Proiectarea metodei elementelor finite și analiza performanței unui nou balamal flexibil cu unghi mare

Rezumat: Dezvoltarea balamalelor flexibile cu o deformare mare, stres mic și derivă centrală mică a fost întotdeauna o problemă provocatoare în domeniul cercetării flexibile cu balamale. Această lucrare prezintă un design nou al unei balamale flexibile, cu o structură în formă de V, o teorie a superpoziției și o metodă de dispunere simetrică, inspirată de o anumită balamală flexibilă străină. Un studiu conceptual a fost realizat pentru a proiecta această balamală flexibilă, pentru a stabili un model matematic și pentru a analiza performanța acestuia. Analiza metodei elementelor finite a demonstrat că metoda de proiectare a crescut flexibilitatea balamalei prin prelungirea secțiunii, a redus deriva centrală și stresul maxim, rezultând un unghi de rotație maximă de aproximativ 16 °, o derivă maximă centrală de 3,557 μm și un tensiune maximă de 499,8 MPa, îndeplinind cerințele inițiale de proiectare. Aceste rezultate confirmă valoarea practică a balamalei.

În prezent, senzori de telecomandă optică spațială adoptă în principal metoda de splicing eșalonată TDICCD pentru a obține tablouri de linie lungă. Cu toate acestea, această metodă nu are compensarea mișcării imaginii, ceea ce duce la o reducere semnificativă a rezoluției imaginii. Prin urmare, este necesară compensarea mișcării imaginii. Compensarea mecanică a mișcării imaginii și compensarea electronică sunt cele două metode comune. Această lucrare se concentrează pe controlul în timp real al rotației dispozitivului TDICCD pentru a realiza compensarea mișcării imaginii. Mecanismele de rotare obișnuite nu sunt în măsură să îndeplinească cerințele de precizie în spațiu, necesitând dezvoltarea balamalelor flexibile fără decalaj, fără frecare, fără lubrifiere și rezoluție înaltă. Balama dezvoltată în această lucrare se bazează pe un design specific al camerei, necesitând un unghi de rotație de 6-8 °, derivă centrală care nu depășește 10 μm și dimensiuni în 40mm × 60mm.

Proiectare flexibilă a balamalei:

Sunt introduse mai multe modele tipice flexibile de balamale, inclusiv balama flexibilă eșalonată, balama flexibilă cu tub despărțit și balama flexibilă cu flexie liberă. În timp ce aceste balamale prezintă o bună flexibilitate și o gamă largă de unghiuri de rotație, acestea suferă de o derivă centrală semnificativă atunci când sunt supuse forțelor externe. Caracteristica comună a acestor balamale este utilizarea mai multor tresti pentru deformare, obținând deformare concentrată prin flexibilitate distribuită. Cu toate acestea, stabilitatea structurală a configurațiilor cu mai multe timpi este dificil de asigurat în mediul spațial. Prin urmare, este accentuată necesitatea unor cercetări suplimentare pentru aplicarea acestor componente în spațiu. Pentru a rezolva aceste probleme, este propus un nou design flexibil cu balamale fluture, încorporând un design în formă de V și o structură simetrică, inspirată de balama flexibilă de tip roată.

Analiza balamalei flexibile fluture:

Modelul geometric al balamalei flexibile fluture este analizat folosind metoda elementului finit. Balama este compusă din balamale interconectate cu un design în formă de V, permițând o lungime crescută a unității flexibile, fără a-i compromite grosimea. Analiza demonstrează că proiectarea reduce eficient stresul prin distribuirea forței pe patru părți și implementarea compensării vectorului pentru a minimiza deriva centrală. Stresul maxim este de aproximativ 499,8 MPa, în intervalul de tensiune admisibil al materialului ales. Balama atinge un unghi de rotație de 8 ° și o derivă centrală de 3,557 μm, îndeplinind cerințele de proiectare. Relația dintre raza și deriva centrală este de asemenea investigată, cu o rază de 17 mm considerată optimă pentru proiectarea balamalei. În plus, analiza relevă o relație liniară între forță și deplasare, permițând un control precis al unghiului de rotație.

În concluzie, un nou tip de balamală flexibilă cu unghi mare este proiectat folosind metoda elementului finit, iar performanța sa este analizată. Proiectarea propusă în formă de V, teoria superpoziției și dispunerea simetrică au ca rezultat o flexibilitate crescută, o derivă centrală redusă și stres. Balama atinge un unghi de rotație maximă de 16 °, o derivă maximă centrală de 3,557 μm și o tensiune maximă de 499,8 MPa, îndeplinind cerințele de proiectare. Analiza relației de deplasare a forței confirmă în continuare elasticitatea liniară excelentă a balamalei. În general, balama dezvoltată prezintă o valoare practică și poate fi aplicată în diferite scenarii, cum ar fi ceremonii de deschidere, expoziții de afaceri și promoții de produse.