Resumo: La rotacia rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas proksimume nul, kiu venkas la difekton ke ordinaraj flekseblaj ĉarniroj postulas veturmomanton, kaj povas esti aplikita al flekseblaj kroĉiloj kaj aliaj kampoj. Prenante la internan kaj eksteran ringon flekseblajn ĉarnirojn sub la ago de pura tordmomanto kiel la pozitiva rigideco subsistemo, la esploro Negativa rigideco mekanismo kaj kongruanta pozitiva kaj negativa rigideco povas konstrui nula rigideco fleksebla ĉarniro. Proponu negativan rigidecan rotacian mekanismon——Krank-risorta mekanismo, modeligita kaj analizis ĝiajn negativajn rigidecajn trajtojn; kongruante pozitivan kaj negativan rigidecon, analizis la influon de strukturaj parametroj de kranko-printempa mekanismo sur nula rigideco-kvalito; proponis linearan risorton kun agordebla rigideco kaj grandeco——Diamanta folio-risorta ŝnuro, la rigidecmodelo estis establita kaj la finhava elementa simuladkonfirmo estis efektivigita; finfine, la dezajno, pretigo kaj testado de kompakta nul-rigideca fleksebla ĉarnirprovaĵo estis kompletigitaj. La testrezultoj montris tion: sub la ago de pura tordmomanto,±18°En la gamo de rotaciaj anguloj, la rotacia rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas 93% pli malalta ol tiu de la interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj averaĝe. La konstruita nul-rigideca fleksebla ĉarniro havas kompaktan strukturon kaj altkvalitan nul-rigidecon; la proponita negativa-rigideca rotacia mekanismo kaj la lineara La risorto havas grandan referencan valoron por la studo de fleksebla mekanismo.

0 antaŭparolo

Fleksebla ĉarniro (lagro)

[1-2]

Fidante je la elasta deformado de la fleksebla unuo por transdoni aŭ konverti movon, forton kaj energion, ĝi estis vaste uzata en precizeca poziciigado kaj aliaj kampoj. Kompare kun tradiciaj rigidaj lagroj, estas restariga momento kiam la fleksebla ĉarniro turniĝas. Sekve, la veturunuo bezonas provizi eligan tordmomanton por stiri kaj Konservu la rotacion de la fleksebla ĉarniro. Nula rigideco fleksebla ĉarniro

[3]

(Nul rigideco-fleksa pivoto, ZSFP) estas fleksebla rotacia junto kies rotacia rigideco estas proksimume nul. Ĉi tiu speco de fleksebla ĉarniro povas resti ĉe ajna pozicio ene de la bata gamo, ankaŭ konata kiel senmova ekvilibra fleksebla ĉarniro

[4]

, estas plejparte uzitaj en kampoj kiel ekzemple flekseblaj kroĉiloj.

Surbaze de la modula dezajnokoncepto de la fleksebla mekanismo, la tuta nul-rigideca fleksebla ĉarnirsistemo povas esti dividita en du subsistemojn de pozitiva kaj negativa rigideco, kaj la nul-rigideca sistemo povas esti realigita per la kongruo de pozitiva kaj negativa rigideco.

[5]

. Inter ili, la pozitiva rigidecsubsistemo estas kutime grandstreka fleksebla ĉarniro, kiel ekzemple kruc-kana fleksebla ĉarniro.

[6-7]

, ĝeneraligita trikruca kano fleksebla ĉarniro

[8-9]

kaj interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj

[10-11]

Kt. Nuntempe, la esplorado pri flekseblaj ĉarniroj atingis multajn rezultojn, tial, la ŝlosilo por desegni nul-rigidecajn flekseblajn ĉarnirojn estas kongrui taŭgajn negativajn rigidecajn modulojn por flekseblaj ĉarniroj[3].

Internaj kaj eksteraj ringaj flekseblaj ĉarniroj (Internaj kaj eksteraj ringaj fleksaj pivotoj, IORFP) havas bonegajn karakterizaĵojn laŭ rigideco, precizeco kaj temperaturdrivo. La kongrua negativa rigideca modulo provizas la konstruan metodon de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro, kaj finfine, kompletigas la dezajnon, specimenan prilaboradon kaj testadon de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro.

