Sažetak: Rotaciona krutost fleksibilne šarke nulte krutosti je približno nula, što prevazilazi nedostatak da obične fleksibilne šarke zahtijevaju pogonski moment, a može se primijeniti na fleksibilne hvataljke i druga polja. Uzimajući fleksibilne šarke unutrašnjeg i vanjskog prstena pod djelovanjem čistog momenta kao podsistema pozitivne krutosti, istraživački mehanizam negativne krutosti i usklađivanje pozitivne i negativne krutosti može konstruirati fleksibilnu šarku nulte krutosti. Predložite mehanizam rotacije negativne krutosti——Opružni mehanizam radilice, modelirao i analizirao njegove negativne karakteristike krutosti; poklapanjem pozitivne i negativne krutosti analiziran uticaj strukturnih parametara kolenastog opružnog mehanizma na nultu kvalitetu krutosti; predložio linearnu oprugu sa prilagodljivom krutošću i veličinom——Žica lisnate opruge u obliku dijamanta, uspostavljen je model krutosti i izvršena je simulacija konačnih elemenata; konačno, dizajn, obrada i testiranje kompaktnog uzorka fleksibilne šarke nulte krutosti su završeni. Rezultati ispitivanja su pokazali da: pod dejstvom čistog obrtnog momenta,±18°U rasponu uglova rotacije, rotirajuća krutost fleksibilne šarke nulte krutosti je u prosjeku 93% manja od one fleksibilnih šarki s unutarnjim i vanjskim prstenom. Konstruirana fleksibilna šarka nulte krutosti ima kompaktnu strukturu i visokokvalitetnu nultu krutost; predloženi mehanizam rotacije negativne krutosti i linearna opruga ima veliku referentnu vrijednost za proučavanje fleksibilnog mehanizma.

0 predgovor

Fleksibilna šarka (ležaj)

[1-2]

Oslanjajući se na elastičnu deformaciju fleksibilne jedinice za prijenos ili pretvaranje kretanja, sile i energije, široko se koristi u preciznom pozicioniranju i drugim poljima. U poređenju sa tradicionalnim krutim ležajevima, postoji trenutak vraćanja kada se fleksibilna šarka rotira. Stoga, pogonska jedinica treba da obezbedi izlazni obrtni moment za pogon i da zadrži rotaciju fleksibilne šarke. Fleksibilna šarka nulte krutosti

[3]

(Zero krutost flexural pivot, ZSFP) je fleksibilni rotacioni zglob čija je rotaciona krutost približno nula. Ova vrsta fleksibilne šarke može ostati u bilo kojoj poziciji unutar raspona hoda, poznata i kao fleksibilna šarka za statičku ravnotežu

[4]

, uglavnom se koriste u poljima kao što su fleksibilne hvataljke.

Na osnovu koncepta modularnog dizajna fleksibilnog mehanizma, cijeli sistem fleksibilnih šarki nulte krutosti može se podijeliti na dva podsistema pozitivne i negativne krutosti, a sistem nulte krutosti može se realizovati kroz podudaranje pozitivne i negativne krutosti

[5]

. Među njima, podsistem pozitivne krutosti obično je fleksibilna šarka velikog hoda, kao što je fleksibilna šarka s poprečnim trskom

[6-7]

, generalizovana fleksibilna šarka s tri križa

[8-9]

i unutrašnji i vanjski prsten fleksibilne šarke

[10-11]

Itd. Trenutno je istraživanje fleksibilnih šarki postiglo mnogo rezultata, stoga je ključ za dizajn fleksibilnih šarki nulte krutosti uskladiti prikladne module negativne krutosti za fleksibilne šarke[3].

Fleksibilne šarke unutrašnjeg i vanjskog prstena (IORFP) imaju odlične karakteristike u pogledu krutosti, preciznosti i temperaturnog pomaka. Odgovarajući modul negativne krutosti pruža metodu konstrukcije fleksibilne šarke nulte krutosti i konačno završava dizajn, obradu uzorka i testiranje fleksibilne šarke nulte krutosti.

