Изследване на гъвкави панти с нулева твърдост, базирани на пружинния механизъм на коляновия механизъм_Знания за пантите

Резюме: Ротационната коравина на гъвкавата панта с нулева коравина е приблизително нула, което преодолява дефекта, че обикновените гъвкави панти изискват задвижващ момент и може да се приложи към гъвкави грайфери и други полета. Вземайки гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен под действието на чист въртящ момент като подсистема за положителна твърдост, изследователският механизъм за отрицателна твърдост и съвпадение на положителна и отрицателна твърдост могат да конструират гъвкава панта с нулева твърдост. Предложете механизъм за въртене с отрицателна коравина——Коляновия пружинен механизъм, моделиран и анализиран на отрицателните му коравини; чрез съпоставяне на положителната и отрицателната коравина, анализира влиянието на структурните параметри на коляновия пружинен механизъм върху качеството на нулева коравина; предложи линейна пружина с персонализирана твърдост и размер——Листови пружини с форма на диамант, беше установен моделът на твърдост и беше извършена проверка на симулацията на крайните елементи; накрая проектирането, обработката и тестването на компактен образец на гъвкава панта с нулева твърдост бяха завършени. Резултатите от теста показаха, че: под действието на чист въртящ момент,±18°В диапазона от ъгли на въртене, твърдостта на въртене на гъвкавата панта с нулева твърдост е средно с 93% по-ниска от тази на гъвкавите панти с вътрешен и външен пръстен. Конструираната гъвкава панта с нулева твърдост има компактна структура и висококачествена нулева твърдост; предложеният механизъм за въртене с отрицателна коравина и линейната пружина има голяма референтна стойност за изследване на гъвкав механизъм.

0 предговор

Гъвкава панта (лагер)

^[1-2]

Разчитайки на еластичната деформация на гъвкавата единица за предаване или преобразуване на движение, сила и енергия, тя се използва широко в прецизно позициониране и други области. В сравнение с традиционните твърди лагери, има момент на възстановяване, когато гъвкавата панта се завърти. Следователно задвижващият модул трябва да осигури изходящ въртящ момент за задвижване и да поддържа въртенето на гъвкавата панта. Гъвкава панта с нулева твърдост

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) е гъвкаво ротационно съединение, чиято ротационна коравина е приблизително нула. Този тип гъвкава панта може да остане на всяка позиция в рамките на диапазона на хода, известен също като гъвкава панта за статичен баланс

^[4]

, се използват най-вече в области като гъвкави грайфери.

Въз основа на концепцията за модулен дизайн на гъвкавия механизъм, цялата гъвкава система на пантите с нулева твърдост може да бъде разделена на две подсистеми с положителна и отрицателна твърдост, а системата с нулева твърдост може да бъде реализирана чрез съвпадение на положителна и отрицателна твърдост

^[5]

. Сред тях подсистемата за положителна твърдост обикновено е гъвкава панта с голям ход, като гъвкава панта с кръстосана тръстика

^[6-7]

, обобщена трикръстова тръстикова гъвкава панта

^[8-9]

и гъвкави панти с вътрешен и външен пръстен

^[10-11]

И т. н. Понастоящем изследванията върху гъвкавите панти са постигнали много резултати, следователно ключът към проектирането на гъвкави панти с нулева коравина е да се съчетаят подходящи модули с отрицателна коравина за гъвкави панти [3].

Гъвкавите панти с вътрешен и външен пръстен (Inner and outer ring flexural pivots, IORFP) имат отлични характеристики по отношение на твърдост, прецизност и температурен дрейф. Съвпадащият модул с отрицателна коравина осигурява метода на конструиране на гъвкавата панта с нулева коравина и накрая завършва дизайна, обработката на проби и тестването на гъвкавата панта с нулева коравина.

1 колянов пружинен механизъм

1.1 Дефиниция на отрицателна коравина

Общата дефиниция на коравина K е скоростта на промяна между натоварването F, понесено от еластичния елемент, и съответната деформация dx

K= dF/dx (1)

Когато увеличението на натоварването на еластичния елемент е противоположен на знака на съответното увеличение на деформация, това е отрицателна коравина. Физически отрицателната коравина съответства на статичната нестабилност на еластичния елемент

^[12]

.Механизмите за отрицателна твърдост играят важна роля в областта на гъвкавия статичен баланс. Обикновено механизмите с отрицателна коравина имат следните характеристики.