1 kranko-risorta mekanismo

1.1 Difino de negativa rigideco

La ĝenerala difino de rigideco K estas la indico de ŝanĝo inter la ŝarĝo F portita de la elasta elemento kaj la ekvivalenta deformado dx

K= dF/dx (1)

Kiam la ŝarĝopliigo de la elasta elemento estas kontraŭa al la signo de la responda deformapliigo, ĝi estas negativa rigideco. Fizike, la negativa rigideco egalrilatas al la senmova malstabileco de la elasta elemento

[12]

.Negativaj rigidecmekanismoj ludas gravan rolon en la kampo de fleksebla statika ekvilibro. Kutime, negativaj rigidecmekanismoj havas la sekvajn karakterizaĵojn.

(1) La mekanismo rezervas certan kvanton da energio aŭ spertas certan deformadon.

(2) La mekanismo estas en kritika malstabileca stato.

(3) Kiam la mekanismo estas iomete ĝenita kaj forlasas la ekvilibran pozicion, ĝi povas liberigi pli grandan forton, kiu estas en la sama direkto kiel la movado.

1.2 Konstrua principo de nul-rigideca fleksebla ĉarniro

La nul-rigideca fleksebla ĉarniro povas esti konstruita uzante pozitivan kaj negativan rigideckongruon, kaj la principo estas montrita en Figuro 2.

(1) Sub la ago de pura tordmomanto, la interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj havas proksimume linearan tordmomantan-rotacian angulon rilaton, kiel montrite en Figuro 2a. Precipe, kiam la intersekcpunkto situas ĉe 12.73% de la kanlongo, la tordmomanta-rotacia angula rilato estas linia

[11]

, en ĉi tiu tempo, la restariga momento Mpivot (dekstruma direkto) de la fleksebla ĉarniro rilatas al la porta rotacia anguloθ(kontraŭhorloĝe) la rilato estas

Mpivoto=(8EI/L)θ (2)

En la formulo, E estas la elasta modulo de la materialo, L estas la longo de la kano, kaj I estas la momento de inercio de la sekcio.

(2) Laŭ la rotacia rigida modelo de la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniroj, la negativa rigida rotacia mekanismo estas kongrua, kaj ĝiaj negativaj rigidecaj trajtoj estas montritaj en Figuro 2b.

(3) Konsiderante la malstabilecon de la negativa rigida mekanismo

[12]

, la rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro devus esti proksimume nula kaj pli granda ol nulo, kiel montrite en Figuro 2c.

1.3 Difino de kranko-risorta mekanismo

Laŭ literaturo [4], nul-rigideca fleksebla ĉarniro povas esti konstruita enkondukante antaŭ-misformitan risorton inter la moviĝanta rigida korpo kaj la fiksa rigida korpo de la fleksebla ĉarniro. Por la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniro montrita en FIG. 1, risorto estas lanĉita inter la interna ringo kaj la ekstera ringo, t.e., risorto-krankmekanismoj (SCM) estas lanĉita. Rilatante al la krankoglitila mekanismo montrita en Figuro 3, la rilataj parametroj de la kranka risorta mekanismo estas montritaj en Figuro 4. La kranko-risorta mekanismo estas kunmetita de kranko kaj risorto (staru rigidecon kiel k). la komenca angulo estas la inkludita angulo inter la kranko AB kaj la bazo AC kiam la risorto ne estas misformita. R reprezentas la krankolongon, l reprezentas la bazlongon, kaj difinas la krankolongoproporcion kiel la rilatumon de r al l, I .e. = r/l (0<<1).

La konstruado de la kranko-risorta mekanismo postulas la determinon de 4 parametroj: la bazlongo l, la krankolongoproporcio, la komenca angulo kaj la printempa rigideco K.

La deformado de la kranko-risortmekanismo sub forto estas montrita en Figuro 5a, nuntempe M

&gamo;

Sub la ago, la kranko moviĝas de la komenca pozicio AB

Betao

turnu vin al AB

&gamo;

, dum la rotacia procezo, la inkluzivita angulo de la kranko relative al la horizontala pozicio

&gamo;

nomita la kranko angulo.

Kvalita analizo montras ke la kranko rotacias de AB (komenca pozicio, M & gama; Nulo) al AB0 (“morta punkto”loko, M

&gamo;

estas nulo), la kranko-risorta mekanismo havas deformadon kun negativaj rigideckarakterizaĵoj.

1.4 La rilato inter tordmomanto kaj rotacia angulo de kranko-printempa mekanismo

En Fig. 5, la tordmomanto M & gama; dekstrume estas pozitiva, la kranko angulo & gama; maldekstrume estas pozitiva, kaj la momentŝarĝo M estas modeligita kaj analizita malsupre.

&gamo;

kun kranko angulo

&gamo;

La rilato inter la modeliga procezo estas dimensiigita.

