Кинематски модел и истражување на перформансите на нулта вкочанетост на влога Флексибилно знаење за шарки_инже

Флексибилниот механизам е важен концепт во областа на механиката, бидејќи ја користи еластичната деформација на материјалите за пренесување на движење, сила или енергија. Овој механизам се здоби со популарност во различни индустрии, вклучително и прецизно позиционирање, обработка на МЕМС и воздушна вселена, заради неговите бројни предности како што се нула триење, непречено работење, лесно одржување, висока резолуција и интегрирани можности за обработка.

Сепак, традиционалните цврсти механизми сè уште доминираат на пазарот заради одредени ограничувања на флексибилниот механизам. Едно од овие ограничувања е позитивната вкочанетост што се јавува во функционалната насока за време на дејството на механизмот. Оваа позитивна вкочанетост бара поголема движечка сила и строги барања на возачот, што на крајот ја намалува ефикасноста на трансферот на енергија. Овие недостатоци ја попречија пошироката примена на флексибилниот механизам.

За да се надминат негативните ефекти на позитивната вкочанетост, многу научници го воведоа концептот на нула вкочанетост во флексибилниот механизам. Со паметно користење на негативна вкочанетост за да се неутрализира позитивната вкочанетост, може да се постигне механизам со нула вкочанетост. Таквиот систем, познат и како флексибилен механизам за статичка рамнотежа, може да постигне статичка состојба на рамнотежа во кој било момент од опсегот на движење. Овој вид механизам нуди неколку предности, вклучително и одлични перформанси на преносот на сила, можност за работа со помали движечки сили и висока ефикасност на пренос на енергија. Како резултат на тоа, фокусот на истражувањето во областа на флексибилните механизми за статичка рамнотежа главно беше на флексибилни микро-грешки.

Меѓу различните компоненти на флексибилни механизми, флексибилните шарки добија значително внимание заради нивните исклучителни карактеристики. Релативното патување на генерализирани флексибилни шарки со вкрстено возење е релативно кратко, што ги прави многу вредни за широк спектар на апликации. Како резултат на тоа, флексибилната шарка на нулта-возбудливост врз основа на овој дизајн стана најпосакуван избор за конструирање на комплексни флексибилни механизми за статичко рамнотежа, со што истражувањето е многу значајно.

За да се постигнат карактеристики на нулта вкочанетост во флексибилните шарки, неопходно е да се компензира торзионалната позитивна вкочанетост со ротациона негативна вкочанетост. Во овој поглед, развиен е модел на ротациона негативна вкочанетост. Моделот вклучува употреба на лисја на лисја составена од две трска што се преклопува, едниот фиксиран и другиот бесплатен. Кога деформацијата на почетниот крај е релативно мала во споредба со должината на трска, пролетта покажува добра линеарност и може да се анализира како пролет со нула должина.

Анализата на моделот на ротациона негативна вкочанетост ги разгледува вртежите извршени од двата извори на одредена точка во системот. Врз основа на триаголниот синусен закон, вртежите можат да се изразуваат математички. Со комбинирање на овие вртежи, може да се утврди вкупниот вртежен момент извршен на точката. Оваа анализа открива дека кога аголот на ротација е помал од 90 степени, изворите вршат вртежен момент во иста насока како и аголот на ротација, со што се создава ротациона негативна вкочанетост.

За да се воспостави точен флексибилен модел на шарки на нулта-возбудливост, клучно е да се анализираат механичките својства на генерализираната флексибилна шарка на вкрстено Reed. Оваа анализа разгледува различни фактори како што се влијанието на радијалната сила и чистото торзионално оптоварување врз торзичната вкочанетост на шарката. Со разбирање на овие фактори, може да се пресмета бездимензионалната торзионална вкочанетост на шарките. Потоа, концептуалниот модел на флексибилната шарка на нулта-силност може да се добие со замена на револвинг-пар и избалансирање на изворите во ротациониот модел на негативна вкочанетост. Овој концептуален модел е симетричен, овозможувајќи анализа на ротација на спротивно од стрелките на часовникот на подвижната платформа.

За да се провери точноста на теоретскиот модел, се спроведува анализа на конечни елементи со помош на софтвер ANSYS. Анализата вклучува симулирање и анализирање на карактеристиките на аголот на моментот-ротација на флексибилната шарка на нулта-стиф. Резултатите потоа се споредуваат со теоретските пресметки. Симулацијата се изведува на шарки со различни параметри, а вкочанетоста на пролетта на рамнотежата постепено се прилагодува сè додека вкочанетоста на шарката не се намали на нула. Со споредување на резултатите од симулацијата и теоретските пресметки, потврдено е дека теоретскиот модел точно го претставува однесувањето на флексибилната шарка на нулта-возбудливост.

Понатаму, истражена е изводливоста на користењето на изворите на лисјата како што извира рамнотежа во флексибилни шарки со нулта силна моќност. За оваа намена е воспоставен модел на конечен елемент, а резултатите од симулацијата се споредуваат со оние добиени со употреба на елементот Combine14. Резултатите уште еднаш ја потврдуваат точноста и веродостојноста на теоретскиот модел.

Како заклучок, употребата на ротациона негативна вкочанетост за да се неутрализира позитивната вкочанетост во флексибилните шарки овозможува создавање на флексибилни системи за шарка на нулта-возбуда. Овие системи нудат бројни предности, вклучително и намален вртежен момент на возење, подобрени перформанси на пренос на сила и зголемена ефикасност за искористување на енергија. Анализирани се два различни методи на рамнотежа, имено двојни извори на рамнотежа и единечни извори на рамнотежа и се утврдени нивните статички рамнотежни услови. Теоретските резултати потоа се потврдуваат преку анализа на конечни елементи. Студијата потврдува дека методот на двојна рамнотежа на пролетта е погоден за сценарија каде радијалната сила не влијае на вкочанетоста на шарката, додека моделот на единечна рамнотежа има поширок спектар на апликации. Како и да е, аксијалната вселенска компактност на вториот модел е малку компромитирана, што бара сеопфатно разгледување за време на структурниот дизајн. Севкупно, истражувањето за флексибилни шарки со нулта силна форма и нивните апликации има значајна важност во унапредувањето на областа на флексибилните механизми.