Kinematic Model at Performance Research ng Zero Stiffness Cross Reed Flexible Hinge_hinge Kaalaman

Ang nababaluktot na mekanismo ay isang konsepto ng groundbreaking sa larangan ng mekanika, dahil ginagamit nito ang nababanat na pagpapapangit ng mga materyales upang magpadala ng paggalaw, lakas, o enerhiya. Ang mekanismong ito ay nakakuha ng katanyagan sa iba't ibang mga industriya, kabilang ang pagpoposisyon ng katumpakan, pagproseso ng MEMS, at aerospace, dahil sa maraming mga pakinabang tulad ng zero friction, walang tahi na operasyon, madaling pagpapanatili, mataas na resolusyon, at pinagsamang mga kakayahan sa pagproseso.

Gayunpaman, ang tradisyonal na mahigpit na mekanismo ay namumuno pa rin sa merkado dahil sa ilang mga limitasyon ng mekanismo ng kakayahang umangkop. Ang isa sa mga limitasyong ito ay ang positibong higpit na nangyayari sa functional na direksyon sa panahon ng pagkilos ng mekanismo. Ang positibong higpit na ito ay nangangailangan ng isang mas malaking puwersa sa pagmamaneho at mahigpit na mga kinakailangan sa driver, na sa huli ay binabawasan ang kahusayan sa paglipat ng enerhiya. Ang mga pagkukulang na ito ay humadlang sa mas malawak na aplikasyon ng mekanismo ng kakayahang umangkop.

Upang malampasan ang masamang epekto ng positibong higpit, maraming mga iskolar ang nagpakilala sa konsepto ng zero higpit sa nababaluktot na mekanismo. Sa pamamagitan ng cleverly gamit ang negatibong higpit upang mai -offset ang positibong higpit, ang isang mekanismo na may zero higpit ay maaaring makamit. Ang nasabing sistema, na kilala rin bilang isang nababaluktot na mekanismo ng balanse ng static, ay maaaring makamit ang isang static na estado ng balanse sa anumang punto sa saklaw ng paggalaw. Ang ganitong uri ng mekanismo ay nag -aalok ng maraming mga pakinabang, kabilang ang mahusay na pagganap ng paghahatid ng lakas, ang kakayahang gumana na may mas maliit na mga puwersa sa pagmamaneho, at kahusayan ng paghahatid ng mataas na enerhiya. Dahil dito, ang pokus ng pananaliksik sa larangan ng nababaluktot na mga mekanismo ng balanse ng static ay higit sa lahat ay nasa nababaluktot na micro-clamp.

Kabilang sa iba't ibang mga bahagi ng nababaluktot na mga mekanismo, ang mga kakayahang umangkop na bisagra ay nakatanggap ng makabuluhang pansin dahil sa kanilang mga pambihirang katangian. Ang kamag-anak na paglalakbay ng pangkalahatang cross-reed flexible hinges ay medyo maikli, na ginagawang lubos na mahalaga para sa isang malawak na hanay ng mga aplikasyon. Dahil dito, ang zero-stiffness flexible hinge batay sa disenyo na ito ay naging ginustong pagpipilian para sa pagtatayo ng kumplikadong mga mekanismo ng balanse ng nababaluktot na static, na ginagawang lubos na makabuluhan ang pananaliksik nito.

Upang makamit ang mga katangian ng zero higpit sa nababaluktot na mga bisagra, kinakailangan upang mai -offset ang torsional positibong higpit na may rotational negatibong higpit. Kaugnay nito, ang isang rotational negatibong modelo ng higpit ay binuo. Ang modelo ay nagsasangkot ng paggamit ng isang dahon ng tagsibol na binubuo ng dalawang magkakapatong na tambo, ang isa ay naayos at ang iba pang libre. Kapag ang pagpapapangit ng pagbubukas ng dulo ay medyo maliit kumpara sa haba ng tambo, ang tagsibol ay nagpapakita ng mahusay na pagkakasunud-sunod at maaaring masuri bilang isang zero-haba na tagsibol.