Kiel montrite en Figuro 5b, la tordmomanta ekvilibra ekvacio por kranko AB & gama estas listigita.

En la formulo, F & gama; estas la risorta forto, d & gama; estas F & gama; al punkto A. Supozu ke la movo-ŝarĝa rilato de la risorto estas

En la formulo, K estas la risorta rigideco (ne nepre konstanta valoro),δ
x&gamo;

estas la kvanto de printempa deformado (mallongigita al pozitiva),δ
x&gamo;

=|B

Betao

C| – |B

&gamo;

C|.

Samtempa tipo (3)(5), momento M

&gamo;

kun angulo

&gamo;

La rilato estas

1.5 Analizo de la negativaj rigidecaj trajtoj de la kranko-risorta mekanismo

Por faciligi la analizon de la negativaj rigidecaj trajtoj de la kranko-risorta mekanismo (momento M

&gamo;

kun angulo

&gamo;

rilato), oni povas supozi ke la risorto havas linearan pozitivan rigidecon, tiam formulo (4) povas esti reverkita kiel

En la formulo, Kkonst estas konstanto pli granda ol nulo. Post kiam la grandeco de la fleksebla ĉarniro estas determinita, la longo l de la bazo ankaŭ estas determinita. Tial, supozante ke l estas konstanto, formulo (6) povas esti reverkita kiel

kie Kconstl2 estas konstanto pli granda ol nulo, kaj la momentkoeficiento m & gama; havas dimension de unu. La negativaj rigideckarakterizaĵoj de la kranko-risorta mekanismo povas esti akiritaj analizante la rilaton inter la tordmomanta koeficiento m & gama; kaj la rotacia angulo & gamao.

El ekvacio (9), Figuro 6 montras la komencan angulon =π rilato inter m & gama; kaj krankolongoproporcio kaj rotacia angulo & gama;, & isin;[0.1, 0.9],& gama;& isin;[0, π]. Figuro 7 montras la rilaton inter m & gama; kaj rotacia angulo & gama; por = 0.2 kaj malsama . Figuro 8 montras =π Kiam, sub malsamaj , la rilato inter m & gama; kaj angulo & gamao.

Laŭ la difino de kranko-risorta mekanismo (sekcio 1.3) kaj formulo (9), kiam k kaj l estas konstantaj, m & gama; Nur rilata al angulo & gama;, krankolongoproporcio kaj kranko komenca angulo .

(1) Se kaj nur se & gama; estas egala al 0 aŭπ aŭ ,m & gama; estas egala al nulo; & gama; & isin;[0, ],m & gama; estas pli granda ol nulo; & gama; & estas en;[π], m & gama; malpli ol nulo. & isin;[0, ],m & gama; estas pli granda ol nulo; & gama;& estas en;[π], m & gama; malpli ol nulo.

(2) & gama; Kiam [0, ], la rotacia angulo & gama; pliiĝas, m & gama; pliiĝas de nul al la fleksia angulo & gamma;0 prenas la maksimuman valoron m & gamma;max, kaj poste iom post iom malpliiĝas.

(3) La negativa rigideco karakteriza gamo de la kranko-printempa mekanismo: & gama;& isin;[0, & gamma;0], en ĉi tiu tempo & gama; pliiĝas (maldekstrume), kaj la tordmomanto M & gama; pliiĝas (dekstrume). La fleksa punkto angulo & gamma;0 estas la maksimuma rotacia angulo de la negativa rigideco karakterizaĵo de la kranko-risorta mekanismo kaj & gama;0 & isin;[0, ];m & gama;max estas la maksimuma negativa momentokoeficiento. Donita kaj , la derivaĵo de ekvacio (9) donas & gama;0

(4) ju pli granda estas la komenca angulo, & gama; la pli granda 0, m

&gama;maks

pli granda.

(5) ju pli granda estas la longoproporcio, & gama; la pli malgranda 0, m

&gama;maks

pli granda.

Precipe, =πLa negativaj rigideckarakterizaĵoj de la kranko-risortmekanismo estas la plej bonaj (la negativa rigida angulintervalo estas granda, kaj la tordmomanto kiu povas esti provizita estas granda). =πSamtempe, sub malsamaj kondiĉoj, la maksimuma rotacia angulo & gama de la negativa rigideco karakteriza de la kranko-risorta mekanismo; 0 kaj la maksimuma negativa tordmomanta koeficiento m & gama; Max estas listigita en tabelo 1.

