Nulljäikuse painduva hinge uurimine, mis põhineb vända vedrumehhanismi_hinge teadmistel 1

Kokkuvõte: Nulljäikuse painduva hinge pöörlemisjäikus on ligikaudu null, mis ületab vea, et tavalised painduvad hinged nõuavad pöördemomenti, ning seda saab rakendada painduvatele haaratsitele ja muudele väljadele. Võttes positiivse jäikuse alamsüsteemina puhta pöördemomendi mõjul sisemise ja välimise rõnga painduvad hinged, saab negatiivse jäikuse mehhanismi ning positiivse ja negatiivse jäikuse sobitamise konstrueerida null jäikusega painduva hinge. Pakkuge välja negatiivse jäikusega pöörlemismehhanism——Vända vedrumehhanism, modelleeris ja analüüsis selle negatiivseid jäikusomadusi; positiivse ja negatiivse jäikuse sobitamise teel analüüsiti väntvedrumehhanismi konstruktsiooniparameetrite mõju nulljäikuse kvaliteedile; pakkus välja kohandatava jäikuse ja suurusega lineaarse vedru——rombikujuline lehtvedru string, jäikuse mudel loodi ja lõplike elementide simulatsiooni kontroll; lõpuks viidi lõpule kompaktse nulljäikuse painduva hingeproovi projekteerimine, töötlemine ja testimine. Katsetulemused näitasid, et: puhta pöördemomendi mõjul±18°Pöörlemisnurkade vahemikus on nulljäikuse painduva hinge pöörlemisjäikus 93% madalam kui sisemise ja välimise rõnga painduva hinge keskmine. Konstrueeritud nulljäikuse painduv liigend on kompaktse struktuuriga ja kvaliteetse nulljäikusega; kavandatud negatiivse jäikusega pöörlemismehhanism ja lineaarne vedru on painduva mehhanismi uurimisel suur võrdlusväärtus.

0 eessõna

Paindlik liigend (laager)

^[1-2]

Liikumise, jõu ja energia edastamiseks või muundamiseks paindliku üksuse elastsele deformatsioonile tuginedes on seda laialdaselt kasutatud täppispositsioneerimisel ja muudes valdkondades. Võrreldes traditsiooniliste jäikade laagritega on painduva hinge pöörlemisel taastumishetk. Seetõttu peab ajam tagama sõitmiseks väljundpöördemomendi ja hoidma painduva hinge pöörlemist. Null jäikus painduv liigend

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) on painduv pöördliigend, mille pöörlemisjäikus on ligikaudu null. Seda tüüpi painduv liigend võib püsida käiguvahemikus mis tahes asendis, mida tuntakse ka kui staatilise tasakaalu painduvat liigendit

^[4]

, kasutatakse enamasti sellistes valdkondades nagu painduvad haaratsid.

Painduva mehhanismi modulaarse konstruktsioonikontseptsiooni alusel saab kogu nulljäikuse painduva hingesüsteemi jagada kaheks positiivse ja negatiivse jäikuse alamsüsteemiks ning nulljäikuse süsteemi saab realiseerida positiivse ja negatiivse jäikuse sobitamise kaudu.

^[5]

. Nende hulgas on positiivse jäikuse alamsüsteem tavaliselt suure käiguga painduv liigend, näiteks ristrooga painduv liigend

^[6-7]

, üldistatud kolme ristiga pilliroo painduv hing

^[8-9]

ja sisemise ja välimise rõnga painduvad hinged

^[10-11]

Jne. Praeguseks on painduvate hingede uurimine andnud palju tulemusi, seetõttu on nulljäikuse painduvate hingede projekteerimise võti sobitada painduvate hingede jaoks sobivad negatiivse jäikusega moodulid[3].

Sisemise ja välimise rõnga painduvad hinged (sise- ja välisrõnga painduvad pöörded, IORFP) on suurepäraste omadustega jäikuse, täpsuse ja temperatuurimuutuse osas. Sobiv negatiivse jäikusega moodul pakub nulljäikuse painduva hinge konstruktsioonimeetodit ja viib lõpuks lõpule nulljäikuse painduva hinge projekteerimise, proovide töötlemise ja testimise.

1 vända vedru mehhanism

1.1 Negatiivse jäikuse määratlus

Jäikuse K ülddefinitsioon on elastsele elemendile kantava koormuse F ja vastava deformatsiooni dx muutumise kiirus.

K = dF/dx (1)

Kui elastse elemendi koormuse juurdekasv on vastupidine vastava deformatsioonisammu märgile, on tegemist negatiivse jäikusega. Füüsiliselt vastab negatiivne jäikus elastse elemendi staatilisele ebastabiilsusele

^[12]

.Negatiivse jäikuse mehhanismid mängivad olulist rolli paindliku staatilise tasakaalu valdkonnas. Tavaliselt on negatiivse jäikuse mehhanismidel järgmised omadused.

