Flexibilitetsberäkning och prestationsanalys av en ny ensidig rak-Circle-ellipse Hybri

Abstrakt:

Flexibla gångjärn har fått betydande popularitet inom området mikroelektromekaniska system (MEMS). Denna artikel introducerar en ny typ av flexibelt gångjärn, nämligen den ensidiga rak-cirkel-ellipse hybrid flexibelt gångjärn. Utnyttjande av Karls andra teorem föreslås en beräkningsformel för flexibiliteten hos cirkulära och elliptiska hybridflexibla gångjärn. Den härledda formeln valideras genom ändlig elementanalys och jämförande analys. Effekterna av varje strukturell parameter för det ensidiga hybridflexibla gångjärnet på dess flexibilitet analyseras. Vidare görs en jämförelse med den dubbelsidiga rakcirkel-ellipse-hybridflexibla gångjärnet för att visa den överlägsna rotationskapaciteten och belastningskänsligheten för den ensidiga designen. Förslaget om ensidig hybridflexibla gångjärn presenterar en ny väg för tekniska applikationer som kräver kompakta strukturer och stora förskjutningar.

Tillkomsten av mikroelektromekanisk teknik, flyg- och rymdteknik och biologisk teknik har lyfts fram begränsningarna för traditionella styva mekanismer vid möttkonstruktions- och användningskraven. Flexibla mekanismer erbjuder många fördelar såsom liten storlek, frånvaro av mekanisk friktion, inga luckor och hög rörelsekänslighet. Detta har lett till deras omfattande användning inom olika discipliner, inklusive maskiner, robotik, datorer, automatisk kontroll och precisionsmätning. Den viktigaste komponenten i flexibla mekanismer är det flexibla gångjärnet, som eliminerar förlorad rörelse och mekanisk friktion genom elastisk deformation och självåterhämtningsegenskaper, vilket möjliggör högre förskjutningsupplösningar. Enaxel flexibla gångjärn klassificeras i olika former, såsom båge, blyvinkel, ellips, parabola och hyperbola. Bland dem är de raka omgångarna och blyvinkeltyperna allmänt anställda på grund av deras enkla strukturer. I vissa applikationer där utrymmet är begränsat har emellertid ensidiga flexibla gångjärn framkommit som ett föredraget val, vilket hittar användbarhet vid precisionsmätning och positionering.

Metoder:

Genom att bygga på den ovannämnda forskningen föreslår denna studie en ny typ av flexibelt gångjärn som kallas ensidiga hybridflexibla gångjärn, som kombinerar fördelarna med hybrid och ensidiga flexibla gångjärn. FLEXIBILITETSKALFORMULE för detta gångjärn härstammar baserat på Karls andra teorem, och dess prestanda verifieras genom ändlig elementanalys. Studien undersöker också påverkan av olika strukturella parametrar på gångjärnets flexibilitet.

Resultat och diskussion:

Flexibilitetsberäkningsformeln för den ensidiga rakcirkel-ellipse-hybridflexibla gångjärnet indikerar att flexibilitet är beroende av både material och strukturella parametrar. Den härledda formeln visar att flexibilitetsparametrar är omvänt proportionella mot gångjärnets bredd, medan parametrar som rak-cirkelradie, ellipse semi-major-axel, halvminoraxel och minsta tjocklek påverkar flexibiliteten. Genom analys observeras att flexibiliteten minskar med en ökning av ellipsens halvminoraxel, ökar med en minskning av minsta tjocklek och förändras icke-linjärt med varierande tjocklek. Påverkan av minsta tjocklek på flexibilitet visar sig vara mer betydande jämfört med andra parametrar.

En jämförelse dras mellan den ensidiga rak-cirkel-ellipse-hybridflexibla gångjärnet och det dubbelsidiga raka cirkel-ellipse-hybridflexibla gångjärn som föreslås i tidigare litteratur. Flexibilitet identifieras som det viktigaste kännetecknet för flexibla gångjärn, och ett relativt flexibilitetsförhållande, betecknat som Cday, introduceras för att jämföra de två gångjärnskonstruktionerna. Analysen avslöjar att det ensidiga hybridflexibla gångjärnet uppvisar större rotationskapacitet och belastningskänslighet jämfört med den bilaterala designen. Flexibiliteten hos det ensidiga hybridflexibla gångjärnet är ungefär 1,37 gånger högre än den för den bilaterala designen.

Denna studie presenterar en omfattande analys av det ensidiga hybridflexibla gångjärnet, en innovativ flexibel gångjärnsdesign som erbjuder kompakta strukturer och stora förskjutningar. Den härledda flexibilitetsberäkningsformeln valideras genom ändlig elementanalys, vilket visar ett fel inom 8%. Påverkan av strukturella parametrar på flexibilitet analyseras, med den minsta tjockleken på gångjärnet identifierat som den mest inflytelserika parametern. Vidare belyser en jämförelse med den bilaterala hybridflexibla gångjärnet den överlägsna prestandan hos den ensidiga designen när det gäller rotationskapacitet och belastningskänslighet. Det föreslagna ensidiga hybridflexibla gångjärnet öppnar upp nya möjligheter för teknisk tillämpning av flexibla gångjärn i olika branscher.