Pengiraan fleksibiliti dan analisis prestasi hibri lurus-lingkaran lurus tunggal baru

Abstrak:

Engsel fleksibel telah mendapat populariti yang ketara dalam bidang sistem mikro-elektromekanik (MEMS). Makalah ini memperkenalkan jenis engsel yang fleksibel, iaitu engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran satu sisi. Memanfaatkan teorem kedua Karl, formula pengiraan untuk fleksibiliti engsel fleksibel hibrid pekeliling dan elips dicadangkan. Formula yang diperolehi disahkan melalui analisis unsur terhingga dan analisis perbandingan. Impak setiap parameter struktur engsel fleksibel hibrid unilateral pada fleksibiliti dianalisis. Tambahan pula, perbandingan dibuat dengan engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran lurus dua sisi untuk menunjukkan kapasiti putaran unggul dan sensitiviti beban reka bentuk unilateral. Cadangan engsel fleksibel hibrid unilateral membentangkan jalan baru untuk aplikasi kejuruteraan yang memerlukan struktur padat dan anjakan besar.

Kemunculan teknologi mikro-elektromekanikal, kejuruteraan aeroangkasa, dan kejuruteraan biologi telah menyerlahkan batasan mekanisme tegar tradisional dalam memenuhi keperluan reka bentuk dan penggunaan. Mekanisme fleksibel menawarkan banyak kelebihan seperti saiz kecil, ketiadaan geseran mekanikal, tiada jurang, dan kepekaan gerakan yang tinggi. Ini telah membawa kepada penggunaan yang luas dalam pelbagai disiplin, termasuk jentera, robotik, komputer, kawalan automatik, dan pengukuran ketepatan. Komponen utama mekanisme fleksibel adalah engsel fleksibel, yang menghilangkan gerakan yang hilang dan geseran mekanikal melalui ubah bentuk elastik dan sifat pemulihan diri, yang membolehkan resolusi anjakan yang lebih tinggi. Hinges fleksibel satu paksi diklasifikasikan ke dalam pelbagai bentuk, seperti arka, sudut plumbum, elips, parabola, dan hiperbola. Antaranya, jenis sudut lurus dan plumbum digunakan secara meluas kerana struktur mudah mereka. Walau bagaimanapun, dalam aplikasi tertentu di mana ruang adalah terhad, engsel fleksibel tunggal telah muncul sebagai pilihan pilihan, mencari utiliti dalam pengukuran dan kedudukan ketepatan.

Kaedah:

Membina penyelidikan yang disebutkan di atas, kajian ini mencadangkan jenis baru engsel fleksibel yang disebut engsel fleksibel hibrid unilateral, yang menggabungkan kelebihan engsel fleksibel hibrid dan unilateral. Formula pengiraan fleksibiliti untuk engsel ini diperolehi berdasarkan teorem kedua Karl, dan prestasinya disahkan melalui analisis unsur terhingga. Kajian ini juga mengkaji pengaruh pelbagai parameter struktur mengenai fleksibiliti engsel.

Hasil dan perbincangan:

Formula pengiraan fleksibiliti untuk engsel fleksibel hibrid lurus lurus-lingkaran unilateral menunjukkan bahawa fleksibiliti bergantung kepada kedua-dua parameter bahan dan struktur. Formula yang diperolehi menunjukkan bahawa parameter fleksibiliti berkadar songsang dengan lebar engsel, manakala parameter seperti jejari lingkaran lurus, paksi separuh utama ellipse, paksi separuh minor, dan ketebalan minimum juga mempengaruhi fleksibiliti. Melalui analisis, diperhatikan bahawa fleksibiliti berkurangan dengan peningkatan dalam paksi separuh minor elips, meningkat dengan penurunan ketebalan minimum, dan perubahan tidak linear dengan ketebalan yang berbeza-beza. Pengaruh ketebalan minimum terhadap fleksibiliti didapati lebih penting berbanding parameter lain.

Perbandingan ditarik di antara engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran lurus unilateral dan engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran lurus dua sisi yang dicadangkan dalam kesusasteraan terdahulu. Fleksibiliti dikenal pasti sebagai ciri yang paling penting dalam engsel fleksibel, dan nisbah fleksibiliti relatif, yang dilambangkan sebagai CDay, diperkenalkan untuk membandingkan dua reka bentuk engsel. Analisis ini mendedahkan bahawa engsel fleksibel hibrid unilateral mempamerkan kapasiti putaran yang lebih besar dan sensitiviti beban berbanding dengan reka bentuk dua hala. Fleksibiliti engsel fleksibel hibrid unilateral adalah kira -kira 1.37 kali lebih tinggi daripada reka bentuk dua hala.

Kajian ini membentangkan analisis komprehensif mengenai engsel fleksibel hibrid unilateral, reka bentuk engsel fleksibel yang inovatif yang menawarkan struktur padat dan anjakan besar. Formula pengiraan fleksibiliti yang diperolehi disahkan melalui analisis unsur terhingga, menunjukkan ralat dalam 8%. Pengaruh parameter struktur pada fleksibiliti dianalisis, dengan ketebalan minimum engsel yang dikenal pasti sebagai parameter yang paling berpengaruh. Tambahan pula, perbandingan dengan engsel fleksibel hibrid dua hala menyoroti prestasi unggul reka bentuk unilateral dari segi kapasiti putaran dan kepekaan beban. Cadangan engsel fleksibel hibrid unilateral membuka kemungkinan baru untuk aplikasi kejuruteraan engsel fleksibel dalam pelbagai industri.