Анатацыя: калянасць кручэння гнуткага шарніра з нулявой калянасцю роўная прыблізна нулю, што ліквідуе дэфект, звязаны з тым, што для звычайных гнуткіх завес патрабуецца крутоўны момант, і можа прымяняцца да гнуткіх захопаў і іншых палёў. Узяўшы гнуткія шарніры ўнутранага і вонкавага кольцаў пад дзеяннем чыстага крутоўнага моманту ў якасці падсістэмы станоўчай калянасці, даследчы механізм адмоўнай калянасці і адпаведнасць станоўчай і адмоўнай калянасці можа стварыць гнуткі шарнір нулявой калянасці. Прапануйце механізм кручэння з адмоўнай калянасцю——Шатунна-спружынны механізм, змадэляваны і прааналізаваны яго адмоўныя характарыстыкі калянасці; шляхам супастаўлення дадатнай і адмоўнай калянасці прааналізаваны ўплыў канструктыўных параметраў крывашыпна-спружыннага механізму на якасць нулявой калянасці; прапанаваў лінейную спружыну з наладжвальнай калянасцю і памерам——Ромбападобная струна ліставай спружыны, была створана мадэль калянасці і праведзена праверка мадэлявання метадам канчатковых элементаў; нарэшце, былі завершаны праектаванне, апрацоўка і выпрабаванні кампактнага ўзору гнуткай завесы нулявой калянасці. Вынікі выпрабаванняў паказалі, што: пад дзеяннем чыстага крутоўнага моманту,±18°У дыяпазоне вуглоў павароту калянасць гнуткага шарніра з нулявой калянасцю ў сярэднім на 93% ніжэй, чым у гнуткага шарніра з унутраным і вонкавым кольцамі. Пабудаваны гнуткі шарнір нулявой калянасці мае кампактную канструкцыю і якасную нулявую калянасць; прапанаваны механізм кручэння з адмоўнай калянасцю і лінейная спружына мае вялікае значэнне для вывучэння гнуткага механізму.

0 прадмова

Гнуткі шарнір (падшыпнік)

[1-2]

Абапіраючыся на пругкую дэфармацыю гнуткага блока для перадачы або пераўтварэння руху, сілы і энергіі, ён шырока выкарыстоўваецца ў дакладным пазіцыянаванні і ў іншых галінах. У параўнанні з традыцыйнымі жорсткімі падшыпнікамі, пры павароце гнуткага шарніра ўзнікае момант аднаўлення. Такім чынам, прывадны блок павінен забяспечваць выхадны крутоўны момант для прывада і падтрымліваць кручэнне гнуткага шарніра. Гнуткая завеса нулявой калянасці

[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) - гнуткае паваротнае злучэнне, калянасць якога прыкладна роўная нулю. Гэты тып гнуткага шарніра можа заставацца ў любым становішчы ў дыяпазоне ходу, таксама вядомы як гнуткі шарнір статычнага балансу

[4]

, у асноўным выкарыстоўваюцца ў такіх галінах, як гнуткія захопы.

Грунтуючыся на модульнай канструктыўнай канцэпцыі гнуткага механізму, усю сістэму гнуткіх шарніраў нулявой калянасці можна падзяліць на дзве падсістэмы станоўчай і адмоўнай калянасці, а сістэму нулявой калянасці можна рэалізаваць шляхам супастаўлення станоўчай і адмоўнай калянасці.

[5]

. Сярод іх падсістэма станоўчай калянасці звычайна ўяўляе сабой гнуткі шарнір з вялікім ходам, напрыклад, гнуткі шарнір з папярочным язычком

[6-7]

, абагульнены трохкрыжовы язычковы гнуткі шарнір

[8-9]

і гнуткія завесы ўнутранага і вонкавага кольцаў

[10-11]

Т. н. д. У цяперашні час даследаванні гнуткіх завес дасягнулі шмат вынікаў, таму ключом да распрацоўкі гнуткіх завес з нулявой калянасцю з'яўляецца падабраць прыдатныя модулі адмоўнай калянасці для гнуткіх завес [3].

Гнуткія шарніры ўнутранага і вонкавага кольцаў (IORFP) маюць выдатныя характарыстыкі з пункту гледжання калянасці, дакладнасці і тэмпературнага дрэйфу. Адпаведны модуль адмоўнай калянасці забяспечвае метад канструкцыі гнуткай завесы з нулявой калянасцю і, нарэшце, завяршае праектаванне, апрацоўку ўзораў і выпрабаванне гнуткай завесы з нулявой калянасцю.

1 крывашыпна-спружынны механізм

1.1 Вызначэнне адмоўнай калянасці

Агульнае вызначэнне калянасці K - гэта хуткасць змены паміж нагрузкай F, якую нясе пругкі элемент, і адпаведнай дэфармацыяй dx

K= dF/dx (1)

Калі прырост нагрузкі пругкага элемента супрацьлеглы знаку адпаведнага прыросту дэфармацыі, гэта адмоўная калянасць. Фізічна адмоўная калянасць адпавядае статычнай няўстойлівасці пругкага элемента

[12]

.Механізмы адмоўнай калянасці гуляюць важную ролю ў галіне гнуткага статычнага балансу. Звычайна механізмы адмоўнай калянасці маюць наступныя характарыстыкі.

