抽象的:
靈活的鉸鏈在微電動系統(MEMS)領域已廣受歡迎。 本文介紹了一種新型的柔性鉸鏈類型,即單面直圈式混合柔性鉸鏈。 提出了利用Karl的第二個定理,這是提出圓形和橢圓形雜化柔性鉸鏈靈活性的計算公式。 派生公式通過有限元分析和比較分析驗證。 分析了單側雜化柔性鉸鏈對其柔韌性的每個結構參數的影響。 此外,比較與雙面直圈式混合柔性鉸鏈,以證明單方面設計的上旋轉能力和載荷靈敏度。 單方面混合柔性鉸鏈的提議為需要緊湊的結構和大量位移的工程應用提供了新的途徑。
微電動技術,航空工程和生物工程的出現突出了傳統剛性機制在滿足設計和使用要求中的局限性。 柔性機制具有許多優勢,例如小尺寸,沒有機械摩擦,沒有間隙和高運動靈敏度。 這導致了它們在各種學科中的廣泛使用,包括機器,機器人技術,計算機,自動控制和精確度量。 柔性機制的關鍵組成部分是柔性鉸鏈,它通過彈性變形和自我恢復性能消除了運動和機械摩擦的損失,從而允許更高的位移分辨率。 單軸柔性鉸鏈分為各種形狀,例如弧,鉛角,橢圓,拋物線和雙曲線。 其中,由於其簡單的結構,直接和鉛角類型被廣泛使用。 但是,在某些空間有限的應用中,單面柔性鉸鏈已成為首選選擇,在精確測量和定位方面找到了實用程序。
方法:
在上述研究的基礎上,本研究提出了一種稱為單側混合柔性鉸鏈的新型柔性鉸鏈,該鉸鏈結合了混合動力和單方面柔性鉸鏈的優勢。 該鉸鏈的靈活性計算公式是根據KARL的第二個定理得出的,並且通過有限元分析來驗證其性能。 該研究還研究了各種結構參數對鉸鏈柔韌性的影響。
結果與討論:
單方面直圈雜種柔性鉸鏈的柔韌性計算公式表明柔韌性取決於材料和結構參數。 派生的公式表明,柔性參數與鉸鏈的寬度成反比,而諸如直線半徑,橢圓半徑半軸軸,半微軸和最小厚度之類的參數也會影響柔韌性。 通過分析,觀察到柔韌性隨著橢圓的半尺寸軸的增加而降低,隨著最小厚度的減小而增加,並且隨著厚度的變化而非線性變化。 與其他參數相比,發現最小厚度對柔韌性的影響更為重要。
在單方面的直圓形混合柔性鉸鏈與雙面直圈雜種混合柔性鉸鏈之間進行了比較。 靈活性被確定為柔性鉸鏈的最重要特徵,並且引入了相對的柔韌性比,以比較兩個鉸鏈設計。 分析表明,與雙邊設計相比,單側雜化柔性鉸鏈具有更大的旋轉能力和載荷靈敏度。 單側混合柔性鉸鏈的柔韌性比雙側設計高約1.37倍。
這項研究對單方面混合柔性鉸鏈進行了全面分析,這是一種創新的柔性鉸鏈設計,可提供緊湊的結構和較大的位移。 派生的靈活性計算公式通過有限元分析驗證,證明了8%以內的誤差。 分析了結構參數對柔韌性的影響,鉸鏈的最小厚度被確定為最具影響力的參數。 此外,與雙側雜化柔性鉸鏈的比較突出了單方面設計在旋轉容量和負載敏感性方面的出色性能。 擬議的單方面混合柔性鉸鍊為各個行業的靈活鉸鏈進行工程應用開闢了新的可能性。