(1) Mehhanism säilitab teatud koguse energiat või läbib teatud deformatsiooni.

(2) Mehhanism on kriitilises ebastabiilsuses.

(3) Kui mehhanism on veidi häiritud ja lahkub tasakaaluasendist, võib see vabastada suurema jõu, mis on liikumisega samas suunas.

1.2 Nulljäikuse painduva hinge ehituspõhimõte

Nulljäikuse painduva hinge saab konstrueerida positiivse ja negatiivse jäikuse sobitamise abil ning põhimõte on näidatud joonisel 2.

(1) Puhta pöördemomendi mõjul on sisemise ja välimise rõnga painduvatel hingedel ligikaudu lineaarne pöördemomendi ja pöördenurga suhe, nagu on näidatud joonisel 2a. Eriti siis, kui lõikepunkt asub 12,73% roo pikkusest, on pöördemomendi ja pöördenurga suhe lineaarne

^[11]

, sel ajal on painduva hinge taastamismoment Mpivot (päripäeva) seotud laagri pöördenurgagaθ(vastupäeva) suhe on

Mpivot = (8EI/L)θ (2)

Valemis E on materjali elastsusmoodul, L on pilliroo pikkus ja I on lõigu inertsimoment.

(2) Vastavalt sisemise ja välimise rõnga painduvate hingede pöörlemisjäikuse mudelile on negatiivse jäikuse pöörlemismehhanism sobitatud ja selle negatiivsed jäikusomadused on näidatud joonisel 2b.

(3) Pidades silmas negatiivse jäikuse mehhanismi ebastabiilsust

^[12]

, peaks nulljäikuse painduva hinge jäikus olema ligikaudu null ja suurem kui null, nagu on näidatud joonisel 2c.

1.3 Vända vedrumehhanismi määratlus

Vastavalt kirjandusele [4] saab nulljäikuse painduva hinge konstrueerida, viies liikuva jäiga korpuse ja painduva hinge fikseeritud jäiga korpuse vahele eelnevalt deformeeritud vedru. Sisemise ja välimise rõnga painduva hinge jaoks, mis on näidatud joonisel fig. 1 on sisemise rõnga ja välimise rõnga vahele sisestatud vedru, st vedru-vända mehhanismid (SCM). Viidates joonisel 3 näidatud vända liugurmehhanismile, on vända vedrumehhanismi seotud parameetrid näidatud joonisel 4. Vänt-vedru mehhanism koosneb vändast ja vedrust (seadistatud jäikus k). algnurk on vända AB ja aluse AC vaheline nurk, kui vedru ei ole deformeerunud. R tähistab vända pikkust, l tähistab aluse pikkust ja defineerib vända pikkuse suhte suhtena r ja l, st. = r/l (0<<1).

Vänt-vedrumehhanismi konstruktsioon nõuab 4 parameetri määramist: aluse pikkus l, vända pikkuse suhe , algnurk ja vedru jäikus K.

Vända vedrumehhanismi deformatsioon jõu mõjul on näidatud joonisel 5a, hetkel M

_γ

Tegevuse ajal liigub vänt algasendist AB

_Beeta

keera AB poole

_γ

, pöörlemisprotsessi ajal vända kaasatud nurk horisontaalasendi suhtes

_γ

nimetatakse vända nurgaks.

Kvalitatiivne analüüs näitab, et vänt pöörleb AB-st (algasend, M & gamma; Null) kuni AB0 (“surnud punkt”asukoht, M

_γ

on null), on vänt-vedrumehhanismil deformatsioon negatiivsete jäikusomadustega.

1.4 Pöördemomendi ja väntvedrumehhanismi pöördenurga suhe

Joonisel fig. 5, pöördemoment M & gamma; päripäeva on positiivne, vända nurk & gamma; vastupäeva on positiivne ning momendikoormust M modelleeritakse ja analüüsitakse allpool.

_γ

vända nurgaga

_γ

Modelleerimisprotsessi vaheline seos on dimensioneeritud.

Nagu on näidatud joonisel 5b, vända AB pöördemomendi tasakaalu võrrand & gamma on loetletud.

Valemis on F & gamma; on vedru taastav jõud, d & gamma; on F & gamma; punkti A juurde. Oletame, et vedru nihke ja koormuse suhe on

Valemis on K vedru jäikus (mitte tingimata konstantne väärtus),δ

xγ

on vedru deformatsiooni suurus (lühendatuna positiivseks),δ

xγ

=|B

_Beeta

C| – |B

_γ

C|.

