Kalkolu tal-Flessibilità u Analiżi tal-Prestazzjoni ta 'Hybri ta' Ċirku Straight-Ċirku Uniku ġdid1

Astratt:

Iċ-ċappetti flessibbli għandhom rwol kruċjali fil-qasam tas-sistemi mikro-elettromekkaniċi (MEMS). Din id-dokument tintroduċi tip ġdid ta 'ċappetta flessibbli msejħa ċappetta flessibbli ibrida b'ħafna ċirku ta' ċirku. Il-flessibilità ta 'din iċ-ċappetta hija kkalkulata bl-użu tat-tieni teorema ta' Karl, u r-riżultati huma vvalidati permezz ta 'analiżi tal-elementi finiti. Il-parametri strutturali taċ-ċappetta huma analizzati biex jiddeterminaw l-influwenza tagħhom fuq il-flessibilità tiegħu. Paragun isir ukoll bejn iċ-ċappetti flessibbli ibridi ta 'ċiklu dritta b'wiċċ b'wiċċ wieħed u b'żewġ naħat, u huwa konkluż li ċ-ċappetta fuq naħa waħda toffri kapaċità ta' rotazzjoni aħjar u sensittività għat-tagħbija. B'mod ġenerali, iċ-ċappetta flessibbli ibrida fuq naħa waħda tipprovdi soluzzjoni promettenti għal applikazzjonijiet kompatti u ta 'spostament ħafna fl-inġinerija.

Fl-oqsma li qed jevolvu malajr tat-teknoloġija mikro-elettromekkanika, l-ajruspazju u l-inġinerija bijoloġika, il-mekkaniżmi riġidi tradizzjonali m'għadhomx biżżejjed biex jissodisfaw ir-rekwiżiti tad-disinn u l-użu. Mekkaniżmi flessibbli, bid-daqs żgħir tagħhom, in-nuqqas ta 'frizzjoni mekkanika u lakuni, u sensittività għolja tal-moviment, kisbu trazzjoni sinifikanti f'diversi dixxiplini, inklużi makkinarju, robotika, kompjuters, kontroll awtomatiku, u kejl ta' preċiżjoni. Il-komponent ewlieni tal-mekkaniżmi flessibbli huwa ċ-ċappetta flessibbli, li tuża deformazzjoni elastika u proprjetajiet ta 'rkupru ta' awto biex telimina l-moviment mitluf u l-frizzjoni mekkanika, u b'hekk tinkiseb riżoluzzjoni ta 'spostament ogħla. Ċappetti flessibbli b'assi wieħed jistgħu jiġu kklassifikati abbażi tal-forom trasversali tagħhom, bħal ark, angolu taċ-ċomb, elissi, parabola, u tipi ta 'hyperbola. Fost dawn, iċ-ċappetti dritti u angolu taċ-ċomb jintużaw ħafna minħabba l-istrutturi sempliċi tagħhom. Madankollu, f'xi każijiet fejn l-ispazju huwa limitat, il-ħtieġa għal strutturi kompatti wasslet għall-ħolqien ta 'ċappetti flessibbli b'ġenb wieħed, li sabu applikazzjonijiet estensivi fil-kejl u l-pożizzjonament ta' preċiżjoni. Filwaqt li tibni fuq il-vantaġġi ta 'ċappetti flessibbli ibridi u unilaterali, dan id-dokument jipproponi ċappetta flessibbli ibrida unilaterali, li toffri approċċ ġdid għall-applikazzjoni ta' inġinerija ta 'ċappetti flessibbli bi strutturi kompatti u spostamenti kbar.

Kalkolu tal-flessibilità taċ-ċappetta flessibbli ibrida unilaterali-ellissi dritta-ellissi unilaterali:

