Crynodeb: Mae anystwythder cylchdro'r colfach hyblyg sero-anystwythder tua sero, sy'n goresgyn y diffyg y mae angen torque gyrru ar golfachau hyblyg cyffredin, a gellir ei gymhwyso i grippers hyblyg a meysydd eraill. Cymryd y cylch mewnol ac allanol colfachau hyblyg o dan y camau gweithredu o trorym pur fel yr is-system anystwythder cadarnhaol, yr ymchwil Gall mecanwaith anystwythder negyddol a cyfatebol anystwythder cadarnhaol a negyddol adeiladu colfach hyblyg sero anystwythder. Cynnig mecanwaith cylchdroi anystwythder negyddol——Mecanwaith gwanwyn crank, modelu a dadansoddi ei nodweddion anystwythder negyddol; trwy gyfateb anystwythder cadarnhaol a negyddol, dadansoddwyd dylanwad paramedrau strwythurol mecanwaith gwanwyn crank ar ansawdd anystwythder sero; cynigiodd sbring llinol gydag anystwythder a maint y gellir ei addasu——Llinyn gwanwyn dail siâp diemwnt, sefydlwyd y model anystwythder a chynhaliwyd gwiriad efelychiad elfen feidraidd; yn olaf, cwblhawyd y gwaith o ddylunio, prosesu a phrofi sampl colfach hyblyg o sero-anystwythder cryno. Dangosodd canlyniadau'r profion: o dan weithred torque pur,±18°Yn yr ystod o onglau cylchdro, mae anystwythder cylchdro'r colfach hyblyg sero anystwythder 93% yn is na cholfachau hyblyg y cylch mewnol ac allanol ar gyfartaledd. Mae gan y colfach hyblyg sero anystwythder strwythur cryno a sero anystwythder o ansawdd uchel; y mecanwaith cylchdroi negyddol-anystwythder arfaethedig a'r llinellol Mae gan y gwanwyn werth cyfeirio gwych ar gyfer astudio mecanwaith hyblyg.

0 rhagymadrodd

Colfach hyblyg (dwyn)

[1-2]

Gan ddibynnu ar ddadffurfiad elastig yr uned hyblyg i drosglwyddo neu drosi mudiant, grym ac egni, fe'i defnyddiwyd yn helaeth mewn lleoli manwl gywir a meysydd eraill. O'i gymharu â Bearings anhyblyg traddodiadol, mae yna foment adfer pan fydd y colfach hyblyg yn cylchdroi. Felly, mae angen i'r uned yrru ddarparu trorym allbwn i yrru a Cadwch y cylchdro y colfach hyblyg. Colfach hyblyg sero anystwythder

[3]

(Colyn hyblyg sero anystwythder, ZSFP) yn uniad cylchdro hyblyg y mae ei anystwythder cylchdro tua sero. Gall y math hwn o golfach hyblyg aros mewn unrhyw sefyllfa o fewn yr ystod strôc, a elwir hefyd yn golfach cydbwysedd statig hyblyg

[4]

, yn cael eu defnyddio'n bennaf mewn meysydd fel grippers hyblyg.

Yn seiliedig ar gysyniad dylunio modiwlaidd y mecanwaith hyblyg, gellir rhannu'r system colfach hyblyg sero-cryfder gyfan yn ddwy is-system o anystwythder cadarnhaol a negyddol, a gellir gwireddu'r system sero anystwythder trwy gydweddu anystwythder cadarnhaol a negyddol.

[5]

. Yn eu plith, mae'r is-system anystwythder positif fel arfer yn golfach hyblyg trawiad mawr, fel colfach hyblyg croes-gors.

[6-7]

, colfach hyblyg corsyn tri-croes cyffredinol

[8-9]

a cholfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol

[10-11]

Ac ati. Ar hyn o bryd, mae'r ymchwil ar golfachau hyblyg wedi cyflawni llawer o ganlyniadau, felly, yr allwedd i ddylunio colfachau hyblyg sero anystwythder yw cydweddu modiwlau anystwythder negyddol addas ar gyfer colfachau hyblyg[3].

Mae gan golfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol (colynau hyblyg cylch mewnol ac allanol, IORFP) nodweddion rhagorol o ran anystwythder, manwl gywirdeb a drifft tymheredd. Mae'r modiwl anystwythder negyddol cyfatebol yn darparu dull adeiladu'r colfach hyblyg sero anystwythder, ac yn olaf, mae'n cwblhau dyluniad, prosesu sampl a phrofi'r colfach hyblyg sero anystwythder.

1 mecanwaith gwanwyn crank

1.1 Diffiniad o anystwythder negyddol

Y diffiniad cyffredinol o anystwythder K yw cyfradd y newid rhwng y llwyth F a gludir gan yr elfen elastig a'r anffurfiad cyfatebol dx

K= dF/dx (1)

Pan fo cynyddiad llwyth yr elfen elastig gyferbyn ag arwydd y cynyddiad anffurfiad cyfatebol, mae'n anystwythder negyddol. Yn gorfforol, mae'r anystwythder negyddol yn cyfateb i ansefydlogrwydd statig yr elfen elastig

[12]

Mae mecanweithiau anystwythder negyddol yn chwarae rhan bwysig ym maes cydbwysedd statig hyblyg. Fel arfer, mae gan fecanweithiau anystwythder negyddol y nodweddion canlynol.