Tabelo 1 La komenca angulo estasπ La maksimuma negativa rigida angulo & gamma;0 kaj la maksimuma momentkoeficiento m sub malsamaj krankolongoproporcioj

&gama;maks

parametro

valoro

krankolongoproporcio

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Maksimuma turnangulo & gama;

0
/rad

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Maksimuma momentkoeficiento m

&gama;maks

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Konstruo de nul-rigideca fleksebla ĉarniro

La kongruo de pozitiva kaj negativa rigideco de la 2.1 estas montrita en Figuro 9, n (n 2) grupoj de paralelaj krankaj risortaj mekanismoj estas egale distribuitaj ĉirkaŭ la cirkonferenco, formante negativan rigidecmekanismon kongruan kun la interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj.

Uzante la internan kaj eksteran ringajn flekseblajn ĉarnirojn kiel la pozitivan rigidecsubsistemon, konstruu nul-rigidecan flekseblan ĉarniron. Por atingi nulan rigidecon, egalu la pozitivan kaj negativan rigidecon

samtempa (2), (3), (6), (11), kaj & gama;=θ, la ŝarĝo F & gamma de la printempo povas esti akirita; kaj movoδLa rilato de x & gama; estas

Laŭ sekcio 1.5, la negativa rigideco angulo gamo de la kranko printempa mekanismo: & gama;& isin;[0, & gama;0] kaj & gama;0 & isin;[0, ], la streko de la nula rigideco fleksebla ĉarniro devas esti malpli ol & gama;0, mi .e. la fonto ĉiam estas en misformita stato (δxγ≠0). La rotacia gamo de la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniroj estas±0.35 rad(±20°), simpligu la trigonometriajn funkciojn sin & gama; kaj kos & gama; jene

Post simpligo, la ŝarĝo-movo rilato de la fonto

2.2 Eraranalizo de pozitiva kaj negativa rigida kongrua modelo

Taksi la eraron kaŭzitan de la simpligita traktado de ekvacio (13). Laŭ la realaj prilaboraj parametroj de nula rigida fleksebla ĉarniro (Sekcio 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; La dimensioj de la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniro kano L = 46mm,T = 0.3mm,W = 9.4mm; La komparformuloj (12) kaj (14) simpligas la ŝarĝo-movorilaton kaj relativan eraron de la antaŭaj kaj malantaŭaj risortoj kiel montrite en figuroj 10a kaj 10b respektive.

Kiel montrite en Figuro 10, & gama; estas malpli ol 0.35 rad (20°), la relativa eraro kaŭzita de la simpligita traktado al la ŝarĝo-movo-kurbo ne superas 2.0%, kaj la formulo

La simpligita traktado de (13) povas esti uzata por konstrui nul-rigidecajn flekseblajn ĉarnirojn.

2.3 Rigidecaj trajtoj de la fonto

Supozante ke la rigideco de la risorto estas K, la samtempa (3), (6), (14)

Laŭ la realaj prilaboraj parametroj de nula rigideco fleksebla ĉarniro (Sekcio 4.2), la ŝanĝa kurbo de printempa rigideco K kun angulo & gama; estas montrita en figuro 11. Precipe, kiam & gamma;= 0, K prenas la minimuman valoron.

Por la komforto de dezajno kaj prilaborado, la risorto adoptas linearan pozitivan rigidecan risorton, kaj la rigideco estas Kconst. En la tuta streko, se la totala rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas pli granda ol aŭ egala al nulo, Kconst devus preni la minimuman valoron de K

Ekvacio (16) estas la rigidecvaloro de la linia pozitiva rigideco-risorto dum konstruo de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro. 2.4 Analizo de nul-rigideca kvalito La ŝarĝo-movo-rilato de la konstruita nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas

Samtempa formulo (2), (8), (16) povas esti akirita

Por taksi la kvaliton de nula rigideco, la redukta gamo de fleksebla ĉarniro rigideco antaŭ kaj post aldoni la negativan rigidecan modulon estas difinita kiel la nula rigideco-kvalita koeficiento.ηη Ju pli proksime al 100%, des pli alta estas la kvalito de nula rigideco. Figuro 12 estas 1-η Rilato kun krankolongoproporcio kaj komenca angulo η Ĝi estas sendependa de la nombro n de paralelaj kranko-risortaj mekanismoj kaj la longo l de la bazo, sed nur rilata al la krankolongoproporcio, la rotacia angulo & gama; kaj la komenca angulo .

(1) La komenca angulo pliiĝas kaj la nula rigideco-kvalito pliboniĝas.

(2) La longoproporcio pliiĝas kaj la nula rigideckvalito malpliiĝas.

