抽象的:
靈活的鉸鏈在微電動系統(MEMS)領域起著至關重要的作用。 本文引入了一種新型的柔性鉸鏈,稱為單面直圈式混合柔性鉸鏈。 使用KARL的第二個定理計算此鉸鏈的靈活性,並通過有限元分析驗證結果。 分析了鉸鏈的結構參數,以確定它們對其靈活性的影響。 還可以比較單面和雙面直圈式混合柔性鉸鏈,得出的結論是,單面鉸鏈提供了更好的旋轉能力和載荷靈敏度。 總體而言,單面混合柔性鉸鍊為工程中緊湊且高度位移的應用提供了有希望的解決方案。
在微電技術,航空航天和生物工程的快速發展的領域中,傳統的剛性機制不再足以滿足設計和使用要求。 柔性機制較小,沒有機械摩擦和間隙以及高運動靈敏度,在包括機械,機器人技術,計算機,自動控制和精確測量的各種學科中獲得了顯著的牽引力。 靈活機制的關鍵組成部分是柔性鉸鏈,它利用彈性變形和自我恢復性能消除了運動損失的運動和機械摩擦,從而實現了更高的位移分辨率。 單軸柔性鉸鏈可以根據其橫截面形狀(例如弧,鉛角,橢圓,拋物線和雙曲線類型)進行分類。 其中,由於其簡單的結構,直角鉸鍊和鉛角鉸鏈被廣泛使用。 但是,在某些情況下,在空間受到限制的情況下,對緊湊的結構的需求導致了單面柔性鉸鏈的出現,這些鉸鏈在精確的測量和定位方面發現了廣泛的應用。 本文基於混合和單方面柔性鉸鏈的優勢,提出了單方面的混合柔性鉸鏈,該鉸鍊為工程應用提供了一種新型的方法,可以使用緊湊的結構和大型位移。
單方面直圓形纖維雜種柔性鉸鏈的靈活性計算:
單側的直圓圈 - 纖維化柔性鉸鏈包括單側直線鉸鏈的一半和一半的單側橢圓鉸鏈。 它的幾何參數包括鉸鏈寬度(B),最小厚度(T),直圈半徑(R),鉸鍊長度(L),橢圓(M)的主要軸和橢圓(N)的半微軸軸。 柔性鉸鏈的分析基於一個小型懸臂樑的假設,其右端固定,並由力和力矩引起彎曲變形。 考慮了軸向負荷的影響,而剪切和扭轉效果被忽略了。 根據錄音帶的第二個定理,可以確定鉸鏈在點1處的變形與施加載荷之間的關係。 靈活性計算公式是根據這種關係和鉸鏈橫截面的坐標得出的。 通過積分計算,可以獲得單方面直圓形混合柔性鉸鏈的柔韌性。
示例計算和有限元驗證:
使用派生的靈活性計算公式對橢圓的半小軸(N)的不同值進行示例計算。 將結果與有限元分析(FEA)結果進行比較,以驗證公式的準確性。 發現兩組結果之間的誤差小於8%,證實了靈活性計算公式的有效性。
單方面直圈 - 纖維混合柔性鉸鏈的性能分析:
鉸鏈的靈活性受其材料和結構參數的影響。 靈活性計算公式表明,彈性模量(E)與鉸鏈的寬度(b)成反比。 其他參數,例如直線半徑(r),橢圓(M)的半高軸,橢圓的半尺寸軸(n)和最小厚度(t),也會影響靈活性。 對靈活性計算公式的分析表明,其參數對鉸鏈的最小厚度(t)的變化最敏感。
與雙側直線纖維 - ellipse混合柔性鉸鏈的性能比較:
將單方面的直圓圈混合柔性鉸鏈與文獻中提出的雙面直圈混合柔性鉸鏈進行比較。 靈活性比用作性能指數,定義為單方面柔韌性與雙側柔韌性的比率。 結果表明,與雙側雜交鉸鏈相比,單側雜化柔性鉸鏈具有更好的旋轉能力和載荷靈敏度。
新型柔性鉸鏈(單方面混合柔性鉸鏈)的提議為需要緊湊的結構和大型位移的工程應用帶來了新的可能性。 靈活性計算公式是根據KARL的第二個定理得出的,並通過有限元分析驗證。 發現鉸鏈的結構參數會影響其靈活性,最小厚度產生了最重要的影響。 就旋轉能力和載荷靈敏度而言,單側混合柔性鉸鏈的性能優於雙側雜交鉸鏈。 總體而言,單方面混合柔性鉸鍊為各種工程應用提供了有希望的前景。