Navorsing oor nulstyfheid buigsame skarnier gebaseer op krukveermeganisme_skarnierkennis 1

Opsomming: Die rotasie-styfheid van die nul-styfheid buigsame skarnier is ongeveer nul, wat die gebrek oorkom dat gewone buigsame skarniere dryfkrag vereis, en kan toegepas word op buigsame grypers en ander velde. Deur die binne- en buitering buigsame skarniere onder die aksie van suiwer wringkrag as die positiewe styfheid substelsel te neem, kan die navorsing Negatiewe styfheid meganisme en bypassende positiewe en negatiewe styfheid nul styfheid buigsame skarnier konstrueer. Stel 'n negatiewe styfheidsrotasiemeganisme voor——Slingerveermeganisme, gemodelleer en ontleed sy negatiewe styfheid eienskappe; deur positiewe en negatiewe styfheid te pas, die invloed van strukturele parameters van krukveermeganisme op nul styfheid kwaliteit ontleed; 'n lineêre veer met aanpasbare styfheid en grootte voorgestel——Diamantvormige blaarveerstring, die styfheidsmodel is vasgestel en die eindige-element-simulasieverifikasie is uitgevoer; uiteindelik is die ontwerp, verwerking en toetsing van 'n kompakte nul-styfheid buigsame skarniermonster voltooi. Die toetsresultate het getoon dat: onder die werking van suiwer wringkrag,±18°In die reeks rotasiehoeke is die rotasiestyfheid van die nulstyfheid buigsame skarnier gemiddeld 93% laer as dié van die binne- en buitering buigsame skarniere. Die gekonstrueerde nul-styfheid buigsame skarnier het 'n kompakte struktuur en hoë kwaliteit nul-styfheid; die voorgestelde negatiewe-styfheid rotasiemeganisme en die lineêre Die veer het groot verwysingswaarde vir die studie van buigsame meganisme.

0 voorwoord

Buigsame skarnier (laer)

^[1-2]

Deur op die elastiese vervorming van die buigsame eenheid staat te maak om beweging, krag en energie oor te dra of om te skakel, is dit wyd gebruik in presisieposisionering en ander velde. In vergelyking met tradisionele rigiede laers, is daar 'n herstel-oomblik wanneer die buigsame skarnier roteer. Daarom moet die aandryfeenheid uitsetwringkrag verskaf om aan te dryf en die rotasie van die buigsame skarnier te behou. Geen styfheid buigsame skarnier

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) is 'n buigsame draailas waarvan die rotasiestyfheid ongeveer nul is. Hierdie tipe buigsame skarnier kan op enige posisie binne die slagreeks bly, ook bekend as statiese balans buigsame skarnier

^[4]

, word meestal in velde soos buigsame grypers gebruik.

Gebaseer op die modulêre ontwerpkonsep van die buigsame meganisme, kan die hele nul-styfheid buigsame skarnierstelsel in twee substelsels van positiewe en negatiewe styfheid verdeel word, en die nul-styfheidstelsel kan gerealiseer word deur die passing van positiewe en negatiewe styfheid

^[5]

. Onder hulle is die positiewe styfheid substelsel gewoonlik 'n grootslag buigsame skarnier, soos 'n dwarsriet buigsame skarnier

^[6-7]

, veralgemeende drie-kruis riet buigsame skarnier

^[8-9]

en buigsame skarniere aan die binne- en buitering

^[10-11]

Ens. Tans het die navorsing oor buigsame skarniere baie resultate behaal, daarom is die sleutel tot die ontwerp van buigsame skarniere met geen styfheid om geskikte negatiewe styfheidmodules vir buigsame skarniere te pas[3].

Binne- en buitering buigsame skarniere (Binne en buitenste ring buigspilpunte, IORFP) het uitstekende eienskappe in terme van styfheid, presisie en temperatuurverskuiwing. Die ooreenstemmende negatiewe styfheid module verskaf die konstruksie metode van die nul-styfheid buigsame skarnier, en uiteindelik voltooi die ontwerp, monster verwerking en toetsing van die nul-styfheid buigsame skarnier.