(3) Angulo & gama; pliiĝas, nula rigideco-kvalito malpliiĝas.

Por plibonigi la nul-rigideca kvalito de la nula rigida fleksebla ĉarniro, la komenca angulo devas preni pli grandan valoron; la kranklongoproporcio estu kiel eble plej malgranda. Samtempe, laŭ la analizaj rezultoj en Sekcio 1.5, se estas tro malgranda, la kapablo de la kranko-risorta mekanismo provizi negativan rigidecon estos malforta. Por plibonigi la nula rigideco kvalito de la nula rigideco fleksebla ĉarniro, la komenca angulo =π, kranko longo proporcio = 0.2, tio estas, la reala prilaborado parametroj de sekcio 4.2 nulo rigideco fleksebla ĉarniro.

Laŭ la realaj prilaboraj parametroj de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro (Sekcio 4.2), la tordmomanta-angula rilato inter la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniroj kaj la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas montrita en Figuro 13; la malkresko en rigideco estas la nul-rigideca kvalitkoeficientoηLa rilato kun la angulo & gama; estas montrita en figuro 14. Laŭ Figuro 14: En 0,35 rad (20°) rotacia gamo, la rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas reduktita je mezumo de 97%; 0.26 rad(15°) anguloj, ĝi estas reduktita je 95%.

3 Dezajno de lineara pozitiva rigideco printempo

La konstruado de nula rigideco fleksebla ĉarniro estas kutime post kiam la grandeco kaj rigideco de la fleksebla ĉarniro estas determinitaj, kaj tiam la rigideco de la risorto en la kranko-risorta mekanismo estas inversigita, do la rigideco kaj grandeco postuloj de la risorto estas relative striktaj. Krome, la komenca angulo =π, de Figuro 5a, dum la rotacio de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro, la risorto ĉiam estas en kunpremita stato, tio estas“Kunprema printempo”.

La rigideco kaj grandeco de tradiciaj kunpremaj risortoj malfacilas precize personecigi, kaj gvida mekanismo ofte estas postulata en aplikoj. Tial, estas proponita risorto, kies rigideco kaj grandeco povas esti personecigitaj——Diamanta folirisorta ŝnuro. La rompoforma lamrisortoj (Figuro 15) estas kunmetita de multoblaj diamantformaj lamrisortoj ligitaj en serio. Ĝi havas la karakterizaĵojn de libera struktura dezajno kaj alta grado de personigo. Ĝia pretiga teknologio kongruas kun tiu de flekseblaj ĉarniroj, kaj ambaŭ estas prilaboritaj per precizeca dratotranĉado.

3.1 Ŝarĝo-movomodelo de rompoforma lamenrisorta ŝnuro

Pro la simetrio de la romba lamenrisorto, nur unu lamenrisorto devas esti submetita al streĉa analizo, kiel montrite en Figuro 16. α estas la angulo inter la kano kaj la horizontalo, la longo, larĝo kaj dikeco de la kano estas respektive Ld, Wd, Td, f estas la dimensie unuigita ŝarĝo sur la romba lamenrisorto,δy estas la deformado de romba lamenrisorto en la y-direkto, forto fy kaj momento m estas ekvivalentaj ŝarĝoj sur la fino de ununura kano, fv kaj fw estas komponentfortoj de fy en la wov koordinatsistemo.

Laŭ la trabo-deforma teorio de AWTAR[13], la dimensie unuigita ŝarĝo-delokiĝa rilato de ununura kano

Pro la limrilato de la rigida korpo sur la kano, la fina angulo de la kano antaŭ kaj post deformado estas nulo, tio estasθ = 0. Samtempa (20) (22)

Ekvacio (23) estas la ŝarĝ-movo-dimensia unuiga modelo de romba lamensorto. n2 rombaj lamenrisortoj estas ligitaj en serioj, kaj ĝia ŝarĝo-movo modelo estas

El formulo (24), kiamαKiam d estas malgranda, la rigideco de la rompoforma ŝnuro estas ĉirkaŭ linia sub tipaj grandeco kaj tipaj ŝarĝoj.

3.2 Konfirmo de finhava elementa simulado de la modelo

La finhava elementa simuladkonfirmo de la ŝarĝ-movomodelo de la diamantforma lamenrisorto estas efektivigita. Uzante ANSYS Mechanical APDL 15.0, la simulaj parametroj estas montritaj en Tabelo 2, kaj premo de 8 N estas aplikata al la rompoforma lamenrisorto.