(1) Механізм захоўвае пэўную колькасць энергіі або падвяргаецца пэўнай дэфармацыі.

(2) Механізм знаходзіцца ў стане крытычнай нестабільнасці.

(3) Калі механізм крыху парушаны і пакідае становішча раўнавагі, ён можа вызваліць большую сілу, якая дзейнічае ў тым жа кірунку, што і рух.

1.2 Прынцып канструкцыі гнуткага шарніра нулявой калянасці

Гнуткую завесу нулявой калянасці можна пабудаваць з дапамогай супастаўлення станоўчай і адмоўнай калянасці, і прынцып паказаны на малюнку 2.

(1) Пад дзеяннем чыстага крутоўнага моманту гнуткія шарніры ўнутранага і вонкавага кольцаў маюць прыблізна лінейную залежнасць крутоўнага моманту ад вугла павароту, як паказана на малюнку 2а. У прыватнасці, калі кропка перасячэння знаходзіцца на 12,73% даўжыні язычка, залежнасць крутоўнага моманту ад вугла павароту лінейная

[11]

, у гэты час аднаўляючы момант Mpivot (па гадзіннікавай стрэлцы) гнуткага шарніра звязаны з вуглом павароту падшыпнікаθ(супраць гадзіннікавай стрэлкі) адносіны ёсць

Mpivot=(8EI/л)θ (2)

У формуле E - модуль пругкасці матэрыялу, L - даўжыня язычка, I - момант інэрцыі перасеку.

(2) У адпаведнасці з мадэллю круцільнай калянасці гнуткіх шарніраў унутранага і вонкавага кольцаў механізм павароту з адмоўнай калянасцю супадае, і яго характарыстыкі адмоўнай калянасці паказаны на малюнку 2b.

(3) У сувязі з нестабільнасцю механізму адмоўнай калянасці

[12]

, калянасць гнуткай завесы з нулявой калянасцю павінна быць прыкладна роўнай нулю і большай за нуль, як паказана на малюнку 2c.

1.3 Азначэнне крывашыпна-спружыннага механізму

Паводле літаратуры [4], гнуткі шарнір нулявой калянасці можа быць пабудаваны шляхам увядзення папярэдне дэфармаванай спружыны паміж рухомым цвёрдым целам і нерухомым цвёрдым целам гнуткага шарніра. Для гнуткага шарніра ўнутранага і вонкавага кольцаў, паказанага на мал. 1, спружына ўводзіцца паміж унутраным кольцам і вонкавым кольцам, г.зн., уводзіцца спружына-шатунны механізм (SCM). Звяртаючыся да механізму крывашыпна-паўзунка, паказанага на малюнку 3, адпаведныя параметры крывашыпна-спружыннага механізму паказаны на малюнку 4. Крывашыпна-спружынны механізм складаецца з крывашыпа і спружыны (калянасць усталявана як k). пачатковы вугал - гэта ўключаны вугал паміж крывашыпам AB і асновай AC, калі спружына не дэфармаваная. R уяўляе сабой даўжыню крывашыпа, l уяўляе базавую даўжыню, і вызначае стаўленне даўжыні крывашыпа як стаўленне r да l, г.зн. = r/l (0<<1).

Канструкцыя крывашыпна-спружыннага механізму патрабуе вызначэння 4-х параметраў: базавай даўжыні l, каэфіцыента даўжыні кривошипа, пачатковага кута і калянасці спружыны К.

Дэфармацыя крывашыпна-спружыннага механізму пад дзеяннем сілы паказана на малюнку 5а, у момант М

&гама;

Пад уздзеяннем крывашып перамяшчаецца з зыходнага становішча АВ

Бэта-версія

зварот да АБ

&гама;

, у працэсе кручэння, уключаны кут крывашыпа адносна гарызантальнага становішча

&гама;

называецца вуглом коленвала.

Якасны аналіз паказвае, што крывашып круціцца ад АВ (пачатковае становішча М & гама; Нуль) да AB0 (“мёртвая кропка”месцазнаходжанне, М

&гама;

роўны нулю), крывашыпна-спружынны механізм мае дэфармацыю з адмоўнымі характарыстыкамі калянасці.

1.4 Узаемасувязь паміж крутоўным момантам і вуглом павароту крывашыпна-спружыннага механізму

На мал. 5, крутоўны момант М & гама; па гадзіннікавай стрэлцы з'яўляецца станоўчым, кут коленвала & гама; супраць гадзіннікавай стрэлкі дадатная, і момант нагрузкі М мадэлюецца і аналізуецца ніжэй.