1 krukveermeganisme

1.1 Definisie van negatiewe styfheid

Die algemene definisie van styfheid K is die tempo van verandering tussen die las F wat deur die elastiese element gedra word en die ooreenstemmende vervorming dx

K= dF/dx (1)

Wanneer die lastoename van die elastiese element teenoor die teken van die ooreenstemmende vervormingsinkrement is, is dit negatiewe styfheid. Fisies stem die negatiewe styfheid ooreen met die statiese onstabiliteit van die elastiese element

^[12]

.Negatiewe styfheidsmeganismes speel 'n belangrike rol op die gebied van buigsame statiese balans. Gewoonlik het negatiewe styfheidsmeganismes die volgende kenmerke.

(1) Die meganisme behou 'n sekere hoeveelheid energie of ondergaan 'n sekere vervorming.

(2) Die meganisme is in 'n kritieke onstabiliteitstoestand.

(3) Wanneer die meganisme effens versteur word en die ewewigsposisie verlaat, kan dit 'n groter krag vrystel, wat in dieselfde rigting as die beweging is.

1.2 Konstruksiebeginsel van buigsame skarnier met geen styfheid

Die buigsame skarnier met nulstyfheid kan gekonstrueer word deur positiewe en negatiewe styfheidpassing te gebruik, en die beginsel word in Figuur 2 getoon.

(1) Onder die werking van suiwer wringkrag het die buigsame skarniere van die binne- en buitenste ring 'n ongeveer lineêre wringkrag-rotasiehoekverhouding, soos in Figuur 2a getoon. Veral wanneer die snypunt op 12.73% van die rietlengte geleë is, is die wringkrag-rotasiehoekverwantskap lineêr

^[11]

, op hierdie tydstip is die herstelmoment Mpivot (kloksgewys rigting) van die buigsame skarnier verwant aan die laerrotasiehoekθ(teenkloksgewys) is die verhouding

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

In die formule is E die elastiese modulus van die materiaal, L is die lengte van die riet, en I is die traagheidsmoment van die snit.

(2) Volgens die rotasie-styfheidsmodel van die binne- en buitering buigsame skarniere, word die negatiewe styfheid-rotasiemeganisme ooreenstem, en die negatiewe styfheidskenmerke daarvan word in Figuur 2b getoon.

(3) In die lig van die onstabiliteit van die negatiewe styfheidsmeganisme

^[12]

, moet die styfheid van die nul-styfheid buigsame skarnier ongeveer nul en groter as nul wees, soos getoon in Figuur 2c.

1.3 Definisie van krukveermeganisme

Volgens literatuur [4] kan 'n nul-styfheid buigsame skarnier gekonstrueer word deur 'n voorafvervormde veer tussen die bewegende stywe liggaam en die vaste stywe liggaam van die buigsame skarnier in te bring. Vir die binne- en buitering buigsame skarnier wat in FIG. 1 word 'n veer tussen die binnering en die buitenste ring ingebring, d.w.s. 'n veerslingermeganisme (SCM) word ingestel. Met verwysing na die krukskuifmeganisme wat in Figuur 3 getoon word, word die verwante parameters van die krukveermeganisme in Figuur 4 getoon. Die kruk-veermeganisme is saamgestel uit 'n kruk en 'n veer (stel styfheid as k). die beginhoek is die ingeslote hoek tussen die kruk AB en die basis AC wanneer die veer nie vervorm is nie. R verteenwoordig die kruklengte, l verteenwoordig die basislengte, en definieer die kruklengteverhouding as die verhouding van r tot l, d.w.s. = r/l (0<<1).

Die konstruksie van die krukveermeganisme vereis die bepaling van 4 parameters: die basislengte l, die kruklengteverhouding, die beginhoek en die veerstyfheid K.

Die vervorming van die krukveermeganisme onder krag word in Figuur 5a getoon, op die oomblik M

_γ

Onder die aksie beweeg die kruk vanaf die aanvanklike posisie AB

_Beta

draai na AB

_γ

, tydens die rotasieproses, die ingeslote hoek van die kruk relatief tot die horisontale posisie

_γ

die krukhoek genoem.