Tabelo 2 Finaelementaj simuladparametroj de romba folirisorta ŝnuro

parametro

valoro

Materio

AL7075-T6

Kanlongo L

De

/mm

18

Kano-larĝo W

De

/mm

10

Kano-Diko T

De

/mm

0.25

angulo de deklivo de kanoα/°
10/20/30/40

Elasta modulo E/GPa

73

La komparo inter la modelrezultoj kaj la simuladrezultoj de la romba folirisorta ŝarĝo-delokiĝo-rilato estas montrita en Fig. 17 (dimensiigo). Por kvar rombaj foliorisortoj kun malsamaj deklivaj anguloj, la relativa eraro inter la modelo kaj la finhavaj elementaj simuladrezultoj ne superas 1.5%. La valideco kaj precizeco de la modelo (24) estis kontrolitaj.

4 Dezajno kaj provo de nul-rigideca fleksebla ĉarniro

4.1 Parametro-dezajno de nul-rigideca fleksebla ĉarniro

Por desegni nul-rigidecan flekseblan ĉarnilon, la dezajnaj parametroj de la fleksebla ĉarniro unue devas esti determinitaj laŭ la servokondiĉoj, kaj poste la koncernaj parametroj de la kranko-risorta mekanismo estu kalkulitaj inverse.

4.1.1 Flekseblaj ĉarniraj parametroj

La intersekcpunkto de la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniroj situas ĉe 12.73% de la kanlongo, kaj ĝiaj parametroj estas montritaj en Tabelo 3. Anstataŭigante en ekvacion (2), la tordmomanta-rotacia angula rilato de la interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj estas

Tabelo 3 Strukturaj parametroj kaj materialaj propraĵoj de la interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj

parametro

valoro

Materio

AL7075-T6

Kanlongo L/mm

46

Kano-larĝo W/mm

9.4

Kano-Dikeco T/mm

0.30

Elasta modulo E/GPa

73

4.1.2 Negativaj rigidecmekanismo-parametroj

Kiel montrite en fig. 18, prenante la nombron n de krankaj risortaj mekanismoj paralele kiel 3, la longo l = 40 mm estas determinita de la grandeco de la fleksebla ĉarniro. laŭ la konkludo de sekcio 2.4, la komenca angulo =π, krankolongoproporcio = 0,2. Laŭ ekvacio (16), la rigideco de la risorto (mi .e. diamanta folirisorta ŝnuro) estas Kkonst = 558.81 N/m (26)

4.1.3 Parametroj de kordoj de diamantaj folioj

per l = 40mm, =π, = 0.2, la origina longo de la risorto estas 48mm, kaj la maksimuma deformado (& gama;= 0) estas 16mm. Pro strukturaj limigoj, estas malfacile por unuopa romba lamenrisorto produkti tian grandan deformadon. Uzante kvar rombajn lamenrisortojn en serio (n2 = 4), la rigideco de ununura romba lamensorto estas

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

Laŭ la grandeco de la negativa rigideco-mekanismo (Figuro 18), konsiderante la kanan longon, larĝon kaj kanan inklinan angulon de la diamantforma lamenrisorto, la kano povas esti deduktita el formulo (23) kaj la rigidecformulo (27) de la romboforma folia risorto Diko. La strukturaj parametroj de rombaj folirisortoj estas listigitaj en Tabelo 4.

surfaco4

En resumo, la parametroj de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro bazita sur la kranko-risorta mekanismo ĉiuj estis determinitaj, kiel montrite en Tabelo 3 kaj Tabelo 4.

4.2 Dezajno kaj prilaborado de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro specimeno Riferu al literaturo [8] por la prilaborado kaj testa metodo de la fleksebla ĉarniro. La nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas kunmetita de negativa rigidecmekanismo kaj interna kaj ekstera ringa fleksebla ĉarniro paralele. La struktura dezajno estas montrita en Figuro 19.

Kaj la internaj kaj eksteraj ringoj flekseblaj ĉarniroj kaj diamant-formaj folirisortaj ŝnuroj estas prilaboritaj per precizecaj drattranĉaj maŝiniloj. La internaj kaj eksteraj ringaj flekseblaj ĉarniroj estas prilaboritaj kaj kunvenitaj en tavoloj. Figuro 20 estas la fizika bildo de tri aroj de diamant-formaj folirisortaj ŝnuroj, kaj Figuro 21 estas la kunvenita nul-rigideco La fizika bildo de la fleksebla ĉarniro specimeno.

