Kinematisk modell och prestandaforskning av noll styvhet Cross Reed flexibel Hinge_hinge kunskap

Den flexibla mekanismen är ett banbrytande koncept inom mekanikområdet, eftersom det använder den elastiska deformationen av material för att överföra rörelse, kraft eller energi. Denna mekanism har vunnit popularitet i olika branscher, inklusive precisionspositionering, MEMS -bearbetning och flyg- och rymd, på grund av dess många fördelar som nollfriktion, sömlös drift, enkel underhåll, hög upplösning och integrerad bearbetningsfunktion.

De traditionella styva mekanismerna dominerar emellertid fortfarande marknaden på grund av vissa begränsningar av den flexibla mekanismen. En av dessa begränsningar är den positiva styvheten som inträffar i funktionell riktning under mekanismens verkan. Denna positiva styvhet kräver en större drivkraft och strikta krav på föraren, vilket i slutändan minskar energiöverföringseffektiviteten. Dessa brister har hindrat den bredare tillämpningen av den flexibla mekanismen.

För att övervinna de negativa effekterna av positiv styvhet har många forskare introducerat begreppet nollstyvhet i den flexibla mekanismen. Genom att smart använda negativ styvhet för att kompensera positiv styvhet kan en mekanism med noll styvhet uppnås. Ett sådant system, även känt som en flexibel statisk balansmekanism, kan uppnå ett statiskt jämviktstillstånd när som helst i rörelseområdet. Denna typ av mekanism erbjuder flera fördelar, inklusive utmärkt kraftöverföringsprestanda, förmågan att arbeta med mindre drivkrafter och hög energiöverföringseffektivitet. Följaktligen har forskningsfokus inom området för flexibla statiska balansmekanismer främst varit på flexibla mikroklämmor.

Bland de olika komponenterna i flexibla mekanismer har flexibla gångjärn fått betydande uppmärksamhet på grund av deras exceptionella egenskaper. Den relativa resan av generaliserade korsflexibla gångjärn är relativt korta, vilket gör dem mycket värdefulla för ett brett utbud av applikationer. Följaktligen har det flexibla gångjärn med nollstyvhet baserat på denna design blivit det föredragna valet för att konstruera komplexa flexibla statiska balansmekanismer, vilket gör sin forskning mycket betydande.

För att uppnå noll styvhetsegenskaper i flexibla gångjärn är det nödvändigt att kompensera den vridande positiva styvheten med rotationsnegativ styvhet. I detta avseende har en rotationsnegativ styvhetsmodell utvecklats. Modellen involverar att använda en bladfjäder bestående av två överlappande vassar, en fixerad och den andra fri. När deformationen av öppningsänden är relativt liten jämfört med vassens längd uppvisar våren god linearitet och kan analyseras som en nolllängd fjäder.

Analysen av den roterande negativa styvhetsmodellen beaktar de moment som utövas av de två fjädrarna på en specifik punkt i systemet. Baserat på den triangulära sinuslagen kan momenten uttryckas matematiskt. Genom att kombinera dessa moment kan det totala vridmomentet som utövas på punkten bestämmas. Denna analys avslöjar att när rotationsvinkeln är mindre än 90 grader utövar fjädrarna ett vridmoment i samma riktning som rotationsvinkeln och därmed skapar rotationsnegativ styvhet.

För att upprätta en exakt flexibel gångjärnsmodell med nollstyvhet är det avgörande att analysera de mekaniska egenskaperna hos det generaliserade korsgris flexibelt gångjärn. Denna analys beaktar olika faktorer såsom påverkan av radiell kraft och ren vridningsbelastning på gångjärnets vridstyvhet. Genom att förstå dessa faktorer kan den dimensionlösa vridstyvheten hos gångjärnen beräknas. Den konceptuella modellen för den flexibla gångjärn med nollstyvhet kan sedan erhållas genom att ersätta det roterande paret och balansfjädrarna i den roterande negativa styvhetsmodellen. Denna konceptuella modell är symmetrisk, vilket möjliggör analys av moturs rotation av den rörliga plattformen.

För att verifiera noggrannheten i den teoretiska modellen genomförs ändamål med hjälp av ANSYS -programvaran. Analysen innebär att simulera och analysera momentrotationsvinkelegenskaperna för det flexibla gångjärnet med nollstyvhet. Resultaten jämförs sedan med de teoretiska beräkningarna. Simuleringen utförs på gångjärn med olika parametrar, och styvheten hos balansfjädern justeras gradvis tills gångjärnets styvhet reduceras till noll. Genom att jämföra simuleringsresultaten och teoretiska beräkningar bekräftas det att den teoretiska modellen exakt representerar beteendet hos nollstyvhet flexibelt gångjärn.

Dessutom undersöks genomförbarheten av att använda bladfjädrar när balansfjädrar i nollstyvhet flexibla gångjärn. En ändlig elementmodell är etablerad för detta ändamål och simuleringsresultaten jämförs med de som erhålls med Combine14 -elementet. Resultaten validerar återigen noggrannheten och tillförlitligheten för den teoretiska modellen.

Sammanfattningsvis möjliggör användningen av rotationsnegativ styvhet för att kompensera positiv styvhet i flexibla gångjärn skapande av nollstyvhet flexibla gångjärnssystem. Dessa system erbjuder många fördelar, inklusive minskat körmoment, förbättrad kraftöverföringsprestanda och ökad energianvändningseffektivitet. Två olika balansmetoder, nämligen dubbelbalansfjädrar och enstaka balansfjädrar, analyseras och deras statiska jämviktsförhållanden bestäms. De teoretiska resultaten verifieras sedan genom ändlig elementanalys. Studien bekräftar att den dubbla balansfjädermetoden är lämplig för scenarier där den radiella kraften inte påverkar gångjärnets styvhet, medan den enda balansfjädermodellen har ett bredare utbud av applikationer. Den senare modellens axiella rymdkompaktitet är emellertid något komprometterad, vilket kräver omfattande övervägande under strukturell design. Sammantaget har forskningen om nollstyvhet flexibla gångjärn och deras tillämpningar betydande betydelse för att främja området flexibla mekanismer.