(1) Механизмът запазва определено количество енергия или претърпява определена деформация.

(2) Механизмът е в състояние на критична нестабилност.

(3) Когато механизмът е леко нарушен и напусне равновесното положение, той може да освободи по-голяма сила, която е в същата посока като движението.

1.2 Конструктивен принцип на гъвкава панта с нулева коравина

Гъвкавата панта с нулева твърдост може да бъде конструирана чрез използване на съвпадение на положителна и отрицателна твърдост и принципът е показан на фигура 2.

(1) Под действието на чист въртящ момент гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен имат приблизително линейна връзка въртящ момент-ъгъл на завъртане, както е показано на фигура 2а. Особено, когато пресечната точка е разположена на 12,73% от дължината на тръстиката, връзката въртящ момент-ъгъл на въртене е линейна

^[11]

, по това време моментът на възстановяване Mpivot (по посока на часовниковата стрелка) на гъвкавата панта е свързан с ъгъла на въртене на лагераθ(обратно на часовниковата стрелка) връзката е

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Във формулата E е еластичният модул на материала, L е дължината на тръстиката, а I е инерционният момент на сечението.

(2) Съгласно модела на твърдост на въртене на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен, въртящият механизъм с отрицателна твърдост е съгласуван и неговите характеристики на отрицателна твърдост са показани на фигура 2b.

(3) С оглед на нестабилността на механизма за отрицателна коравина

^[12]

, твърдостта на гъвкавата панта с нулева твърдост трябва да бъде приблизително нула и по-голяма от нула, както е показано на фигура 2c.

1.3 Определение на коляновия пружинен механизъм

Според литературата [4] гъвкава панта с нулева коравина може да бъде конструирана чрез въвеждане на предварително деформирана пружина между движещото се твърдо тяло и фиксираното твърдо тяло на гъвкавата панта. За гъвкавата панта на вътрешния и външния пръстен, показана на ФИГ. 1, между вътрешния пръстен и външния пръстен е въведена пружина, т.е. въведен е пружинно-мотовилков механизъм (SCM). Позовавайки се на плъзгащия механизъм на манивела, показан на фигура 3, свързаните параметри на пружинния механизъм на коляновия механизъм са показани на фигура 4. Коляно-пружинният механизъм се състои от манивела и пружина (коравина е зададена като k). началният ъгъл е включеният ъгъл между манивелата AB и основата AC, когато пружината не е деформирана. R представлява дължината на манивела, l представлява дължината на основата и определя съотношението на дължината на манивелата като съотношението на r към l, т.е. = r/l (0<<1).

Конструкцията на коляно-пружинния механизъм изисква определяне на 4 параметъра: дължина на основата l, съотношение на дължината на коляно, начален ъгъл и твърдост на пружината K.

Деформацията на коляновия пружинен механизъм под сила е показана на фигура 5а, в момента М

_&гама;

Под действието манивелата се премества от първоначалното положение AB

_Бета

обърнете се към AB

_&гама;

, по време на процеса на въртене, включеният ъгъл на манивелата спрямо хоризонталното положение

_&гама;

наречен ъгъл на коляновия вал.

Качественият анализ показва, че манивелата се върти от AB (първоначално положение, M & гама; Нула) до AB0 (“мъртва точка”местоположение, М

_&гама;

е нула), коляновият пружинен механизъм има деформация с отрицателни характеристики на коравина.

1.4 Връзката между въртящия момент и ъгъла на въртене на коляновия пружинен механизъм

На фиг. 5, въртящият момент M & гама; по часовниковата стрелка е положителен, ъгълът на коляновия коляно & гама; обратно на часовниковата стрелка е положителен, а моментното натоварване M е моделирано и анализирано по-долу.

_&гама;

с колянов ъгъл

_&гама;

Връзката между процеса на моделиране е оразмерена.

Както е показано на Фигура 5b, уравнението за баланс на въртящия момент за манивела AB & е посочена гама.

Във формулата F & гама; е силата на възстановяване на пружината, d & гама; е Ф & гама; до точка А. Да приемем, че връзката изместване-натоварване на пружината е

Във формулата K е твърдостта на пружината (не непременно постоянна стойност),δ

х&гама;

е количеството деформация на пружината (съкратено до положително),δ

х&гама;

=|B

_Бета

C| – |B

_&гама;

C|.