Iċ-ċappetta flessibbli ibrida ta 'ċirku ta' ċirku dritta unilaterali tinkludi nofs ċappetta unilaterali ta 'ċirku dritta u nofs ċappetta ellittika unilaterali. Il-parametri ġeometriċi tiegħu jinkludu wisa 'taċ-ċappetta (b), ħxuna minima (T), raġġ ta' ċirku dritta (R), tul taċ-ċappetta (L), assi maġġuri ta 'l-ellissi (M), u l-assi semi-minor ta' l-elissi (N). L-analiżi taċ-ċappetta flessibbli hija bbażata fuq l-assunzjoni ta 'raġġ cantilever ifformat żgħir, bit-tarf tal-lemin fiss u deformazzjoni tal-liwi kkawżata mill-forza u l-mument. L-influwenza tat-tagħbija assjali hija kkunsidrata, filwaqt li l-effetti ta 'shear u torsjoni huma traskurati. Skond it-tieni teorema ta 'cassette, ir-relazzjoni bejn id-deformazzjoni taċ-ċappetta fil-punt 1 u t-tagħbija applikata tista' tiġi ddeterminata. Il-formula tal-kalkolu tal-flessibilità hija derivata abbażi ta 'din ir-relazzjoni u l-koordinati tas-sezzjoni trasversali taċ-ċappetta. Permezz ta 'kalkoli integrali, tista' tinkiseb il-flessibilità taċ-ċappetta flessibbli ibrida unilaterali b'ċirku dritta-ellissi.

Eżempju Kalkolu u Verifika tal-Element Finit:

Kalkolu ta 'eżempju jitwettaq bl-użu ta' formula ta 'kalkolu ta' flessibilità derivata għal valuri differenti ta 'l-assi semi-minor (N) ta' l-elissi. Ir-riżultati huma mqabbla mar-riżultati tal-analiżi tal-element finit (FEA) biex tivverifika l-eżattezza tal-formula. L-iżball bejn iż-żewġ settijiet ta 'riżultati jinstab li huwa inqas minn 8%, li jikkonferma l-validità tal-formula tal-kalkolu tal-flessibilità.

Analiżi tal-Prestazzjoni taċ-Ċappetta flessibbli ibrida ta 'Ċirku Dritt-Ċirku Unilaterali:

Il-flessibilità taċ-ċappetta hija influwenzata mill-parametri materjali u strutturali tagħha. Il-formula tal-kalkolu tal-flessibilità tiżvela li l-modulu elastiku (E) huwa inversament proporzjonali għall-wisa 'taċ-ċappetta (b). Parametri oħra, bħar-raġġ taċ-ċirku dritta (R), l-assi semi-maġġuri tal-elissi (M), l-assi semi-minor tal-elissi (N), u l-ħxuna minima (T), jaffettwaw ukoll il-flessibilità. Analiżi tal-formula tal-kalkolu tal-flessibilità turi li l-parametri tagħha huma l-iktar sensittivi għall-bidliet fil-ħxuna minima (T) taċ-ċappetta.

Tqabbil tal-prestazzjoni ma 'ċappetta flessibbli ibrida bilaterali b'ċirkina dritta-ellissi bilaterali:

Iċ-ċappetta flessibbli ibrida ta 'ċirku dritta-ellissi unilaterali hija mqabbla maċ-ċappetta flessibbli ibrida ta' ċirku b'wiċċ b'żewġ naħat li hija proposta fil-letteratura. Il-proporzjon tal-flessibilità jintuża bħala indiċi tal-prestazzjoni, definit bħala l-proporzjon tal-flessibilità unilaterali mal-flessibilità bilaterali. Ir-riżultati juru li ċ-ċappetta flessibbli ibrida unilaterali toffri kapaċità ta 'rotazzjoni aħjar u sensittività tat-tagħbija meta mqabbla maċ-ċappetta ibrida bilaterali.

Il-proposta ta 'tip ġdid ta' ċappetta flessibbli, iċ-ċappetta flessibbli ibrida unilaterali, ġġib possibbiltajiet ġodda għal applikazzjonijiet ta 'inġinerija li jeħtieġu strutturi kompatti u spostamenti kbar. Il-formula tal-kalkolu tal-flessibilità hija derivata abbażi tat-tieni teorema ta 'Karl u vvalidata permezz ta' analiżi tal-elementi finiti. Il-parametri strutturali taċ-ċappetta jinstabu li għandhom impatt fuq il-flessibilità tagħha, bil-ħxuna minima teżerċita l-iktar influwenza sinifikanti. Iċ-ċappetta flessibbli ibrida unilaterali twettaq aħjar mill-ċappetta ibrida bilaterali f'termini ta 'kapaċità ta' rotazzjoni u sensittività tat-tagħbija. B'mod ġenerali, iċ-ċappetta flessibbli ibrida unilaterali toffri prospetti promettenti għal diversi applikazzjonijiet ta 'inġinerija.