Modelul cinematic și cercetarea de performanță a rigidității zero Cross Cross Reed Cunoștințe Flexibile Hinge_HINGE

Mecanismul flexibil este un concept de ultimă generație în domeniul mecanicii, deoarece utilizează deformarea elastică a materialelor pentru a transmite mișcare, forță sau energie. Acest mecanism a câștigat popularitate în diferite industrii, inclusiv poziționarea de precizie, procesarea MEMS și aerospațial, datorită numeroaselor avantaje, cum ar fi frecarea zero, funcționarea fără probleme, întreținerea ușoară, rezoluția înaltă și capacitățile de procesare integrate.

Cu toate acestea, mecanismele tradiționale rigide domină încă piața din cauza anumitor limitări ale mecanismului flexibil. Una dintre aceste limitări este rigiditatea pozitivă care are loc în direcția funcțională în timpul acțiunii mecanismului. Această rigiditate pozitivă necesită o forță motrice mai mare și cerințe stricte asupra șoferului, ceea ce reduce în cele din urmă eficiența transferului de energie. Aceste deficiențe au împiedicat aplicarea mai largă a mecanismului flexibil.

Pentru a depăși efectele adverse ale rigidității pozitive, mulți savanți au introdus conceptul de rigiditate zero în mecanismul flexibil. Folosind în mod inteligent rigiditatea negativă pentru a compensa rigiditatea pozitivă, se poate obține un mecanism cu rigiditate zero. Un astfel de sistem, cunoscut și ca un mecanism de echilibru static flexibil, poate realiza o stare de echilibru statică în orice punct al gamei de mișcare. Acest tip de mecanism oferă mai multe avantaje, inclusiv performanțe excelente de transmisie a forței, capacitatea de a opera cu forțe motrice mai mici și eficiență de transmisie ridicată a energiei. În consecință, concentrarea cercetării în domeniul mecanismelor de echilibru statice flexibile a fost în principal pe micro-clapete flexibile.

Printre diferitele componente ale mecanismelor flexibile, balamalele flexibile au primit o atenție semnificativă datorită caracteristicilor lor excepționale. Călătoria relativă a balamalelor flexibile transversale generalizate este relativ scurtă, ceea ce le face extrem de valoroase pentru o gamă largă de aplicații. În consecință, balama flexibilă cu picioare zero bazate pe acest design a devenit alegerea preferată pentru construirea unor mecanisme complexe de echilibru static flexibile, ceea ce face ca cercetarea sa să fie extrem de semnificativă.

Pentru a obține caracteristici de rigiditate zero în balamalele flexibile, este necesar să compensați rigiditatea pozitivă torsională cu rigiditatea negativă rotativă. În acest sens, a fost dezvoltat un model de rigiditate negativă rotativă. Modelul implică utilizarea unui arc de frunze compus din două trestiri suprapuse, una fixă ​​și cealaltă liberă. Când deformarea capătului de deschidere este relativ mică în comparație cu lungimea stufului, arcul prezintă o liniaritate bună și poate fi analizată ca un arc de lungime zero.

Analiza modelului de rigiditate negativă rotativă ia în considerare cuplurile exercitate de cele două arcuri pe un punct specific al sistemului. Pe baza legii sinusoidale triunghiulare, cuplurile pot fi exprimate matematic. Combinând aceste cupluri, se poate determina cuplul total exercitat pe punct. Această analiză relevă că atunci când unghiul de rotație este mai mic de 90 de grade, arcurile exercită un cuplu în aceeași direcție cu unghiul de rotație, creând astfel o rigiditate negativă de rotație.

Pentru a stabili un model exact de balamale flexibile zero-rigiditate, este crucial să se analizeze proprietățile mecanice ale balamalei flexibile generalizate cu reeduri încrucișate. Această analiză ia în considerare diverși factori, cum ar fi influența forței radiale și încărcarea torsională pură asupra rigidității torsionale a balamalei. Înțelegând acești factori, poate fi calculată rigiditatea torsională fără dimensiuni a balamalelor. Modelul conceptual al balamalei flexibile zero-rigiditate poate fi apoi obținut prin înlocuirea perechii rotative și a arcurilor de echilibru în modelul de rigiditate negativă rotativă. Acest model conceptual este simetric, permițând analiza rotației în sens invers acelor de ceasornic a platformei în mișcare.

Pentru a verifica exactitatea modelului teoretic, se realizează analiza elementelor finite folosind software -ul ANSYS. Analiza implică simularea și analizarea caracteristicilor unghiului de rotație a momentului cu balamalele flexibile zero-rigiditate. Rezultatele sunt apoi comparate cu calculele teoretice. Simularea se realizează pe balamale cu parametri diferiți, iar rigiditatea arcului de echilibru este ajustată treptat până când rigiditatea balamalei este redusă la zero. Prin compararea rezultatelor simulării și a calculelor teoretice, se confirmă faptul că modelul teoretic reprezintă cu exactitate comportamentul balamalei flexibile zero.

Mai mult, este explorată fezabilitatea utilizării izvoarelor de frunze ca arcuri de echilibru în balamale flexibile zero. Un model de element finit este stabilit în acest scop, iar rezultatele simulării sunt comparate cu cele obținute folosind elementul Combine14. Rezultatele validează încă o dată precizia și fiabilitatea modelului teoretic.

În concluzie, utilizarea rigidității negative de rotație pentru a compensa rigiditatea pozitivă în balamalele flexibile permite crearea de sisteme de balamale flexibile zero. Aceste sisteme oferă numeroase avantaje, inclusiv cuplul de conducere redus, performanța îmbunătățită a transmiterii forței și eficiența crescută de utilizare a energiei. Sunt analizate două metode de echilibru diferite, și anume arcuri de echilibru dublu și arcuri de echilibru unice, iar condițiile lor de echilibru statice sunt determinate. Rezultatele teoretice sunt apoi verificate prin analiza elementelor finite. Studiul confirmă faptul că metoda cu arc de echilibru dublu este potrivită pentru scenarii în care forța radială nu afectează rigiditatea balamalei, în timp ce modelul de arc de echilibru unic are o gamă mai largă de aplicații. Cu toate acestea, compactitatea spațiului axial a acestui model din urmă este oarecum compromisă, necesitând o considerație cuprinzătoare în timpul proiectării structurale. În general, cercetările privind balamalele flexibile zero-rigiditate și aplicațiile lor au o importanță semnificativă în avansarea domeniului mecanismelor flexibile.