&гама;

з кутом нахілу

&гама;

Адносіны паміж працэсам мадэлявання памераў.

Як паказана на малюнку 5b, ураўненне балансу крутоўнага моманту для крывашыпа AB & гама ў спісе.

У формуле Ф & гама; - аднаўляльная сіла спружыны, d & гама; гэта Ф & гама; да пункту А. Выкажам здагадку, што залежнасць перамяшчэння і нагрузкі спружыны роўная

У формуле K - калянасць спружыны (неабавязкова пастаяннае значэнне),δ
х&гама;

- велічыня дэфармацыі спружыны (скарочаная да станоўчай),δ
х&гама;

=|B

Бэта-версія

C| – |B

&гама;

C|.

Адначасовы тып (3)(5), момант М

&гама;

з кутком

&гама;

Адносіны ёсць

1.5 Аналіз адмоўных характарыстык калянасці крывашыпна-спружыннага механізму

Для палягчэння аналізу адмоўных характарыстык калянасці крывашыпна-спружыннага механізму (момант М

&гама;

з кутком

&гама;

суадносіны), можна лічыць, што спружына мае лінейную станоўчую калянасць, то формулу (4) можна перапісаць у выглядзе

У формуле Kconst - гэта канстанта, большая за нуль. Пасля вызначэння памеру гнуткай завесы таксама вызначаецца даўжыня l падставы. Такім чынам, мяркуючы, што l з'яўляецца канстантай, формулу (6) можна перапісаць у выглядзе

дзе Kconstl2 — канстанта, большая за нуль, а момантны каэфіцыент m & гама; мае памернасць адзінку. Адмоўныя характарыстыкі калянасці крывашыпна-спружыннага механізму можна атрымаць, прааналізаваўшы залежнасць паміж каэфіцыентам крутоўнага моманту m & гама; і кут павароту & гама.

З ураўнення (9) малюнак 6 паказвае пачатковы вугал =π адносіны паміж m & гама; і каэфіцыент даўжыні крывошыпа і кут павароту & гама;, & isin; [0,1, 0,9],& гама;& isin; [0, π]. Малюнак 7 паказвае ўзаемасувязь паміж m & гама; і кут павароту & гама; для = 0,2 і розныя. Малюнак 8 паказвае =π Калі пад рознымі , адносіны паміж m & гама; і кут & гама.

У адпаведнасці з азначэннем крывашыпна-спружыннага механізма (раздзел 1.3) і формулай (9), калі k і l пастаянныя, м & гама; Толькі звязаны з вуглом & гама;, каэфіцыент даўжыні кривошипа і пачатковы вугал кривошипа.

(1) Калі і толькі калі & гама; роўна 0 абоπ або ,м & гама; роўны нулю; & гама; & isin;[0, ],m & гама; больш за нуль; & гама; & isin;[π],м & гама; менш за нуль. & isin;[0, ],m & гама; больш за нуль; & гама;& isin;[π],м & гама; менш за нуль.

(2) & гама; Калі [0, ], вугал павароту & гама; павялічваецца, м & гама; павялічваецца ад нуля да кута перагіну & gamma;0 прымае максімальнае значэнне m & gamma;max, а затым паступова памяншаецца.

(3) Характэрны дыяпазон адмоўнай калянасці крывашыпна-спружыннага механізму: & гама;& isin; [0, & gamma;0], у гэты час & гама; павялічваецца (супраць гадзіннікавай стрэлкі), а крутоўны момант М & гама; павялічваецца (па гадзіннікавай стрэлцы). Вугал кропкі перагіну & гама; 0 — максімальны вугал павароту адмоўнай калянасці крывашыпна-спружыннага механізму і & гама;0 & isin; [0, ]; м & gamma;max - максімальны адмоўны каэфіцыент моманту. Улічваючы і , вывад раўнання (9) дае & гама;0

(4) чым больш пачатковы кут, & гама; большае 0, м

&гама;макс

большы.

(5) чым больш каэфіцыент даўжыні, & гама; меншы 0, м

&гама;макс

большы.

У прыватнасці, =πХарактарыстыкі адмоўнай калянасці крывашыпна-спружыннага механізму з'яўляюцца найлепшымі (дыяпазон вуглоў адмоўнай калянасці вялікі, а крутоўны момант, які можна забяспечыць, вялікі). =πУ той жа час, пры розных умовах, максімальны кут павароту & гама адмоўнай калянасці, характэрнай для крывашыпна-спружыннага механізму; 0 і максімальны адмоўны каэфіцыент крутоўнага моманту m & гама; Макс пазначаны ў табліцы 1.