1 opružni mehanizam

1.1 Definicija negativne krutosti

Opća definicija krutosti K je stopa promjene između opterećenja F koje nosi elastični element i odgovarajuće deformacije dx

K= dF/dx (1)

Kada je prirast opterećenja elastičnog elementa suprotan predznaku odgovarajućeg prirasta deformacije, to je negativna krutost. Fizički, negativna krutost odgovara statičkoj nestabilnosti elastičnog elementa

[12]

.Mehanizmi negativne krutosti igraju važnu ulogu u polju fleksibilne statičke ravnoteže. Obično mehanizmi negativne krutosti imaju sljedeće karakteristike.

(1) Mehanizam zadržava određenu količinu energije ili se podvrgava određenoj deformaciji.

(2) Mehanizam je u stanju kritične nestabilnosti.

(3) Kada je mehanizam malo poremećen i napusti ravnotežni položaj, može osloboditi veću silu, koja je u istom smjeru kao i kretanje.

1.2 Princip konstrukcije fleksibilne šarke nulte krutosti

Fleksibilna šarka nulte krutosti može se konstruirati korištenjem pozitivnog i negativnog podudaranja krutosti, a princip je prikazan na slici 2.

(1) Pod dejstvom čistog obrtnog momenta, fleksibilne šarke unutrašnjeg i spoljašnjeg prstena imaju približno linearan odnos obrtnog momenta i ugla rotacije, kao što je prikazano na slici 2a. Posebno, kada se tačka preseka nalazi na 12,73% dužine trske, odnos obrtnog momenta i ugla rotacije je linearan

[11]

, u ovom trenutku, moment vraćanja Mpivot (smjer kazaljke na satu) fleksibilne šarke povezan je s kutom rotacije ležajaθ(u smjeru suprotnom od kazaljke na satu) odnos je

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

U formuli, E je modul elastičnosti materijala, L je dužina trske, a I je moment inercije presjeka.

(2) Prema modelu rotacijske krutosti fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena, rotirajući mehanizam negativne krutosti je usklađen, a njegove negativne karakteristike krutosti prikazane su na slici 2b.

(3) S obzirom na nestabilnost mehanizma negativne krutosti

[12]

, krutost fleksibilne šarke nulte krutosti treba biti približno nula i veća od nule, kao što je prikazano na slici 2c.

1.3 Definicija opružnog mehanizma radilice

Prema literaturi [4], fleksibilna šarka nulte krutosti može se konstruirati uvođenjem unaprijed deformirane opruge između pokretnog krutog tijela i fiksnog krutog tijela fleksibilne šarke. Za unutrašnji i spoljašnji prsten fleksibilne šarke prikazane na Sl. 1, između unutrašnjeg i vanjskog prstena se uvodi opruga, odnosno uveden je opružno-kurban mehanizam (SCM). Pozivajući se na mehanizam klizača radilice prikazan na slici 3, povezani parametri opružnog mehanizma radilice prikazani su na slici 4. Mehanizam radilice sa oprugom se sastoji od poluge i opruge (krutost je postavljena kao k). početni ugao je uključeni ugao između radilice AB i baze AC kada opruga nije deformisana. R predstavlja dužinu poluge, l predstavlja osnovnu dužinu i definiše omjer dužine poluge kao omjer r prema l, tj. = r/l (0<<1).

Konstrukcija koljenasto-opružnog mehanizma zahtijeva određivanje 4 parametra: osnovnu dužinu l, omjer dužine radilice, početni ugao i krutost opruge K.

Deformacija opružnog mehanizma radilice pod dejstvom sile prikazana je na slici 5a, u trenutku M

&gama;

Pod dejstvom, radilica se pomera iz početne pozicije AB

Beta

okrenuti na AB

&gama;

, tokom procesa rotacije, uključeni ugao ručice u odnosu na horizontalni položaj

&gama;

nazvan ugao radilice.

Kvalitativna analiza pokazuje da se radilica rotira od AB (početni položaj, M & gama; nula) do AB0 (“mrtva tačka”lokacija, M

&gama;

je nula), mehanizam radilice ima deformaciju sa negativnim karakteristikama krutosti.

1.4 Odnos između obrtnog momenta i ugla rotacije koljenastog opružnog mehanizma

Na sl. 5, obrtni moment M & gama; u smjeru kazaljke na satu je pozitivan, ugao radilice & gama; u smjeru suprotnom od kazaljke na satu je pozitivan, a momentno opterećenje M je modelirano i analizirano u nastavku.

