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.

Таблица 1 Началният ъгъл еπ Максималният отрицателен ъгъл на коравина & gamma;0 и максималния моментен коефициент m при различни съотношения на дължината на манивелата

&гама;макс

параметър

стойност

съотношение на дължината на манивела

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Максимален ъгъл на завиване & гама;

0
/рад

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Коефициент на максимален момент m

&гама;макс

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

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 твърдостηη 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.

Таблица 2 Симулационни параметри на краен елемент на ромбична листова пружина

параметър

стойност

Материал

AL7075-T6

Дължина на тръстика L

На

/ мм

18

Ширина на тръстика W

На

/ мм

10

Тръстикова дебелина Т

На

/ мм

0.25

ъгъл на наклон на тръстикаα/°
10/20/30/40

Модул на еластичност E/GPa

73

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

Таблица 3 Структурни параметри и свойства на материала на гъвкавите панти на вътрешния и външния пръстен

параметър

стойност

Материал

AL7075-T6

Дължина на рейд L/mm

46

Ширина на рейд W/mm

9.4

Дебелина на тръстиката T/mm

0.30

Модул на еластичност E/GPa

73

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.

Гъвкавата панта с нулева твърдост, базирана на колянов пружинен механизъм, е иновативна и революционна технология, която позволява плавно и прецизно движение в различни приложения. В тази статия ще разгледаме принципите на работа на тази панта и нейните потенциални приложения.

Когато става въпрос за затваряне на врати, начинът, по който се затваря, може да направи всичко различно. Обикновените панти могат да се затворят със силен шум, причинявайки удар и дискомфорт. I