4.3 La testplatformo de rotacia rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro Rilate al la rotacia rigida testa metodo en [8], la rotacia rigida testa platformo de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas konstruita, kiel montrite en Figuro 22.

4.4 Eksperimenta datumtraktado kaj erara analizo

La rotacia rigideco de la internaj kaj eksteraj ringoj flekseblaj ĉarniroj kaj nul-rigidecaj flekseblaj ĉarniroj estis provitaj sur la testa platformo, kaj la testrezultoj estas montritaj en Figuro 23. Kalkulu kaj desegnu la nul-rigideca kvalitkurbo de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro laŭ formulo (19), kiel montrite en Fig. 24.

La testrezultoj montras, ke la rotacia rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas proksima al nulo. Kompare kun la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniroj, la nul-rigideca fleksebla ĉarniro±0.31 rad(18°) rigideco estis reduktita je mezumo de 93%; 0.26 rad (15°), la rigideco estas reduktita je 90%.

Kiel montrite en Figuroj 23 kaj 24, ekzistas ankoraŭ certa interspaco inter la testrezultoj de la nula rigideckvalito kaj la teoriaj modelrezultoj (la relativa eraro estas malpli ol 15%), kaj la ĉefaj kialoj de la eraro estas kiel sekvas.

(1) La modeleraro kaŭzita de la simpligo de trigonometriaj funkcioj.

(2) Frikcio. Estas frotado inter la diamanta folirisorta ŝnuro kaj la munta ŝafto.

(3) Eraro pri procesado. Estas eraroj en la reala grandeco de la kano, ktp.

(4) Eraro de muntado. La interspaco inter la instala truo de la diamantforma folia risorta ŝnuro kaj la ŝafto, la instala breĉo de la testa platforma aparato, ktp.

4.5 Komparo de rendimento kun tipa nul-rigideca fleksebla ĉarniro En literaturo [4], nul-rigideca fleksebla ĉarniro ZSFP_CAFP estis konstruita per krucaksa fleksebla pivoto (CAFP), kiel montrite en Figuro 25.

Komparo de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro ZSFP_IORFP (Fig. 21) kaj ZSFP_CAFP (Fig. 25) konstruita per la interna kaj ekstera ringo flekseblaj ĉarniroj

(1) ZSFP_IORFP, la strukturo estas pli kompakta.

(2) La angula gamo de ZSFP_IORFP estas malgranda. La angulintervalo estas limigita per la angulintervalo de la fleksebla ĉarniro mem; la angula gamo de ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP angulintervalo40°.

(3) ±18°En la gamo de anguloj, ZSFP_IORFP havas pli altan kvaliton de nula rigideco. La meza rigideco de ZSFP_CAFP estas reduktita je 87%, kaj la meza rigideco de ZSFP_IORFP estas reduktita je 93%.

5 konkludo

Prenante la flekseblan ĉarnilon de la internaj kaj eksteraj ringoj sub pura tordmomanto kiel la pozitiva rigidecsubsistemo, la sekva laboro estis farita por konstrui nul-rigidecan flekseblan ĉarnilon.

(1) Proponu negativan rigidan rotacian mekanismon——Por la kranko-risortmekanismo, modelo (Formulo (6)) estis establita por analizi la influon de strukturaj parametroj sur ĝiaj negativaj rigideckarakterizaĵoj, kaj la gamo de ĝiaj negativaj rigideckarakterizaĵoj estis donita (Tablo 1).

(2) Kongruante la pozitivajn kaj negativajn rigidecojn, la rigidecaj trajtoj de la risorto en la kranko-risorta mekanismo (Ekvacio (16)) estas akiritaj, kaj la modelo (Ekvacio (19)) estas establita por analizi la efikon de la strukturaj parametroj. de la kranko-risorta mekanismo sur la nula rigideco kvalito de la nula rigideco fleksebla ĉarniro Influo, teorie, ene de la disponebla bato de la fleksebla ĉarniro de la interna kaj ekstera ringoj (±20°), la averaĝa redukto de rigideco povas atingi 97%.

(3) Proponu agordeblan rigidecon“printempo”——Romboforma lamrisorta ŝnuro estis establita por establi sian rigidecmodelon (Ekvacio (23)) kaj kontrolita per finhava elementmetodo.

(4) Kompletigis la dezajnon, prilaboradon kaj testadon de kompakta nul-rigideca fleksebla ĉarnira specimeno. La testrezultoj montras ke: sub la ago de pura tordmomanto, la36°En la gamo de rotaciaj anguloj, kompare kun la interna kaj ekstera ringo fleksebla ĉarniroj, la rigideco de la nul-rigideca fleksebla ĉarniro estas reduktita je 93% averaĝe.