&gama;

sa uglom kolena

&gama;

Odnos između procesa modeliranja je dimenzioniran.

Kao što je prikazano na slici 5b, jednadžba ravnoteže momenta za ručicu AB & gama je navedena.

U formuli, F & gama; je sila vraćanja opruge, d & gama; je F & gama; do tačke A. Pretpostavimo da je odnos pomaka i opterećenja opruge

U formuli, K je krutost opruge (ne nužno konstantna vrijednost),δ
x&gama;

je količina deformacije opruge (skraćena na pozitivnu),δ
x&gama;

=|B

Beta

C| – |B

&gama;

C|.

Simultani tip (3)(5), moment M

&gama;

sa uglom

&gama;

Veza je

1.5 Analiza negativnih karakteristika krutosti koljenasto-opružnog mehanizma

Kako bi se olakšala analiza negativnih karakteristika krutosti koljenasto-opružnog mehanizma (moment M

&gama;

sa uglom

&gama;

odnos), može se pretpostaviti da opruga ima linearnu pozitivnu krutost, tada se formula (4) može prepisati kao

U formuli, Kconst je konstanta veća od nule. Nakon što se odredi veličina fleksibilne šarke, određuje se i dužina l baze. Stoga, uz pretpostavku da je l konstanta, formula (6) se može prepisati kao

gdje je Kconstl2 konstanta veća od nule, a moment koeficijent m & gama; ima dimenziju jedan. Negativne karakteristike krutosti mehanizma radilica-opruga mogu se dobiti analizom odnosa između koeficijenta momenta m & gama; i ugao rotacije & gama.

Iz jednačine (9) slika 6 prikazuje početni ugao =π odnos između m & gama; i omjer dužine radilice i ugao rotacije & gama;, & isin;[0.1, 0.9],& gama;& isin;[0, π]. Slika 7 prikazuje odnos između m & gama; i ugao rotacije & gama; za = 0,2 i različite . Slika 8 pokazuje =π Kada je, pod različitim , odnos između m & gama; i ugao & gama.

Prema definiciji opružnog mehanizma radilice (odjeljak 1.3) i formuli (9), kada su k i l konstantni, m & gama; Vezano samo za ugao & gama;, omjer dužine radilice i početni ugao ručice.

(1) Ako i samo ako & gama; je jednako 0 iliπ ili ,m & gama; jednaka je nuli; & gama; & isin;[0, ],m & gama; veći je od nule; & gama; & je u;[π],m & gama; manje od nule. & isin;[0, ],m & gama; veći je od nule; & gama;& je u;[π],m & gama; manje od nule.

(2) & gama; Kada je [0, ], kut rotacije & gama; povećava, m & gama; raste od nule do ugla prevojne tačke & gamma;0 uzima maksimalnu vrijednost m & gama;max, a zatim se postepeno smanjuje.

(3) Opseg karakteristike negativne krutosti opružnog mehanizma radilice: & gama;& isin;[0, & gama;0], u ovom trenutku & gama; povećava se (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu), a obrtni moment M & gama; povećava (u smjeru kazaljke na satu). Ugao tačke pregiba & gama;0 je maksimalni ugao rotacije negativne krutosti karakterističan za mehanizam radilice i opruge i & gama;0 & isin;[0, ];m & gama;max je maksimalni negativni moment koeficijent. Dati i , izvođenje jednadžbe (9) daje & gama;0

(4) što je veći početni ugao, & gama; veći 0, m

&gama;maks

veći.

(5) što je veći omjer dužine, & gama; manji 0, m

&gama;maks

veći.

Konkretno, =πNegativne karakteristike krutosti koljenastog opružnog mehanizma su najbolje (opseg negativnog ugla krutosti je veliki, a obrtni moment koji se može obezbediti je veliki). =πIstovremeno, pod različitim uslovima, maksimalni ugao rotacije & gama negativne krutosti karakteristične za mehanizam opruge radilice; 0 i maksimalni negativni koeficijent momenta m & gama; Max je naveden u tabeli 1.