Samaaegne tüüp (3) (5), moment M

_γ

nurgaga

_γ

Suhe on

1.5 Vänt-vedrumehhanismi negatiivsete jäikusomaduste analüüs

Et hõlbustada vänt-vedrumehhanismi negatiivsete jäikusomaduste analüüsi (moment M

_γ

nurgaga

_γ

seos), võib eeldada, et vedrul on lineaarne positiivne jäikus, siis saab valemi (4) ümber kirjutada järgmiselt.

Valemis on Kconst nullist suurem konstant. Pärast painduva hinge suuruse määramist määratakse ka aluse pikkus l. Seega, eeldades, et l on konstant, saab valemi (6) ümber kirjutada kujul

kus Kconstl2 on nullist suurem konstant ja momendi koefitsient m & gamma; on ühe mõõtmega. Vänt-vedrumehhanismi negatiivsed jäikuskarakteristikud saadakse pöördemomendi koefitsiendi m vahelist seost analüüsides & gamma; ja pöördenurk & gamma.

Võrrandist (9) on joonisel 6 näidatud algnurk =π suhe m & gamma; ja vända pikkuse suhe ja pöördenurk & gamma;, & isiin;[0,1, 0,9],& gamma;& isin;[0, π]. Joonisel 7 on näidatud seos m & gamma; ja pöördenurk & gamma; = 0,2 ja erinev . Joonisel 8 on kujutatud =π Kui all eri , suhe m & gamma; ja nurk & gamma.

Vända vedrumehhanismi määratluse (punkt 1.3) ja valemi (9) kohaselt, kui k ja l on konstantsed, siis m & gamma; Ainult nurgaga seotud & gamma;, vända pikkuse suhe ja vända algnurk .

(1) Siis ja ainult siis & gamma; on võrdne 0 võiπ või, m & gamma; on võrdne nulliga; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; on suurem kui null; & gamma; & isin;[π], m & gamma; vähem kui null. & isin;[0, ],m & gamma; on suurem kui null; & gamma;& isin;[π], m & gamma; vähem kui null.

(2) & gamma; Kui [0, ], pöördenurk & gamma; suureneb, m & gamma; suureneb nullist pöördepunkti nurgani & gamma;0 võtab maksimaalse väärtuse m & gamma;max ja seejärel järk-järgult väheneb.

(3) Vända vedrumehhanismi negatiivse jäikuse iseloomulik vahemik: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], praegu & gamma; suureneb (vastupäeva) ja pöördemoment M & gamma; suureneb (päripäeva). Pöördepunkti nurk & gamma;0 on vänt-vedrumehhanismile iseloomuliku negatiivse jäikuse maksimaalne pöördenurk ja & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max on maksimaalne negatiivse momendi koefitsient. Arvestades ja , annab võrrandi (9) tuletamine & gamma;0

(4) mida suurem on algnurk, & gamma; suurem 0, m

_γmax

suurem.

(5) mida suurem on pikkuse suhe, & gamma; väiksem 0, m

_γmax

suurem.

Eelkõige =πVända vedrumehhanismi negatiivsed jäikusomadused on parimad (negatiivse jäikuse nurga vahemik on suur ja pakutav pöördemoment on suur). =πSamal ajal erinevatel tingimustel maksimaalne pöördenurk & vända vedrumehhanismile iseloomuliku negatiivse jäikuse gamma; 0 ja maksimaalne negatiivne pöördemomendi koefitsient m & gamma; Max on loetletud tabelis 1.

2 Nulljäikuse painduva hinge konstruktsioon

Mudeli 2.1 positiivse ja negatiivse jäikuse sobitamine on näidatud joonisel 9, n (n 2) paralleelsete väntvedrumehhanismide rühma on ühtlaselt ümber ümbermõõdu jaotatud, moodustades negatiivse jäikuse mehhanismi, mis on sobitatud sisemise ja välimise rõnga painduvate hingedega.

Kasutades sisemise ja välimise rõnga painduvaid hingesid positiivse jäikuse alamsüsteemina, konstrueerige null jäikusega painduv liigend. Nulljäikuse saavutamiseks sobitage positiivne ja negatiivne jäikus

samaaegsed (2), (3), (6), (11) ja & gamma;=θ, koormus F & saab saada vedru gamma; ja nihkumineδx suhe & gamma; on

Vastavalt jaotisele 1.5 väntvedrumehhanismi negatiivse jäikuse nurga vahemik: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] ja & gamma;0 & isin;[0, ], nulljäikuse painduva hinge käik peab olema väiksem kui & gamma;0, I.e. vedru on alati deformeerunud olekus (δxγ≠0). Sisemise ja välimise rõnga painduvate hingede pöörlemisvahemik on±0,35 rad(±20°), lihtsustada trigonomeetrilisi funktsioone sin & gamma; ja cos & gamma; järgnevalt