Kwalitatiewe analise toon dat die kruk vanaf AB (aanvanklike posisie, M & gamma; Nul) na AB0 (“dooie punt”ligging, M

_γ

nul is), het die krukveermeganisme 'n vervorming met negatiewe styfheidskenmerke.

1.4 Die verband tussen wringkrag en rotasiehoek van krukveermeganisme

In Fig. 5, die wringkrag M & gamma; kloksgewys is positief, die krukhoek & gamma; antikloksgewys is positief, en die oomblik las M word hieronder gemodelleer en ontleed.

_γ

met krukhoek

_γ

Die verhouding tussen die modelleringsproses word gedimensioneer.

Soos getoon in Figuur 5b, die wringkragbalansvergelyking vir kruk AB & gamma gelys word.

In die formule, F & gamma; is die veerherstelkrag, d & gamma; is F & gamma; na punt A. Aanvaar dat die verplasing-las verhouding van die veer is

In die formule is K die veerstyfheid (nie noodwendig 'n konstante waarde nie),δ

xγ

is die hoeveelheid veervervorming (verkort na positief),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Gelyktydige tipe (3)(5), moment M

_γ

met hoek

_γ

Die verhouding is

1.5 Ontleding van die negatiewe styfheidskenmerke van die krukveermeganisme

Ten einde die ontleding van die negatiewe styfheidskenmerke van die krukveermeganisme te fasiliteer (moment M

_γ

met hoek

_γ

verhouding), kan aanvaar word dat die veer 'n lineêre positiewe styfheid het, dan kan formule (4) herskryf word as

In die formule is Kconst 'n konstante groter as nul. Nadat die grootte van die buigsame skarnier bepaal is, word die lengte l van die basis ook bepaal. Daarom, met die veronderstelling dat l 'n konstante is, kan formule (6) herskryf word as

waar Kconstl2 'n konstante groter as nul is, en die momentkoëffisiënt m & gamma; het 'n dimensie van een. Die negatiewe styfheidskenmerke van die krukveermeganisme kan verkry word deur die verband tussen die wringkragkoëffisiënt m te analiseer & gamma; en die rotasiehoek & gamma.

Uit vergelyking (9), toon Figuur 6 die beginhoek =π verhouding tussen m & gamma; en kruklengteverhouding en rotasiehoek & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& isin;[0, π]. Figuur 7 toon die verband tussen m & gamma; en rotasiehoek & gamma; vir = 0.2 en verskillend . Figuur 8 toon =π Wanneer, onder verskillende , die verhouding tussen m & gamma; en hoek & gamma.

Volgens die definisie van krukveermeganisme (afdeling 1.3) en formule (9), wanneer k en l konstant is, m & gamma; Slegs verband hou met hoek & gamma;, kruklengteverhouding en krukbeginhoek .

(1) As en slegs indien & gamma; is gelyk aan 0 ofπ of ,m & gamma; is gelyk aan nul; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; is groter as nul; & gamma; & isin;[π],m & gamma; minder as nul. & isin;[0, ],m & gamma; is groter as nul; & gamma;& isin;[π],m & gamma; minder as nul.

(2) & gamma; Wanneer [0, ], die rotasiehoek & gamma; verhoog, m & gamma; vermeerder van nul na die buigpunthoek & gamma;0 neem die maksimum waarde m & gamma;max, en neem dan geleidelik af.

(3) Die negatiewe styfheid kenmerkende reeks van die krukveermeganisme: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], op hierdie tydstip & gamma; verhoog (teenkloksgewys), en die wringkrag M & gamma; verhoog (kloksgewys). Die buigpunthoek & gamma;0 is die maksimum rotasiehoek van die negatiewe styfheid kenmerk van die krukveermeganisme en & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max is die maksimum negatiewe momentkoëffisiënt. Gegee en , die afleiding van vergelyking (9) lewer & gamma;0

(4) hoe groter die beginhoek, & gamma; die groter 0, m

_γmaks

groter.

(5) hoe groter die lengteverhouding, & gamma; die kleiner 0, m

_γmaks

groter.

