新的单面直圈纤维 - ellipse Hybri的灵活性计算和性能分析1

2023-08-07

Tallsen

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抽象的：

灵活的铰链在微电动系统（MEMS）领域起着至关重要的作用。本文引入了一种新型的柔性铰链，称为单面直圈式混合柔性铰链。使用KARL的第二个定理计算此铰链的灵活性，并通过有限元分析验证结果。分析了铰链的结构参数，以确定它们对其灵活性的影响。还可以比较单面和双面直圈式混合柔性铰链，得出的结论是，单面铰链提供了更好的旋转能力和载荷灵敏度。总体而言，单面混合柔性铰链为工程中紧凑且高度位移的应用提供了有希望的解决方案。

在微电技术，航空航天和生物工程的快速发展的领域中，传统的刚性机制不再足以满足设计和使用要求。柔性机制较小，没有机械摩擦和间隙以及高运动灵敏度，在包括机械，机器人技术，计算机，自动控制和精确测量的各种学科中获得了显着的牵引力。灵活机制的关键组成部分是柔性铰链，它利用弹性变形和自我恢复性能消除了运动损失的运动和机械摩擦，从而实现了更高的位移分辨率。单轴柔性铰链可以根据其横截面形状（例如弧，铅角，椭圆，抛物线和双曲线类型）进行分类。其中，由于其简单的结构，直角铰链和铅角铰链被广泛使用。但是，在某些情况下，在空间受到限制的情况下，对紧凑的结构的需求导致了单面柔性铰链的出现，这些铰链在精确的测量和定位方面发现了广泛的应用。本文基于混合和单方面柔性铰链的优势，提出了单方面的混合柔性铰链，该铰链为工程应用提供了一种新型的方法，可以使用紧凑的结构和大型位移。

单方面直圆形纤维杂种柔性铰链的灵活性计算：

单侧的直圆圈 - 纤维化柔性铰链包括单侧直线铰链的一半和一半的单侧椭圆铰链。它的几何参数包括铰链宽度（B），最小厚度（T），直圈半径（R），铰链长度（L），椭圆（M）的主要轴和椭圆（N）的半微轴轴。柔性铰链的分析基于一个小型悬臂梁的假设，其右端固定，并由力和力矩引起弯曲变形。考虑了轴向负荷的影响，而剪切和扭转效果被忽略了。根据录音带的第二个定理，可以确定铰链在点1处的变形与施加载荷之间的关系。灵活性计算公式是根据这种关系和铰链横截面的坐标得出的。通过积分计算，可以获得单方面直圆形混合柔性铰链的柔韧性。

示例计算和有限元验证：

使用派生的灵活性计算公式对椭圆的半小轴（N）的不同值进行示例计算。将结果与有限元分析（FEA）结果进行比较，以验证公式的准确性。发现两组结果之间的误差小于8％，证实了灵活性计算公式的有效性。

单方面直圈 - 纤维混合柔性铰链的性能分析：

铰链的灵活性受其材料和结构参数的影响。灵活性计算公式表明，弹性模量（E）与铰链的宽度（b）成反比。其他参数，例如直线半径（r），椭圆（M）的半高轴，椭圆的半尺寸轴（n）和最小厚度（t），也会影响灵活性。对灵活性计算公式的分析表明，其参数对铰链的最小厚度（t）的变化最敏感。

与双侧直线纤维 - ellipse混合柔性铰链的性能比较：

将单方面的直圆圈混合柔性铰链与文献中提出的双面直圈混合柔性铰链进行比较。灵活性比用作性能指数，定义为单方面柔韧性与双侧柔韧性的比率。结果表明，与双侧杂交铰链相比，单侧杂化柔性铰链具有更好的旋转能力和载荷灵敏度。

新型柔性铰链（单方面混合柔性铰链）的提议为需要紧凑的结构和大型位移的工程应用带来了新的可能性。灵活性计算公式是根据KARL的第二个定理得出的，并通过有限元分析验证。发现铰链的结构参数会影响其灵活性，最小厚度产生了最重要的影响。就旋转能力和载荷灵敏度而言，单侧混合柔性铰链的性能优于双侧杂交铰链。总体而言，单方面混合柔性铰链为各种工程应用提供了有希望的前景。

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