Tabela 1 Početni ugao jeπ Maksimalni negativni kut krutosti & gamma;0 i maksimalni koeficijent momenta m pod različitim omjerima dužine poluge

&gama;maks

parametar

vrijednost

omjer dužine radilice

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Maksimalni ugao okretanja & gama;

0
/rad

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Maksimalni koeficijent momenta m

&gama;maks

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Konstrukcija fleksibilne šarke nulte krutosti

Usklađivanje pozitivne i negativne krutosti 2.1 prikazano je na slici 9, n(n 2) grupa paralelnih mehanizama opruge radilice su ravnomjerno raspoređeni po obodu, formirajući mehanizam negativne krutosti usklađen sa fleksibilnim šarkama unutrašnjeg i vanjskog prstena.

Koristeći fleksibilne šarke unutrašnjeg i vanjskog prstena kao podsistem pozitivne krutosti, konstruirajte fleksibilnu šarku nulte krutosti. Da biste postigli nultu krutost, uskladite pozitivnu i negativnu krutost

simultano (2), (3), (6), (11) i & gama;=θ, opterećenje F & može se dobiti gama opruge; i raseljavanjeδOdnos x & gama; je

Prema odjeljku 1.5, raspon negativnog ugla krutosti opružnog mehanizma radilice: & gama;& isin;[0, & gama;0] i & gama;0 & isin;[0, ], hod fleksibilne šarke nulte krutosti mora biti manji od & gama;0, tj. opruga je uvek u deformisanom stanju (δx&gama;≠0). Opseg rotacije fleksibilnih šarki unutrašnjeg i vanjskog prstena je±0,35 rad(±20°), pojednostaviti trigonometrijske funkcije sin & gama; i cos & gama; kao što slijedi

Nakon pojednostavljenja, odnos opterećenja i pomaka opruge

2.2 Analiza greške pozitivnog i negativnog modela podudaranja krutosti

Procijenite grešku uzrokovanu pojednostavljenim tretmanom jednačine (13). Prema stvarnim parametrima obrade fleksibilne šarke nulte krutosti (odjeljak 4.2): n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; Dimenzije unutrašnjeg i vanjskog prstena fleksibilne trske za šarke L = 46 mm, T = 0,3 mm, Š = 9,4 mm; Formule za poređenje (12) i (14) pojednostavljuju odnos pomaka opterećenja i relativne greške prednje i stražnje opruge kao što je prikazano na slikama 10a i 10b.

Kao što je prikazano na slici 10, & gama; je manji od 0,35 rad (20°), relativna greška uzrokovana pojednostavljenim tretmanom krivulje opterećenje-pomak ne prelazi 2,0%, a formula

Pojednostavljeni tretman (13) može se koristiti za konstruiranje fleksibilnih šarki nulte krutosti.

2.3 Karakteristike krutosti opruge

Uz pretpostavku da je krutost opruge K, istovremeni (3), (6), (14)

Prema stvarnim parametrima obrade fleksibilne šarke nulte krutosti (odjeljak 4.2), krivulja promjene krutosti opruge K sa uglom & gama; je prikazano na slici 11. Konkretno, kada & gama;= 0, K uzima minimalnu vrijednost.

Za praktičnost dizajna i obrade, opruga ima linearnu pozitivnu krutost opruge, a krutost je Kconst. U cijelom hodu, ako je ukupna krutost fleksibilne šarke nulte krutosti veća ili jednaka nuli, Kconst treba uzeti minimalnu vrijednost K

Jednadžba (16) je vrijednost krutosti linearne opruge pozitivne krutosti pri konstruiranju fleksibilne šarke nulte krutosti. 2.4 Analiza kvaliteta nulte krutosti Odnos opterećenja i pomaka konstruirane fleksibilne šarke nulte krutosti je

Može se dobiti simultana formula (2), (8), (16).

Da bi se procijenio kvalitet nulte krutosti, raspon smanjenja krutosti fleksibilne šarke prije i nakon dodavanja negativnog modula krutosti definira se kao koeficijent kvalitete nulte krutostiηη Što je bliže 100%, to je veći kvalitet nulte krutosti. Slika 12 je 1-η Odnos sa omjerom dužine poluge i početnim uglom η Nezavisno je od broja n paralelnih mehanizama radilice-opruge i dužine l baze, ali se odnosi samo na omjer dužine poluge, ugao rotacije & gama; i početni ugao.