In die besonder, =πDie negatiewe styfheidskenmerke van die krukveermeganisme is die beste (die negatiewe styfheidshoekreeks is groot, en die wringkrag wat voorsien kan word, is groot). =πTerselfdertyd, onder verskillende toestande, die maksimum rotasiehoek & gamma van die negatiewe styfheid kenmerk van die krukveermeganisme; 0 en die maksimum negatiewe wringkragkoëffisiënt m & gamma; Max word in tabel 1 gelys.

2 Konstruksie van buigsame skarnier met geen styfheid

Die passing van positiewe en negatiewe styfheid van die 2.1 word in Figuur 9 getoon, n(n 2) groepe parallelle krukveermeganismes is eweredig rondom die omtrek versprei, wat 'n negatiewe styfheidmeganisme vorm wat ooreenstem met die binne- en buitering buigsame skarniere.

Gebruik die binne- en buitering buigsame skarniere as die positiewe styfheid substelsel, bou 'n nul-styfheid buigsame skarnier. Om nul styfheid te bereik, pas die positiewe en negatiewe styfheid

gelyktydige (2), (3), (6), (11), en & gamma;=θ, die vrag F & gamma van die veer kan verkry word; en verplasingδDie verwantskap van x & gamma; is

Volgens afdeling 1.5, die negatiewe styfheid hoek reeks van die kruk veer meganisme: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] en & gamma;0 & isin;[0, ], die slag van die buigsame skarnier van nulstyfheid sal minder wees as & gamma;0, ek .e. die veer is altyd in 'n vervormde toestand (δxγ≠0). Die draaibereik van die binneste en buitenste ring buigsame skarniere is±0,35 rad(±20°), vereenvoudig die trigonometriese funksies sin & gamma; en cos & gamma; soos volg

Na vereenvoudiging, die las-verplasing verhouding van die veer

2.2 Foutanalise van positiewe en negatiewe styfheidpassingsmodel

Evalueer die fout wat veroorsaak word deur die vereenvoudigde behandeling van vergelyking (13). Volgens die werklike verwerkingsparameters van nulstyfheid buigsame skarnier (Afdeling 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0.2,E = 73 GPa; Die afmetings van die binne- en buitering buigsame skarnierriet L = 46mm,T = 0.3mm,W = 9.4mm; Die vergelykingsformules (12) en (14) vereenvoudig die lasverplasingsverhouding en relatiewe fout van die voorste en agterste vere soos onderskeidelik in Figure 10a en 10b getoon.

Soos getoon in Figuur 10, & gamma; is minder as 0,35 rad (20°), die relatiewe fout wat veroorsaak word deur die vereenvoudigde behandeling van die las-verplasing-kurwe nie 2,0% oorskry nie, en die formule

Die vereenvoudigde behandeling van (13) kan gebruik word om buigsame skarniere met nulstyfheid te bou.

2.3 Styfheid eienskappe van die veer

Gestel die styfheid van die veer is K, die gelyktydige (3), (6), (14)

Volgens die werklike verwerking parameters van nul styfheid buigsame skarnier (afdeling 4.2), die verandering kurwe van veer styfheid K met hoek & gamma; word in Figuur 11 getoon. In die besonder, wanneer & gamma;= 0, K neem die minimum waarde.

Vir die gerief van ontwerp en verwerking neem die veer 'n lineêre positiewe styfheidsveer aan, en die styfheid is Kconst. In die hele slag, as die totale styfheid van die nulstyfheid buigsame skarnier groter as of gelyk aan nul is, moet Kconst die minimum waarde van K neem

Vergelyking (16) is die styfheidswaarde van die lineêre positiewe styfheidsveer wanneer die nulstyfheid buigsame skarnier gebou word. 2.4 Ontleding van nul-styfheid kwaliteit Die las-verplasing verhouding van die gekonstrueerde nul-styfheid buigsame skarnier is

Gelyktydige formule (2), (8), (16) kan verkry word

Om die kwaliteit van nul-styfheid te evalueer, word die reduksiereeks van buigsame skarnierstyfheid voor en na die byvoeging van die negatiewe styfheidmodule gedefinieer as die nulstyfheidkwaliteitskoëffisiëntη

η Hoe nader aan 100%, hoe hoër is die kwaliteit van geen styfheid. Figuur 12 is 1-η Verwantskap met kruklengteverhouding en beginhoek η Dit is onafhanklik van die aantal n parallelle krukveermeganismes en die lengte l van die basis, maar slegs verwant aan die kruklengteverhouding , die rotasiehoek & gamma; en die beginhoek .

