Calculul flexibilității și analiza performanței unui nou hybri cu un singur ferestre cu cercuri drepte1

Abstract:

Balamalele flexibile joacă un rol crucial în domeniul sistemelor micro-electromecanice (MEMS). Această lucrare introduce un nou tip de balamală flexibilă, numit balama flexibilă hibridă cu cerc drept. Flexibilitatea acestei balamale este calculată folosind a doua teoremă a lui Karl, iar rezultatele sunt validate prin analiza elementelor finite. Parametrii structurali ai balamalei sunt analizați pentru a determina influența lor asupra flexibilității sale. O comparație se face, de asemenea, între balamalele flexibile cu un singur ferestre și cu două fețe, se concluzionează că balamalele cu o singură față oferă o capacitate de rotație și o sensibilitate la încărcare. În general, balama flexibilă hibridă cu o singură față oferă o soluție promițătoare pentru aplicațiile compacte și de înaltă deplasare în inginerie.

În câmpurile în evoluție rapidă a tehnologiei micro-electromecanice, a ingineriei aerospațiale și a ingineriei biologice, mecanismele tradiționale rigide nu mai sunt suficiente pentru a îndeplini cerințele de proiectare și utilizare. Mecanismele flexibile, cu dimensiunea mică, absența frecării mecanice și a golurilor și sensibilitatea la mișcare ridicată, au obținut o tracțiune semnificativă în diferite discipline, inclusiv utilaje, robotică, computere, control automat și măsurare de precizie. Componenta cheie a mecanismelor flexibile este balama flexibilă, care utilizează proprietăți de deformare elastică și auto-recuperare pentru a elimina mișcarea pierdută și frecarea mecanică, obținând astfel o rezoluție mai mare de deplasare. Balamalele flexibile cu o singură axă pot fi clasificate pe baza tipurilor lor de secțiune transversală, cum ar fi tipurile de arc, unghi de plumb, elipsă, parabolă și hiperbola. Printre acestea, balamalele cu unghi drept și unghi de plumb sunt utilizate pe scară largă datorită structurilor lor simple. Cu toate acestea, în unele cazuri în care spațiul este constrâns, nevoia de structuri compacte a dus la apariția balamalelor flexibile cu o singură față, care au găsit aplicații extinse în măsurarea și poziționarea preciziei. Bazându -se pe avantajele balamalelor flexibile hibride și unilaterale, această lucrare propune o balamală flexibilă hibridă unilaterală, care oferă o abordare nouă a aplicării inginerești a balamalelor flexibile, cu structuri compacte și deplasări mari.

Calculul flexibilității Calculului unilateral-cerc-elir-elipsă balama flexibilă hibridă:

Blicală flexibilă hibridă unilaterală cu cercuri drepte-elipsă cuprinde jumătate dintr-o balamală unilaterală cu cerc drept și jumătate dintr-o balamală eliptică unilaterală. Parametrii săi geometrici includ lățimea balamalei (b), grosimea minimă (T), raza de cerc drept (R), lungimea balamalei (L), axa majoră a elipsei (M) și axa semi-minor a elipsei (N). Analiza balamalei flexibile se bazează pe asumarea unui fascicul de cantilever cu deformare mică, cu deformarea fixă ​​și de îndoire la capătul drept, cauzată de forță și moment. Influența încărcăturii axiale este luată în considerare, în timp ce efectele de forfecare și torsiune sunt neglijate. Conform celei de -a doua teoreme a casetei, se poate determina relația dintre deformarea balamalei la punctul 1 și sarcina aplicată. Formula de calcul flexibilitate este derivată pe baza acestei relații și a coordonatelor secțiunii transversale a balamalei. Prin calcule integrale, se poate obține flexibilitatea unilateralului cu cerc drept-elir-elipsă cu balamale flexibile hibride cu cerc cu cerc cu cerc cu cerc cu cerc drepturi.

Exemplu de calcul și verificare a elementelor finite:

Un exemplu de calcul este efectuat folosind formula de calcul de flexibilitate derivată pentru diferite valori ale axei semi-minore (N) a elipsei. Rezultatele sunt comparate cu rezultatele analizei elementelor finite (FEA) pentru a verifica precizia formulei. Eroarea dintre cele două seturi de rezultate este mai mică de 8%, confirmând validitatea formulei de calcul flexibilitate.

Analiza de performanță a balamalei unilaterale cu cerc drept-elipsă hibridă:

Flexibilitatea balamalei este influențată de parametrii materiali și structurali. Formula de calcul flexibilitate relevă faptul că modulul elastic (E) este invers proporțional cu lățimea balamalei (B). Alți parametri, cum ar fi raza de cerc drept (R), axa semi-majoră a elipsei (M), axa semi-minor a elipsei (N) și a grosimii minime (T), afectează, de asemenea, flexibilitatea. O analiză a formulei de calcul flexibilitate arată că parametrii acesteia sunt cei mai sensibili la modificările grosimii minime (T) a balamalei.

Comparație de performanță cu balamale flexibile bilaterale cu cerc-cerc-elipsă:

Balama flexibilă hibridă unilaterală cu cercuri drepte-elipsă este comparată cu balama flexibilă hibridă cu cerc drepturi cu două fețe, propuse în literatura de specialitate. Raportul de flexibilitate este utilizat ca indice de performanță, definit ca raportul dintre flexibilitatea unilaterală și flexibilitatea bilaterală. Rezultatele arată că balama flexibilă hibridă unilaterală oferă o mai bună capacitate de rotație și sensibilitate la sarcină în comparație cu balama bilaterală hibridă.

Propunerea unui nou tip de balamală flexibilă, balama flexibilă hibridă unilaterală, aduce noi posibilități pentru aplicații de inginerie care necesită structuri compacte și deplasări mari. Formula de calcul flexibilitate este derivată pe baza celei de -a doua teoreme a lui Karl și validată prin analiza elementelor finite. Se consideră că parametrii structurali ai balamalei afectează flexibilitatea acestuia, grosimea minimă exercitarea celei mai semnificative influență. Blicală flexibilă hibridă unilaterală funcționează mai bine decât balama bilaterală hibridă în ceea ce privește capacitatea de rotație și sensibilitatea la sarcină. În general, balamalele flexibile hibride unilaterale oferă perspective promițătoare pentru diverse aplicații de inginerie.