(1) Početni ugao se povećava i kvaliteta nulte krutosti se poboljšava.

(2) Omjer dužina se povećava, a kvaliteta krutosti nula.

(3) Ugao & gama; povećava, nula kvaliteta krutosti se smanjuje.

Kako bi se poboljšao kvalitet nulte krutosti fleksibilne šarke nulte krutosti, početni ugao bi trebao imati veću vrijednost; omjer dužine ručice treba biti što manji. U isto vrijeme, prema rezultatima analize u odjeljku 1.5, ako je premala, sposobnost mehanizma radilice-opruge da pruži negativnu krutost bit će slaba. Da bi se poboljšao kvalitet nulte krutosti fleksibilne šarke nulte krutosti, početni ugao =π, omjer dužine radilice = 0,2, to jest, stvarni parametri obrade odjeljka 4,2 nulte krutosti fleksibilne šarke.

Prema stvarnim parametrima obrade fleksibilne šarke nulte krutosti (odjeljak 4.2), odnos moment-ugao između fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena i fleksibilne šarke nulte krutosti prikazan je na slici 13; smanjenje krutosti je koeficijent kvaliteta nulte krutostiηOdnos sa uglom & gama; je prikazano na slici 14. Prema slici 14: U 0,35 rad (20°) opseg rotacije, krutost fleksibilne šarke nulte krutosti smanjena je u prosjeku za 97%; 0,26 rad(15°) uglovima, smanjuje se za 95%.

3 Dizajn linearne opruge pozitivne krutosti

Konstrukcija fleksibilne šarke nulte krutosti obično se vrši nakon što se odredi veličina i krutost fleksibilne šarke, a zatim se krutost opruge u mehanizmu koljenaste opruge obrne, tako da su zahtjevi za krutost i veličinu opruge relativno strogi. Osim toga, početni ugao =π, sa slike 5a, tokom rotacije fleksibilne šarke nulte krutosti, opruga je uvijek u sabijenom stanju, tj.“Kompresijska opruga”.

Krutost i veličinu tradicionalnih kompresijskih opruga teško je precizno prilagoditi, a mehanizam za vođenje je često potreban u aplikacijama. Stoga se predlaže opruga čija se krutost i veličina mogu prilagoditi——Žica lisnate opruge u obliku dijamanta. Žica lisnatih opruga u obliku dijamanta (Slika 15) se sastoji od više lisnatih opruga u obliku dijamanta povezanih u seriju. Ima karakteristike slobodnog strukturalnog dizajna i visokog stepena prilagođavanja. Njegova tehnologija obrade je konzistentna sa fleksibilnim šarkama, a obje se obrađuju preciznim rezanjem žice.

3.1 Model opterećenja i pomaka niza opruge u obliku dijamanta

Zbog simetrije rombične lisnate opruge, samo jednu lisnatu oprugu treba podvrgnuti analizi naprezanja, kao što je prikazano na slici 16. α je ugao između trske i horizontale, dužina, širina i debljina trske su Ld, Wd, Td redom, f je dimenzionalno unificirano opterećenje na lisnatu oprugu romba,δy je deformacija rombične lisnate opruge u smjeru y, sila fy i moment m su ekvivalentna opterećenja na kraju jedne trske, fv i fw su komponente sile fy u koordinatnom sistemu wov.

Prema teoriji deformacije greda AWTAR[13], dimenzionalno unificirani odnos opterećenja i pomaka jednostruke trske

Zbog odnosa ograničenja krutog tijela na trsku, krajnji ugao trske prije i poslije deformacije je nula, tj.θ = 0. Istovremeno (20)(22)

Jednadžba (23) je model dimenzionalnog ujedinjenja opterećenja i pomaka rombične lisnate opruge. n2 rombične lisnate opruge su povezane u seriju, a njen model opterećenja i pomaka je

Iz formule (24), kadaαKada je d mali, krutost žice opruge u obliku dijamanta je približno linearna pod tipičnim dimenzijama i tipičnim opterećenjima.

3.2 Verifikacija modela simulacijom konačnih elemenata

Provedena je simulacija konačnih elemenata modela opterećenja i pomaka lisnate opruge u obliku dijamanta. Koristeći ANSYS Mechanical APDL 15.0, parametri simulacije su prikazani u Tabeli 2, a pritisak od 8 N primjenjuje se na lisnatu oprugu u obliku dijamanta.