(1) Die aanvanklike hoek neem toe en die nulstyfheidskwaliteit verbeter.

(2) Die lengteverhouding neem toe en die nulstyfheidskwaliteit neem af.

(3) Hoek & gamma; verhoog, nul styfheid kwaliteit verminder.

Ten einde die nulstyfheidskwaliteit van die nulstyfheid buigsame skarnier te verbeter, moet die aanvanklike hoek 'n groter waarde neem; die kruklengteverhouding moet so klein as moontlik wees. Terselfdertyd, volgens die ontledingsresultate in Afdeling 1.5, as dit te klein is, sal die vermoë van die krukveermeganisme om negatiewe styfheid te verskaf swak wees. Ten einde die nulstyfheidskwaliteit van die nulstyfheid buigsame skarnier te verbeter, is die aanvanklike hoek =π, kruk lengte verhouding = 0,2, dit wil sê, die werklike verwerking parameters van artikel 4.2 nul styfheid buigsame skarnier.

Volgens die werklike verwerkingsparameters van die nul-styfheid buigsame skarnier (Afdeling 4.2), word die wringkrag-hoek verhouding tussen die binneste en buitenste ring buigsame skarniere en die nul-styfheid buigsame skarnier in Figuur 13 getoon; die afname in styfheid is die nul-styfheid kwaliteit koëffisiëntηDie verhouding met die hoek & gamma; word in Figuur 14 getoon. Deur Figuur 14: In 0,35 rad (20°) rotasiereeks, word die styfheid van die nulstyfheid buigsame skarnier met gemiddeld 97% verminder; 0,26 rad(15°) hoeke word dit met 95% verminder.

3 Ontwerp van lineêre positiewe styfheidsveer

Die konstruksie van buigsame skarnier met nulstyfheid is gewoonlik nadat die grootte en styfheid van die buigsame skarnier bepaal is, en dan word die styfheid van die veer in die krukveermeganisme omgekeer, sodat die styfheid en groottevereistes van die veer relatief streng is. Daarbenewens is die beginhoek =π, vanaf Figuur 5a, tydens die rotasie van die nul-styfheid buigsame skarnier, is die veer altyd in 'n saamgeperste toestand, dit wil sê“Kompressieveer”.

Die styfheid en grootte van tradisionele drukvere is moeilik om presies aan te pas, en 'n leimeganisme word dikwels in toepassings vereis. Daarom word 'n veer voorgestel waarvan die styfheid en grootte aangepas kan word——Diamantvormige bladveerstring. Die diamantvormige bladveerstring (Figuur 15) is saamgestel uit veelvuldige diamantvormige bladvere wat in serie verbind is. Dit het die kenmerke van gratis strukturele ontwerp en hoë mate van aanpassing. Die verwerkingstegnologie is in ooreenstemming met dié van buigsame skarniere, en albei word verwerk deur presisie draadsny.

3.1 Lading-verplasing-model van diamantvormige bladveerstring

As gevolg van die simmetrie van die ruitveer, hoef slegs een blaarveer aan spanningsanalise onderwerp te word, soos in Figuur 16 getoon. α is die hoek tussen die riet en die horisontale, die lengte, breedte en dikte van die riet is onderskeidelik Ld, Wd, Td, f is die dimensioneel verenigde las op die ruitveer,δy is die vervorming van rombiese bladveer in die y-rigting, krag fy en moment m is ekwivalente belastings op die punt van 'n enkele riet, fv en fw is komponentkragte van fy in die wov-koördinaatstelsel.

Volgens die balkvervormingsteorie van AWTAR[13], die dimensioneel verenigde las-verplasingsverhouding van enkelriet

As gevolg van die beperkingsverhouding van die rigiede liggaam op die riet, is die eindhoek van die riet voor en na vervorming nul, dit wil sêθ = 0. Gelyktydig (20)(22)

Vergelyking (23) is die las-verplasing dimensionele eenwordingsmodel van rombiese bladveer. n2 rombiese bladvere is in serie gekoppel, en sy vragverplasingsmodel is

Van formule (24), wanneerαWanneer d klein is, is die styfheid van die diamantvormige blaarveerstring ongeveer lineêr onder tipiese afmetings en tipiese belastings.

