Modeli Kinematik dhe Hulumtimi i Performancës së Njohurive Fleksibël të Kryqit Zero Cross Reed

Mekanizmi fleksibël është një koncept fillestar në fushën e mekanikës, pasi përdor deformimin elastik të materialeve për të transmetuar lëvizje, forcë ose energji. Ky mekanizëm ka fituar popullaritet në industri të ndryshme, duke përfshirë pozicionimin e precizionit, përpunimin e MEMS dhe hapësirën ajrore, për shkak të avantazheve të tij të shumta si fërkimi zero, funksionimi i qetë, mirëmbajtja e lehtë, rezolucioni i lartë dhe aftësitë e përpunimit të integruar.

Sidoqoftë, mekanizmat tradicionalë të ngurtë ende mbizotërojnë tregun për shkak të kufizimeve të caktuara të mekanizmit fleksibël. Një nga këto kufizime është ngurtësia pozitive që ndodh në drejtimin funksional gjatë veprimit të mekanizmit. Kjo ngurtësi pozitive kërkon një forcë lëvizëse më të madhe dhe kërkesa të rrepta për shoferin, gjë që përfundimisht zvogëlon efikasitetin e transferimit të energjisë. Këto mangësi kanë penguar aplikimin më të gjerë të mekanizmit fleksibël.

Për të kapërcyer efektet e dëmshme të ngurtësisë pozitive, shumë studiues kanë futur konceptin e ngurtësisë zero në mekanizmin fleksibël. Duke përdorur me zgjuarsi ngurtësi negative për të kompensuar ngurtësinë pozitive, mund të arrihet një mekanizëm me ngurtësi zero. Një sistem i tillë, i njohur gjithashtu si një mekanizëm fleksibël i ekuilibrit statik, mund të arrijë një gjendje të ekuilibrit statik në çdo pikë në gamën e lëvizjes. Ky lloj mekanizmi ofron disa avantazhe, duke përfshirë performancën e shkëlqyeshme të transmetimit të forcës, aftësinë për të operuar me forca lëvizëse më të vogla dhe efikasitet të lartë të transmetimit të energjisë. Si pasojë, përqendrimi i hulumtimit në fushën e mekanizmave fleksibël të ekuilibrit statik ka qenë kryesisht në mikro-clamps fleksibël.

Ndër përbërësit e ndryshëm të mekanizmave fleksibël, varet fleksibël kanë marrë vëmendje të konsiderueshme për shkak të karakteristikave të tyre të jashtëzakonshme. Udhëtimi relativ i varet fleksibël të përgjithësuar të kryqëzuar është relativisht i shkurtër, duke i bërë ato shumë të vlefshme për një gamë të gjerë aplikimesh. Si pasojë, varet fleksibël të qëndrueshmërisë zero bazuar në këtë dizajn është bërë zgjedhja e preferuar për ndërtimin e mekanizmave komplekse fleksibël të ekuilibrit statik, duke e bërë hulumtimin e tij mjaft domethënës.

Për të arritur karakteristikat e ngurtësisë zero në varet fleksibël, është e nevojshme të kompensohet ngurtësia pozitive rrotulluese me ngurtësi negative rrotulluese. Në këtë drejtim, është zhvilluar një model rrotullues i ngurtësisë negative. Modeli përfshin përdorimin e një pranverë gjethe të përbërë nga dy kallamishte të mbivendosura, njëra fikse dhe tjetra falas. Kur deformimi i skajit të hapjes është relativisht i vogël në krahasim me gjatësinë e kallamit, pranvera shfaq linearitet të mirë dhe mund të analizohet si një pranverë me gjatësi zero.