Ang pagsusuri ng rotational negatibong higpit na modelo ay isinasaalang -alang ang mga torque na isinagawa ng dalawang bukal sa isang tiyak na punto sa system. Batay sa tatsulok na batas ng sine, ang mga torque ay maaaring maipahayag sa matematika. Sa pamamagitan ng pagsasama -sama ng mga torque na ito, ang kabuuang metalikang kuwintas na ipinataw sa punto ay maaaring matukoy. Ang pagsusuri na ito ay nagpapakita na kapag ang anggulo ng pag -ikot ay mas mababa sa 90 degree, ang mga bukal ay nagsasagawa ng isang metalikang kuwintas sa parehong direksyon tulad ng anggulo ng pag -ikot, sa gayon ay lumilikha ng rotational negatibong higpit.

Upang maitaguyod ang isang tumpak na zero-stiffness na nababaluktot na modelo ng bisagra, mahalaga na pag-aralan ang mga mekanikal na katangian ng pangkalahatang cross-reed flexible hinge. Isinasaalang -alang ng pagsusuri na ito ang iba't ibang mga kadahilanan tulad ng impluwensya ng lakas ng radial at purong torsional load sa torsional stiffness ng bisagra. Sa pamamagitan ng pag -unawa sa mga salik na ito, ang dimensionless torsional stiffness ng mga bisagra ay maaaring kalkulahin. Ang konsepto ng konsepto ng zero-stiffness flexible hinge ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagpapalit ng umiikot na pares at balanse ng mga bukal sa rotational negatibong higpit na modelo. Ang modelong konsepto na ito ay simetriko, na nagpapahintulot sa pagsusuri ng counterclockwise na pag -ikot ng paglipat ng platform.

Upang mapatunayan ang kawastuhan ng teoretikal na modelo, isinasagawa ang hangganan na pagsusuri ng elemento gamit ang software ng ANSYS. Ang pagsusuri ay nagsasangkot ng pag-simulate at pagsusuri ng mga katangian ng anggulo ng moment-rotation ng zero-stiffness na nababaluktot na bisagra. Ang mga resulta ay ihahambing sa mga kalkulasyon ng teoretikal. Ang kunwa ay isinasagawa sa mga bisagra na may iba't ibang mga parameter, at ang higpit ng balanse ng tagsibol ay unti -unting nababagay hanggang sa ang higpit ng bisagra ay nabawasan sa zero. Sa pamamagitan ng paghahambing ng mga resulta ng kunwa at mga kalkulasyon ng teoretikal, nakumpirma na ang teoretikal na modelo ay tumpak na kumakatawan sa pag-uugali ng zero-stiffness flexible hinge.

Bukod dito, ang pagiging posible ng paggamit ng mga dahon ng bukal bilang balanse ng mga bukal sa zero-stiffness flexible hinges ay ginalugad. Ang isang hangganan na modelo ng elemento ay itinatag para sa hangaring ito, at ang mga resulta ng kunwa ay inihambing sa mga nakuha gamit ang elemento ng COMBINE14. Ang mga resulta ay muling mapatunayan ang kawastuhan at pagiging maaasahan ng teoretikal na modelo.

Sa konklusyon, ang paggamit ng rotational negatibong higpit upang mai-offset ang positibong higpit sa nababaluktot na mga bisagra ay nagbibigay-daan para sa paglikha ng zero-stiffness flexible hinge system. Nag -aalok ang mga sistemang ito ng maraming mga pakinabang, kabilang ang nabawasan na pagmamaneho ng metalikang kuwintas, pinahusay na pagganap ng paghahatid ng lakas, at pagtaas ng kahusayan sa paggamit ng enerhiya. Dalawang magkakaibang pamamaraan ng balanse, lalo na ang dobleng mga bukal ng balanse at solong mga bukal ng balanse, ay nasuri, at ang kanilang mga static na kondisyon ng balanse ay natutukoy. Ang mga resulta ng teoretikal ay pagkatapos ay napatunayan sa pamamagitan ng hangganan na pagsusuri ng elemento. Kinukumpirma ng pag -aaral na ang paraan ng dobleng balanse ng spring spring ay angkop para sa mga sitwasyon kung saan ang lakas ng radial ay hindi nakakaapekto sa higpit ng bisagra, habang ang nag -iisang modelo ng spring spring ay may mas malawak na hanay ng mga aplikasyon. Gayunpaman, ang compactness ng axial space ng huli ay medyo nakompromiso, na nangangailangan ng komprehensibong pagsasaalang -alang sa panahon ng disenyo ng istruktura. Sa pangkalahatan, ang pananaliksik sa zero-stiffness flexible hinges at ang kanilang mga aplikasyon ay may hawak na kahalagahan sa pagsulong ng larangan ng mga nababaluktot na mekanismo.