La konstruita nul-rigideco fleksebla ĉarniro estas nur sub la ago de pura tordmomanto, kiu povas realigi“nula rigideco”, sen pripensi la kazon de portado de kompleksaj ŝarĝkondiĉoj. Tial, la konstruado de nul-rigidecaj flekseblaj ĉarniroj sub kompleksaj ŝarĝkondiĉoj estas la fokuso de plia esplorado. Krome, redukti la frikcion kiu ekzistas dum la movado de nul-rigidecaj flekseblaj ĉarniroj estas grava optimumiga direkto por nul-rigidecaj flekseblaj ĉarniroj.

referencoj

[1] HOWELL L L. Konformaj Mekanismoj[M]. Novjorko: John Wiley&Filoj, Inc, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, ktp. Esplorprogreso sur dezajnometodoj de fleksebla ĉarnirmekanismo[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin ĉampiono, PEI X U, BIS voko, ETA supren. La stato de arto de Dezajno-Metodo por Flexure Mechanisms [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46 (13): 2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Dezajno de Generic Zero Stiffness Compliant Joint[C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Nedimensia aliro por senmova ekvilibro de rotaciaj fleksoj [J]. Mekanismo & Maŝina Teorio, 2015, 84 (84): 90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Negative Stiffness Building Blocks por Statike Balanced Compliant Mekanismoj: Dezajno kaj Testado[J]. Ĵurnalo de Mekanismoj & Robotiko, 2010, 2 (4): 041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. La modeligado de trans-aksaj fleksaj pivotoj [J]. Mekanismo kaj maŝinteorio, 2002, 37 (5): 461-476.

[7] WITTRICK W H. La trajtoj de krucitaj fleksaj pivotoj kaj la influo de la punkto ĉe kiu la strioj krucas [J]. La Aernaŭtika Kvaronjara Revuo, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Dezajno kaj eksperimento de ĝeneraligitaj tri-kruc-risortaj fleksaj pivotoj aplikitaj al la ultraprecizecaj instrumentoj [J]. Revizio de Sciencaj Instrumentoj, 2014, 85 (10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, ktp. Esplorado pri rotaciaj rigideckarakterizaĵoj de ĝeneraligita tri-kruca kano fleksebla ĉarniro[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I vorto, l IU Lang, BIS voĉo, ETA. Rotacia Rigideca Karakterizado de Ĝeneraligitaj Triobla-kruc-risortaj Fleksaj Pivotoj[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Esplorado de Efikeco-Komparo de Topologia Strukturo de Kruc-Prisortaj Fleksaj Pivotoj[C]// ASME 2014 Internaciaj Dezajnaj Inĝenieristiko Teknikaj Konferencoj kaj Komputiloj kaj Informoj en Inĝenieristiko-Konferenco, aŭgusto 17–la 20-an de oktobro 2014, Bufalo, Novjorko, Usono. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Rigidecaj trajtoj de interna–eksteraj ringaj fleksaj pivotoj aplikitaj al la ultraprecizaj instrumentoj[J]. ARKIVO Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (vols 203-210), 2017: 095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriterioj por la Senmova Ekvilibro de Konformaj Mekanismoj [C]// ASME 2010 Internaciaj Dezajnaj Inĝenieristiko Teknikaj Konferencoj kaj Komputiloj kaj Informoj en Inĝenieristiko Konferenco, aŭgusto 15–18, 2010, Montrealo, Kebekio, Kanado. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Ĝeneraligita limmodelo por dudimensiaj trabofleksoj: Nelinia streĉa energiformuliĝo [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Pri la aŭtoro: Bi Shusheng (korespondanta aŭtoro), vira, naskiĝinta en 1966, kuracisto, profesoro, doktora kontrolisto. Lia ĉefa esplordirekto estas plene fleksebla mekanismo kaj biona roboto.

Nula rigida fleksebla ĉarniro bazita sur kranko-risorta mekanismo estas pionira kaj revolucia teknologio, kiu permesas glatan kaj precizan movadon en diversaj aplikoj. En ĉi tiu artikolo, ni esploros la funkciajn principojn de ĉi tiu ĉarniro kaj ĝiaj eblaj aplikoj.

Kiam temas pri fermado de pordoj, la maniero kiel ĝi fermas povas fari la tutan diferencon. Ordinaraj ĉarniroj povas klakfermi per laŭta bruo, kaŭzante efikon kaj malkomforton. I