Analiza e modelit rrotullues të ngurtësisë negative konsideron çift rrotullimet e ushtruara nga të dy burimet në një pikë specifike të sistemit. Bazuar në ligjin e sinusit trekëndësh, çift rrotullimet mund të shprehen matematikisht. Duke kombinuar këto çift rrotullues, çift rrotullimi i përgjithshëm i ushtruar në pikën mund të përcaktohet. Kjo analizë zbulon se kur këndi i rrotullimit është më pak se 90 gradë, burimet ushtrojnë një çift rrotullues në të njëjtin drejtim me këndin e rrotullimit, duke krijuar kështu ngurtësi negative rrotulluese.

Për të krijuar një model të saktë të varet fleksibël të qëndrueshëm zero, është e rëndësishme të analizohen vetitë mekanike të varen fleksibël të përgjithësuar të kryqëzuar. Kjo analizë konsideron faktorë të ndryshëm siç është ndikimi i forcës radiale dhe ngarkesës së pastër rrotulluese në ngurtësinë rrotulluese të varen. Duke kuptuar këta faktorë, mund të llogaritet ngurtësia rrotulluese pa dimensionale e varet. Modeli konceptual i varen fleksibël zero-qëndrueshmëri më pas mund të merret duke zëvendësuar çiftin rrotullues dhe burimet e ekuilibrit në modelin e ngurtësisë negative rrotulluese. Ky model konceptual është simetrik, duke lejuar analizën e rrotullimit në drejtim të akrepave të sahatit të platformës lëvizëse.

Për të verifikuar saktësinë e modelit teorik, bëhet analiza e elementeve të fundme duke përdorur softuerin ANSYS. Analiza përfshin simulimin dhe analizimin e karakteristikave të këndit të rotacionit të momentit të varen fleksibël zero-stafness. Rezultatet më pas krahasohen me llogaritjet teorike. Simulimi kryhet në varet me parametra të ndryshëm, dhe ngurtësia e pranverës së ekuilibrit rregullohet gradualisht derisa ngurtësia e varen të zvogëlohet në zero. Duke krahasuar rezultatet e simulimit dhe llogaritjet teorike, konfirmohet se modeli teorik paraqet me saktësi sjelljen e varen fleksibël zero-stafness.

Për më tepër, është hulumtuar realizueshmëria e përdorimit të burimeve të gjetheve si burime të ekuilibrit në varet fleksibël zero-stafness. Për këtë qëllim është vendosur një model elementi i fundëm, dhe rezultatet e simulimit krahasohen me ato të marra duke përdorur elementin Combine14. Rezultatet vërtetojnë edhe një herë saktësinë dhe besueshmërinë e modelit teorik.

Si përfundim, përdorimi i ngurtësisë negative rrotulluese për të kompensuar ngurtësinë pozitive në varet fleksibël lejon krijimin e sistemeve fleksibël fleksibël zero. Këto sisteme ofrojnë avantazhe të shumta, duke përfshirë uljen e çift rrotullimit të drejtimit, performancën e përmirësuar të transmetimit të forcës dhe rritjen e efikasitetit të përdorimit të energjisë. Janë analizuar dy metoda të ndryshme të ekuilibrit, përkatësisht burimet e bilancit të dyfishtë dhe burimet e vetme të bilancit, dhe përcaktohen kushtet e tyre të ekuilibrit statik. Rezultatet teorike verifikohen më pas përmes analizës së elementeve të fundme. Studimi konfirmon që metoda e dyfishtë e bilancit të pranverës është e përshtatshme për skenarët ku forca radiale nuk ndikon në ngurtësinë e varen, ndërsa modeli i vetëm i pranverës së bilancit ka një gamë më të gjerë të aplikacioneve. Sidoqoftë, kompaktësia e hapësirës boshtore të modelit të fundit është disi i kompromentuar, duke kërkuar konsideratë gjithëpërfshirëse gjatë modelimit strukturor. Në përgjithësi, hulumtimi mbi varet fleksibël të qëndrueshme zero dhe aplikimet e tyre ka një rëndësi të konsiderueshme në avancimin e fushës së mekanizmave fleksibël.