Едновременен тип (3)(5), момент М

_&гама;

с ъгъл

_&гама;

Връзката е

1.5 Анализ на характеристиките на отрицателната твърдост на коляно-пружинния механизъм

За да се улесни анализът на характеристиките на отрицателната твърдост на коляновия пружинен механизъм (момент М

_&гама;

с ъгъл

_&гама;

връзка), може да се приеме, че пружината има линейна положителна коравина, тогава формула (4) може да бъде пренаписана като

Във формулата Kconst е константа, по-голяма от нула. След определяне на размера на гъвкавата панта се определя и дължината l на основата. Следователно, ако приемем, че l е константа, формула (6) може да бъде пренаписана като

където Kconstl2 е константа, по-голяма от нула, а моментният коефициент m & гама; има измерение едно. Отрицателните характеристики на коравина на коляновия пружинен механизъм могат да бъдат получени чрез анализиране на връзката между коефициента на въртящ момент m & гама; и ъгъла на завъртане & гама.

От уравнение (9), фигура 6 показва началния ъгъл =π връзка между m & гама; и съотношение на дължината на манивелата и ъгъл на въртене & гама;, & isin; [0,1, 0,9],& гама;& isin; [0, π]. Фигура 7 показва връзката между m & гама; и ъгъл на завъртане & гама; за = 0,2 и различно. Фигура 8 показва =π Когато при различни отношения между m & гама; и ъгъл & гама.

Съгласно дефиницията на коляновия пружинен механизъм (раздел 1.3) и формула (9), когато k и l са постоянни, m & гама; Свързано само с ъгъл & гама;, съотношение на дължината на манивела и начален ъгъл на коляно.

(1) Ако и само ако & гама; е равно на 0 илиπ или ,м & гама; е равно на нула; & гама; & isin;[0, ],m & гама; е по-голямо от нула; & гама; & е в;[π],м & гама; по-малко от нула. & isin;[0, ],m & гама; е по-голямо от нула; & гама;& е в;[π],м & гама; по-малко от нула.

(2) & гама; Когато [0, ], ъгълът на въртене & гама; увеличава, m & гама; нараства от нула до ъгъла на инфлексната точка & gamma;0 приема максималната стойност m & gamma;max и след това постепенно намалява.

(3) Диапазонът на характеристиката на отрицателната коравина на коляновия пружинен механизъм: & гама;& isin; [0, & gamma;0], в този момент & гама; се увеличава (обратно на часовниковата стрелка) и въртящият момент М & гама; увеличава (по часовниковата стрелка). Ъгълът на инфлексната точка & gamma;0 е максималният ъгъл на завъртане на характеристиката на отрицателната коравина на коляновия механизъм и & гама;0 & isin;[0, ];m & gamma;max е максималният коефициент на отрицателен момент. Като се има предвид и , извеждането на уравнение (9) дава & гама;0

(4) колкото по-голям е началният ъгъл, & гама; по-големият 0, m

_{&гама;макс}

по-голям.

(5) колкото по-голямо е съотношението на дължината, & гама; по-малката 0, m

_{&гама;макс}

по-голям.

По-специално, =πХарактеристиките на отрицателната твърдост на пружинния механизъм на коляновия механизъм са най-добри (диапазонът на отрицателния ъгъл на твърдост е голям и въртящият момент, който може да бъде осигурен, е голям). =πВ същото време, при различни условия, максималният ъгъл на въртене & гама на характеристиката на отрицателната коравина на коляновия пружинен механизъм; 0 и максималният отрицателен коефициент на въртящ момент m & гама; Макс. е посочен в таблица 1.

2 Конструкция на гъвкава панта с нулева коравина

Съвпадението на положителната и отрицателната твърдост на 2.1 е показано на фигура 9, n(n 2) групи от паралелни пружинни механизми на манивела са равномерно разпределени по обиколката, образувайки механизъм с отрицателна твърдост, съгласуван с гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен.

