Kinematik model ve sıfır sertliğin performans araştırması çapraz kamış esnek hinge_hinge bilgi

Esnek mekanizma, hareket, kuvvet veya enerjiyi iletmek için malzemelerin elastik deformasyonunu kullandığı için mekanik alanında çığır açan bir kavramdır. Bu mekanizma, sıfır sürtünme, sorunsuz çalışma, kolay bakım, yüksek çözünürlük ve entegre işleme yetenekleri gibi sayısız avantajı nedeniyle hassas konumlandırma, MEMS işleme ve havacılık gibi çeşitli endüstrilerde popülerlik kazanmıştır.

Bununla birlikte, geleneksel katı mekanizmalar esnek mekanizmanın belirli sınırlamaları nedeniyle piyasaya hala hakimdir. Bu sınırlamalardan biri, mekanizmanın etkisi sırasında fonksiyonel yönde meydana gelen pozitif sertliktir. Bu pozitif sertlik, daha büyük bir itici güç ve sürücü üzerinde katı gereksinimler gerektirir, bu da sonuçta enerji transfer verimliliğini azaltır. Bu eksiklikler esnek mekanizmanın daha geniş uygulamasını engellemiştir.

Pozitif sertliğin olumsuz etkilerinin üstesinden gelmek için, birçok akademisyen esnek mekanizmaya sıfır sertlik kavramını getirmiştir. Pozitif sertliği dengelemek için negatif sertlik kullanılarak sıfır sertliğe sahip bir mekanizma elde edilebilir. Esnek bir statik denge mekanizması olarak da bilinen böyle bir sistem, hareket aralığının herhangi bir noktasında statik bir denge durumu elde edebilir. Bu tür bir mekanizma, mükemmel kuvvet iletim performansı, daha küçük itici güçlerle çalışma yeteneği ve yüksek enerji iletim verimliliği gibi çeşitli avantajlar sunar. Sonuç olarak, esnek statik denge mekanizmaları alanındaki araştırma odağı esas olarak esnek mikro kelepçeler üzerinde olmuştur.

Esnek mekanizmaların çeşitli bileşenleri arasında, esnek menteşeler olağanüstü özellikleri nedeniyle önemli ilgi görmüştür. Genelleştirilmiş çapraz çınlayan esnek menteşelerin göreceli seyahati nispeten kısadır, bu da onları çok çeşitli uygulamalar için son derece değerli hale getirir. Sonuç olarak, bu tasarıma dayanan sıfır istikrar esnek menteşe, karmaşık esnek statik denge mekanizmaları oluşturmak için tercih edilen seçim haline geldi ve araştırmasını son derece önemli hale getirdi.

Esnek menteşelerde sıfır sertlik özellikleri elde etmek için, burulma pozitif sertliğini dönme negatif sertliği ile dengelemek gerekir. Bu bağlamda, bir dönme negatif sertlik modeli geliştirilmiştir. Model, biri sabit diğeri serbest olmak üzere, üst üste binen iki sazlıktan oluşan bir yaprak yayını kullanmayı içerir. Açılış ucunun deformasyonu kamış uzunluğuna kıyasla nispeten küçük olduğunda, yay iyi doğrusallık sergiler ve sıfır uzunlukta bir yay olarak analiz edilebilir.

Rotasyonel negatif sertlik modelinin analizi, iki yay tarafından uyguladığı torkları sistemdeki belirli bir noktaya dikkate alır. Üçgen sinüs yasasına dayanarak, torklar matematiksel olarak ifade edilebilir. Bu torkları birleştirerek, noktaya uygulanan toplam tork belirlenebilir. Bu analiz, dönme açısı 90 dereceden az olduğunda, yayların dönme açısıyla aynı yönde bir tork uyguladığını ve böylece dönme negatif sertliği oluşturduğunu ortaya koymaktadır.

Doğru bir sıfır istikrar esnek menteşe modeli oluşturmak için, genelleştirilmiş çapraz tahsis esnek menteşenin mekanik özelliklerini analiz etmek çok önemlidir. Bu analiz, radyal kuvvet ve saf burulma yükünün menteşenin burulma sertliği üzerindeki etkisi gibi çeşitli faktörleri dikkate alır. Bu faktörleri anlayarak, menteşelerin boyutsuz burulma sertliği hesaplanabilir. Daha sonra sıfır istiflilik esnek menteşenin kavramsal modeli, döner negatif sertlik modelindeki döner çift ve denge kaynaklarının değiştirilmesiyle elde edilebilir. Bu kavramsal model simetriktir ve hareketli platformun saat yönünün tersine rotasyonunun analizini sağlar.

Teorik modelin doğruluğunu doğrulamak için ANSYS yazılımı kullanarak sonlu eleman analizi yapılır. Analiz, sıfır-gerginlik esnek menteşenin moment-rotasyon açısı özelliklerinin simülasyonunu ve analizini içerir. Sonuçlar daha sonra teorik hesaplamalarla karşılaştırılır. Simülasyon, farklı parametrelere sahip menteşeler üzerinde gerçekleştirilir ve denge yayının sertliği, menteşenin sertliği sıfıra indirilene kadar kademeli olarak ayarlanır. Simülasyon sonuçları ve teorik hesaplamalar karşılaştırılarak, teorik modelin sıfır-istekli esnek menteşenin davranışını doğru bir şekilde temsil ettiği doğrulanmıştır.

Ayrıca, yaprak yaylarını sıfır istikrar esnek menteşelerde denge yayları olarak kullanmanın fizibilitesi araştırılmaktadır. Bu amaç için sonlu bir eleman modeli oluşturulur ve simülasyon sonuçları, Combine14 elemanı kullanılarak elde edilenlerle karşılaştırılır. Sonuçlar bir kez daha teorik modelin doğruluğunu ve güvenilirliğini doğrular.

Sonuç olarak, esnek menteşelerde pozitif sertliği telafi etmek için dönme negatif sertliğinin kullanılması, sıfır istikrar esnek menteşe sistemlerinin oluşturulmasına izin verir. Bu sistemler, düşük sürüş torku, gelişmiş kuvvet iletim performansı ve artan enerji kullanım verimliliği gibi çok sayıda avantaj sunar. İki farklı denge yöntemi, yani çift denge kaynakları ve tek denge yayları analiz edilir ve statik denge koşulları belirlenir. Teorik sonuçlar daha sonra sonlu eleman analizi ile doğrulanır. Çalışma, çift denge yay yönteminin, radyal kuvvetin menteşenin sertliğini etkilemediği senaryolar için uygun olduğunu, tek denge yay modelinin daha geniş bir uygulamaya sahip olduğunu doğrulamaktadır. Bununla birlikte, ikinci modelin eksenel boşluk kompaktlığı biraz tehlikeye girer ve yapısal tasarım sırasında kapsamlı bir değerlendirme gerektirir. Genel olarak, sıfır istikrar esnek menteşeler ve uygulamaları üzerine yapılan araştırma, esnek mekanizmalar alanının ilerletilmesinde önemli önem taşımaktadır.