Табліца 1 Пачатковы вугалπ Максімальны адмоўны кут калянасці & gamma;0 і максімальны каэфіцыент моманту m пры розных каэфіцыентах даўжыні крывошыпа

&гама;макс

параметр

значэнне

стаўленне даўжыні крывошипа

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Максімальны кут павароту & гама;

0
/рад

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Максімальны каэфіцыент моманту m

&гама;макс

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Канструкцыя гнуткага шарніра нулявой калянасці

Адпаведнасць станоўчай і адмоўнай калянасці 2.1 паказана на малюнку 9, n (n 2) груп паралельных спружынных механізмаў крывошыпа раўнамерна размеркаваны па акружнасці, утвараючы механізм адмоўнай калянасці, узгоднены з унутраным і вонкавым кальцавымі гнуткімі шарнірамі.

Выкарыстоўваючы гнуткія шарніры ўнутранага і вонкавага кольцаў у якасці падсістэмы станоўчай калянасці, пабудуйце гнуткі шарнір нулявой калянасці. Каб дасягнуць нулявой калянасці, супастаўце станоўчую і адмоўную калянасць

адначасова (2), (3), (6), (11) і & гама;=θ, нагрузка F & гама спружыны можа быць атрымана; і зрушэнняδАдносіны х & гама; ёсць

У адпаведнасці з раздзелам 1.5, дыяпазон адмоўнага кута калянасці крывашыпна-спружыннага механізму: & гама;& isin; [0, & гама;0] і & гама;0 & isin; [0, ], ход гнуткага шарніра нулявой калянасці павінен быць меншым за & гама;0, я .е. спружына заўсёды знаходзіцца ў дэфармаваным стане (δx&гама;≠0). Дыяпазон павароту гнуткіх завес унутранага і вонкавага кольца складае±0,35 рад(±20°), спрашчаюць трыганаметрычныя функцыі sin & гама; і cos & гама; наступным чынам

Пасля спрашчэння, суадносіны нагрузкі і перамяшчэння спружыны

2.2 Аналіз памылак мадэлі ўзгаднення станоўчай і адмоўнай калянасці

Ацаніце памылку, выкліканую спрошчанай апрацоўкай ураўнення (13). У адпаведнасці з фактычнымі параметрамі апрацоўкі гнуткай завесы нулявой калянасці (раздзел 4.2):n = 3,l = 40 мм, =π, = 0,2, E = 73 ГПа; Памеры ўнутранага і вонкавага кольцаў гнуткага шарніра язычка L = 46 мм, Т = 0,3 мм, Ш = 9,4 мм; Формулы параўнання (12) і (14) спрашчаюць залежнасць перамяшчэння нагрузкі і адносную памылку пярэдняй і задняй спружын, як паказана на малюнках 10а і 10б адпаведна.

Як паказана на малюнку 10, & гама; менш за 0,35 рад (20°), адносная хібнасць, выкліканая спрошчанай апрацоўкай крывой нагрузка-зрушэнне, не перавышае 2,0%, а формула

Спрошчанае лячэнне (13) можа быць выкарыстана для пабудовы нулявой калянасці гнуткіх завес.

2.3 Характарыстыкі калянасці спружыны

Мяркуючы, што калянасць спружыны роўная K, адначасовыя (3), (6), (14)

У адпаведнасці з фактычнымі параметрамі апрацоўкі гнуткай завесы нулявой калянасці (раздзел 4.2), крывая змены калянасці спружыны K з вуглом & гама; паказана на малюнку 11. У прыватнасці, калі & gamma;= 0, K прымае мінімальнае значэнне.

Для зручнасці канструкцыі і апрацоўкі спружына выкарыстоўвае лінейную спружыну станоўчай калянасці, а калянасць складае Kconst. Ва ўсім ходзе, калі агульная калянасць гнуткага шарніра з нулявой калянасцю большая або роўная нулю, Kconst павінна прымаць мінімальнае значэнне K

Раўнанне (16) - гэта значэнне калянасці лінейнай спружыны станоўчай калянасці пры канструяванні гнуткага шарніра нулявой калянасці. 2.4 Аналіз якасці нулявой калянасці Сувязь нагрузкі і перамяшчэння сканструяванага гнуткага шарніра нулявой калянасці:

Можна атрымаць адначасовую формулу (2), (8), (16).

Для ацэнкі якасці нулявой калянасці дыяпазон зніжэння калянасці гнуткай завесы да і пасля дадання адмоўнага модуля калянасці вызначаецца як каэфіцыент якасці нулявой калянасціηη Чым бліжэй да 100%, тым вышэй якасць нулявой калянасці. Малюнак 12 - гэта 1-η Сувязь з каэфіцыентам даўжыні крывошыпа і пачатковым вуглом η Ён не залежыць ад колькасці n паралельных крывашыпна-спружынных механізмаў і даўжыні l падставы, але звязаны толькі з стаўленнем даўжыні шатуна, вуглом павароту & гама; і пачатковы кут .

(1) Пачатковы кут павялічваецца, і якасць нулявой калянасці паляпшаецца.

(2) Каэфіцыент даўжыні павялічваецца, а якасць нулявой калянасці зніжаецца.

(3) Вугал & гама; павялічваецца, якасць нулявой калянасці зніжаецца.

