새로운 단면 직선 직사각형 하이브리의 유연성 계산 및 성능 분석1

추상적인:

유연한 힌지는 MEM (Micro-Electromechanical Systems) 분야에서 중요한 역할을합니다. 이 논문은 단면 직선 직사각형 하이브리드 유연성 힌지라고 불리는 새로운 유형의 유연한 힌지를 소개합니다. 이 힌지의 유연성은 Karl의 두 번째 정리를 사용하여 계산되며 결과는 유한 요소 분석을 통해 검증됩니다. 힌지의 구조적 파라미터는 유연성에 대한 영향을 결정하기 위해 분석됩니다. 단면 및 양면 직선형 하이브리드 하이브리드 유연성 힌지 간의 비교도 이루어지며, 단면 힌지는 더 나은 회전 용량과 하중 감도를 제공한다는 결론을 내립니다. 전반적으로, 단면 하이브리드 유연성 힌지는 엔지니어링 분야에서 컴팩트하고 고도로 변위 적용을위한 유망한 솔루션을 제공합니다.

미세 전자 기계 기술, 항공 우주 및 생물 공학의 빠르게 진화하는 분야에서 전통적인 강성 메커니즘은 더 이상 설계 및 사용 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다. 작은 크기, 기계적 마찰 및 갭이없고 운동 감도가 높은 유연한 메커니즘은 기계, 로봇 공학, 컴퓨터, 자동 제어 및 정밀 측정을 포함한 다양한 분야에서 상당한 견인력을 얻었습니다. 유연한 메커니즘의 핵심 구성 요소는 유연한 힌지이며, 이는 탄성 변형과 자체 복구 특성을 사용하여 손실 모션 및 기계적 마찰을 제거하여 더 높은 변위 해상도를 달성합니다. 단일 축 유연한 경첩은 아크, 리드 각도, 타원, 포물선 및 쌍곡선 유형과 같은 단면 모양을 기반으로 분류 할 수 있습니다. 이 중 직선 및 납 각도 힌지는 간단한 구조로 인해 널리 사용됩니다. 그러나 공간이 제한되는 경우에는 소형 구조의 필요성으로 인해 정밀 측정 및 위치에 광범위한 응용이 발견 된 단면 유연성 힌지가 출현했습니다. 이 논문은 하이브리드 및 일방적 인 유연성 힌지의 장점을 바탕으로 일방적 인 하이브리드 유연성 힌지를 제안하며, 이는 소형 ​​구조와 큰 변위가있는 유연한 힌지의 엔지니어링 적용에 대한 새로운 접근 방식을 제공합니다.

일방적 인 직선형 하이브리드 유연성 힌지의 유연성 계산:

일방적 인 직선형 하이브리드 유연성 힌지는 일측 직선형 힌지의 절반과 일방적 타원 힌지의 절반을 포함한다. 기하학적 파라미터에는 힌지 폭 (b), 최소 두께 (t), 직선 반경 (r), 힌지 길이 (L), 타원 (m)의 주요 축 및 타원 (n)의 반 분기 축이 포함됩니다. 융통성있는 힌지의 분석은 소규모 지형 캔틸레버 빔의 가정에 기초하며, 오른쪽 끝이 고정되어 있으며 힘과 모멘트로 인한 굽힘 변형을 기반으로합니다. 축 방향 하중의 영향은 고려되는 반면 전단 및 비틀림 효과는 무시됩니다. 카세트의 두 번째 정리에 따르면, 지점 1에서의 힌지의 변형과 적용된 하중 사이의 관계를 결정할 수 있습니다. 유연성 계산 공식은이 관계와 힌지 단면의 좌표에 따라 도출됩니다. 필수 계산을 통해 일방적 인 직선형 하이브리드 유연성 힌지의 유연성을 얻을 수 있습니다.

예제 계산 및 유한 요소 검증:

예제 계산은 타원의 반 마개 축 (n)의 다른 값에 대한 파생 유연성 계산 공식을 사용하여 수행됩니다. 결과는 유한 요소 분석 (FEA) 결과와 비교하여 공식의 정확도를 확인합니다. 두 결과 세트 사이의 오류는 8%미만으로 유연성 계산 공식의 유효성을 확인합니다.

일방적 인 직선형 하이브리드 유연성 힌지의 성능 분석:

힌지의 유연성은 재료 및 구조적 매개 변수에 의해 영향을받습니다. 유연성 계산 공식은 탄성 계수 (e)가 힌지의 너비 (b)에 반비례한다는 것을 보여줍니다. 직선 반경 (R), 타원 (M)의 반대축, 타원 (N)의 반 분기 축 및 최소 두께 (t)와 같은 다른 매개 변수도 유연성에 영향을 미칩니다. 유연성 계산 공식의 분석은 매개 변수가 힌지의 최소 두께 (t)의 변화에 ​​가장 민감하다는 것을 보여줍니다.

양측 직선형 하이브리드 유연한 힌지와의 성능 비교:

일방적 인 직선형 하이브리드 유연성 힌지는 문헌에서 제안 된 양측 직선 타르 하이브리드 유연성 힌지와 비교됩니다. 유연성 비율은 성능 지수로 사용되며, 일방적 유연성과 양측 유연성의 비율로 정의됩니다. 결과는 일방적 인 하이브리드 유연성 힌지가 양측 하이브리드 힌지에 비해 더 나은 회전 용량과 하중 감도를 제공한다는 것을 보여준다.

일방적 인 하이브리드 유연성 힌지 인 새로운 유형의 유연한 힌지의 제안은 소형 구조와 큰 변위가 필요한 엔지니어링 애플리케이션에 새로운 가능성을 제공합니다. 유연성 계산 공식은 Karl의 두 번째 정리를 기반으로 파생되며 유한 요소 분석을 통해 검증되었습니다. 힌지의 구조적 파라미터는 최소 두께가 가장 큰 영향을 미치면서 유연성에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. 일방적 인 하이브리드 유연성 힌지는 회전 용량 및 하중 감도 측면에서 양측 하이브리드 힌지보다 더 잘 수행됩니다. 전반적으로 일방적 인 하이브리드 유연성 힌지는 다양한 엔지니어링 응용 프로그램에 대한 유망한 전망을 제공합니다.