Naujo vienpusio tiesiosios grandinės hybri lankstumo apskaičiavimas ir našumo analizė1

Anotacija:

Lankstūs vyriai vaidina lemiamą vaidmenį mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) srityje. Straipsnyje pristatomas naujo tipo lankstus vyrias, vadinamas vienpusiu tiesiosios grandinės hibridiniu lanksčiu vyu. Šio vyrio lankstumas apskaičiuojamas naudojant Antrąją Karlo teoremą, o rezultatai patvirtinami atliekant baigtinių elementų analizę. Siekiant nustatyti jų įtaką jo lankstumui, analizuojami vyrio struktūriniai parametrai. Taip pat palyginamas tarp vienpusio ir dvipusio tiesiosios grandinės hibridų lanksčių vyrių, ir daroma išvada, kad vienpusis vyrias siūlo geresnę sukimosi talpą ir apkrovos jautrumą. Apskritai, vienpusis hibridinis lankstus vyrias yra perspektyvus sprendimas kompaktiškoms ir labai perkeltoms inžinerijos srityse.

Sparčiai besivystančiuose mikroelektromechaninės technologijos, kosmoso ir biologinės inžinerijos laukuose tradicinių standžiųjų mechanizmų nebeužtenka, kad būtų patenkinti projektavimo ir naudojimo reikalavimai. Lankstūs mechanizmai, turintys mažą dydį, nebuvo mechaninės trinties ir spragų bei jautrumo dideliam judesiui, įgavo didelę trauką įvairiose disciplinose, įskaitant mašinas, robotiką, kompiuterius, automatinę valdymą ir tikslumą. Pagrindinis lanksčių mechanizmų komponentas yra lankstus vyrias, kuriame naudojamos elastinės deformacijos ir savęs paruošimo savybės, kad pašalintų prarastą judesį ir mechaninę trintį, taip pasiekiant didesnę poslinkio skiriamąją gebą. Vienos ašies lanksčias vyriausias gali būti klasifikuojamas atsižvelgiant į jų skerspjūvio formas, tokias kaip ARC, švino kampas, elipsė, parabolė ir hiperbolės tipai. Tarp jų tiesi ir švino kampas yra plačiai naudojami dėl jų paprastų konstrukcijų. Tačiau kai kuriais atvejais, kai erdvės yra suvaržytos, kompaktiškų struktūrų poreikis lėmė, kad atsirado pavieniai lankstūs vyriai, kurie nustatė išsamų tikslaus matavimo ir padėties nustatymo pritaikymą. Remiantis hibridinių ir vienašališkų lanksčių vyrių pranašumais, šiame dokumente siūloma vienašalis hibridinio lankstus vyrias, kuris siūlo naują požiūrį į inžinerinį lanksčių vyrių pritaikymą kompaktiškomis struktūromis ir dideliais poslinkiais.

Vienašalio tiesiosios apskrities hibridinio lanksčiojo vyris lankstumo apskaičiavimas:

Vienašalį tiesaus apskritimo hibridinį lanksčią vyrią sudaro pusė vienašališko tiesiojo apskritimo vyrio ir pusė vienašališko elipsinio vyrio. Jo geometriniai parametrai apima vyrio plotį (B), minimalų storis (T), tiesiojo ritės spindulys (R), vyrio ilgis (l), elipsės (M) ir pusiau minor ašies (N) ašis. Lanksčiojo vyrio analizė grindžiama mažo deformuoto konsolės pluošto prielaida, kai dešinysis galas yra fiksuotas ir lenkimo deformacija, kurią sukelia jėga ir momentas. Nagrinėjama ašinės apkrovos įtaka, o šlyties ir sukimo efektai nepaisoma. Remiantis antrosios kasetės teorema, gali būti nustatytas ryšys tarp vyrio deformacijos 1 punkte ir taikomosios apkrovos. Lankstumo skaičiavimo formulė išvesta remiantis šiuo ryšiu ir vyrio skerspjūvio koordinatėmis. Atliekant integruotus skaičiavimus, galima gauti vienašališko tiesiojo apskritimo hibridinio vyrinio lankstumą.

Skaičiavimo ir baigtinių elementų patikrinimo pavyzdys:

Skaičiavimas atliekamas naudojant išvestiną lankstumo skaičiavimo formulę skirtingoms elipsės pusiau minor ašies (N) vertėms. Rezultatai lyginami su baigtinių elementų analizės (FEA) rezultatais, siekiant patikrinti formulės tikslumą. Nustatyta, kad klaida tarp dviejų rezultatų rinkinių yra mažesnė nei 8%, patvirtinanti lankstumo skaičiavimo formulės pagrįstumą.

Vienašališkos tiesiosios grandinės hibridinio vyrinio veikimo analizė:

Vyro lankstumui įtakos turi jo medžiagos ir struktūriniai parametrai. Lankstumo apskaičiavimo formulė atskleidžia, kad elastinis modulis (E) yra atvirkščiai proporcingas vyrio plotui (b). Kiti parametrai, tokie kaip tiesiojo apskritimo spindulys (R), elipsės (M) pusiau major ašis, elipsės (N) pusiau minor ašis ir mažiausias storio (T), taip pat turi įtakos lankstumui. Lankstumo skaičiavimo formulės analizė rodo, kad jos parametrai yra jautriausi minimalaus storio (T) pokyčiams (t).

Našumo palyginimas su dvišaliu tiesaus apskritimo hibridiniu lanksčiu vyriu:

Vienašalis tiesiosios grandinės hibridinis lankstus vyrias lyginamas su dvipusiu tiesiojo apskritimo hibridiniu lanksčiu vyu, siūlomu literatūroje. Lankstumo santykis naudojamas kaip našumo indeksas, apibrėžtas kaip vienašalės lankstumo ir dvišalio lankstumo santykis. Rezultatai rodo, kad vienašalis hibridinis lankstus vyrias suteikia geresnį sukimosi talpą ir jautrumą apkrovai, palyginti su dvišaliu hibridiniu vyriu.

Pasiūlymas dėl naujo tipo lanksčiojo vyrio, vienašalis hibridinis lankstus vyrias, suteikia naujų galimybių inžinerinėms reikmėms, kurioms reikalingos kompaktiškos struktūros ir dideli poslinkiai. Lankstumo skaičiavimo formulė išvesta remiantis antra Karlo teorema ir patvirtinama atliekant baigtinių elementų analizę. Nustatyta, kad vyrio struktūriniai parametrai daro įtaką jo lankstumui, o mažiausias storis daro didžiausią įtaką. Vienašalis hibridinis lankstus vyrias veikia geriau nei dvišalis hibridinis vyrias sukimosi talpos ir apkrovos jautrumo atžvilgiu. Apskritai, vienašalis hibridinis lankstus vyrias siūlo daug žadančias perspektyvas įvairioms inžinerinėms reikmėms.