(1) Mae'r mecanwaith yn cadw swm penodol o egni neu'n cael anffurfiad penodol.

(2) Mae'r mecanwaith mewn cyflwr ansefydlogrwydd critigol.

(3) Pan fydd y mecanwaith yn cael ei aflonyddu ychydig ac yn gadael y sefyllfa ecwilibriwm, gall ryddhau grym mwy, sydd i'r un cyfeiriad â'r symudiad.

1.2 Egwyddor adeiladu colfach hyblyg sero anystwythder

Gellir adeiladu'r colfach hyblyg sero anystwythder trwy ddefnyddio cydweddu anystwythder cadarnhaol a negyddol, a dangosir yr egwyddor yn Ffigur 2.

(1) O dan weithred torque pur, mae gan y colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol berthynas ongl torque-cylchdro tua llinol, fel y dangosir yn Ffigur 2a. Yn enwedig, pan fydd y pwynt croestoriad wedi'i leoli ar 12.73% o hyd y cyrs, mae'r berthynas ongl torque-cylchdro yn llinol

[11]

, ar yr adeg hon, mae'r eiliad adfer Mpivot (cyfeiriad clocwedd) y colfach hyblyg yn gysylltiedig â'r ongl cylchdroi dwynθ(gwrthglocwedd) y berthynas yw

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Yn y fformiwla, E yw modwlws elastig y defnydd, L yw hyd y cyrs, ac I yw moment syrthni'r adran.

(2) Yn ôl model anystwythder cylchdro y colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol, mae'r mecanwaith cylchdroi anystwythder negyddol yn cyfateb, a dangosir ei nodweddion anystwythder negyddol yn Ffigur 2b.

(3) Yn wyneb ansefydlogrwydd y mecanwaith anystwythder negyddol

[12]

, dylai anystwythder y colfach hyblyg sero-anystwythder fod tua sero ac yn fwy na sero, fel y dangosir yn Ffigur 2c.

1.3 Diffiniad o fecanwaith sbring crank

Yn ôl llenyddiaeth [4], gellir adeiladu colfach hyblyg sero-anystwythder trwy gyflwyno gwanwyn wedi'i ddadffurfio ymlaen llaw rhwng y corff anhyblyg symudol a chorff anhyblyg sefydlog y colfach hyblyg. Ar gyfer colfach hyblyg y cylch mewnol ac allanol a ddangosir yn FIG. 1, cyflwynir gwanwyn rhwng y cylch mewnol a'r cylch allanol, I.e., cyflwynir mecanweithiau crank gwanwyn (SCM). Gan gyfeirio at y mecanwaith llithrydd crank a ddangosir yn Ffigur 3, dangosir paramedrau cysylltiedig mecanwaith y gwanwyn crank yn Ffigur 4. Mae'r mecanwaith crank-spring yn cynnwys crank a sbring (anystwythder gosod fel k). yr ongl gychwynnol yw'r ongl sydd wedi'i chynnwys rhwng y crank AB a'r sylfaen AC pan nad yw'r sbring wedi'i ddadffurfio. Mae R yn cynrychioli hyd y cranc, mae l yn cynrychioli'r hyd sylfaen, ac yn diffinio'r gymhareb hyd crank fel cymhareb r i l, I .e. = r/l (0<<1).

Mae adeiladu'r mecanwaith crank-spring yn gofyn am bennu 4 paramedr: hyd sylfaen l, cymhareb hyd y crank, yr ongl gychwynnol ac anystwythder y gwanwyn K.

Dangosir dadffurfiad mecanwaith y gwanwyn crank o dan rym yn Ffigur 5a, ar hyn o bryd M

&gama;

O dan y weithred, mae'r crank yn symud o'r safle cychwynnol AB

Beta

troi at AB

&gama;

, yn ystod y broses gylchdroi, ongl gynhwysol y crank o'i gymharu â'r sefyllfa lorweddol

&gama;

a elwir yr ongl crank.

Mae dadansoddiad ansoddol yn dangos bod y crank yn cylchdroi o AB (safle cychwynnol, M & gama; Sero) i AB0 (“pwynt marw”lleoliad, M

&gama;

yn sero), mae gan y mecanwaith crank-spring anffurfiad gyda nodweddion anystwythder negyddol.

1.4 Y berthynas rhwng torque ac ongl cylchdro mecanwaith gwanwyn crank

Yn Ffig. 5, y trorym M & gama; clocwedd yn bositif, yr ongl crank & gama; mae gwrthglocwedd yn bositif, ac mae'r llwyth momentwm M yn cael ei fodelu a'i ddadansoddi isod.

