Yeni tek taraflı düz daire çubuklu hybri'nin esneklik hesaplaması ve performans analizi

Soyut:

Esnek menteşeler mikro-elektromekanik sistemler (MEMS) alanında önemli popülerlik kazanmıştır. Bu makale, yeni bir esnek menteşe, yani tek taraflı düz daire-elips hibrid esnek menteşe tanıtmaktadır. Dairesel ve eliptik hibrid esnek menteşelerin esnekliği için bir hesaplama formülü olan Karl'ın ikinci teoreminden yararlanmak önerilmektedir. Türetilmiş formül sonlu eleman analizi ve karşılaştırmalı analiz ile doğrulanır. Tek taraflı hibrit esnek menteşenin her yapısal parametresinin esnekliği üzerindeki etkisi analiz edilir. Ayrıca, tek taraflı tasarımın üstün rotasyon kapasitesini ve yük hassasiyetini göstermek için çift taraflı düz çember-elips hibrid esnek menteşe ile bir karşılaştırma yapılır. Tek taraflı hibrit esnek menteşelerin önerisi, kompakt yapılar ve büyük yer değiştirmeleri gerektiren mühendislik uygulamaları için yeni bir yol sunmaktadır.

Mikro-elektromanik teknoloji, havacılık mühendisliği ve biyolojik mühendisliğin ortaya çıkışı, tasarım ve kullanım gereksinimlerini karşılamadaki geleneksel katı mekanizmaların sınırlamalarını vurgulamıştır. Esnek mekanizmalar, küçük boyut, mekanik sürtünme olmaması, boşluk yok ve yüksek hareket hassasiyeti gibi birçok avantaj sunar. Bu, makine, robot, bilgisayar, otomatik kontrol ve hassas ölçüm dahil olmak üzere çeşitli disiplinlerde kapsamlı kullanımlarına yol açmıştır. Esnek mekanizmaların temel bileşeni, daha yüksek yer değiştirme çözünürlüklerine izin veren elastik deformasyon ve kendini kurtarma özellikleri yoluyla kayıp hareket ve mekanik sürtünmeyi ortadan kaldıran esnek menteşedir. Tek eksenli esnek menteşeler, ark, kurşun açısı, elips, parabol ve hiperbol gibi çeşitli şekillerde sınıflandırılır. Bunlar arasında, basit ve kurşun açısı türleri basit yapıları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, boşluğun sınırlı olduğu bazı uygulamalarda, tek taraflı esnek menteşeler tercih edilen bir seçim olarak ortaya çıkmış, hassas ölçüm ve konumlandırmada fayda bulur.

Yöntem:

Yukarıda belirtilen araştırmalar üzerine inşa edilen bu çalışma, hibrid ve tek taraflı esnek menteşelerin avantajlarını birleştiren tek taraflı hibrid esnek menteşe adı verilen yeni bir esnek menteşe önermektedir. Bu menteşe için esneklik hesaplama formülü, Karl'ın ikinci teoremine dayanarak türetilir ve performansı sonlu eleman analizi ile doğrulanır. Çalışma aynı zamanda çeşitli yapısal parametrelerin menteşenin esnekliği üzerindeki etkisini de inceler.

Sonuçlar ve tartışma:

Tek taraflı düz daire çubuklu hibrid esnek menteşe için esneklik hesaplama formülü, esnekliğin hem malzeme hem de yapısal parametrelere bağlı olduğunu gösterir. Türetilmiş formül, esneklik parametrelerinin menteşenin genişliği ile ters orantılı olduğunu gösterirken, düz daire yarıçapı, elips yarı major ekseni, yarı minör eksen ve minimum kalınlık gibi parametreler de esnekliği etkiler. Analiz yoluyla, elipsin yarı minör ekseninde bir artışla esnekliğin azaldığı, minimum kalınlıkta bir azalma ile arttığı ve değişen kalınlıkta doğrusal olmayan değiştiği gözlenir. Minimum kalınlığın esneklik üzerindeki etkisinin diğer parametrelere kıyasla daha önemli olduğu bulunmuştur.

Tek taraflı düz daire çubuklu hibrid esnek menteşe ile önceki literatürde önerilen çift taraflı düz daire hibrit hibrit esnek menteşe arasında bir karşılaştırma yapılır. Esneklik, esnek menteşelerin en hayati özelliği olarak tanımlanır ve iki menteşe tasarımını karşılaştırmak için Cday olarak gösterilen göreceli bir esneklik oranı tanıtılır. Analiz, tek taraflı hibrit esnek menteşenin, ikili tasarıma kıyasla daha fazla rotasyon kapasitesi ve yük hassasiyeti sergilediğini ortaya koymaktadır. Tek taraflı hibrit esnek menteşenin esnekliği, ikili tasarımınkinden yaklaşık 1.37 kat daha yüksektir.

Bu çalışma, kompakt yapılar ve büyük yer değiştirmeler sunan yenilikçi bir esnek menteşe tasarımı olan tek taraflı hibrid esnek menteşenin kapsamlı bir analizini sunmaktadır. Türetilmiş esneklik hesaplama formülü,%8 içinde bir hata gösteren sonlu eleman analizi ile doğrulanır. Yapısal parametrelerin esneklik üzerindeki etkisi, en etkili parametre olarak tanımlanan menteşenin minimum kalınlığı ile analiz edilir. Ayrıca, iki taraflı hibrid esnek menteşe ile bir karşılaştırma, tek taraflı tasarımın rotasyon kapasitesi ve yük hassasiyeti açısından üstün performansını vurgular. Önerilen tek taraflı hibrit esnek menteşe, çeşitli endüstrilerde esnek menteşelerin mühendislik uygulaması için yeni olasılıklar açar.