การคำนวณความยืดหยุ่นและการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของไฮบริเอ1

เชิงนามธรรม:

บานพับที่มีความยืดหยุ่นมีบทบาทสำคัญในสาขาระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (MEMS) บทความนี้แนะนำบานพับแบบยืดหยุ่นรูปแบบใหม่ที่เรียกว่าบานพับที่ยืดหยุ่นแบบวงกลมแบบเส้นแบ่งวงกลมเดี่ยว ความยืดหยุ่นของบานพับนี้คำนวณโดยใช้ทฤษฎีบทที่สองของ Karl และผลลัพธ์จะได้รับการตรวจสอบผ่านการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด พารามิเตอร์โครงสร้างของบานพับจะถูกวิเคราะห์เพื่อกำหนดอิทธิพลของพวกเขาต่อความยืดหยุ่น การเปรียบเทียบยังเกิดขึ้นระหว่างบานพับที่ยืดหยุ่นแบบวงกลมแบบสองด้านและสองด้านและสรุปได้ว่าบานพับด้านเดียวนั้นมีความสามารถในการหมุนที่ดีขึ้นและความไวในการโหลด โดยรวมแล้วบานพับที่มีความยืดหยุ่นแบบไฮบริดเดี่ยวเป็นโซลูชั่นที่มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานที่มีขนาดกะทัดรัดและมีการกระจัดในด้านวิศวกรรม

ในสาขาที่พัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศและวิศวกรรมชีวภาพกลไกที่เข้มงวดแบบดั้งเดิมนั้นไม่เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบและการใช้งานอีกต่อไป กลไกที่ยืดหยุ่นโดยมีขนาดเล็กไม่มีแรงเสียดทานเชิงกลและช่องว่างและความไวต่อการเคลื่อนไหวสูงได้รับแรงฉุดอย่างมีนัยสำคัญในสาขาวิชาต่าง ๆ รวมถึงเครื่องจักรหุ่นยนต์คอมพิวเตอร์การควบคุมอัตโนมัติและการวัดความแม่นยำ องค์ประกอบสำคัญของกลไกที่ยืดหยุ่นคือบานพับที่ยืดหยุ่นซึ่งใช้การเสียรูปแบบยืดหยุ่นและคุณสมบัติการกู้คืนตนเองเพื่อกำจัดการเคลื่อนไหวที่หายไปและแรงเสียดทานเชิงกล บานพับที่มีความยืดหยุ่นแกนเดียวสามารถจำแนกได้ตามรูปร่างหน้าตัดของพวกเขาเช่นอาร์คมุมตะกั่ววงรีรูปวงรีพาราโบลาและประเภทไฮเพอร์โบลา ในบรรดาสิ่งเหล่านี้บานพับมุมตรงและมุมตะกั่วถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตามในบางกรณีที่มีการ จำกัด พื้นที่ความต้องการโครงสร้างขนาดกะทัดรัดได้นำไปสู่การเกิดขึ้นของบานพับที่ยืดหยุ่นด้านเดียวซึ่งพบการใช้งานที่กว้างขวางในการวัดและการวางตำแหน่งที่แม่นยำ จากข้อได้เปรียบของบานพับแบบไฮบริดและแบบยืดหยุ่นฝ่ายเดียวบทความนี้เสนอบานพับที่ยืดหยุ่นแบบลูกผสมข้างเดียวซึ่งนำเสนอวิธีการใหม่ในการใช้งานด้านวิศวกรรมของบานพับที่ยืดหยุ่นด้วยโครงสร้างขนาดกะทัดรัดและการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่

การคำนวณความยืดหยุ่นของบานพับแบบยืดหยุ่นแบบเส้นตรงด้านเดียว:

