Kinematisch model en prestatieonderzoek van nul stijfheid cross riet flexibele hinge_hinge kennis

Het flexibele mechanisme is een baanbrekend concept op het gebied van mechanica, omdat het de elastische vervorming van materialen gebruikt om beweging, kracht of energie over te dragen. Dit mechanisme is populair geworden in verschillende industrieën, waaronder precisiepositionering, MEMS -verwerking en ruimtevaart, vanwege de vele voordelen zoals nul wrijving, naadloze werking, eenvoudig onderhoud, hoge resolutie en geïntegreerde verwerkingsmogelijkheden.

De traditionele rigide mechanismen domineren echter nog steeds de markt vanwege bepaalde beperkingen van het flexibele mechanisme. Een van deze beperkingen is de positieve stijfheid die optreedt in de functionele richting tijdens de werking van het mechanisme. Deze positieve stijfheid vereist een grotere drijvende kracht en strikte vereisten voor de bestuurder, wat uiteindelijk de efficiëntie van energieoverdracht vermindert. Deze tekortkomingen hebben de bredere toepassing van het flexibele mechanisme belemmerd.

Om de nadelige effecten van positieve stijfheid te overwinnen, hebben veel wetenschappers het concept van nulstijfheid in het flexibele mechanisme geïntroduceerd. Door slim negatieve stijfheid te gebruiken om positieve stijfheid te compenseren, kan een mechanisme met nulstijfheid worden bereikt. Een dergelijk systeem, ook bekend als een flexibel statisch balansmechanisme, kan op elk punt in het bewegingsbereik een statische evenwichtstoestand bereiken. Dit type mechanisme biedt verschillende voordelen, waaronder uitstekende krachttransmissieprestaties, de mogelijkheid om te werken met kleinere drijvende krachten en een hoge energietransmissie -efficiëntie. Bijgevolg is de onderzoeksfocus op het gebied van flexibele statische balansmechanismen voornamelijk op flexibele micro-klemmen geweest.

Onder de verschillende componenten van flexibele mechanismen hebben flexibele scharnieren veel aandacht gekregen vanwege hun uitzonderlijke kenmerken. De relatieve reis van gegeneraliseerde kruis-reed flexibele scharnieren is relatief kort, waardoor ze zeer waardevol zijn voor een breed scala aan toepassingen. Bijgevolg is de nul-stiffness flexibele scharnier op basis van dit ontwerp de voorkeurskeuze geworden voor het bouwen van complexe flexibele statische balansmechanismen, waardoor het onderzoek zeer belangrijk is.

Om nulstijfheidseigenschappen in flexibele scharnieren te bereiken, is het noodzakelijk om de torsie -positieve stijfheid te compenseren met rotatie -negatieve stijfheid. In dit opzicht is een rotatie -negatief stijfheidsmodel ontwikkeld. Het model omvat het gebruik van een bladveer bestaande uit twee overlappende riet, de ene vaste en de andere gratis. Wanneer de vervorming van het openingsuiteinde relatief klein is in vergelijking met de lengte van het riet, vertoont de veer een goede lineariteit en kan ze worden geanalyseerd als een veer van nullengte.

De analyse van het rotatie -negatieve stijfheidsmodel houdt rekening met de knoop die door de twee veren op een specifiek punt in het systeem worden uitgeoefend. Op basis van de driehoekige sinuswet kunnen de knooppunten wiskundig worden uitgedrukt. Door deze knooppunten te combineren, kan het totale koppel dat op het punt wordt uitgeoefend, worden bepaald. Deze analyse laat zien dat wanneer de rotatiehoek van minder dan 90 graden is, de veren een koppel in dezelfde richting uitoefenen als de rotatiehoek, waardoor rotatie -negatieve stijfheid wordt gecreëerd.

Om een ​​nauwkeurige nul-stiffness flexibel scharniermodel op te zetten, is het cruciaal om de mechanische eigenschappen van het gegeneraliseerde kruis-reed flexibele scharnier te analyseren. Deze analyse houdt rekening met verschillende factoren, zoals de invloed van radiale kracht en pure torsiebelasting op de torsiestijfheid van het scharnier. Door deze factoren te begrijpen, kan de dimensieloze torsiestijfheid van de scharnieren worden berekend. Het conceptuele model van de nul-stiffness flexibele scharnier kan vervolgens worden verkregen door het draaiende paar te vervangen en balansveren in het rotatie-negatieve stijfheidsmodel. Dit conceptuele model is symmetrisch, waardoor de analyse van de plaats van het bewegende platform kan worden geanalyseerd.

Om de nauwkeurigheid van het theoretische model te verifiëren, wordt eindige elementanalyse met behulp van ANSYS -software uitgevoerd. De analyse omvat het simuleren en analyseren van de moment-rotatiehoekkenmerken van het nul-stiffness flexibele scharnier. De resultaten worden vervolgens vergeleken met de theoretische berekeningen. De simulatie wordt uitgevoerd op scharnieren met verschillende parameters en de stijfheid van de balansveer wordt geleidelijk aangepast totdat de stijfheid van het scharnier tot nul is gereduceerd. Door de simulatieresultaten en theoretische berekeningen te vergelijken, wordt bevestigd dat het theoretische model nauwkeurig het gedrag van het flexibele scharnier van nulsterkheid vertegenwoordigt.

Bovendien wordt de haalbaarheid van het gebruik van bladveren als balansveren in flexibele scharnieren van nulsterkingen onderzocht. Voor dit doel wordt een eindig elementmodel vastgesteld en de simulatieresultaten worden vergeleken met die verkregen met behulp van het Combine14 -element. De resultaten valideren opnieuw de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het theoretische model.

Concluderend, het gebruik van rotatie-negatieve stijfheid om positieve stijfheid in flexibele scharnieren te compenseren, maakt het mogelijk om flexibele scharniersystemen van nulsterkingen te maken. Deze systemen bieden talloze voordelen, waaronder een verminderd rij -koppel, verbeterde krachttransmissieprestaties en verhoogde efficiëntie van het energieverbruik. Twee verschillende balansmethoden, namelijk dubbele balansveren en enkele balansveren, worden geanalyseerd en hun statische evenwichtsomstandigheden worden bepaald. De theoretische resultaten worden vervolgens geverifieerd door middel van eindige elementanalyse. De studie bevestigt dat de dubbele balansveermethode geschikt is voor scenario's waarbij de radiale kracht geen invloed heeft op de stijfheid van het scharnier, terwijl het veermodel met één evenwicht een breder scala aan toepassingen heeft. De axiale ruimtecompactheid van het laatste model is echter enigszins aangetast, waardoor uitgebreide overweging nodig is tijdens het structureel ontwerp. Over het algemeen is het onderzoek naar nul-stiffness flexibele scharnieren en hun toepassingen bedoeld aanzienlijk belang bij het bevorderen van het gebied van flexibele mechanismen.