제로 강성의 운동 학적 모델 및 성능 연구는 리드 유연한 hinge hinge knowledge

유연한 메커니즘은 운동, 힘 또는 에너지를 전달하기 위해 재료의 탄성 변형을 활용하기 때문에 역학 분야에서 획기적인 개념입니다. 이 메커니즘은 마찰 제로, 원활한 작동, 쉬운 유지 보수, 고해상도 및 통합 처리 기능과 같은 수많은 장점으로 인해 정밀 포지셔닝, MEMS 처리 및 항공 우주를 포함한 다양한 산업에서 인기를 얻었습니다.

그러나 전통적인 단단한 메커니즘은 유연한 메커니즘의 특정 제한으로 인해 여전히 시장을 지배하고 있습니다. 이러한 한계 중 하나는 메커니즘의 작용 동안 기능적 방향으로 발생하는 양의 강성입니다. 이 긍정적 인 강성은 운전자에 대한 더 큰 구동력과 엄격한 요구 사항이 필요하므로 궁극적으로 에너지 전달 효율이 줄어 듭니다. 이러한 단점은 유연한 메커니즘의 더 넓은 적용을 방해했습니다.

양성 강성의 부작용을 극복하기 위해 많은 학자들은 유연한 메커니즘에 제로 강성의 개념을 도입했습니다. 음성 강성을 영리하게 사용하여 양성 강성을 상쇄함으로써 강성이 제로가있는 메커니즘을 달성 할 수 있습니다. 유연한 정적 균형 메커니즘으로도 알려진 이러한 시스템은 운동 범위의 어느 시점에서든 정적 평형 상태를 달성 할 수 있습니다. 이 유형의 메커니즘은 우수한 힘 전송 성능, 소규모 주행력으로 작동하는 능력 및 고 에너지 전송 효율을 포함하여 몇 가지 장점을 제공합니다. 결과적으로, 유연한 정적 균형 메커니즘 분야에서의 연구 초점은 주로 유연한 마이크로 클램프에 관한 것이다.

유연한 메커니즘의 다양한 구성 요소 중에서 유연한 힌지는 예외적 인 특성으로 인해 상당한 관심을 받았습니다. 일반화 된 크로스 리드 유연한 힌지의 상대적 여행은 비교적 짧으므로 광범위한 응용 분야에 매우 가치가 있습니다. 결과적으로,이 설계를 기반으로 한 제로 스티프 유연성 힌지는 복잡한 유연한 정적 균형 메커니즘을 구성하는 데 선호되는 선택이되어 연구를 매우 중요하게 만들었습니다.

유연한 힌지에서 강성 특성을 얻으려면 회전 음성 강성으로 비틀림 양성 강성을 상쇄해야합니다. 이와 관련하여, 회전 음성 강성 모델이 개발되었습니다. 이 모델에는 두 개의 겹치는 갈대로 구성된 잎 스프링을 사용하는 것이 포함됩니다. 하나는 고정되고 다른 하나는 무료입니다. 개구부의 변형이 리드의 길이에 비해 상대적으로 작을 때, 스프링은 우수한 선형성을 나타내며 제로 길이의 스프링으로 분석 될 수 있습니다.

회전 음성 강성 모델의 분석은 시스템의 특정 지점에서 두 스프링에 의해 가해진 토크를 고려합니다. 삼각형 사인 법에 근거하여, 토크는 수학적으로 표현 될 수 있습니다. 이 토크를 결합함으로써 지점에 가해지는 총 토크를 결정할 수 있습니다. 이 분석은 회전 각도가 90도 미만일 때 스프링이 회전 각도와 동일한 방향으로 토크를 가하여 회전 음성 강성을 생성 함을 보여줍니다.

정확한 Zero-Stiffness Flexible Hinge 모델을 설정하려면 일반화 된 크로스 리드 유연성 힌지의 기계적 특성을 분석하는 것이 중요합니다. 이 분석은 방사형 힘의 영향과 힌지의 비틀림 강성에 대한 순수한 비틀림 부하와 같은 다양한 요인을 고려합니다. 이러한 요인을 이해함으로써 경첩의 치수가없는 비틀림 강성을 계산할 수 있습니다. 그런 다음 회전 음성 강성 모델에서 회전 쌍과 밸런스 스프링을 대체함으로써 제로 스티프 유연성 힌지의 개념적 모델을 얻을 수 있습니다. 이 개념 모델은 대칭 적이며 이동 플랫폼의 시계 반대 방향으로 분석 할 수 있습니다.

이론적 모델의 정확성을 확인하기 위해 ANSYS 소프트웨어를 사용한 유한 요소 분석이 수행됩니다. 분석에는 제로 스티프 융통성 힌지의 모멘트-회전 각도 특성을 시뮬레이션하고 분석하는 것이 포함됩니다. 그런 다음 결과는 이론적 계산과 비교됩니다. 시뮬레이션은 매개 변수가 다른 힌지에서 수행되며 균형 스프링의 강성은 힌지의 강성이 0으로 감소 될 때까지 점차 조정됩니다. 시뮬레이션 결과와 이론적 계산을 비교함으로써, 이론적 모델은 제로 스티프 니스 유연성 힌지의 동작을 정확하게 나타낸다는 것이 확인된다.

또한, 잎 스프링을 제로 스티프 유연성 힌지에서 균형 스프링으로 사용하는 타당성이 탐색됩니다. 이 목적을 위해 유한 요소 모델이 설정되어 있으며 시뮬레이션 결과는 Combine14 요소를 사용하여 얻은 결과와 비교됩니다. 결과는 다시 한 번 이론적 모델의 정확성과 신뢰성을 검증합니다.

결론적으로, 유연한 힌지에서 양의 강성을 상쇄하기 위해 회전 음성 강성을 사용하면 제로 스티프 니스 유연성 힌지 시스템을 생성 할 수 있습니다. 이 시스템은 구동 토크 감소, 힘 전송 성능 향상 및 에너지 활용 효율 향상을 포함하여 수많은 이점을 제공합니다. 두 가지 다른 균형 방법, 즉 더블 밸런스 스프링과 단일 밸런스 스프링이 분석되고 정적 평형 조건이 결정됩니다. 그런 다음 이론적 인 결과는 유한 요소 분석을 통해 검증됩니다. 이 연구는 이중 밸런스 스프링 방법이 방사형 힘이 힌지의 강성에 영향을 미치지 않는 시나리오에 적합한 반면 단일 밸런스 스프링 모델은 더 넓은 범위의 응용 프로그램을 가지고 있음을 확인합니다. 그러나 후자의 모델의 축 공간 소형은 다소 손상되어 구조 설계 동안 포괄적 인 고려가 필요합니다. 전반적으로, Zero-Stiffness Flexible Hinges에 대한 연구와 그 응용 프로그램은 유연한 메커니즘 분야를 발전시키는 데 매우 중요합니다.