Използвайки гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен като подсистема с положителна коравина, конструирайте гъвкава панта с нулева коравина. За да постигнете нулева твърдост, съпоставете положителната и отрицателната твърдост

едновременно (2), (3), (6), (11) и & гама;=θ, натоварването F & може да се получи гама на пружината; и денивелацияδВръзката на х & гама; е

Съгласно раздел 1.5 диапазонът на отрицателния ъгъл на коравина на коляновия пружинен механизъм: & гама;& isin; [0, & гама; 0] и & гама;0 & isin;[0, ], ходът на гъвкавата панта с нулева коравина трябва да бъде по-малък от & gamma;0, I .e. пружината винаги е в деформирано състояние (δx&гама;≠0). Диапазонът на въртене на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен е±0,35 rad(±20°), опростете тригонометричните функции sin & гама; и cos & гама; както следва

След опростяване, връзката натоварване-преместване на пружината

2.2 Анализ на грешката на модела за съвпадение на положителна и отрицателна коравина

Оценете грешката, причинена от опростената обработка на уравнение (13). Според действителните параметри на обработка на гъвкава панта с нулева твърдост (раздел 4.2): n = 3, l = 40 mm, =π, = 0.2, E = 73 GPa; Размерите на вътрешния и външния пръстен на гъвкавата панта са L = 46 mm, T = 0,3 mm, W = 9,4 mm; Формулите за сравнение (12) и (14) опростяват връзката на изместването на товара и относителната грешка на предните и задните пружини, както е показано съответно на фигури 10а и 10b.

Както е показано на фигура 10, & гама; е по-малко от 0,35 rad (20°), относителната грешка, причинена от опростената обработка на кривата натоварване-преместване, не надвишава 2,0%, а формулата

Опростената обработка на (13) може да се използва за конструиране на гъвкави панти с нулева коравина.

2.3 Характеристики на твърдостта на пружината

Ако приемем, че твърдостта на пружината е K, едновременните (3), (6), (14)

Според действителните параметри на обработка на гъвкава панта с нулева твърдост (раздел 4.2), кривата на промяна на твърдостта на пружината K с ъгъл & гама; е показано на фигура 11. По-специално, когато & gamma;= 0, K приема минималната стойност.

За удобство на дизайна и обработката, пружината приема линейна пружина с положителна твърдост, а твърдостта е Kconst. В целия ход, ако общата коравина на гъвкавата панта с нулева коравина е по-голяма или равна на нула, Kconst трябва да приеме минималната стойност на K

Уравнение (16) е стойността на коравина на линейната пружина с положителна коравина при конструирането на гъвкавата панта с нулева коравина. 2.4 Анализ на качеството на нулева коравина Връзката натоварване-преместване на конструираната гъвкава панта с нулева коравина е

Могат да се получат едновременно формули (2), (8), (16).

За да се оцени качеството на нулева твърдост, обхватът на намаляване на твърдостта на гъвкавата панта преди и след добавяне на отрицателния модул на твърдост се определя като качествен коефициент на нулева твърдостη

η Колкото по-близо до 100%, толкова по-високо е качеството на нулева коравина. Фигура 12 е 1-η Връзка със съотношението на дължината на манивелата и началния ъгъл η Той не зависи от броя n на паралелните коляно-пружинни механизми и дължината l на основата, но е свързан само със съотношението на дължината на коляно, ъгъла на въртене & гама; и началния ъгъл .

(1) Първоначалният ъгъл се увеличава и качеството на нулевата коравина се подобрява.

(2) Коефициентът на дължина се увеличава и качеството на нулева коравина намалява.

(3) Ъгъл & гама; се увеличава, качеството на нулева твърдост намалява.

За да се подобри качеството на нулева твърдост на гъвкавата панта с нулева твърдост, първоначалният ъгъл трябва да приеме по-голяма стойност; съотношението на дължината на манивелата трябва да бъде възможно най-малко. В същото време, според резултатите от анализа в раздел 1.5, ако е твърде малък, способността на коляново-пружинния механизъм да осигури отрицателна коравина ще бъде слаба. За да се подобри качеството на нулева твърдост на гъвкавата панта с нулева твърдост, първоначалният ъгъл =π, съотношение на дължината на манивела = 0,2, т.е. действителните параметри на обработка на гъвкава панта с нулева коравина на раздел 4.2.

Съгласно действителните параметри на обработка на гъвкавата панта с нулева коравина (раздел 4.2), съотношението въртящ момент-ъгъл между гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен и гъвкавата панта с нулева коравина е показано на фигура 13; намаляването на твърдостта е коефициентът на качество при нулева твърдостηВръзката с ъгъла & гама; е показано на фигура 14. Чрез Фигура 14: В 0,35 rad (20°) диапазон на въртене, твърдостта на гъвкавата панта с нулева твърдост е намалена средно с 97%; 0,26 rad(15°) ъгли, той е намален с 95%.