3.2 Eindige element simulasie verifikasie van die model

Die eindige element simulasie verifikasie van die las-verplasing model van die diamantvormige bladveer word uitgevoer. Deur ANSYS Meganiese APDL 15.0 te gebruik, word die simulasieparameters in Tabel 2 getoon, en 'n druk van 8 N word op die diamantvormige bladveer toegepas.

Die vergelyking tussen die modelresultate en die simulasieresultate van die ruitblaarveerlas-verplasingsverhouding word in Fig. 17 (dimensionalisering). Vir vier ruitblaarvere met verskillende hellingshoeke, oorskry die relatiewe fout tussen die model en die eindige element simulasie resultate nie 1,5% nie. Die geldigheid en akkuraatheid van die model (24) is geverifieer.

4 Ontwerp en toets van buigsame skarnier met geen styfheid

4.1 Parameterontwerp van buigsame skarnier met geen styfheid

Om 'n nulstyfheid buigsame skarnier te ontwerp, moet die ontwerpparameters van die buigsame skarnier eers volgens die dienstoestande bepaal word, en dan moet die relevante parameters van die krukveermeganisme omgekeerd bereken word.

4.1.1 Buigsame skarnierparameters

Die snypunt van die binne- en buitering buigsame skarniere is geleë op 12,73% van die rietlengte, en sy parameters word in Tabel 3 getoon. As vergelyking (2) vervang word, is die wringkrag-rotasiehoekverhouding van die buigsame skarniere van die binne- en buitering.

4.1.2 Negatiewe styfheidsmeganisme parameters

Soos in fig. 18, neem die aantal n van krukveermeganismes in parallel as 3, word die lengte l = 40 mm bepaal deur die grootte van die buigsame skarnier. volgens die gevolgtrekking van afdeling 2.4 is die beginhoek =π, kruklengte verhouding = 0.2. Volgens vergelyking (16), die styfheid van die veer (d.w.s. diamantblaarveerstring) is Kconst = 558.81 N/m (26)

4.1.3 Diamantblaarveersnaarparameters

by l = 40mm, =π, = 0.2, die oorspronklike lengte van die veer is 48 mm, en die maksimum vervorming (& gamma;= 0) is 16 mm. As gevolg van strukturele beperkings is dit moeilik vir 'n enkele ruitblaarveer om so 'n groot vervorming te produseer. Deur gebruik te maak van vier ruitblaarvere in serie (n2 = 4), is die styfheid van 'n enkele ruitblaarveer

Kd=4Kkonst=2235,2 N/m (27)

Volgens die grootte van die negatiewe styfheidsmeganisme (Figuur 18), gegewe die rietlengte, breedte en riethellingshoek van die diamantvormige bladveer, kan die riet afgelei word uit formule (23) en die styfheidsformule (27) van die diamantvormige bladveer Dikte. Die strukturele parameters van ruitblaarvere word in Tabel 4 gelys.

oppervlak4

Samevattend, die parameters van die nulstyfheid buigsame skarnier gebaseer op die krukveermeganisme is almal bepaal, soos getoon in Tabel 3 en Tabel 4.

4.2 Ontwerp en verwerking van die nulstyfheid buigsame skarniermonster Verwys na literatuur [8] vir die verwerking en toetsmetode van die buigsame skarnier. Die nul-styfheid buigsame skarnier is saamgestel uit 'n negatiewe styfheid meganisme en 'n binne- en buitenste ring buigsame skarnier in parallel. Die strukturele ontwerp word in Figuur 19 getoon.

Beide die binne- en buitering buigsame skarniere en diamantvormige blaarveerstringe word deur presisie draadsnymasjiengereedskap verwerk. Die buigsame skarniere van die binne- en buitering word in lae verwerk en saamgestel. Figuur 20 is die fisiese prentjie van drie stelle diamantvormige bladveerstringe, en Figuur 21 is die saamgestelde nulstyfheid Die fisiese prentjie van die buigsame skarniermonster.

