Tính toán linh hoạt và phân tích hiệu suất của một hybri hình tròn thẳng một mặt mới1

Tóm tắt:

Bản lề linh hoạt đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực hệ thống cơ điện tử (MEMS). Bài viết này giới thiệu một loại bản lề linh hoạt mới được gọi là bản lề linh hoạt hình vòng tròn thẳng một mặt. Tính linh hoạt của bản lề này được tính toán bằng định lý thứ hai của Karl và kết quả được xác nhận thông qua phân tích phần tử hữu hạn. Các tham số cấu trúc của bản lề được phân tích để xác định ảnh hưởng của chúng đối với tính linh hoạt của nó. Một so sánh cũng được thực hiện giữa các bản lề linh hoạt lai thẳng một mặt và hai mặt, và kết luận rằng bản lề một mặt cung cấp khả năng xoay và độ nhạy tải tốt hơn. Nhìn chung, bản lề linh hoạt lai một mặt cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn cho các ứng dụng nhỏ gọn và dịch chuyển cao trong kỹ thuật.

Trong các lĩnh vực phát triển nhanh chóng của công nghệ cơ điện tử, hàng không vũ trụ và kỹ thuật sinh học, các cơ chế cứng nhắc truyền thống không còn đủ để đáp ứng các yêu cầu thiết kế và sử dụng. Các cơ chế linh hoạt, với kích thước nhỏ, không có ma sát cơ học và khoảng cách, và độ nhạy chuyển động cao, đã đạt được lực kéo đáng kể trong các ngành khác nhau, bao gồm máy móc, robot, máy tính, điều khiển tự động và đo lường chính xác. Thành phần chính của các cơ chế linh hoạt là bản lề linh hoạt, sử dụng các tính chất biến dạng đàn hồi và tự phục hồi để loại bỏ chuyển động bị mất và ma sát cơ học, do đó đạt được độ phân giải dịch chuyển cao hơn. Bản lề linh hoạt của một trục có thể được phân loại dựa trên các hình dạng cắt ngang của chúng, chẳng hạn như các loại ARC, Góc chì, hình elip, parabola và hyperbola. Trong số này, bản lề góc và góc dẫn thẳng được sử dụng rộng rãi do các cấu trúc đơn giản của chúng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp không gian bị hạn chế, nhu cầu về các cấu trúc nhỏ gọn đã dẫn đến sự xuất hiện của bản lề linh hoạt một mặt, đã tìm thấy các ứng dụng rộng rãi trong đo lường và định vị chính xác. Dựa trên những lợi thế của bản lề linh hoạt lai và đơn phương, bài viết này đề xuất một bản lề linh hoạt lai đơn phương, cung cấp một cách tiếp cận mới lạ đối với ứng dụng kỹ thuật của bản lề linh hoạt với các cấu trúc nhỏ gọn và chuyển vị lớn.

Tính toán linh hoạt của bản lề linh hoạt lai thẳng đơn phương.:

Bản lề linh hoạt lai thẳng đơn phương bao gồm một nửa bản lề điều chỉnh thẳng đơn phương và một nửa bản lề hình elip đơn phương. Các tham số hình học của nó bao gồm chiều rộng bản lề (b), độ dày tối thiểu (t), bán kính trục thẳng (R), chiều dài bản lề (L), trục chính của hình elip (M) và trục bán minor của hình elip (N). Việc phân tích bản lề linh hoạt dựa trên giả định của chùm tia đúc hẫng nhỏ, với biến dạng cố định và uốn cong bên phải do lực và thời điểm gây ra. Ảnh hưởng của tải trọng trục được xem xét, trong khi các hiệu ứng cắt và xoắn bị bỏ qua. Theo định lý thứ hai của băng cassette, mối quan hệ giữa biến dạng của bản lề tại điểm 1 và tải trọng áp dụng có thể được xác định. Công thức tính toán linh hoạt được bắt nguồn dựa trên mối quan hệ này và tọa độ của mặt cắt của bản lề. Thông qua các tính toán tích phân, tính linh hoạt của bản lề linh hoạt lai thẳng đơn phương có thể thu được.

Ví dụ Tính toán và xác minh phần tử hữu hạn:

Một tính toán ví dụ được thực hiện bằng cách sử dụng công thức tính toán linh hoạt dẫn xuất cho các giá trị khác nhau của trục bán cấp (N) của hình elip. Các kết quả được so sánh với kết quả phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để xác minh độ chính xác của công thức. Lỗi giữa hai bộ kết quả được tìm thấy dưới 8%, xác nhận tính hợp lệ của công thức tính toán linh hoạt.

Phân tích hiệu suất của bản lề linh hoạt lai đơn phương.:

Tính linh hoạt của bản lề bị ảnh hưởng bởi các thông số vật liệu và cấu trúc của nó. Công thức tính toán linh hoạt cho thấy mô đun đàn hồi (E) tỷ lệ nghịch với chiều rộng của bản lề (B). Các tham số khác, chẳng hạn như bán kính mạch thẳng (R), trục bán động của hình elip (M), trục bán miin của hình elip (N) và độ dày tối thiểu (t), cũng ảnh hưởng đến tính linh hoạt. Một phân tích về công thức tính toán linh hoạt cho thấy các tham số của nó nhạy cảm nhất với những thay đổi về độ dày tối thiểu (t) của bản lề.

So sánh hiệu suất với bản lề linh hoạt của hai bên thẳng song song:

Bản lề linh hoạt hybrid hình tròn đơn phương được so sánh với bản lề linh hoạt hybrid hình tròn thẳng hai mặt được đề xuất trong tài liệu. Tỷ lệ linh hoạt được sử dụng làm chỉ số hiệu suất, được định nghĩa là tỷ lệ của tính linh hoạt đơn phương so với tính linh hoạt song phương. Kết quả cho thấy bản lề linh hoạt lai đơn phương cung cấp khả năng quay tốt hơn và độ nhạy tải so với bản lề hybrid hai bên.

Đề xuất của một loại bản lề linh hoạt mới, bản lề linh hoạt lai đơn phương, mang lại các khả năng mới cho các ứng dụng kỹ thuật yêu cầu các cấu trúc nhỏ gọn và chuyển vị lớn. Công thức tính toán linh hoạt được lấy dựa trên định lý thứ hai của Karl và được xác nhận thông qua phân tích phần tử hữu hạn. Các thông số cấu trúc của bản lề được tìm thấy để tác động đến tính linh hoạt của nó, với độ dày tối thiểu tạo ra ảnh hưởng đáng kể nhất. Bản lề linh hoạt lai đơn phương hoạt động tốt hơn bản lề lai hai bên về khả năng quay và độ nhạy tải. Nhìn chung, bản lề linh hoạt lai đơn phương cung cấp triển vọng đầy hứa hẹn cho các ứng dụng kỹ thuật khác nhau.