3 Проектиране на линейна пружина с положителна коравина

Конструкцията на гъвкава панта с нулева твърдост обикновено е след определяне на размера и твърдостта на гъвкавата панта и след това твърдостта на пружината в пружинния механизъм на коляновия механизъм се обръща, така че изискванията за твърдост и размер на пружината са относително строги. В допълнение, началният ъгъл =π, от Фигура 5а, по време на въртенето на гъвкавата панта с нулева коравина, пружината винаги е в компресирано състояние, т.е.“Компресионна пружина”.

Твърдината и размерът на традиционните компресионни пружини са трудни за прецизно персонализиране и в приложенията често се изисква направляващ механизъм. Следователно се предлага пружина, чиято твърдост и размер могат да бъдат персонализирани——Ресорен шнур с форма на диамант. Листовата пружина с форма на диамант (Фигура 15) е съставена от множество листови пружини с форма на диамант, свързани последователно. Той има характеристиките на свободен структурен дизайн и висока степен на персонализиране. Технологията му на обработка е в съответствие с тази на гъвкавите панти и двете се обработват чрез прецизно рязане на тел.

3.1 Модел на натоварване и изместване на ромбовидна листова пружина

Поради симетрията на ромбичната листова пружина, само една листова пружина трябва да бъде подложена на анализ на напрежението, както е показано на фигура 16. α е ъгълът между ябълката и хоризонталата, дължината, ширината и дебелината на ябълката са съответно Ld, Wd, Td, f е унифицираното по размери натоварване върху ромбовидната листова пружина,δy е деформацията на ромбичната листова пружина в посока y, силата fy и моментът m са еквивалентни натоварвания върху края на единична пластина, fv и fw са съставните сили на fy в координатната система wov.

Съгласно теорията за деформацията на гредата на AWTAR [13], унифицираната по размери връзка товар-изместване на единична тръстика

Поради връзката на ограничаване на твърдото тяло върху тръстиката, крайният ъгъл на тръстиката преди и след деформация е нула, т.е.θ = 0. Едновременно (20) (22)

Уравнение (23) е моделът за унифициране на размерите натоварване-изместване на ромбична листова пружина. n2 ромбични листови пружини са свързани последователно и неговият модел на натоварване-изместване е

От формула (24), когатоαКогато d е малко, твърдостта на ромбовидната листова пружина е приблизително линейна при типични размери и типични натоварвания.

3.2 Симулационна проверка на модела чрез крайни елементи

Извършва се проверка чрез симулация с крайни елементи на модела товар-преместване на ромбовидната листова пружина. Използвайки ANSYS Mechanical APDL 15.0, параметрите на симулацията са показани в таблица 2 и се прилага налягане от 8 N към листовата пружина с форма на диамант.

Сравнението между резултатите от модела и резултатите от симулацията на връзката товар-изместване на ромбовидната листова пружина е показано на фиг. 17 (оразмеряване). За четири ромбовидни листови пружини с различни ъгли на наклона относителната грешка между модела и резултатите от симулацията с крайни елементи не надвишава 1,5%. Валидността и точността на модела (24) е проверена.

4 Проектиране и изпитване на гъвкава панта с нулева коравина

4.1 Параметърен дизайн на гъвкава панта с нулева коравина

За да се проектира гъвкава панта с нулева коравина, конструктивните параметри на гъвкавата панта трябва първо да се определят според условията на експлоатация и след това съответните параметри на пружинния механизъм на коляновия вал трябва да се изчислят обратно.

4.1.1 Параметри на гъвкавите панти

Пресечната точка на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен е разположена на 12,73% от дължината на тръстиката и нейните параметри са показани в таблица 3. Замествайки в уравнение (2), съотношението въртящ момент-ъгъл на въртене на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен е

4.1.2 Параметри на механизма за отрицателна твърдост

Както е показано на фиг. 18, като броят n на коляновите пружинни механизми е равен на 3, дължината l = 40 mm се определя от размера на гъвкавата панта. съгласно заключението на раздел 2.4, началният ъгъл =π, коефициент на дължина на манивела = 0,2. Съгласно уравнение (16), твърдостта на пружината (т.е. диамантена листова пружина) е Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Параметри на низа на диамантена листова пружина

с l = 40 mm, =π, = 0,2, първоначалната дължина на пружината е 48 mm, а максималната деформация (& gamma;= 0) е 16 mm. Поради структурни ограничения е трудно една ромбовидна листова пружина да произведе толкова голяма деформация. Използвайки четири ромбовидни листови пружини последователно (n2 = 4), твърдостта на единична ромбовидна листова пружина е

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

Според размера на механизма за отрицателна коравина (Фигура 18), предвид дължината, ширината и ъгъла на наклона на тръстиката на ромбовидната листова пружина, тръстиката може да бъде изведена от формула (23) и формулата за коравина (27) на ромбовидната листова пружина Деб. Структурните параметри на ромбовидните листови пружини са изброени в таблица 4.