&gama;

ag ongl crank

&gama;

Mae'r berthynas rhwng y broses fodelu yn ddimensiynol.

Fel y dangosir yn Ffigur 5b, yr hafaliad cydbwysedd trorym ar gyfer crank AB & gama wedi'i restru.

Yn y fformiwla, mae F & gama; yw grym adfer y gwanwyn, d & gama; yw F & gama; i bwynt A. Tybiwch mai perthynas dadleoli-llwyth y sbring yw

Yn y fformiwla, K yw anystwythder y gwanwyn (nid o reidrwydd gwerth cyson),δ
x&gama;

yw faint o anffurfiad y gwanwyn (wedi'i fyrhau i bositif),δ
x&gama;

=|B

Beta

C| – |B

&gama;

C|.

Math ar yr un pryd (3)(5), eiliad M

&gama;

gyda chornel

&gama;

Mae'r berthynas yn

1.5 Dadansoddiad o nodweddion anystwythder negyddol y mecanwaith crank-spring

Er mwyn hwyluso'r dadansoddiad o nodweddion anystwythder negyddol y mecanwaith crank-spring (eiliad M

&gama;

gyda chornel

&gama;

perthynas), gellir tybio bod gan y gwanwyn anystwythder positif llinol, yna gellir ailysgrifennu fformiwla (4) fel

Yn y fformiwla, mae Kconst yn gysonyn sy'n fwy na sero. Ar ôl pennu maint y colfach hyblyg, pennir hyd l y sylfaen hefyd. Felly, gan dybio bod l yn gysonyn, gellir ailysgrifennu fformiwla (6) fel

lle mae Kconstl2 yn gysonyn sy'n fwy na sero, a'r cyfernod moment m & gama; mae ganddo ddimensiwn o un. Gellir cael nodweddion anystwythder negyddol y mecanwaith crank-spring trwy ddadansoddi'r berthynas rhwng cyfernod torque m & gama; a'r ongl cylchdroi & gama.

O hafaliad (9), mae Ffigur 6 yn dangos yr ongl gychwynnol =π perthynas rhwng m & gama; a chymhareb hyd crank ac ongl cylchdroi & gama;, & isin;[0.1, 0.9],& gama;& isin;[0, π]. Mae Ffigur 7 yn dangos y berthynas rhwng m & gama; ac ongl cylchdro & gama; ar gyfer = 0.2 ac yn wahanol . Mae Ffigur 8 yn dangos =π Pan, o dan wahanol , mae'r berthynas rhwng m & gama; ac ongl & gama.

Yn ôl y diffiniad o fecanwaith sbring crank (adran 1.3) a fformiwla (9), pan fo k ac l yn gyson, m & gama; Dim ond yn ymwneud ag ongl & gama;, cymhareb hyd crank ac ongl gychwynnol crank .

(1) Os a dim ond os & gama; yn hafal i 0 neuπ neu ,m & gama; yn hafal i sero; & gama; & isin;[0,],m & gama; yn fwy na sero; & gama; & isin;[π],m & gama; llai na sero. & isin;[0,],m & gama; yn fwy na sero; & gama;& isin;[π],m & gama; llai na sero.

(2) & gama; Pan fydd [0, ], yr ongl cylchdroi & gama; cynydd, m & gama; yn cynyddu o sero i ongl y pwynt inflection & gama; 0 yn cymryd y gwerth mwyaf m & gama; max, ac yna'n gostwng yn raddol.

(3) Anystwythder negyddol ystod nodweddiadol y mecanwaith gwanwyn crank: & gama;& isin;[0, & gama;0], ar hyn o bryd & gama; yn cynyddu (gwrthglocwedd), a'r trorym M & gama; yn cynyddu (clocwedd). Ongl y pwynt inflection & gama; 0 yw ongl cylchdroi uchaf yr anystwythder negyddol sy'n nodweddiadol o fecanwaith crank-spring a & gama;0 & isin;[0,];m & gama; max yw'r cyfernod moment negyddol uchaf. O ystyried a , mae tarddiad hafaliad (9) yn ildio & gama;0

(4) po fwyaf yw'r ongl gychwynnol, & gama; y mwyaf 0, m

&gama; uchafswm

mwy.

(5) po fwyaf yw'r gymhareb hyd, & gama; y lleiaf 0, m

&gama; uchafswm

mwy.

Yn arbennig, =πNodweddion anystwythder negyddol mecanwaith y gwanwyn crank yw'r gorau (mae'r ystod ongl anystwythder negyddol yn fawr, ac mae'r torque y gellir ei ddarparu yn fawr). =πAr yr un pryd, o dan amodau gwahanol, yr ongl cylchdroi uchaf & gama o anystwythder negyddol sy'n nodweddiadol o fecanwaith y gwanwyn crank; 0 a'r cyfernod trorym negyddol uchaf m & gama; Rhestrir y mwyafswm yn nhabl 1.