Каб палепшыць якасць нулявой калянасці гнуткага шарніра з нулявой калянасцю, пачатковы кут павінен прымаць большае значэнне; каэфіцыент даўжыні кривошипа павінен быць як мага меншым. У той жа час, згодна з вынікамі аналізу ў раздзеле 1.5, калі ён занадта малы, здольнасць крывашыпна-спружыннага механізму забяспечваць адмоўную калянасць будзе слабай. Каб палепшыць якасць нулявой калянасці гнуткага шарніра з нулявой калянасцю, пачатковы вугал =π, Каэфіцыент даўжыні кривошипа = 0,2, гэта значыць фактычныя параметры апрацоўкі секцыі 4.2 нулявой калянасці гнуткага шарніра.

У адпаведнасці з фактычнымі параметрамі апрацоўкі гнуткай завесы нулявой калянасці (раздзел 4.2), суадносіны крутоўнага моманту і вугла паміж гнуткімі завесамі ўнутранага і вонкавага кольцаў і гнуткай завесай нулявой калянасці паказана на малюнку 13; памяншэнне калянасці - каэфіцыент якасці нулявой калянасціηАдносіны з кутком & гама; паказана на малюнку 14. Па малюнку 14: у 0,35 рад (20°) дыяпазон павароту, калянасць гнуткага шарніра нулявой калянасці зніжана ў сярэднім на 97%; 0,26 рад(15°) вуглы, ён памяншаецца на 95%.

3 Канструкцыя лінейнай спружыны станоўчай калянасці

Канструкцыя гнуткай завесы з нулявой калянасцю звычайна адбываецца пасля таго, як вызначаюцца памер і калянасць гнуткай завесы, а затым калянасць спружыны ў механізме крывашыпна-спружыны адмяняецца, таму патрабаванні да калянасці і памеру спружыны адносна жорсткія. Акрамя таго, пачатковы кут =πЯк вынікае з малюнка 5а, падчас кручэння гнуткага шарніра нулявой калянасці спружына заўсёды знаходзіцца ў сціснутым стане, г.зн.“Спружына сціску”.

Калянасць і памер традыцыйных спружын сціску складана дакладна наладзіць, і ў прылажэннях часта патрабуецца накіроўвалы механізм. Такім чынам, прапануецца спружына, калянасць і памер якой можна наладзіць——Ромбападобная ліставая спружына. Ромбападобная ліставая спружына (малюнак 15) складаецца з некалькіх ромбападобных ліставых спружын, злучаных паслядоўна. Ён мае характарыстыкі свабоднага структурнага дызайну і высокай ступені налады. Тэхналогія яго апрацоўкі супадае з тэхналогіяй гнуткіх завес, і абедзве апрацаваны метадам дакладнай рэзкі дроту.

3.1. Мадэль перамяшчэння нагрузкі ромбападобнай струны ліставай спружыны

З-за сіметрыі рамбічнай ліставай спружыны толькі адну ліставую спружыну трэба падвергнуць аналізу напружання, як паказана на малюнку 16. α - вугал паміж язычком і гарызанталлю, даўжыня, шырыня і таўшчыня язычка Ld, Wd, Td адпаведна, f - уніфікаваная па памерах нагрузка на ромбападобную спружыну,δy — дэфармацыя рамбічнай рысоры ў напрамку y, сіла fy і момант m — эквівалентныя нагрузкі на канец адзіночнага язычка, fv і fw — складаючыя сілы fy у сістэме каардынат wov.

У адпаведнасці з тэорыяй дэфармацыі бэлькі AWTAR [13], уніфікаванае па памерах суадносіны нагрузка-перамяшчэнне адзінкавага язычка

З-за ўзаемасувязі цвёрдага цела з язычком кантавы вугал язычка да і пасля дэфармацыі роўны нулю, г.зн.θ = 0. Адначасовы (20) (22)

Ураўненне (23) з'яўляецца мернай уніфікацыйнай мадэллю нагрузкі і перамяшчэння ромбічнай ліставай спружыны. n2 ромбічных ліставых рысор злучаны паслядоўна, і яго мадэль нагрузкі перамяшчэння

З формулы (24), каліαКалі d невялікая, калянасць ромбападобнай струны ліставай спружыны прыкладна лінейная пры тыповых памерах і тыповых нагрузках.

3.2 Праверка мадэлі метадам канечных элементаў

Выканана праверка нагрузка-перасоўвальнай мадэлі ромбападобнай ліставай рысоры метадам канчатковага элемента. З выкарыстаннем ANSYS Mechanical APDL 15.0 параметры мадэлявання паказаны ў табліцы 2, і на ромбападобную ліставую спружыну прыкладваецца ціск 8 Н.

