულოვანი სიმძიმის მოქნილი რქის მოდელის დასადგენად, გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს განზოგადებული ჯვრის განტვირთვის მოქნილი რქის მექანიკური თვისებების ანალიზს. ეს ანალიზი განიხილავს სხვადასხვა ფაქტორებს, როგორიცაა რადიალური ძალის გავლენა და სუფთა ტორსიული დატვირთვა, რქის ტორსიულ სიმტკიცეზე. ამ ფაქტორების გაგებით, შეიძლება გამოითვალოს რგოლების განზომილებიანი ტორსიული სიმტკიცე. ნულოვანი სიმძიმის მოქნილი რქის კონცეპტუალური მოდელის მიღება შესაძლებელია როტაციული ნეგატიური სიმკაცრის მოდელში შემობრუნებული წყვილისა და ბალანსის ზამბარის შეცვლით. ეს კონცეპტუალური მოდელი სიმეტრიულია, რაც საშუალებას იძლევა მოძრავი პლატფორმის საწინააღმდეგო ისრის ბრუნვის ანალიზით.

თეორიული მოდელის სიზუსტის გადამოწმების მიზნით, ტარდება ANSYS პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით სასრული ელემენტების ანალიზი. ანალიზი გულისხმობს ნულოვანი სიმძიმის მოქნილი რქის მომენტალური როტაციის კუთხის მახასიათებლების სიმულაციას და ანალიზს. შედეგები შემდეგ შედარებულია თეორიულ გამოთვლებთან. სიმულაცია ხორციელდება სხვადასხვა პარამეტრებით, ხოლო ბალანსის გაზაფხულის სიმტკიცე თანდათანობით რეგულირდება მანამ, სანამ რქის სიმტკიცე ნულამდე შემცირდება. სიმულაციის შედეგების და თეორიული გამოთვლების შედარებისას დადასტურებულია, რომ თეორიული მოდელი ზუსტად წარმოადგენს ნულოვანი გამჭვირვალეობის მოქნილი რქის ქცევას.

გარდა ამისა, გამოიკვლია ფოთლების ზამბარების, როგორც ბალანსის ზამბარების გამოყენების მიზანშეწონილობა, ნულოვანი გამჭრიახი მოქნილი რგოლებით. ამ მიზნისთვის ჩამოყალიბებულია სასრული ელემენტის მოდელი, ხოლო სიმულაციის შედეგები შედარებულია Combine14 ელემენტის გამოყენებით მიღებულ შედეგებთან. შედეგები კიდევ ერთხელ დაადასტურებს თეორიული მოდელის სიზუსტეს და საიმედოობას.

დასკვნის სახით, მოქნილი რგოლებში პოზიტიური სიმძიმის შესანარჩუნებლად ბრუნვითი ნეგატიური სიმძიმის გამოყენება საშუალებას იძლევა შექმნათ ნულოვანი გამჭრიახი მოქნილი ჰინგის სისტემები. ეს სისტემები გვთავაზობენ უამრავ უპირატესობას, მათ შორის შემცირებული მართვის ბრუნვის, ძალის გადაცემის გაუმჯობესების გაუმჯობესებას და ენერგიის გამოყენების ეფექტურობის გაზრდას. გაანალიზებულია ორი განსხვავებული ბალანსის მეთოდი, კერძოდ, ორმაგი ბალანსის ზამბარები და ერთჯერადი ბალანსის ზამბარები და განისაზღვრება მათი სტატიკური წონასწორობის პირობები. თეორიული შედეგები შემდეგ დადასტურებულია საბოლოო ელემენტის ანალიზით. კვლევა ადასტურებს, რომ ორმაგი ბალანსის გაზაფხულის მეთოდი შესაფერისია სცენარებისთვის, სადაც რადიალური ძალა გავლენას არ ახდენს რქის სიმტკიცეზე, ხოლო ერთ ბალანსის საგაზაფხულო მოდელს აქვს უფრო ფართო სპექტრი. ამასთან, ამ უკანასკნელი მოდელის ღერძული სივრცის კომპაქტურობა გარკვეულწილად კომპრომეტირებულია, რაც მოითხოვს სტრუქტურული დიზაინის დროს ყოვლისმომცველ განხილვას. საერთო ჯამში, ნულოვანი გამკვრივების მოქნილი რგოლების და მათი პროგრამების შესახებ კვლევა მნიშვნელოვან მნიშვნელობას ანიჭებს მოქნილი მექანიზმების სფეროს წინსვლას.