Tabl 1 Yr ongl gychwynnol ywπ Yr ongl stiffnessrwydd negyddol uchaf & gama;0 a'r cyfernod moment uchaf m o dan wahanol gymarebau hyd crank

&gama; uchafswm

paramedr

gwerth

cymhareb hyd crank

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Ongl troi uchaf & gama;

0
/rad

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Cyfernod moment uchaf m

&gama; uchafswm

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Adeiladu colfach hyblyg sero anystwythder

Dangosir cydweddu anystwythder positif a negyddol y 2.1 yn Ffigur 9, n(n 2) mae grwpiau o fecanweithiau gwanwyn crank cyfochrog wedi'u dosbarthu'n gyfartal o amgylch y cylchedd, gan ffurfio mecanwaith anystwythder negyddol sy'n cyd-fynd â'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol.

Gan ddefnyddio'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol fel yr is-system anystwythder positif, lluniwch golfach hyblyg sero-anystwythder. Er mwyn cyflawni anystwythder sero, cyd-fynd â'r anystwythder cadarnhaol a negyddol

cydamserol (2), (3), (6), (11), a & gama;=θ, y llwyth F & gellir cael gama y gwanwyn; a dadleoliδPerthynas x & gama; yn

Yn ôl adran 1.5, ystod ongl anystwythder negyddol y mecanwaith gwanwyn crank: & gama;& isin;[0, & gama;0] a & gama;0 & isin;[0,], bydd strôc y colfach hyblyg sero anystwythder yn llai na & gama;0, I .e. mae'r sbring bob amser mewn cyflwr anffurfiedig (δx&gama;≠ 0). Amrediad cylchdroi'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol yw±0.35 rad(±20°), symleiddio'r swyddogaethau trigonometrig pechod & gama; a cos & gama; fel a ganlyn

Ar ôl symleiddio, y berthynas llwyth-dadleoli y gwanwyn

2.2 Dadansoddiad gwall o fodel paru anystwythder positif a negyddol

Gwerthuswch y gwall a achosir gan y driniaeth symlach o hafaliad (13). Yn ôl paramedrau prosesu gwirioneddol colfach hyblyg sero anystwythder (Adran 4.2): n = 3,l = 40mm, =π, = 0.2,E = 73 GPa; Mae dimensiynau'r cylch mewnol ac allanol cors colfach hyblyg L = 46mm, T = 0.3mm, W = 9.4mm; Mae'r fformiwlâu cymharu (12) a (14) yn symleiddio'r berthynas dadleoli llwyth a gwall cymharol y ffynhonnau blaen a chefn fel y dangosir yn Ffigurau 10a a 10b yn y drefn honno.

Fel y dangosir yn Ffigur 10, & gama; yn llai na 0.35 rad (20°), nid yw'r gwall cymharol a achosir gan y driniaeth symlach i'r gromlin dadleoli llwyth yn fwy na 2.0%, a'r fformiwla

Gellir defnyddio'r driniaeth symlach o (13) i adeiladu colfachau hyblyg o sero anystwythder.

2.3 Nodweddion stiffrwydd y gwanwyn

Gan dybio bod anystwythder y sbring yn K, yr un pryd (3), (6), (14)

Yn ôl y paramedrau prosesu gwirioneddol o sero anystwythder colfach hyblyg (Adran 4.2), y gromlin newid o anystwythder gwanwyn K ag ongl & gama; a ddangosir yn Ffigur 11. Yn arbennig, pan & gama; = 0, K yn cymryd y gwerth lleiaf.

Er hwylustod dylunio a phrosesu, mae'r gwanwyn yn mabwysiadu gwanwyn anystwythder positif llinol, a'r anystwythder yw Kconst. Yn y strôc gyfan, os yw cyfanswm anystwythder y colfach hyblyg sero anystwythder yn fwy na neu'n hafal i sero, dylai Kconst gymryd y gwerth lleiaf o K

Hafaliad (16) yw gwerth anystwythder y gwanwyn anystwythder positif llinol wrth adeiladu'r colfach sero anystwythder hyblyg. 2.4 Dadansoddiad o ansawdd sero anystwythder Y berthynas llwyth-dadleoli o'r colfach hyblyg sero-anystwythder a adeiladwyd yw

Gellir cael fformiwla ar yr un pryd (2), (8), (16).

Er mwyn gwerthuso ansawdd anystwythder sero, diffinnir yr ystod gostyngiad o anystwythder colfach hyblyg cyn ac ar ôl ychwanegu'r modiwl anystwythder negyddol fel y cyfernod ansawdd anystwythder sero.ηη Po agosaf at 100%, uchaf yw ansawdd anystwythder sero. Mae Ffigur 12 yn 1-η Perthynas â chymhareb hyd crank ac ongl gychwynnol η Mae'n annibynnol ar y nifer n o fecanweithiau crank-spring cyfochrog a hyd l y sylfaen, ond dim ond yn gysylltiedig â'r gymhareb hyd crank, yr ongl cylchdroi & gama; a'r ongl gychwynnol.