Табліца 2. Параметры мадэлявання канечнымі элементамі струны рамбічнай ліставай спружыны

параметр

значэнне

МатеріName

AL7075-T6

Чарот даўжынёй L

А

/ мм

18

Шырыня язычка W

А

/ мм

10

Рыд Таўшчыня Т

А

/ мм

0.25

вугал нахілу язычкаα/°
10/20/30/40

Модуль пругкасці E/GPa

73

Параўнанне паміж вынікамі мадэлі і вынікамі мадэлявання ўзаемасувязі нагрузкі і перамяшчэння ромбападобнай спружыны паказана на мал. 17 (абмеры). Для чатырох ромбападобных рысор з рознымі вугламі нахілу адносная хібнасць паміж мадэллю і вынікамі мадэлявання метадам канечных элементаў не перавышае 1,5%. Праверанасць і дакладнасць мадэлі (24) была праверана.

4 Распрацоўка і выпрабаванне гнуткай завесы нулявой калянасці

4.1 Канструкцыя параметраў гнуткага шарніра нулявой калянасці

Каб спраектаваць гнуткую завесу з нулявой калянасцю, спачатку трэба вызначыць канструктыўныя параметры гнуткай завесы ў адпаведнасці з умовамі эксплуатацыі, а затым разлічыць адпаведныя параметры крывашыпна-спружыннага механізму ў зваротнай залежнасці.

4.1.1 Параметры гнуткай завесы

Кропка перасячэння гнуткіх шарніраў унутранага і вонкавага кольцаў знаходзіцца на 12,73 % даўжыні язычка, а яе параметры паказаны ў табліцы 3. Падставіўшы ва ўраўненне (2), суадносіны крутоўнага моманту і вугла павароту гнуткіх шарніраў унутранага і вонкавага кольцаў:

Табліца 3. Структурныя параметры і ўласцівасці матэрыялаў гнуткіх завес унутранага і вонкавага кольцаў

параметр

значэнне

МатеріName

AL7075-T6

Даўжыня язычка L/мм

46

Шырыня язычка Ш/мм

9.4

Рыд Таўшчыня Т/мм

0.30

Модуль пругкасці E/GPa

73

4.1.2 Параметры механізму адмоўнай калянасці

Як паказана на мал. 18, прыняўшы лік n паралельна рысорных механізмаў 3, даўжыню l = 40 мм вызначаем памерам гнуткага шарніра. згодна з высновай п. 2.4, пачатковы вугал =π, каэфіцыент даўжыні крывошыпа = 0,2. Згодна з раўнаннем (16), калянасць спружыны (г.зн. струна з алмазнай ліставай спружынай) складае Kconst = 558,81 Н/м (26)

4.1.3 Параметры струны рыльянтавай ліставай спружыны

па l = 40 мм, =π, = 0,2, першапачатковая даўжыня спружыны 48 мм, а максімальная дэфармацыя (& gamma;= 0) складае 16 мм. З-за канструктыўных абмежаванняў адной ромбападобнай спружыне складана вырабіць такую ​​вялікую дэфармацыю. Пры выкарыстанні чатырох ромбападобных ліставых спружын паслядоўна (n2 = 4) калянасць адной ромбападобнай спружыны роўная

Kd=4Kconst=2235,2 Н/м (27)

У адпаведнасці з памерам механізму адмоўнай калянасці (малюнак 18), улічваючы даўжыню язычка, шырыню і вугал нахілу язычка ромбападобнай ліставай спружыны, язычок можна вывесці з формулы (23) і формулы калянасці (27) ромбападобнай ліставай спружыны Таўшчыня. Канструктыўныя параметры рысор з ромбам прыведзены ў табліцы 4.

паверхні4

Такім чынам, усе параметры гнуткай завесы нулявой калянасці на аснове спружынна-шатуннага механізму былі вызначаны, як паказана ў табліцы 3 і табліцы 4.

4.2 Дызайн і апрацоўка ўзору гнуткай завесы нулявой калянасці Звярніцеся да літаратуры [8] для апрацоўкі і метаду выпрабаванняў гнуткай завесы. Гнуткая завеса нулявой калянасці складаецца з механізму адмоўнай калянасці і гнуткіх шарніраў з унутраным і вонкавым кольцамі паралельна. Канструктыўная схема паказана на малюнку 19.

Гнуткія шарніры ўнутранага і вонкавага кольцаў, а таксама струны ліставай спружыны ў форме ромба апрацоўваюцца дакладнымі станкамі для рэзкі дроту. Гнуткія завесы ўнутранага і вонкавага кольцаў апрацоўваюцца і збіраюцца пластамі. Малюнак 20 - фізічная выява трох набораў ромбападобных ліставых спружынных струн, а малюнак 21 - сабраная карціна нулявой калянасці. Фізічная карціна ўзору гнуткай завесы.

4.3 Платформа для выпрабавання на калянасць вярчэння гнуткага шарніра з нулявой калянасцю Спасылаючыся на метад выпрабавання на калянасць вярчэння ў [8], платформа для выпрабавання на калянасць гнуткага шарніра з нулявой калянасцю пабудавана, як паказана на малюнку 22.