повърхност4

В обобщение, всички параметри на гъвкавата панта с нулева коравина, базирана на коляновия пружинен механизъм, са определени, както е показано в таблица 3 и таблица 4.

4.2 Проектиране и обработка на образец на гъвкава панта с нулева коравина Вижте литературата [8] за метода на обработка и изпитване на гъвкавата панта. Гъвкавата панта с нулева твърдост е съставена от механизъм с отрицателна твърдост и гъвкава панта с вътрешен и външен пръстен паралелно. Структурният дизайн е показан на фигура 19.

Гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен и ромбовидните пружинни струни се обработват от прецизни машини за рязане на тел. Гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен се обработват и сглобяват на слоеве. Фигура 20 е физическата картина на три комплекта листови пружинни струни с форма на диамант, а Фигура 21 е сглобената нулева твърдост. Физическата картина на пробата на гъвкавата панта.

4.3 Платформата за изпитване на твърдост на въртене на гъвкавата панта с нулева твърдост Позовавайки се на метода за изпитване на твърдост на въртене в [8], платформата за изпитване на твърдост на въртене на гъвкавата панта с нулева твърдост е изградена, както е показано на фигура 22.

4.4 Обработка на експериментални данни и анализ на грешките

Ротационната твърдост на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен и гъвкавите панти с нулева твърдост беше тествана на тестовата платформа и резултатите от теста са показани на Фигура 23. Изчислете и начертайте качествената крива на нулева твърдост на гъвкавата панта с нулева твърдост съгласно формула (19), както е показано на фиг. 24.

Резултатите от теста показват, че твърдостта на въртене на гъвкавата панта с нулева твърдост е близка до нула. В сравнение с гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен, гъвкавата панта с нулева твърдост±0,31 рад(18°) твърдостта е намалена средно с 93%; 0,26 rad (15°), твърдостта е намалена с 90%.

Както е показано на фигури 23 и 24, все още има известна разлика между резултатите от изпитването на качеството на нулева твърдост и резултатите от теоретичния модел (относителната грешка е по-малка от 15%) и основните причини за грешката са следните.

(1) Грешката на модела, причинена от опростяването на тригонометричните функции.

(2) Триене. Има триене между струната на диамантената листова пружина и монтажния вал.

(3) Грешка при обработката. Има грешки в реалния размер на гъдулката и т.н.

(4) Грешка при сглобяване. Пролуката между монтажния отвор на ромбовидната листова пружина и вала, монтажната междина на устройството за тестова платформа и др.

4.5 Сравнение на производителността с типична гъвкава панта с нулева твърдост В литературата [4] гъвкава панта с нулева твърдост ZSFP_CAFP е конструирана с помощта на огъващ се шарнир с напречна ос (CAFP), както е показано на фигура 25.

Сравнение на гъвкавата панта с нулева коравина ZSFP_IORFP (фиг. 21) и ZSFP_CAFP (фиг. 25), конструиран с помощта на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен

(1) ZSFP_IORFP, структурата е по-компактна.

(2) Ъгловият диапазон на ZSFP_IORFP е малък. Обхватът на ъглите е ограничен от обхвата на ъглите на самата гъвкава панта; ъгловият диапазон на ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP ъглов диапазон40°.

(3) ±18°В диапазона от ъгли ZSFP_IORFP има по-високо качество на нулева коравина. Средната твърдост на ZSFP_CAFP е намалена с 87%, а средната твърдост на ZSFP_IORFP е намалена с 93%.

5 заключение

Вземайки гъвкавата панта на вътрешния и външния пръстен при чист въртящ момент като подсистема с положителна твърдост, е извършена следната работа, за да се конструира гъвкава панта с нулева твърдост.