(1) Mae'r ongl gychwynnol yn cynyddu ac mae'r ansawdd anystwythder sero yn gwella.

(2) Mae'r gymhareb hyd yn cynyddu ac mae'r ansawdd anystwythder sero yn lleihau.

(3) Ongl & gama; yn cynyddu, mae ansawdd anystwythder sero yn gostwng.

Er mwyn gwella ansawdd anystwythder sero y colfach hyblyg sero anystwythder, dylai'r ongl gychwynnol gymryd gwerth mwy; dylai'r gymhareb hyd crank fod mor fach â phosib. Ar yr un pryd, yn ôl canlyniadau'r dadansoddiad yn Adran 1.5, os yw'n rhy fach, bydd gallu'r mecanwaith crank-spring i ddarparu anystwythder negyddol yn wan. Er mwyn gwella ansawdd anystwythder sero y colfach sero anystwythder hyblyg, yr ongl gychwynnol =π, cymhareb hyd crank = 0.2, hynny yw, y paramedrau prosesu gwirioneddol o adran 4.2 sero anystwythder colfach hyblyg.

Yn ôl paramedrau prosesu gwirioneddol y colfach hyblyg sero-anystwythder (Adran 4.2), dangosir y berthynas trorym-ongl rhwng y colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol a'r colfach hyblyg sero anystwythder yn Ffigur 13; y gostyngiad mewn anystwythder yw'r cyfernod ansawdd sero-anystwythderηY berthynas â'r gornel & gama; a ddangosir yn Ffigur 14. Yn ôl Ffigur 14: Mewn 0.35 rad (20°) ystod cylchdro, mae anystwythder y colfach hyblyg sero-anystwythder yn cael ei leihau ar gyfartaledd o 97%; 0. 26 rad(15°) corneli, mae'n cael ei leihau 95%.

3 Dyluniad gwanwyn anystwythder positif llinol

Mae adeiladu colfach hyblyg sero anystwythder fel arfer ar ôl pennu maint ac anystwythder y colfach hyblyg, ac yna mae anystwythder y gwanwyn yn y mecanwaith gwanwyn crank yn cael ei wrthdroi, felly mae gofynion anystwythder a maint y gwanwyn yn gymharol llym. Yn ogystal, mae'r ongl gychwynnol =π, o Ffigur 5a, yn ystod cylchdroi'r colfach hyblyg sero-stiffness, mae'r gwanwyn bob amser mewn cyflwr cywasgedig, hynny yw“Gwanwyn cywasgu”.

Mae anystwythder a maint ffynhonnau cywasgu traddodiadol yn anodd eu haddasu'n fanwl gywir, ac yn aml mae angen mecanwaith canllaw mewn cymwysiadau. Felly, cynigir gwanwyn y gellir addasu ei anystwythder a'i faint——Llinyn gwanwyn dail siâp diemwnt. Mae'r llinyn sbring dail siâp diemwnt (Ffigur 15) yn cynnwys ffynhonnau dail siâp diemwnt lluosog wedi'u cysylltu mewn cyfres. Mae ganddo nodweddion dylunio strwythurol rhad ac am ddim a lefel uchel o addasu. Mae ei dechnoleg prosesu yn gyson â thechnoleg colfachau hyblyg, ac mae'r ddau yn cael eu prosesu trwy dorri gwifren yn fanwl.

3.1 Model dadleoli llwyth o linyn gwanwyn dail siâp diemwnt

Oherwydd cymesuredd y gwanwyn dail rhombig, dim ond un gwanwyn dail sydd angen ei ddadansoddi'n straen, fel y dangosir yn Ffigur 16. α yw'r ongl rhwng y cyrs a'r llorweddol, hyd, lled a thrwch y cyrs yw Ld, Wd, Td yn y drefn honno, f yw'r llwyth unedig yn ddimensiwn ar y gwanwyn dail rhombus,δy yw anffurfiad sbring dail rhombig i gyfeiriad y, mae grym fy a moment m yn lwythi cyfatebol ar ddiwedd un cyrs, mae fv a fw yn rymoedd cydrannol o fy yn y system gyfesurynnau wov.

Yn ôl theori dadffurfiad trawst AWTAR[13], perthynas dadleoli llwyth unedig unedig cyrs sengl

Oherwydd perthynas gyfyngiad y corff anhyblyg ar y cyrs, mae ongl diwedd y cyrs cyn ac ar ôl dadffurfiad yn sero, hynny ywθ = 0. Ar y pryd (20)(22)

Hafaliad (23) yw'r model uno dimensiwn llwyth-dadleoli o wanwyn dail rhombig. Mae ffynhonnau dail rhombig n2 wedi'u cysylltu mewn cyfres, a'i fodel dadleoli llwyth yw

O fformiwla (24), prydαPan fo d yn fach, mae anystwythder llinyn y gwanwyn dail siâp diemwnt tua llinellol o dan ddimensiynau nodweddiadol a llwythi nodweddiadol.