บานพับแบบยืดหยุ่นแบบยืดวงกลมด้านเดียวซึ่งมีความยืดหยุ่นแบบไฮบริดซึ่งประกอบด้วยบานพับครึ่งวงกลมด้านเดียวและครึ่งหนึ่งของบานพับรูปไข่ด้านเดียว พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของมันรวมถึงความกว้างของบานพับ (B), ความหนาต่ำสุด (T), รัศมีวงกลมตรง (R), ความยาวบานพับ (L), แกนหลักของวงรี (M), และแกนกึ่งหลักของวงรี (N) การวิเคราะห์บานพับที่ยืดหยุ่นนั้นขึ้นอยู่กับสมมติฐานของลำแสงคานขนาดเล็กที่มีการแก้ไขปลายด้านขวาและการเปลี่ยนรูปแบบที่เกิดจากแรงและช่วงเวลา อิทธิพลของการโหลดตามแนวแกนได้รับการพิจารณาในขณะที่เอฟเฟกต์แรงเฉือนและแรงบิดถูกละเลย ตามทฤษฎีบทที่สองของคาสเซ็ตความสัมพันธ์ระหว่างการเสียรูปของบานพับที่จุด 1 และโหลดที่ใช้สามารถกำหนดได้ สูตรการคำนวณความยืดหยุ่นนั้นได้มาจากความสัมพันธ์นี้และพิกัดของหน้าตัดของบานพับ ผ่านการคำนวณแบบอินทิกรัลความยืดหยุ่นของบานพับที่ยืดหยุ่นแบบเส้นแบ่งวงกลมคู่เดียวสามารถรับได้

ตัวอย่างการคำนวณและการตรวจสอบองค์ประกอบ จำกัด:

การคำนวณตัวอย่างจะดำเนินการโดยใช้สูตรการคำนวณความยืดหยุ่นที่ได้รับสำหรับค่าที่แตกต่างกันของแกนกึ่ง-(N) ของวงรี ผลลัพธ์ถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลลัพธ์การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ (FEA) เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของสูตร ข้อผิดพลาดระหว่างผลลัพธ์สองชุดพบว่าน้อยกว่า 8%ยืนยันความถูกต้องของสูตรการคำนวณความยืดหยุ่น

การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของบานพับแบบยืดหยุ่นแบบเส้นตรงคู่เดียว:

ความยืดหยุ่นของบานพับได้รับอิทธิพลจากวัสดุและพารามิเตอร์โครงสร้าง สูตรการคำนวณความยืดหยุ่นแสดงให้เห็นว่าโมดูลัสยืดหยุ่น (E) นั้นเป็นสัดส่วนผกผันกับความกว้างของบานพับ (B) พารามิเตอร์อื่น ๆ เช่นรัศมีวงกลมตรง (R), แกนกึ่ง-จุดของวงรี (M), แกนกึ่งปัจจัยสำคัญของวงรี (N) และความหนาต่ำสุด (T) ก็ส่งผลต่อความยืดหยุ่น การวิเคราะห์สูตรการคำนวณความยืดหยุ่นแสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์ของมันมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงในความหนาต่ำสุด (t) ของบานพับมากที่สุด

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพกับบานพับที่ยืดหยุ่นแบบวงกลมแบบเส้นตรงแบบทวิภาคี:

บานพับที่ยืดหยุ่นแบบลูกผสมแบบเส้นตรงด้านเดียวจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับบานพับที่ยืดหยุ่นแบบวงกลมแบบสองด้านแบบสองด้านที่เสนอในวรรณคดี อัตราส่วนความยืดหยุ่นใช้เป็นดัชนีประสิทธิภาพซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของความยืดหยุ่นฝ่ายเดียวต่อความยืดหยุ่นในระดับทวิภาคี ผลการวิจัยพบว่าบานพับที่ยืดหยุ่นแบบไฮบริดฝ่ายเดียวให้ความสามารถในการหมุนที่ดีขึ้นและความไวในการโหลดเมื่อเทียบกับบานพับลูกผสมทวิภาคี

ข้อเสนอของบานพับที่ยืดหยุ่นรูปแบบใหม่บานพับแบบยืดหยุ่นแบบไฮบริดด้านเดียวนำความเป็นไปได้ใหม่สำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมที่ต้องใช้โครงสร้างขนาดกะทัดรัดและการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ สูตรการคำนวณความยืดหยุ่นนั้นได้มาจากทฤษฎีบทที่สองของคาร์ลและตรวจสอบผ่านการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด พารามิเตอร์โครงสร้างของบานพับพบว่าส่งผลกระทบต่อความยืดหยุ่นของมันโดยมีความหนาต่ำสุดที่ใช้อิทธิพลที่สำคัญที่สุด บานพับที่มีความยืดหยุ่นแบบไฮบริดฝ่ายเดียวทำงานได้ดีกว่าบานพับลูกผสมทวิภาคีในแง่ของความสามารถในการหมุนและความไวในการโหลด โดยรวมแล้วบานพับที่ยืดหยุ่นแบบไฮบริดฝ่ายเดียวนำเสนอโอกาสที่มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมที่หลากหลาย