4.3 Die rotasiestyfheid toetsplatform van die nulstyfheid buigsame skarnier Met verwysing na die rotasie styfheid toets metode in [8], is die rotasie styfheid toets platform van die nulstyfheid buigsame skarnier gebou, soos getoon in Figuur 22.

4.4 Eksperimentele dataverwerking en foutanalise

Die draaistyfheid van die binne- en buitering buigsame skarniere en nul-styfheid buigsame skarniere is op die toetsplatform getoets, en die toetsresultate word in Figuur 23 getoon. Bereken en teken die nul-styfheid kwaliteit kurwe van die nul-styfheid buigsame skarnier volgens formule (19), soos getoon in Fig. 24.

Die toetsresultate toon dat die rotasiestyfheid van die nulstyfheid buigsame skarnier naby aan nul is. In vergelyking met die binne- en buitering buigsame skarniere, die nul-styfheid buigsame skarnier±0,31 rad(18°) styfheid is met gemiddeld 93% verminder; 0,26 rad (15°), word die styfheid met 90% verminder.

Soos in Figure 23 en 24 getoon, is daar steeds 'n sekere gaping tussen die toetsresultate van die nulstyfheidskwaliteit en die teoretiese modelresultate (die relatiewe fout is minder as 15%), en die hoofredes vir die fout is soos volg.

(1) Die modelfout wat veroorsaak word deur die vereenvoudiging van trigonometriese funksies.

(2) Wrywing. Daar is wrywing tussen die diamantbladveerstring en die monteeras.

(3) Verwerkingsfout. Daar is foute in die werklike grootte van die riet, ens.

(4) Monteerfout. Die gaping tussen die installasiegat van die diamantvormige blaarveerstring en die skag, die installasiegaping van die toetsplatformtoestel, ens.

4.5 Prestasievergelyking met 'n tipiese nulstyfheid buigsame skarnier In literatuur [4] is 'n nulstyfheid buigsame skarnier ZSFP_CAFP gekonstrueer deur gebruik te maak van 'n kruis-as buigspil (CAFP), soos in Figuur 25 getoon.

Vergelyking van die nul-styfheid buigsame skarnier ZSFP_IORFP (Fig. 21) en ZSFP_CAFP (Fig. 25) gebou met die buigsame skarniere van die binne- en buitering

(1) ZSFP_IORFP, die struktuur is meer kompak.

(2) Die hoekreeks van ZSFP_IORFP is klein. Die hoekreeks word beperk deur die hoekreeks van die buigsame skarnier self; die hoekreeks van ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP hoekreeks40°.

(3) ±18°In die reeks hoeke het ZSFP_IORFP 'n hoër gehalte van geen styfheid. Die gemiddelde styfheid van ZSFP_CAFP word met 87% verminder, en die gemiddelde styfheid van ZSFP_IORFP word met 93% verminder.

5 afsluiting

Deur die buigsame skarnier van die binneste en buitenste ringe onder suiwer wringkrag te neem as die positiewe styfheid substelsel, is die volgende werk gedoen om 'n nul-styfheid buigsame skarnier te konstrueer.

(1) Stel 'n negatiewe styfheidsrotasiemeganisme voor——Vir die krukveermeganisme is 'n model (Formule (6)) daargestel om die invloed van strukturele parameters op sy negatiewe styfheideienskappe te ontleed, en die omvang van sy negatiewe styfheideienskappe is gegee (Tabel 1).

(2) Deur die positiewe en negatiewe styfhede te pas, word die styfheideienskappe van die veer in die krukveermeganisme (Vergelyking (16)) verkry, en die model (Vergelyking (19)) word daargestel om die effek van die strukturele parameters te ontleed van die krukveermeganisme op die nulstyfheid kwaliteit van die nulstyfheid buigsame skarnier Invloed, teoreties, binne die beskikbare slag van die buigsame skarnier van die binneste en buitenste ringe (±20°), kan die gemiddelde vermindering in styfheid 97% bereik.