3.2 Dilysiad efelychiad elfen gyfyngedig o'r model

Cynhelir gwiriad efelychiad elfen feidraidd model dadleoli llwyth y gwanwyn dail siâp diemwnt. Gan ddefnyddio ANSYS Mechanical APDL 15.0, dangosir y paramedrau efelychiad yn Nhabl 2, a rhoddir pwysau o 8 N ar y gwanwyn dail siâp diemwnt.

Tabl 2 Paramedrau efelychiad elfen feidraidd llinyn gwanwyn dail rhombig

paramedr

gwerth

Deunyddiad

AL7075-T6

Hyd cyrs L

O

/mm

18

Lled y cyrs W

O

/mm

10

Trwch Reed T

O

/mm

0.25

ongl gogwydd cyrsα/°
10/20/30/40

Modwlws elastig E/GPa

73

Dangosir y gymhariaeth rhwng canlyniadau'r model a chanlyniadau efelychu perthynas llwyth-dadleoli gwanwyn dail rhombws yn Ffig. 17 (dimensionalization). Ar gyfer pedwar sbring dail rhombus gyda gwahanol onglau gogwydd, nid yw'r gwall cymharol rhwng y model a'r canlyniadau efelychiad elfen feidraidd yn fwy na 1.5%. Mae dilysrwydd a chywirdeb y model (24) wedi'u gwirio.

4 Dylunio a phrofi colfach hyblyg sero anystwythder

4.1 Dyluniad paramedr colfach hyblyg sero anystwythder

Er mwyn dylunio colfach hyblyg sero-anystwythder, dylid pennu paramedrau dylunio'r colfach hyblyg yn unol ag amodau'r gwasanaeth yn gyntaf, ac yna dylid cyfrifo paramedrau perthnasol mecanwaith y gwanwyn crank yn wrthdro.

4.1.1 Paramedrau colfach hyblyg

Mae pwynt croestoriad colfachau hyblyg y cylch mewnol ac allanol wedi'i leoli ar 12.73% o hyd y cyrs, a dangosir ei baramedrau yn Nhabl 3. Gan roi hafaliad (2), mae'r berthynas ongl trorym-cylchdro o'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol yn

Tabl 3 Paramedrau strwythurol a phriodweddau materol colfachau hyblyg y cylch mewnol ac allanol

paramedr

gwerth

Deunyddiad

AL7075-T6

Hyd cyrs L/mm

46

Lled cyrs W/mm

9.4

Trwch Cyrs T/mm

0.30

Modwlws elastig E/GPa

73

4.1.2 Paramedrau mecanwaith anystwythder negyddol

Fel y dangosir yn ffig. 18, gan gymryd y nifer n o fecanweithiau gwanwyn crank yn gyfochrog â 3, mae'r hyd l = 40 mm yn cael ei bennu gan faint y colfach hyblyg. yn ôl casgliad adran 2.4, yr ongl gychwynnol =π, cymhareb hyd crank = 0.2. Yn ôl hafaliad (16), anystwythder y sbring (I.e. llinyn sbring dail diemwnt) yw Kconst = 558.81 N/m (26)

4.1.3 Paramedrau llinyn gwanwyn dail diemwnt

gan l = 40mm, =π, = 0.2, hyd gwreiddiol y gwanwyn yw 48mm, a'r anffurfiad uchaf (& gama; = 0) yw 16mm. Oherwydd cyfyngiadau strwythurol, mae'n anodd i un gwanwyn dail rhombws gynhyrchu dadffurfiad mor fawr. Gan ddefnyddio pedwar sbring dail rhombws mewn cyfres (n2 = 4), mae anystwythder un sbring dail rhombws yn

Kd=4Kconst=2235.2 N/m (27)

Yn ôl maint y mecanwaith anystwythder negyddol (Ffigur 18), o ystyried hyd cyrs, lled ac ongl gogwydd cyrs y gwanwyn dail siâp diemwnt, gellir didynnu'r cyrs o fformiwla (23) a'r fformiwla anystwythder (27) o y gwanwyn dail siâp diemwnt Trwch. Rhestrir paramedrau strwythurol ffynhonnau dail rhombws yn Nhabl 4.

wyneb4

I grynhoi, mae paramedrau'r colfach hyblyg sero anystwythder yn seiliedig ar fecanwaith y gwanwyn crank i gyd wedi'u pennu, fel y dangosir yn Nhabl 3 a Thabl 4.

4.2 Dylunio a phrosesu'r sampl colfach hyblyg sero anystwythder Cyfeiriwch at y llenyddiaeth [8] ar gyfer dull prosesu a phrofi'r colfach hyblyg. Mae'r colfach hyblyg sero anystwythder yn cynnwys mecanwaith anystwythder negyddol a cholfach hyblyg cylch mewnol ac allanol yn gyfochrog. Dangosir y dyluniad strwythurol yn Ffigur 19.