4.4 Апрацоўка эксперыментальных даных і аналіз памылак

Цвёрдасць вярчэння гнуткіх шарніраў унутранага і вонкавага кольцаў і гнуткіх шарніраў нулявой калянасці была праверана на выпрабавальнай платформе, і вынікі выпрабаванняў паказаны на малюнку 23. Разлічыце і намалюйце крывую якасці нулявой калянасці гнуткага шарніра нулявой калянасці па формуле (19), як паказана на мал. 24.

Вынікі выпрабаванняў паказваюць, што калянасць кручэння гнуткага шарніра з нулявой калянасцю блізкая да нуля. У параўнанні з гнуткімі завесамі ўнутранага і вонкавага кольцаў гнуткая завеса нулявой калянасці±0,31 рад(18°) калянасць знізілася ў сярэднім на 93%; 0,26 рад (15°), калянасць зніжана на 90%.

Як паказана на малюнках 23 і 24, усё яшчэ існуе пэўны разрыў паміж вынікамі выпрабаванняў якасці нулявой калянасці і вынікамі тэарэтычнай мадэлі (адносная хібнасць складае менш за 15%), і асноўныя прычыны хібнасці наступныя.

(1) Памылка мадэлі, выкліканая спрашчэннем трыганаметрычных функцый.

(2) Трэнне. Існуе трэнне паміж ніткай алмазнай ліставай спружыны і мантажным валам.

(3) Памылка апрацоўкі. Ёсць памылкі ў рэальным памеры язычка і г.д.

(4) Памылка зборкі. Зазор паміж усталявальным адтулінай ромбападобнай струны ліставай спружыны і валам, усталявальны зазор прылады выпрабавальнай платформы і г.д.

4.5 Параўнанне прадукцыйнасці з тыповым гнуткім шарнірам нулявой калянасці У літаратуры [4] гнуткі шарнір ZSFP_CAFP нулявой калянасці быў пабудаваны з выкарыстаннем папярочнай восі гнуткага шарніра (CAFP), як паказана на малюнку 25.

Параўнанне гнуткай завесы нулявой калянасці ZSFP_IORFP (мал. 21) і ZSFP_CAFP (мал. 25) пабудаваны з выкарыстаннем унутранага і вонкавага кальца гнуткіх шарніраў

(1) ZSFP_IORFP, структура больш кампактная.

(2) Кутні дыяпазон ZSFP_IORFP невялікі. Дыяпазон кутоў абмежаваны дыяпазонам кутоў самой гнуткай завесы; вуглавы дыяпазон ZSFP_CAFP80°, кутні дыяпазон ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°У дыяпазоне кутоў ZSFP_IORFP мае больш высокую якасць нулявой калянасці. Сярэдняя калянасць ZSFP_CAFP зніжана на 87%, а сярэдняя калянасць ZSFP_IORFP зніжана на 93%.

5 заключэнне

Прымаючы гнуткі шарнір унутранага і вонкавага кольцаў пад дзеяннем чыстага крутоўнага моманту ў якасці падсістэмы станоўчай калянасці, была праведзена наступная праца, каб пабудаваць гнуткі шарнір нулявой калянасці.

(1) Прапануйце механізм кручэння з адмоўнай калянасцю——Для крывашыпна-спружыннага механізму створана мадэль (формула (6)) для аналізу ўплыву канструктыўных параметраў на яго адмоўныя характарыстыкі калянасці і прыведзены дыяпазон яго адмоўных характарыстык калянасці (табл. 1).

(2) Шляхам супастаўлення дадатнай і адмоўнай калянасці атрымліваюцца характарыстыкі калянасці спружыны ў рычажна-шатунным механізме (ураўненне (16)), і ствараецца мадэль (ураўненне (19)) для аналізу ўплыву структурных параметраў крывашыпна-спружыннага механізму на якасць нулявой калянасці гнуткага шарніра нулявой калянасці Уплыў, тэарэтычна, у межах даступнага ходу гнуткага шарніра ўнутранага і вонкавага кольцаў (±20°), сярэдняе зніжэнне калянасці можа дасягаць 97%.

(3) Прапануйце наладжвальную калянасць“вясна”——Ромбападобная струна ліставай спружыны была створана для ўстанаўлення яе мадэлі калянасці (ураўненне (23)) і праверана метадам канечных элементаў.

(4) Завершана распрацоўка, апрацоўка і выпрабаванне кампактнага ўзору гнуткай завесы з нулявой калянасцю. Вынікі выпрабаванняў паказваюць, што: пад дзеяннем чыстага крутоўнага моманту,36°У дыяпазоне вуглоў павароту, у параўнанні з гнуткімі шарнірамі ўнутранага і вонкавага кольцаў, калянасць гнуткага шарніра нулявой калянасці зніжана ў сярэднім на 93%.