(1) Предложете механизъм за въртене с отрицателна коравина——За коляновия пружинен механизъм беше създаден модел (Формула (6)), за да се анализира влиянието на структурните параметри върху отрицателните му характеристики на твърдост и беше даден обхватът на неговите отрицателни характеристики на твърдост (Таблица 1).

(2) Чрез съпоставяне на положителните и отрицателните твърдости се получават характеристиките на твърдост на пружината в коляновия пружинен механизъм (Уравнение (16)) и се установява моделът (Уравнение (19)) за анализиране на ефекта от структурните параметри на коляновия пружинен механизъм върху качеството на нулева твърдост на гъвкавата панта с нулева твърдост Влияние, теоретично, в рамките на наличния ход на гъвкавата панта на вътрешния и външния пръстен (±20°), средното намаляване на твърдостта може да достигне 97%.

(3) Предложете персонализирана твърдост“пролет”——Създадена е ромбовидна листова пружина, за да се установи нейният модел на коравина (Уравнение (23)) и е проверена чрез метода на крайните елементи.

(4) Завърши проектирането, обработката и тестването на компактен образец на гъвкава панта с нулева твърдост. Резултатите от теста показват, че: под действието на чист въртящ момент, на36°В диапазона от ъгли на въртене, в сравнение с гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен, твърдостта на гъвкавите панти с нулева твърдост е намалена средно с 93%.

Конструираната гъвкава панта с нулева твърдост е само под действието на чист въртящ момент, който може да реализира“нулева твърдост”, без да се отчита случаят на сложни условия на натоварване на лагера. Следователно, конструкцията на гъвкави панти с нулева коравина при сложни условия на натоварване е фокусът на по-нататъшните изследвания. В допълнение, намаляването на триенето, което съществува по време на движението на гъвкавите панти с нулева твърдост, е важна посока за оптимизиране на гъвкавите панти с нулева твърдост.

препратки

[1] HOWELL L L. Съвместими механизми [M]. Ню Йорк: Джон Уайли&Sons, Inc, 2001 г.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng и др. Напредък на изследванията върху методите за проектиране на гъвкав шарнирен механизъм [J]. Китайски журнал за машинно инженерство, 2010, 46(13):2-13. Y u jin шампион, PEI X U, BIS кол, ETA нагоре. Най-съвременен метод за проектиране на механизми за огъване [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Проектиране на общо съвместимо съединение с нулева твърдост [C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Безразмерен подход за статично балансиране на ротационни флексури [J]. Механизъм & Теория на машините, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Градивни елементи на отрицателна коравина за статично балансирани съвместими механизми: проектиране и тестване [J]. Вестник на механизмите & Роботика, 2010, 2(4):041007.

[6] ДЖЕНСЪН Б.Д., Хауъл Л.Л. Моделиране на огъващи шарнири с напречна ос [J]. Механизъм и теория на машините, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Свойствата на кръстосаните шарнири за огъване и влиянието на точката, в която лентите се пресичат [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, ян Q, ETA. Проектиране и експеримент на обобщени шарнири за огъване на тройна кръстосана пружина, приложени към ултрапрецизните инструменти [J]. Преглед на научните инструменти, 2014, 85 (10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng и др. Изследване на характеристиките на ротационна коравина на обобщена трикръстосана гъвкава панта [J]. Китайски журнал за машинно инженерство, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I дума, l IU Lang, BIS глас, ETA. Характеризиране на твърдостта на въртене на генерализирани тройни напречни пружини за огъване [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Изследване на сравнение на производителността на топологичната структура на кръстосани пружинни гъвкави опори[C]// ASME 2014 Международни технически конференции по проектиране и конференция за компютри и информация в инженерството, август 17–20, 2014, Бъфало, Ню Йорк, САЩ. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, ян Q. Характеристики на твърдост на вътрешния–шарнири за огъване на външния пръстен, приложени към ултрапрецизните инструменти [J]. АРХИВ Сборници на Института на машинните инженери, част C, Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (томове 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Критерии за статично балансиране на съвместими механизми[C]// ASME 2010 Международни технически конференции по проектиране и конференция за компютри и информация в инженерството, август 15–18, 2010, Монреал, Квебек, Канада. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Обобщен модел на ограничение за двумерни огъвания на греда: нелинейна формулировка на енергията на деформация [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

За автора: Би Шушенг (автор-кореспондент), мъж, роден през 1966 г., доктор, професор, докторант. Основната му изследователска насока е напълно гъвкав механизъм и бионичен робот.