新的单面直圈纤维 - ellipse Hybri的灵活性计算和性能分析

抽象的：

灵活的铰链在微电动系统（MEMS）领域已广受欢迎。 本文介绍了一种新型的柔性铰链类型，即单面直圈式混合柔性铰链。 提出了利用Karl的第二个定理，这是提出圆形和椭圆形杂化柔性铰链灵活性的计算公式。 派生公式通过有限元分析和比较分析验证。 分析了单侧杂化柔性铰链对其柔韧性的每个结构参数的影响。 此外，比较与双面直圈式混合柔性铰链，以证明单方面设计的上旋转能力和载荷灵敏度。 单方面混合柔性铰链的提议为需要紧凑的结构和大量位移的工程应用提供了新的途径。

微电动技术，航空工程和生物工程的出现突出了传统刚性机制在满足设计和使用要求中的局限性。 柔性机制具有许多优势，例如小尺寸，没有机械摩擦，没有间隙和高运动灵敏度。 这导致了它们在各种学科中的广泛使用，包括机器，机器人技术，计算机，自动控制和精确度量。 柔性机制的关键组成部分是柔性铰链，它通过弹性变形和自我恢复性能消除了运动和机械摩擦的损失，从而允许更高的位移分辨率。 单轴柔性铰链分为各种形状，例如弧，铅角，椭圆，抛物线和双曲线。 其中，由于其简单的结构，直接和铅角类型被广泛使用。 但是，在某些空间有限的应用中，单面柔性铰链已成为首选选择，在精确测量和定位方面找到了实用程序。

方法：

在上述研究的基础上，本研究提出了一种称为单侧混合柔性铰链的新型柔性铰链，该铰链结合了混合动力和单方面柔性铰链的优势。 该铰链的灵活性计算公式是根据KARL的第二个定理得出的，并且通过有限元分析来验证其性能。 该研究还研究了各种结构参数对铰链柔韧性的影响。

结果与讨论：

单方面直圈杂种柔性铰链的柔韧性计算公式表明柔韧性取决于材料和结构参数。 派生的公式表明，柔性参数与铰链的宽度成反比，而诸如直线半径，椭圆半径半轴轴，半微轴和最小厚度之类的参数也会影响柔韧性。 通过分析，观察到柔韧性随着椭圆的半尺寸轴的增加而降低，随着最小厚度的减小而增加，并且随着厚度的变化而非线性变化。 与其他参数相比，发现最小厚度对柔韧性的影响更为重要。

在单方面的直圆形混合柔性铰链与双面直圈杂种混合柔性铰链之间进行了比较。 灵活性被确定为柔性铰链的最重要特征，并且引入了相对的柔韧性比，以比较两个铰链设计。 分析表明，与双边设计相比，单侧杂化柔性铰链具有更大的旋转能力和载荷灵敏度。 单侧混合柔性铰链的柔韧性比双侧设计高约1.37倍。

这项研究对单方面混合柔性铰链进行了全面分析，这是一种创新的柔性铰链设计，可提供紧凑的结构和较大的位移。 派生的灵活性计算公式通过有限元分析验证，证明了8％以内的误差。 分析了结构参数对柔韧性的影响，铰链的最小厚度被确定为最具影响力的参数。 此外，与双侧杂化柔性铰链的比较突出了单方面设计在旋转容量和负载敏感性方面的出色性能。 拟议的单方面混合柔性铰链为各个行业的灵活铰链进行工程应用开辟了新的可能性。