Пабудаваны гнуткі шарнір нулявой калянасці знаходзіцца толькі пад дзеяннем чыстага крутоўнага моманту, які можа рэалізаваць“нулявая калянасць”, без уліку выпадку складаных умоў нагрузкі падшыпніка. Такім чынам, канструкцыя гнуткіх завес нулявой калянасці пры складаных умовах нагрузкі знаходзіцца ў цэнтры далейшых даследаванняў. Акрамя таго, памяншэнне трэння, якое існуе падчас руху гнуткіх завес з нулявой калянасцю, з'яўляецца важным напрамкам аптымізацыі для гнуткіх завес з нулявой калянасцю.

спасылкі

[1] HOWELL L L. Сумяшчальныя механізмы [M]. Нью-Ёрк: Джон Уайлі&Sons, Inc, 2001.

[2] Ю Цзінцзюнь, Пэй Сюй, Бі Шушэн і інш. Прагрэс даследаванняў метадаў праектавання гнуткага шарнірнага механізму [J]. Кітайскі часопіс машынабудавання, 2010, 46 (13): 2-13. Чэмпіён Y u Jin, PEI X U, выклік BIS, ETA ўверх. Сучасны метад праектавання згінальных механізмаў [J]. Часопіс машынабудавання, 2010, 46 (13): 2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Дызайн універсальнага злучэння з нулявой жорсткасцю [C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Хаўэл Л. Л. Безразмерны падыход для статычнай балансіроўкі круцільных выгібаў [J]. Механізм & Тэорыя машын, 2015, 84 (84): 90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C і інш. Будаўнічыя блокі адмоўнай калянасці для статычна збалансаваных сумяшчальных механізмаў: праектаванне і тэставанне [J]. Часопіс механізмаў & Робататэхніка, 2010, 2(4):041007.

[6] ДЖЭНСЭН Б.Д., Хаўэл Л.Л. Мадэляванне папярочна-восевых выгінальных шарніраў [J]. Механізм і тэорыя машын, 2002, 37 (5): 461-476.

[7] WITTRICK W H. Уласцівасці скрыжаваных шарніраў згінання і ўплыў кропкі перасячэння палос [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, ян Q, ETA. Распрацоўка і эксперымент абагульненых шарніраў з патройнымі папярочнымі спружынамі, якія прымяняюцца да звышдакладных інструментаў [J]. Агляд навуковых інструментаў, 2014, 85 (10): 105102.

[9] Ян Ціцзы, Лю Ланг, Бі Шушэн і інш. Даследаванне характарыстык калянасці абагульненага трохкрыжовага язычковага гнуткага шарніра [J]. Кітайскі часопіс машынабудавання, 2015, 51 (13): 189-195.

ян Q I слова, l IU Lang, голас BIS, ETA. Характарыстыка круцільнай калянасці абагульненых патройных папярочных спружынных шарніраў [J]. Часопіс машынабудавання, 2015, 51 (13): 189-195.

[10] l IU l, Чжао Х, BIS, ETA. Даследаванне параўнання прадукцыйнасці тапалагічнай структуры папярочна-спружынных выгібных паваротаў[C]// ASME 2014 Міжнародная тэхнічная канферэнцыя па канструктарскай інжынерыі і канферэнцыя па камп'ютарах і інфармацыі ў машынабудаванні, жнівень 17–20 студзеня 2014 г., Бафала, Нью-Ёрк, ЗША. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Калянасць характарыстык унутр–шарніры вонкавага кальца, якія прымяняюцца да звышдакладных інструментаў [J]. АРХІЎ Працы Інстытута інжынераў-механікаў, частка C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (томы 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Крытэрыі статычнага балансавання сумяшчальных механізмаў[C]// ASME 2010 Міжнародныя тэхнічныя канферэнцыі па распрацоўцы і канферэнцыя па камп'ютарах і інфармацыі ў тэхніцы, жнівень 15–18, 2010, Манрэаль, Квебек, Канада. ASME, 2010:465-473.

[13] АВТАР С, Сен С. Абагульненая мадэль абмежаванняў для двухмерных выгібаў бэлькі: нелінейная формула энергіі дэфармацыі [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Пра аўтара: Бі Шушэн (аўтар-карэспандэнт), мужчына, 1966 г.н., доктар, прафесар, кіраўнік доктарскай. Яго асноўны кірунак даследаванняў - цалкам гнуткі механізм і біянічны робат.

Гнуткая завеса з нулявой жорсткасцю на аснове спружыннага механізму з'яўляецца інавацыйнай і рэвалюцыйнай тэхналогіяй, якая забяспечвае плыўнае і дакладнае перамяшчэнне ў розных сферах прымянення. У гэтым артыкуле мы вывучым прынцыпы працы гэтай завесы і яе патэнцыйнае прымяненне.

Калі справа даходзіць да зачынення дзвярэй, тое, як яны зачыняюцца, можа мець значэнне. Звычайныя завесы могуць зачыніцца з гучным шумам, выклікаючы ўдары і дыскамфорт. I