Mae'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol a'r llinynnau sbring dail siâp diemwnt yn cael eu prosesu gan offer peiriant torri gwifren manwl. Mae'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol yn cael eu prosesu a'u cydosod mewn haenau. Ffigur 20 yw'r darlun corfforol o dair set o linynnau gwanwyn dail siâp diemwnt, a Ffigur 21 yw'r cryfder sero wedi'i ymgynnull Mae darlun ffisegol y sampl colfach hyblyg.

4.3 Llwyfan prawf anystwythder cylchdro y colfach hyblyg sero-anystwythder Gan gyfeirio at y dull prawf anystwythder cylchdro yn [8], mae platfform prawf anystwythder cylchdro y colfach hyblyg sero-anystwythder yn cael ei adeiladu, fel y dangosir yn Ffigur 22.

4.4 Prosesu data arbrofol a dadansoddi gwallau

Profwyd anystwythder cylchdro colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol a cholfachau hyblyg sero anystwythder ar y llwyfan prawf, a dangosir canlyniadau'r profion yn Ffigur 23. Cyfrifwch a lluniadwch gromlin ansawdd sero anystwythder y colfach hyblyg sero anystwythder yn ôl fformiwla (19), fel y dangosir yn Ffig. 24.

Mae canlyniadau'r profion yn dangos bod anystwythder cylchdro'r colfach hyblyg sero anystwythder yn agos at sero. O'i gymharu â'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol, mae'r colfach hyblyg sero-anystwythder±0. 31 rad(18°) gostyngwyd anystwythder 93% ar gyfartaledd; 0.26 rad (15°), mae'r anystwythder yn cael ei leihau 90%.

Fel y dangosir yn Ffigurau 23 a 24, mae bwlch penodol o hyd rhwng canlyniadau prawf yr ansawdd anystwythder sero a chanlyniadau'r model damcaniaethol (mae'r gwall cymharol yn llai na 15%), ac mae'r prif resymau dros y gwall fel a ganlyn.

(1) Y gwall model a achosir gan symleiddio swyddogaethau trigonometrig.

(2) Ffrithiant. Mae ffrithiant rhwng llinyn y gwanwyn dail diemwnt a'r siafft mowntio.

(3) Gwall prosesu. Mae gwallau ym maint gwirioneddol y cyrs, ac ati.

(4) Gwall Cynulliad. Y bwlch rhwng twll gosod y llinyn gwanwyn dail siâp diemwnt a'r siafft, bwlch gosod dyfais y llwyfan prawf, ac ati.

4.5 Cymhariaeth perfformiad â cholfach hyblyg sero-anystwythder nodweddiadol Mewn llenyddiaeth [4], adeiladwyd colfach hyblyg sero anystwythder ZSFP_CAFP gan ddefnyddio colyn hyblyg traws-echel (CAFP), fel y dangosir yn Ffigur 25.

Cymhariaeth o'r colfach hyblyg sero anystwythder ZSFP_IORFP (Ffig. 21) a ZSFP_CAFP (Ffig. 25) wedi'i adeiladu gan ddefnyddio'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol

(1) ZSFP_IORFP, mae'r strwythur yn fwy cryno.

(2) Mae ystod cornel ZSFP_IORFP yn fach. Mae ystod y gornel wedi'i gyfyngu gan ystod cornel y colfach hyblyg ei hun; ystod cornel ZSFP_CAFP80°, Amrediad cornel ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°Yn yr ystod o gorneli, mae gan ZSFP_IORFP ansawdd uwch o anystwythder sero. Mae anystwythder cyfartalog ZSFP_CAFP yn cael ei leihau 87%, ac mae anystwythder cyfartalog ZSFP_IORFP yn cael ei leihau 93%.

5 casgliad

Gan gymryd colfach hyblyg y modrwyau mewnol ac allanol o dan trorym pur fel yr is-system anystwythder positif, mae'r gwaith canlynol wedi'i wneud i adeiladu colfach hyblyg sero anystwythder.

(1) Cynnig mecanwaith cylchdroi anystwythder negyddol——Ar gyfer mecanwaith y gwanwyn crank, sefydlwyd model (Fformiwla (6)) i ddadansoddi dylanwad paramedrau strwythurol ar ei nodweddion anystwythder negyddol, a rhoddwyd ystod ei nodweddion anystwythder negyddol (Tabl 1).

(2) Trwy gydweddu'r anystwythder cadarnhaol a negyddol, ceir nodweddion anystwythder y gwanwyn yn y mecanwaith gwanwyn crank (Hyaliad (16)), a sefydlir y model (Hyaliad (19)) i ddadansoddi effaith y paramedrau strwythurol o fecanwaith y gwanwyn crank ar ansawdd anystwythder sero y colfach hyblyg sero anystwythder Dylanwad, yn ddamcaniaethol, o fewn y strôc sydd ar gael o golfach hyblyg y modrwyau mewnol ac allanol (±20°), gall y gostyngiad cyfartalog mewn anystwythder gyrraedd 97%.

(3) Cynigiwch anystwythder y gellir ei addasu“gwanwyn”——Sefydlwyd llinyn gwanwyn deilen siâp diemwnt i sefydlu ei fodel anystwythder (Equation (23)) a'i wirio trwy ddull elfen feidraidd.

