Thiết kế phương pháp phần tử hữu hạn và phân tích hiệu suất của một bản lề linh hoạt góc lớn mới

Tóm tắt: Sự phát triển của bản lề linh hoạt với biến dạng lớn, căng thẳng nhỏ và sự trôi dạt trung tâm nhỏ luôn là một vấn đề đầy thách thức trong lĩnh vực nghiên cứu bản lề linh hoạt. Bài viết này trình bày một thiết kế mới của bản lề linh hoạt với cấu trúc hình chữ V, lý thuyết chồng chất và phương pháp bố trí đối xứng, lấy cảm hứng từ một bản lề linh hoạt nước ngoài nhất định. Một nghiên cứu khái niệm đã được thực hiện để thiết kế bản lề linh hoạt này, thiết lập một mô hình toán học và phân tích hiệu suất của nó. Phân tích phương pháp phần tử hữu hạn đã chứng minh rằng phương pháp thiết kế làm tăng tính linh hoạt của bản lề bằng cách kéo dài phần, giảm độ trôi của trung tâm và ứng suất tối đa, dẫn đến góc quay tối đa khoảng 16 °, độ trôi trung tâm tối đa là 3,557 μM và ứng suất tối đa 499,8 mPa, đáp ứng yêu cầu thiết kế ban đầu. Những kết quả này xác nhận giá trị thực tế của bản lề.

Hiện tại, các cảm biến từ xa không gian quang học chủ yếu áp dụng phương pháp ghép nối TDICCD để đạt được các mảng đường dài. Tuy nhiên, phương pháp này thiếu bù chuyển động hình ảnh, dẫn đến giảm đáng kể độ phân giải hình ảnh. Do đó, bù chuyển động hình ảnh là cần thiết. Bồi thường chuyển động hình ảnh cơ học và bù điện tử là hai phương pháp phổ biến. Bài viết này tập trung vào việc kiểm soát thời gian thực của vòng quay của thiết bị TDICCD để đạt được bù chuyển động hình ảnh. Các cơ chế quay thông thường không thể đáp ứng các yêu cầu chính xác trong không gian, đòi hỏi sự phát triển của bản lề linh hoạt không có khoảng cách, không ma sát, không bôi trơn và độ phân giải cao. Bản lề được phát triển trong bài viết này dựa trên thiết kế máy ảnh cụ thể, yêu cầu góc xoay 6-8 °, độ trôi giữa không vượt quá 10 μm và kích thước trong vòng 40mm × 60mm.

Thiết kế bản lề linh hoạt:

Một số thiết kế bản lề linh hoạt điển hình được giới thiệu, bao gồm bản lề linh hoạt so le, bản lề linh hoạt của ống tách và bản lề linh hoạt tự do. Mặc dù các bản lề này thể hiện sự linh hoạt tốt và một loạt các góc xoay lớn, chúng phải chịu sự trôi dạt trung tâm đáng kể khi phải chịu các lực lượng bên ngoài. Đặc điểm chung của các bản lề này là việc sử dụng nhiều cây sậy để biến dạng, đạt được biến dạng tập trung thông qua tính linh hoạt phân tán. Tuy nhiên, sự ổn định cấu trúc của các cấu hình đa thành phố rất khó đảm bảo trong môi trường không gian. Do đó, sự cần thiết phải nghiên cứu thêm để áp dụng các thành phần này vào không gian được nhấn mạnh. Để giải quyết những vấn đề này, một thiết kế bản lề linh hoạt mới được đề xuất, kết hợp một thiết kế hình chữ V và cấu trúc đối xứng, lấy cảm hứng từ bản lề linh hoạt kiểu bánh xe.

Phân tích bản lề linh hoạt của bướm:

Mô hình hình học của bản lề linh hoạt bướm được phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Bản lề bao gồm các bản lề được kết nối với nhau với thiết kế hình chữ V, cho phép tăng chiều dài của đơn vị linh hoạt mà không ảnh hưởng đến độ dày của nó. Phân tích chứng minh rằng thiết kế làm giảm hiệu quả căng thẳng bằng cách phân phối lực qua bốn phần và thực hiện bù vector để giảm thiểu sự trôi dạt của trung tâm. Ứng suất tối đa là khoảng 499,8 MPa, trong phạm vi ứng suất cho phép của vật liệu đã chọn. Bản lề đạt được góc xoay 8 ° và độ trôi giữa 3,557 m, đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Mối quan hệ giữa bán kính và sự trôi dạt trung tâm cũng được nghiên cứu, với bán kính 17mm được coi là tối ưu cho thiết kế bản lề. Ngoài ra, phân tích cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa lực và dịch chuyển, cho phép kiểm soát chính xác góc quay.

Tóm lại, một loại bản lề linh hoạt góc lớn mới được thiết kế bằng phương pháp phần tử hữu hạn và hiệu suất của nó được phân tích. Thiết kế hình chữ V được đề xuất, lý thuyết chồng chất và bố cục đối xứng dẫn đến tăng tính linh hoạt, giảm trôi trung tâm và căng thẳng. Bản lề đạt được góc quay tối đa 16 °, độ trôi trung tâm tối đa là 3,557 m và ứng suất tối đa là 499,8 MPa, đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Việc phân tích mối quan hệ biến đổi lực lượng tiếp tục xác nhận độ co giãn tuyến tính tuyệt vời của bản lề. Nhìn chung, bản lề phát triển thể hiện giá trị thực tế và có thể được áp dụng trong các tình huống khác nhau, chẳng hạn như các nghi lễ mở cửa, triển lãm kinh doanh và quảng bá sản phẩm.