Pengiraan fleksibiliti dan analisis prestasi hibri lurus-lingkaran lurus tunggal baru1

Abstrak:

Engsel fleksibel memainkan peranan penting dalam bidang sistem mikro-elektromekanik (MEMS). Makalah ini memperkenalkan jenis baru engsel fleksibel yang dikenali sebagai engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran satu sisi. Fleksibiliti engsel ini dikira menggunakan teorem kedua Karl, dan hasilnya disahkan melalui analisis unsur terhingga. Parameter struktur engsel dianalisis untuk menentukan pengaruh mereka terhadap fleksibiliti. Perbandingan juga dibuat di antara engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran lurus satu sisi, dan disimpulkan bahawa engsel-engsel tunggal menawarkan kapasiti putaran yang lebih baik dan kepekaan beban. Secara keseluruhannya, engsel fleksibel hibrid tunggal menyediakan penyelesaian yang menjanjikan untuk aplikasi padat dan sangat perpindahan dalam kejuruteraan.

Dalam bidang teknologi mikro-elektromekanik yang pesat berkembang, aeroangkasa, dan kejuruteraan biologi, mekanisme tegar tradisional tidak lagi mencukupi untuk memenuhi keperluan reka bentuk dan penggunaan. Mekanisme yang fleksibel, dengan saiznya yang kecil, ketiadaan geseran mekanikal dan jurang, dan kepekaan gerakan yang tinggi, telah mendapat daya tarikan yang signifikan dalam pelbagai disiplin, termasuk jentera, robotik, komputer, kawalan automatik, dan pengukuran ketepatan. Komponen utama mekanisme fleksibel adalah engsel fleksibel, yang menggunakan ubah bentuk elastik dan sifat pemulihan diri untuk menghapuskan gerakan yang hilang dan geseran mekanikal, dengan itu mencapai resolusi anjakan yang lebih tinggi. Hinges fleksibel satu paksi boleh diklasifikasikan berdasarkan bentuk keratan rentas mereka, seperti arka, sudut plumbum, elips, parabola, dan jenis hiperbola. Antaranya, engsel sudut lurus dan lurus digunakan secara meluas kerana struktur mudah mereka. Walau bagaimanapun, dalam beberapa kes di mana ruang dikekang, keperluan untuk struktur padat telah membawa kepada kemunculan engsel fleksibel tunggal, yang telah menemui aplikasi yang luas dalam pengukuran dan kedudukan ketepatan. Membina kelebihan engsel fleksibel hibrid dan unilateral, makalah ini mencadangkan engsel fleksibel hibrid unilateral, yang menawarkan pendekatan baru kepada aplikasi kejuruteraan engsel fleksibel dengan struktur padat dan anjakan besar.

Pengiraan fleksibiliti unilateral lurus-lingkaran hibrid hibrid fleksibel:

Ujian fleksibel hibrid lurus lurus-lingkaran unilateral terdiri daripada separuh daripada engsel lingkungan lurus unilateral dan separuh daripada engsel elips unilateral. Parameter geometri termasuk lebar engsel (b), ketebalan minimum (T), jejari lingkaran lurus (R), panjang engsel (L), paksi utama elips (M), dan paksi separuh minor elips (N). Analisis engsel fleksibel adalah berdasarkan kepada asumsi rasuk cantilever yang deformasi kecil, dengan ubah bentuk tetap dan lentur yang betul yang disebabkan oleh kekerasan dan momen. Pengaruh beban paksi dipertimbangkan, manakala kesan ricih dan kilasan diabaikan. Menurut teorem kedua kaset, hubungan antara ubah bentuk engsel pada titik 1 dan beban yang digunakan dapat ditentukan. Formula pengiraan fleksibiliti diperoleh berdasarkan hubungan ini dan koordinat keratan rentas engsel. Melalui pengiraan integral, fleksibiliti engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran unilateral boleh diperolehi.

Contoh pengiraan dan pengesahan elemen terhingga:

Pengiraan contoh dilakukan dengan menggunakan formula pengiraan fleksibiliti yang diperolehi untuk nilai yang berbeza dari paksi separuh minor (n) elips. Hasilnya dibandingkan dengan hasil analisis unsur terhingga (FEA) untuk mengesahkan ketepatan formula. Kesalahan antara kedua -dua set keputusan didapati kurang daripada 8%, mengesahkan kesahihan formula pengiraan fleksibiliti.

Analisis prestasi unilateral lurus-lingkaran hibrid hibrid fleksibel:

Fleksibiliti engsel dipengaruhi oleh parameter bahan dan strukturnya. Formula pengiraan fleksibiliti mendedahkan bahawa modulus elastik (e) berkadar songsang dengan lebar engsel (b). Parameter lain, seperti radius lurus (R), paksi separuh utama elips (m), paksi separuh minor elips (n), dan ketebalan minimum (t), juga mempengaruhi fleksibiliti. Analisis formula pengiraan fleksibiliti menunjukkan bahawa parameternya paling sensitif terhadap perubahan ketebalan minimum (t) engsel.

Perbandingan prestasi dengan engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran dua hala:

Ujian fleksibel hibrid lurus lurus-lingkaran unilateral dibandingkan dengan engsel fleksibel hibrid lurus-lingkaran lurus dua sisi yang dicadangkan dalam kesusasteraan. Nisbah fleksibiliti digunakan sebagai indeks prestasi, yang ditakrifkan sebagai nisbah fleksibiliti unilateral kepada fleksibiliti dua hala. Keputusan menunjukkan bahawa engsel fleksibel hibrid unilateral menawarkan kapasiti putaran yang lebih baik dan kepekaan beban berbanding dengan engsel hibrid dua hala.

Cadangan jenis engsel fleksibel baru, engsel fleksibel hibrid unilateral, membawa kemungkinan baru untuk aplikasi kejuruteraan yang memerlukan struktur padat dan anjakan besar. Formula pengiraan fleksibiliti diperolehi berdasarkan teorem kedua Karl dan disahkan melalui analisis unsur terhingga. Parameter struktur engsel didapati memberi kesan kepada fleksibilitasnya, dengan ketebalan minimum yang memberi pengaruh yang paling penting. Hingung fleksibel hibrid unilateral melakukan lebih baik daripada engsel hibrid dua hala dari segi kapasiti putaran dan kepekaan beban. Secara keseluruhannya, engsel fleksibel hibrid unilateral menawarkan prospek yang menjanjikan untuk pelbagai aplikasi kejuruteraan.