Tabela 2. Parametri simulacije konačnih elemenata rombične lisne opruge

parametar

vrijednost

Materića

AL7075-T6

Dužina trske L

Od

/mm

18

Širina trske W

Od

/mm

10

Reed Debljina T

Od

/mm

0.25

ugao nagiba trskeα/°
10/20/30/40

Modul elastičnosti E/GPa

73

Poređenje između rezultata modela i rezultata simulacije odnosa opterećenja i pomaka lisnate rombove opruge prikazano je na Sl. 17 (dimenzionalizacija). Za četiri lisnate opruge romba sa različitim uglovima nagiba, relativna greška između modela i rezultata simulacije konačnih elemenata ne prelazi 1,5%. Valjanost i tačnost modela (24) je provjerena.

4 Dizajn i ispitivanje fleksibilne šarke nulte krutosti

4.1 Parametarski dizajn fleksibilne šarke nulte krutosti

Za projektovanje fleksibilne šarke nulte krutosti, projektne parametre fleksibilne šarke prvo treba odrediti prema uslovima rada, a zatim inverzno izračunati relevantne parametre opružnog mehanizma radilice.

4.1.1 Fleksibilni parametri šarki

Točka sjecišta fleksibilnih šarki unutrašnjeg i vanjskog prstena nalazi se na 12,73% dužine trske, a njeni parametri prikazani su u tabeli 3. Zamjenom u jednačinu (2), odnos moment-rotacija fleksibilnih šarki unutrašnjeg i vanjskog prstena je

Tabela 3 Strukturni parametri i svojstva materijala fleksibilnih šarki unutrašnjeg i vanjskog prstena

parametar

vrijednost

Materića

AL7075-T6

Dužina trske L/mm

46

Širina trske W/mm

9.4

Debljina trske T/mm

0.30

Modul elastičnosti E/GPa

73

4.1.2 Parametri mehanizma negativne krutosti

Kao što je prikazano na sl. 18, uzimajući broj n opružnih mehanizama radilice paralelno kao 3, dužina l = 40 mm određena je veličinom fleksibilne šarke. prema zaključku odjeljka 2.4, početni ugao =π, odnos dužine ručice = 0,2. Prema jednačini (16), krutost opruge (tj. dijamantski list opruge) je Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Parametri žice dijamantskih lisnatih opruga

za l = 40 mm, =π, = 0,2, originalna dužina opruge je 48mm, a maksimalna deformacija (& gama;= 0) je 16 mm. Zbog strukturalnih ograničenja, teško je da jedna rombasta lisnata opruga proizvede tako veliku deformaciju. Koristeći četiri romb lisnate opruge u seriji (n2 = 4), krutost jedne romb lisnate opruge je

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

Prema veličini mehanizma negativne krutosti (slika 18), s obzirom na dužinu, širinu i ugao nagiba trske lisne opruge u obliku dijamanta, trska se može izvesti iz formule (23) i formule krutosti (27) za lisnata opruga u obliku dijamanta Debljina. Strukturni parametri rombastih lisnatih opruga navedeni su u tabeli 4.

površine4

Ukratko, svi parametri fleksibilne šarke nulte krutosti na temelju mehanizma opruge radilice su određeni, kao što je prikazano u Tablici 3 i Tablici 4.

4.2 Dizajn i obrada uzorka fleksibilne šarke nulte krutosti Pogledajte literaturu [8] za metodu obrade i ispitivanja fleksibilne šarke. Fleksibilna šarka nulte krutosti sastoji se od mehanizma negativne krutosti i paralelne fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena. Dizajn konstrukcije prikazan je na slici 19.

Savitljive šarke unutrašnjeg i vanjskog prstena i žice s lisnatim oprugama u obliku dijamanta obrađuju se preciznim alatnim mašinama za rezanje žice. Savitljive šarke unutrašnjeg i vanjskog prstena se obrađuju i sastavljaju u slojevima. Slika 20 je fizička slika tri seta žica lisnatih opruga u obliku dijamanta, a Slika 21 je sastavljena fizička slika uzorka fleksibilne šarke sa nultom krutošću.