(3) Stel 'n aanpasbare styfheid voor“lente”——'n Diamantvormige blaarveerstring is gevestig om sy styfheidsmodel vas te stel (Vergelyking (23)) en geverifieer deur eindige element metode.

(4) Het die ontwerp, verwerking en toetsing van 'n kompakte nul-styfheid buigsame skarniermonster voltooi. Die toetsresultate toon dat: onder die werking van suiwer wringkrag, die36°In die reeks rotasiehoeke, in vergelyking met die binne- en buitering buigsame skarniere, word die styfheid van die nul-styfheid buigsame skarnier gemiddeld met 93% verminder.

Die gekonstrueerde nul-styfheid buigsame skarnier is slegs onder die aksie van suiwer wringkrag, wat kan realiseer“nul styfheid”, sonder om die geval van draende komplekse laaitoestande in ag te neem. Daarom is die konstruksie van buigsame skarniere met geen styfheid onder komplekse lastoestande die fokus van verdere navorsing. Daarbenewens, die vermindering van die wrywing wat bestaan ​​tydens die beweging van nul-styfheid buigsame skarniere is 'n belangrike optimalisering rigting vir nul-styfheid buigsame skarniere.

verwysings

[1] HOWELL L L. Voldoende meganismes[M]. New York: John Wiley&Sons, Inc., 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, ens. Navorsingsvordering oor ontwerpmetodes van buigsame skarniermeganisme[J]. Chinese Tydskrif vir Meganiese Ingenieurswese, 2010, 46(13):2-13. Y ujin-kampioen, PEI X U, BIS-oproep, ETA op. Gevorderde ontwerpmetode vir buigmeganismes[J]. Tydskrif vir Meganiese Ingenieurswese, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Ontwerp van 'n Generiese Zero Stiffness Compliant Joint[C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Nie-dimensionele benadering vir statiese balansering van rotasiebuigings[J]. Meganisme & Masjienteorie, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Negatiewe styfheid boustene vir staties gebalanseerde voldoenende meganismes: ontwerp en toets[J]. Tydskrif vir Meganismes & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Die modellering van dwarsas-buigspilpunte[J]. Meganisme en masjienteorie, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Die eienskappe van gekruiste buigspilpunte en die invloed van die punt waar die stroke kruis[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Ontwerp en eksperiment van algemene driedubbelkruisveerbuigspilpunte wat toegepas word op die ultra-presisie-instrumente[J]. Review of Scientific Instruments, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, ens. Navorsing oor rotasie-styfheid eienskappe van veralgemeende drie-kruis riet buigsame skarnier[J]. Chinese Tydskrif vir Meganiese Ingenieurswese, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I woord, l IU Lang, BIS stem, ETA. Rotasiestyfheid Karakterisering van veralgemeende Triple-kruisveer Buigspilpunte[J]. Tydskrif vir Meganiese Ingenieurswese, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Navorsing van prestasie Vergelyking van Topologie Struktuur van Cross-Spring Buigspilpunte[C]// ASME 2014 Internasionale Ontwerpingenieurswese Tegniese Konferensies en Rekenaars en Inligting in Ingenieurswese Konferensie, Augustus 17–20, 2014, Buffalo, New York, VSA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Styfheid eienskappe van innerlike–buitenste ringbuig-spilpunte toegepas op die ultra-presisie-instrumente[J]. ARGIEF Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Deel C Tydskrif vir Meganiese Ingenieurswetenskap 1989-1996 (vols 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriteria vir die statiese balansering van voldoenende meganismes[C]// ASME 2010 Internasionale Ontwerpingenieurswese Tegniese Konferensies en Rekenaars en Inligting in Ingenieurswese-konferensie, Augustus 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. 'n Algemene beperkingsmodel vir tweedimensionele balkbuigings: Nie-lineêre vervormingsenergieformulering[J]. Tydskrif vir Meganiese Ontwerp, 2010, 132: 81009.

Oor die skrywer: Bi Shusheng (ooreenstemmende skrywer), manlik, gebore in 1966, dokter, professor, doktorale studieleier. Sy hoofnavorsingsrigting is ten volle buigsame meganisme en bioniese robot.