(4) Cwblhawyd dylunio, prosesu a phrofi sampl colfach hyblyg cryno o sero anystwythder. Mae canlyniadau'r profion yn dangos: o dan weithred torque pur, y36°Yn yr ystod o onglau cylchdro, o'i gymharu â'r colfachau hyblyg cylch mewnol ac allanol, mae anystwythder y colfach hyblyg sero-anystwythder yn cael ei leihau 93% ar gyfartaledd.

Dim ond o dan weithred trorym pur y mae'r colfach hyblyg sero anystwythder wedi'i hadeiladu, a all wireddu“sero anystwythder”, heb ystyried achos dwyn amodau llwytho cymhleth. Felly, mae adeiladu colfachau hyblyg sero-anystwythder o dan amodau llwyth cymhleth yn ffocws ymchwil bellach. Yn ogystal, mae lleihau'r ffrithiant sy'n bodoli yn ystod symudiad colfachau hyblyg sero anystwythder yn gyfeiriad optimeiddio pwysig ar gyfer colfachau hyblyg sero anystwythder.

cyfeiriadau

[1] HOWELL L L. Mecanweithiau Cydymffurfio[M]. Efrog Newydd: John Wiley&Sons, Inc, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, ac ati. Cynnydd ymchwil ar ddulliau dylunio mecanwaith colfach hyblyg[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13. Y u jin champion, PEI X U, galwad BIS, ETA i fyny. Dull Dylunio o'r radd flaenaf ar gyfer Mecanweithiau Hyblyg[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Dyluniad Cyd-Generig sy'n Cydymffurfio â Sero Anystwythder[C]// Cynadleddau Peirianneg Dylunio Rhyngwladol ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Dull di-dimensiwn ar gyfer cydbwyso ystwythder cylchdro yn statig[J]. Mecanwaith & Theori Peiriannau, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Anystwythder Negyddol Blociau Adeiladu ar gyfer Mecanweithiau Cydymffurfiaeth Ystadegol: Dylunio a Phrofi[J]. Journal of Mechanisms & Roboteg, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Modelu colyn ystwyth traws-echel[J]. Mecanwaith a damcaniaeth peiriannau, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Priodweddau colyn ystwythder croes a dylanwad y pwynt lle mae'r stribedi'n croesi[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Dylunio ac arbrofi colyn hyblyg triphlyg traws-wanwyn cyffredinol wedi'i gymhwyso i'r offerynnau tra-fanwl [J]. Adolygiad o Offerynnau Gwyddonol, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, ac ati. Ymchwil ar nodweddion anystwythder cylchdro colfach hyblyg cors tri-croes cyffredinol[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I gair, l IU Lang, llais BIS, ETA. Anystwythder Cylchdro Nodweddu Colyn Hyblyg Triphlyg Traws-wanwyn Cyffredinol[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Ymchwil o Berfformiad Cymharu Strwythur Topoleg Colynau Hyblyg Traws-Gwanwyn[C]// ASME 2014 Cynadleddau Technegol Peirianneg Dylunio Rhyngwladol a Chyfrifiaduron a Gwybodaeth mewn Cynhadledd Peirianneg, Awst 17–20, 2014, Buffalo, Efrog Newydd, UDA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Nodweddion stiffrwydd mewnol–colyn ystwythder cylch allanol wedi'i gymhwyso i'r offerynnau tra-fanwl [J]. ARCHIF Trafodion Sefydliad y Peirianwyr Mecanyddol Rhan C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (cyfrol 203-210), 2017: 095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Meini Prawf ar gyfer Cydbwyso Mecanweithiau Cydymffurfio'n Statig[C]// Cynadleddau Technegol Peirianneg Dylunio Rhyngwladol 2010 a Chynhadledd Cyfrifiaduron a Gwybodaeth mewn Peirianneg, Awst 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Canada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Model cyfyngiad cyffredinol ar gyfer hyblygrwydd trawst dau-ddimensiwn: Ffurfio egni straen aflinol[J]. Journal of Mecanyddol Design, 2010, 132: 81009.

Am yr awdur: Bi Shusheng (awdur cyfatebol), gwrywaidd, a aned ym 1966, meddyg, athro, goruchwyliwr doethuriaeth. Ei brif gyfeiriad ymchwil yw mecanwaith cwbl hyblyg a robot bionig.

Mae colfach hyblyg sero anystwythder yn seiliedig ar fecanwaith gwanwyn crank yn dechnoleg arloesol a chwyldroadol sy'n caniatáu symudiad llyfn a manwl gywir mewn amrywiol gymwysiadau. Yn yr erthygl hon, byddwn yn archwilio egwyddorion gweithio'r colfach hwn a'i gymwysiadau posibl.

O ran cau drysau, gall y ffordd y mae'n cau wneud byd o wahaniaeth. Gall colfachau cyffredin gau gyda sŵn uchel, gan achosi trawiad ac anghysur. I