Výpočet flexibility a analýza výkonnosti nového jednostranného priameho kruhového hybriho

Abstraktný:

Flexibilné pánty získali významnú popularitu v oblasti mikroelektromechanických systémov (MEMS). Tento dokument predstavuje nový typ flexibilného závesu, konkrétne jednostranný hybridný flexibilný záves s priamym kruhom. Navrhuje sa využitie Karlovej druhej vety, výpočtového vzorca pre flexibilitu kruhových a eliptických hybridných flexibilných pántov. Odvodený vzorec je overený pomocou analýzy konečných prvkov a porovnávacej analýzy. Analyzuje sa vplyv každého štrukturálneho parametra jednostranného hybridného flexibilného závesu na jeho flexibilitu. Ďalej sa porovnáva porovnanie s obojstranným hybridným flexibilným závesom s priamym kruhom, aby sa demonštrovala vynikajúca rotačná kapacita a citlivosť na zaťaženie jednostranného dizajnu. Návrh jednostranných hybridných flexibilných pántov predstavuje novú cestu pre inžinierske aplikácie vyžadujúce kompaktné štruktúry a veľké posuny.

Príchod mikroelektromechanickej technológie, leteckého inžinierstva a biologického inžinierstva zdôraznil obmedzenia tradičných tuhých mechanizmov pri splnení požiadaviek na dizajn a používanie. Flexibilné mechanizmy ponúkajú početné výhody, ako je malá veľkosť, absencia mechanického trenia, žiadne medzery a vysoká citlivosť pohybu. To viedlo k ich rozsiahlemu použitiu v rôznych disciplínach vrátane strojov, robotík, počítačov, automatickej kontroly a presného merania. Kľúčovou súčasťou flexibilných mechanizmov je flexibilný pánt, ktorý eliminuje stratený pohyb a mechanické trenie prostredníctvom elastickej deformácie a vlastností samohodyhodnosti, čo umožňuje vyššie rozlíšenie posunu. Flexibilné pánty s jednou osou sa klasifikujú do rôznych tvarov, ako je oblúk, uhol olova, elipsa, parabola a hyperbola. Medzi nimi sú typy priameho kola a uhlov olova široko používané kvôli svojim jednoduchým štruktúram. V niektorých aplikáciách, kde je priestor obmedzený, sa však ako preferovaná voľba objavila jednostranné flexibilné pánty, ktoré hľadali užitočnosť pri presnom meraní a polohovaní.

Metódy:

Na základe vyššie uvedeného výskumu táto štúdia navrhuje nový typ flexibilného závesu nazývaný jednostranný hybridný flexibilný pánt, ktorý kombinuje výhody hybridných a jednostranných flexibilných pántov. Vzorec výpočtu flexibility pre tento pánt je odvodený na Karlovej druhej vete a jej výkon sa overuje analýzou konečných prvkov. Štúdia tiež skúma vplyv rôznych štrukturálnych parametrov na flexibilitu závesu.

Výsledky:

Vzorec výpočtu flexibility pre jednostranný hybridný flexibilný záves s priamym kruhovým ellipom naznačuje, že flexibilita závisí od materiálových aj štrukturálnych parametrov. Odvodený vzorec demonštruje, že parametre flexibility sú nepriamo úmerné šírke závesu, zatiaľ čo parametre ako polomer priameho kruhu, elipsová semi-hlavná os, semi-menor osi a minimálna hrúbka ovplyvňujú aj flexibilitu. Prostredníctvom analýzy sa pozoruje, že flexibilita sa znižuje so zvýšením polosuvnej osi elipsy, zvyšuje sa so znížením minimálnej hrúbky a mení sa nelineárne s rôznou hrúbkou. Vplyv minimálnej hrúbky na flexibilitu je v porovnaní s inými parametrami významnejší.

Porovnanie je uvedené medzi jednostranným hybridným flexibilným závesom s priamym kruhom a hybridným flexibilným flexibilným závesom s obojstranným kruhom navrhovaným v predchádzajúcej literatúre. Flexibilita je identifikovaná ako najdôležitejšia charakteristika flexibilných pántov a na porovnanie dvoch konštrukcií závesu sa zavádza pomer relatívnej flexibility, označovaný ako CDAY. Analýza ukazuje, že jednostranný hybridný flexibilný pánt vykazuje väčšiu rotačnú kapacitu a citlivosť na zaťaženie v porovnaní s bilaterálnym dizajnom. Flexibilita jednostranného hybridného flexibilného závesu je približne 1,37 -krát vyššia ako flematizácia bilaterálneho dizajnu.

Táto štúdia predstavuje komplexnú analýzu jednostranného hybridného flexibilného závesu, inovatívneho dizajnu flexibilného závesu, ktorý ponúka kompaktné štruktúry a veľké posuny. Odvodený vzorec výpočtu flexibility je overený pomocou analýzy konečných prvkov, čo demonštruje chybu v rámci 8%. Vplyv štrukturálnych parametrov na flexibilitu sa analyzuje, pričom minimálna hrúbka závesu je identifikovaná ako najvplyvnejší parameter. Ďalej porovnanie s bilaterálnym hybridným flexibilným pántom zdôrazňuje vynikajúci výkon jednostranného dizajnu z hľadiska rotácie a citlivosti na zaťaženie. Navrhovaný jednostranný hybridný flexibilný pánt otvára nové možnosti pre inžinierske použitie flexibilných závesov v rôznych odvetviach.