Yeni tek taraflı düz daire çubuklu hybri'nin esneklik hesaplaması ve performans analizi1

Soyut:

Esnek menteşeler mikro-elektromekanik sistemler (MEMS) alanında önemli bir rol oynar. Bu makale, tek taraflı düz daire elips hibrid esnek menteşe adı verilen yeni bir esnek menteşe tanıtmaktadır. Bu menteşenin esnekliği Karl'ın ikinci teoremi kullanılarak hesaplanır ve sonuçlar sonlu eleman analizi ile doğrulanır. Menteşenin yapısal parametreleri, esnekliği üzerindeki etkilerini belirlemek için analiz edilir. Tek taraflı ve çift taraflı düz çember-elips hibrid esnek menteşeler arasında bir karşılaştırma yapılır ve tek taraflı menteşenin daha iyi dönme kapasitesi ve yük hassasiyeti sunduğu sonucuna varılmıştır. Genel olarak, tek taraflı hibrit esnek menteşe, mühendislikte kompakt ve yüksek deplasman uygulamaları için umut verici bir çözüm sunmaktadır.

Mikro-elektromanik teknoloji, havacılık ve biyolojik mühendisliğin hızla gelişen alanlarında, geleneksel rijit mekanizmalar artık tasarım ve kullanım gereksinimlerini karşılamak için yeterli değildir. Küçük boyutları, mekanik sürtünme ve boşlukların olmaması ve yüksek hareket duyarlılığı ile esnek mekanizmalar, makine, robot, bilgisayar, otomatik kontrol ve hassasiyet ölçümü gibi çeşitli disiplinlerde önemli bir çekiş kazanmıştır. Esnek mekanizmaların temel bileşeni, kayıp hareket ve mekanik sürtünmeyi ortadan kaldırmak için elastik deformasyon ve kendini kurtarma özelliklerini kullanan, böylece daha yüksek yer değiştirme çözünürlüğüne ulaşan esnek menteşedir. Tek eksenli esnek menteşeler, ark, kurşun açısı, elips, parabol ve hiperbol tipleri gibi kesitsel şekillerine göre sınıflandırılabilir. Bunlar arasında, basit ve kurşun açısı menteşeleri basit yapıları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, alanın kısıtlandığı bazı durumlarda, kompakt yapılara olan ihtiyacı, hassas ölçüm ve konumlandırmada kapsamlı uygulamalar bulan tek taraflı esnek menteşelerin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Hibrit ve tek taraflı esnek menteşelerin avantajları üzerine inşa edilen bu makale, kompakt yapılar ve büyük yer değiştirmeleri olan esnek menteşelerin mühendislik uygulamasına yeni bir yaklaşım sunan tek taraflı bir hibrit esnek menteşe önermektedir.

Tek taraflı düz çember-çubuklu hibrid esnek menteşenin esneklik hesaplaması:

Tek taraflı düz daire çubuklu hibrid esnek menteşe, tek taraflı düz daire menteşesinin yarısını ve tek taraflı eliptik bir menteşenin yarısını içerir. Geometrik parametreleri, menteşe genişliği (b), minimum kalınlık (t), düz daire yarıçapı (R), menteşe uzunluğu (L), elips (m) ve yarı az tersiz eksen (N) bulunur. Esnek menteşenin analizi, sağ uç sabit ve bükülme deformasyonunun kuvvet ve momentin neden olduğu küçük tanımlanmış bir konsol ışının varsayımına dayanır. Eksenel yükün etkisi dikkate alınırken, kesme ve burulma etkileri ihmal edilir. Kasetin ikinci teoremine göre, menteşenin 1 noktasındaki deformasyonu ile uygulanan yük arasındaki ilişki belirlenebilir. Esneklik hesaplama formülü, bu ilişkiye ve menteşenin enine kesitinin koordinatlarına göre türetilmiştir. Entegre hesaplamalar yoluyla, tek taraflı düz-çember-elips hibrid esnek menteşenin esnekliği elde edilebilir.

Örnek hesaplama ve sonlu eleman doğrulaması:

Bir örnek hesaplama, elipsin yarı minör ekseninin (n) farklı değerleri için türetilmiş esneklik hesaplama formülü kullanılarak gerçekleştirilir. Sonuçlar, formülün doğruluğunu doğrulamak için sonlu eleman analizi (FEA) sonuçları ile karşılaştırılmıştır. İki sonuç kümesi arasındaki hata, esneklik hesaplama formülünün geçerliliğini doğrulayarak%8'den az bulunmuştur.

Tek taraflı düz-çipli hibrid esnek menteşenin performans analizi:

Menteşenin esnekliği, malzemesi ve yapısal parametrelerinden etkilenir. Esneklik hesaplama formülü, elastik modülün (E) menteşenin genişliği (b) ile ters orantılı olduğunu ortaya koymaktadır. Düz daire yarıçapı (R), elips (M) 'nin yarı ana ekseni, elips (n) ve minimum kalınlık (T) gibi diğer parametreler de esnekliği etkiler. Esneklik hesaplama formülünün bir analizi, parametrelerinin menteşenin minimum kalınlığındaki (t) değişikliklere en duyarlı olduğunu göstermektedir.

İki taraflı düz-daire-elips hibrit esnek menteşe ile performans karşılaştırması:

Tek taraflı düz daire çubuklu hibrid esnek menteşe, literatürde önerilen çift taraflı düz çember hibrit hibrid esnek menteşe ile karşılaştırılır. Esneklik oranı, tek taraflı esnekliğin ikili esnekliğe oranı olarak tanımlanan bir performans endeksi olarak kullanılır. Sonuçlar, tek taraflı hibrid esnek menteşenin, ikili hibrit menteşeye kıyasla daha iyi rotasyon kapasitesi ve yük hassasiyeti sunduğunu göstermektedir.

Yeni bir esnek menteşe, tek taraflı hibrid esnek menteşe önerisi, kompakt yapılar ve büyük yer değiştirmeler gerektiren mühendislik uygulamaları için yeni olasılıklar getiriyor. Esneklik hesaplama formülü, Karl'ın ikinci teoremine dayanarak türetilir ve sonlu eleman analizi ile doğrulanır. Menteşenin yapısal parametrelerinin esnekliğini etkilediği, minimum kalınlık en önemli etkiye sahip olduğu bulunmuştur. Tek taraflı hibrit esnek menteşe, dönüş kapasitesi ve yük hassasiyeti açısından bilateral hibrid menteşeden daha iyi performans gösterir. Genel olarak, tek taraflı hibrit esnek menteşe, çeşitli mühendislik uygulamaları için umut verici beklentiler sunmaktadır.