Расчет гибкости и анализ производительности нового одностороннего прямых цирков-эллипса Hybri1

Абстрактный:

Гибкие петли играют решающую роль в области микроэлектромеханических систем (MEMS). Эта статья представляет новый тип гибкого шарнира, который называется односторонним гибким гибридным шарниром с прямым цирком. Гибкость этого шарнира рассчитывается с использованием второй теоремы Карла, и результаты подтверждены с помощью анализа конечных элементов. Структурные параметры шарнира анализируются, чтобы определить их влияние на его гибкость. Сравнение также проводится между односторонними и двусторонними гибридными гибридными петлями с прямыми цирками, и делается вывод, что односторонний шарнир обеспечивает лучшую способность вращения и чувствительность нагрузки. В целом, односторонний гибридный гибкий шарнир обеспечивает многообещающее решение для компактных и высокоэффективных приложений в инженерии.

В быстро развивающихся областях микроэлектромеханических технологий, аэрокосмической и биологической техники традиционных жестких механизмов больше не достаточно для удовлетворения требований к проектированию и использованию. Гибкие механизмы, с их небольшим размером, отсутствием механических трения и промежутками, а также высокой чувствительности движения приобрели значительную тягу в различных дисциплинах, включая машины, робототехнику, компьютеры, автоматическое управление и точность измерения. Ключевым компонентом гибких механизмов является гибкий шарнир, который использует эластичную деформацию и свойства самообслуживания для устранения потерянного движения и механического трения, тем самым достигая более высокого разрешения смещения. Гибкие петли с одной осью могут быть классифицированы на основе их поперечных форм, таких как дуга, угол свинца, эллипс, парабола и типы гиперболы. Среди них прямой раунд и угол свинца широко используются из-за их простых структур. Однако в некоторых случаях, когда пространство ограничено, необходимость в компактных структурах привела к появлению односторонних гибких петли, которые обнаружили обширные применения в точности и позиционировании. Опираясь на преимущества гибридных и односторонних гибких петли, в этой статье предлагается односторонний гибридный гибкий шарнир, который предлагает новый подход к инженерному применению гибких петли с компактными структурами и большими смещениями.

Расчет гибкости одностороннего гибридного шарнира с прямым кругом:

Гибридный гибридный шарнир с прямым цирком с прямым кругом содержит половину одностороннего шарнира с прямым округом и половину одностороннего эллиптического шарнира. Его геометрические параметры включают ширину шарнира (B), минимальную толщину (T), радиус прямых округов (R), длина шарнира (L), основную ось эллипса (M) и полуминорную оси эллипса (N). Анализ гибкого шарнира основан на предположении о мелкой консольной балке с прямой фиксированной и изгибной деформацией, вызванной силой и моментом. Влияние осевой нагрузки рассматривается, в то время как эффекты сдвига и кручения пренебрегают. Согласно второй теореме кассеты, можно определить взаимосвязь между деформацией шарнира в точке 1 и приложенной нагрузкой. Формула расчета гибкости получена на основе этой взаимосвязи и координат поперечного сечения шарнира. Благодаря интегральным расчетам можно получить гибкость гибкого гибридного гибрида одностороннего гибрида прямого цирка.

Пример расчета и проверка конечных элементов:

Пример вычисления выполняется с использованием производной формулы расчета гибкости для различных значений полуминорной оси (n) эллипса. Результаты сравниваются с результатами анализа конечных элементов (FEA) для проверки точности формулы. Ошибка между двумя наборами результатов составляет менее 8%, что подтверждает достоверность формулы расчета гибкости.

Анализ производительности одностороннего гибридного шарнира с прямым цирком:

Гибкость шарнира зависит от его материала и структурных параметров. Формула расчета гибкости показывает, что модуль упругости (E) обратно пропорционален ширине шарнира (B). Другие параметры, такие как радиус прямых округов (R), полуосирская ось эллипса (M), полуминорная ось эллипса (N) и минимальная толщина (T), также влияют на гибкость. Анализ формулы расчета гибкости показывает, что ее параметры наиболее чувствительны к изменениям в минимальной толщине (T) шарнира.

Сравнение производительности с двусторонним гибридным шарниром с прямым кругом:

Гибридный гибридный гибридный шарнир с прямым цирком сравнивается с двусторонним гибридным гибридным шарниром прямого круга, предлагаемого в литературе. Коэффициент гибкости используется в качестве индекса производительности, определяемый как отношение односторонней гибкости к двусторонней гибкости. Результаты показывают, что односторонний гибридный гибкий шарнир обеспечивает лучшую способность вращения и чувствительность нагрузки по сравнению с двусторонним гибридным шарниром.

Предложение нового типа гибкого шарнира, одностороннего гибридного гибкого шарнира, обеспечивает новые возможности для инженерных приложений, которые требуют компактных структур и больших смещений. Формула расчета гибкости получена на основе второй теоремы Карла и подтверждена с помощью анализа конечных элементов. Обнаружено, что структурные параметры шарнира влияют на его гибкость, причем минимальная толщина оказывает наиболее значительное влияние. Односторонний гибридный гибкий шарнир работает лучше, чем двусторонний гибридный шарнир с точки зрения способности вращения и чувствительности нагрузки. В целом, односторонний гибридный гибкий шарнир предлагает многообещающие перспективы для различных инженерных приложений.