4.3 Platforma za ispitivanje rotacijske krutosti fleksibilne šarke nulte krutosti Pozivajući se na metodu ispitivanja rotacijske krutosti u [8], izgrađena je platforma za ispitivanje rotacijske krutosti fleksibilne šarke nulte krutosti, kao što je prikazano na slici 22.

4.4 Eksperimentalna obrada podataka i analiza grešaka

Rotacijska krutost fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena i fleksibilnih šarki nulte krutosti ispitana je na test platformi, a rezultati ispitivanja prikazani su na slici 23. Izračunajte i nacrtajte krivu kvaliteta nulte krutosti fleksibilne šarke nulte krutosti prema formuli (19), kao što je prikazano na sl. 24.

Rezultati ispitivanja pokazuju da je rotirajuća krutost fleksibilne šarke nulte krutosti blizu nule. U poređenju sa fleksibilnim šarkama unutrašnjeg i spoljašnjeg prstena, fleksibilne šarke nulte krutosti±0,31 rad(18°) krutost je smanjena u prosjeku za 93%; 0,26 rad (15°), krutost je smanjena za 90%.

Kao što je prikazano na slikama 23 i 24, još uvijek postoji određeni jaz između rezultata ispitivanja nulte kvalitete krutosti i rezultata teoretskog modela (relativna pogreška je manja od 15%), a glavni razlozi greške su sljedeći.

(1) Greška modela uzrokovana pojednostavljenjem trigonometrijskih funkcija.

(2) Trenje. Postoji trenje između žice dijamantske lisnate opruge i osovine za montažu.

(3) Greška u obradi. Postoje greške u stvarnoj veličini trske itd.

(4) Greška pri montaži. Razmak između montažnog otvora dijamantske opruge i osovine, otvor za ugradnju uređaja za testiranje platforme, itd.

4.5 Usporedba performansi sa tipičnim fleksibilnim šarkom nulte krutosti U literaturi [4], fleksibilna šarka nulte krutosti ZSFP_CAFP je konstruirana korištenjem savitljive osovine poprečne ose (CAFP), kao što je prikazano na slici 25.

Poređenje fleksibilne šarke nulte krutosti ZSFP_IORFP (Sl. 21) i ZSFP_CAFP (Sl. 25) konstruisan korišćenjem fleksibilnih šarki unutrašnjeg i spoljašnjeg prstena

(1) ZSFP_IORFP, struktura je kompaktnija.

(2) Opseg ugla ZSFP_IORFP je mali. Opseg ugla je ograničen rasponom ugla same fleksibilne šarke; raspon ugla ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP raspon ugla40°.

(3) ±18°U opsegu uglova, ZSFP_IORFP ima veći kvalitet nulte krutosti. Prosječna krutost ZSFP_CAFP je smanjena za 87%, a prosječna krutost ZSFP_IORFP je smanjena za 93%.

5 zaključak

Uzimajući fleksibilnu šarku unutrašnjeg i vanjskog prstena pod čistim momentom kao podsistemom pozitivne krutosti, urađen je sljedeći rad kako bi se konstruirao fleksibilni zglob nulte krutosti.

(1) Predložite mehanizam rotacije negativne krutosti——Za mehanizam koljenaste opruge uspostavljen je model (formula (6)) za analizu utjecaja konstruktivnih parametara na njegove negativne karakteristike krutosti, te je dat raspon njegovih negativnih karakteristika krutosti (tablica 1.).

(2) Usklađivanjem pozitivnih i negativnih krutosti dobijaju se karakteristike krutosti opruge u mehanizmu koljenaste opruge (jednačina (16)) i uspostavlja se model (jednačina (19)) za analizu uticaja strukturnih parametara mehanizma koljenaste opruge na nultu krutost kvaliteta fleksibilne šarke nulte krutosti Utjecaj, teoretski, unutar dostupnog hoda fleksibilne šarke unutrašnjeg i vanjskog prstena (±20°), prosječno smanjenje krutosti može doseći 97%.

(3) Predložite prilagodljivu krutost“proljeće”——Za utvrđivanje modela krutosti (jednadžba (23)) uspostavljena je dijamantna struna opruge u obliku dijamanta i provjerena metodom konačnih elemenata.

(4) Završen dizajn, obrada i testiranje kompaktnog uzorka fleksibilne šarke nulte krutosti. Rezultati ispitivanja pokazuju da: pod dejstvom čistog obrtnog momenta,36°U opsegu uglova rotacije, u poređenju sa fleksibilnim šarkama unutrašnjeg i spoljašnjeg prstena, krutost fleksibilne šarke nulte krutosti je u proseku smanjena za 93%.

Konstruisana fleksibilna šarka nulte krutosti je samo pod dejstvom čistog obrtnog momenta, koji može da ostvari“nula krutosti”, bez razmatranja slučaja složenih uslova opterećenja ležaja. Stoga je izrada fleksibilnih šarki nulte krutosti pod složenim uvjetima opterećenja u fokusu daljnjih istraživanja. Osim toga, smanjenje trenja koje postoji tokom kretanja fleksibilnih šarki nulte krutosti važan je pravac optimizacije za fleksibilne šarke nulte krutosti.

reference

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, itd. Napredak istraživanja metoda projektovanja fleksibilnih šarki [J]. Kineski časopis za mašinstvo, 2010, 46(13):2-13. Y u jin šampion, PEI X U, BIS poziv, ETA gore. Najnovija metoda projektovanja za mehanizme savijanja[J]. Časopis za mašinstvo, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Dizajn generičkog spoja usklađenog sa nultom krutošću[C]// Međunarodne konferencije o inženjerstvu dizajna ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Bezdimenzionalni pristup za statičko balansiranje rotacijskih savijanja [J]. Mehanizam & Teorija mašina, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Građevinski blokovi negativne krutosti za statički balansirane usklađene mehanizme: dizajn i testiranje[J]. Journal of Mechanisms & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Modeliranje savijanja poprečnih osi [J]. Mehanizam i teorija mašina, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Osobine ukrštenih savijanja i utjecaj točke u kojoj se trake križaju [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Dizajn i eksperiment generaliziranih okretnih osovina savijanja s trostrukim poprečnim oprugama primijenjenih na ultra-preciznim instrumentima [J]. Pregled naučnih instrumenata, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, itd. Istraživanje karakteristika rotacijske krutosti generalizirane fleksibilne šarke s tri križa [J]. Kineski časopis za mašinstvo, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I riječ, l IU Lang, BIS glas, ETA. Karakterizacija rotacijske krutosti generaliziranih okreta savijanja s trostrukim poprečnim oprugama[J]. Časopis za mašinstvo, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Istraživanje poređenja performansi topološke strukture savijajućih osovina sa poprečnim oprugama[C]// ASME 2014 Međunarodne tehničke konferencije o inženjerstvu dizajna i Konferencija o računarima i informacijama u inženjerstvu, avgust 17–20. 2014, Buffalo, Njujork, Sjedinjene Američke Države. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Karakteristike krutosti unutrašnjeg–savijanje spoljnog prstena primenjeno na ultraprecizne instrumente[J]. ARHIV Zbornik radova Instituta mašinskih inženjera Deo C Časopis za mašinsko inženjerstvo 1989-1996 (sv. 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriterijumi za statičko balansiranje usklađenih mehanizama[C]// ASME 2010 Međunarodne tehničke konferencije o inženjerstvu dizajna i Konferencija o računarima i informacijama u inženjerstvu, avgust 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Generalizirani model ograničenja za dvodimenzionalno savijanje grede: Formulacija energije nelinearne deformacije [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

O autoru: Bi Shusheng (autor za dopisivanje), muškarac, rođen 1966. godine, doktor, profesor, mentor doktorskih studija. Njegov glavni istraživački pravac je potpuno fleksibilan mehanizam i bionički robot.

Fleksibilna šarka nulte krutosti zasnovana na opružnom mehanizmu je inovativna i revolucionarna tehnologija koja omogućava glatko i precizno kretanje u različitim aplikacijama. U ovom članku ćemo istražiti principe rada ove šarke i njene potencijalne primjene.

Kada je u pitanju zatvaranje vrata, način na koji se ona zatvaraju može napraviti razliku. Obične šarke mogu se zalupiti uz glasnu buku, uzrokujući udarce i nelagodu. I