Pärast lihtsustamist vedru koormuse ja nihke suhe

2.2 Positiivse ja negatiivse jäikuse sobitusmudeli veaanalüüs

Hinnake võrrandi (13) lihtsustatud käsitlusest põhjustatud viga. Vastavalt nulljäikuse painduva hinge tegelikele töötlemisparameetritele (punkt 4.2): n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; Sisemise ja välimise rõnga painduva hinge pilli mõõtmed L = 46mm,T = 0,3mm,W = 9,4mm; Võrdlusvalemid (12) ja (14) lihtsustavad esi- ja tagavedrude koormuse nihke suhet ja suhtelist viga, nagu on näidatud vastavalt joonistel 10a ja 10b.

Nagu on näidatud joonisel 10, & gamma; on väiksem kui 0,35 rad (20°), ei ületa lihtsustatud töötlusest põhjustatud suhteline viga koormuse-nihke kõvera suhtes 2,0% ja valem

(13) lihtsustatud töötlust saab kasutada nulljäikuse painduvate hingede ehitamiseks.

2.3 Vedru jäikusomadused

Eeldades, et vedru jäikus on K, on ​​samaaegne (3), (6), (14)

Vastavalt nulljäikuse painduva hinge tegelikele töötlemisparameetritele (jaotis 4.2) on vedru jäikuse K muutumiskõver nurgaga & gamma; on näidatud joonisel 11. Eelkõige siis, kui & gamma;= 0, K võtab minimaalse väärtuse.

Disaini ja töötlemise mugavuse huvides kasutab vedru lineaarset positiivse jäikusega vedru ja jäikus on Kconst. Kui nulljäikuse painduva liigendi kogujäikus on nullist suurem või sellega võrdne kogu käigu jooksul, peaks Kconst võtma minimaalse väärtuse K

Võrrand (16) on lineaarse positiivse jäikusega vedru jäikuse väärtus nulljäikuse painduva hinge konstrueerimisel. 2.4 Nulljäikuse kvaliteedi analüüs Konstrueeritud nulljäikuse painduva hinge koormuse ja nihke suhe on

Võib saada samaaegse valemi (2), (8), (16).

Nulljäikuse kvaliteedi hindamiseks määratletakse painduva liigendi jäikuse vähenemise vahemik enne ja pärast negatiivse jäikuse mooduli lisamist nulljäikuse kvaliteedikoefitsiendina.η

η Mida lähemal 100%, seda kõrgem on nulljäikuse kvaliteet. Joonis 12 on 1-η Seos vända pikkuse suhte ja algnurgaga η See ei sõltu paralleelsete vänt-vedrumehhanismide arvust n ja aluse pikkusest l, vaid on seotud ainult vända pikkuse suhtega, pöördenurgaga & gamma; ja esialgne nurk.

(1) Algnurk suureneb ja nulljäikuse kvaliteet paraneb.

(2) Pikkuse suhe suureneb ja nulljäikuse kvaliteet väheneb.

(3) Nurk & gamma; suureneb, nulljäikuse kvaliteet langeb.

Nulljäikuse painduva hinge nulljäikuse kvaliteedi parandamiseks peaks esialgne nurk võtma suurema väärtuse; vända pikkuse suhe peaks olema võimalikult väike. Samal ajal, vastavalt punktis 1.5 esitatud analüüsitulemustele, on liiga väikese vänt-vedrumehhanismi võime anda negatiivset jäikust nõrk. Nulljäikuse painduva hinge nulljäikuse kvaliteedi parandamiseks on algnurk =π, vända pikkuse suhe = 0,2, see tähendab punkti 4.2 nulljäikuse painduva hinge tegelikud töötlemisparameetrid.

Nulljäikuse painduva hinge (jaotis 4.2) tegelike töötlemisparameetrite kohaselt on sisemise ja välimise rõnga painduva hinge ja nulljäikuse painduva hinge pöördemomendi ja nurga suhe näidatud joonisel 13; jäikuse vähenemine on nulljäikuse kvaliteedikoefitsientηSuhe nurgaga & gamma; on näidatud joonisel 14. Joonise 14 järgi: 0,35 rad (20°) pöörlemisvahemik, nulljäikuse painduva hinge jäikus väheneb keskmiselt 97%; 0,26 rad(15°) nurkades, väheneb see 95% võrra.

3 Lineaarse positiivse jäikusega vedru konstruktsioon

Nulljäikuse painduva hinge konstruktsioon tehakse tavaliselt pärast painduva hinge suuruse ja jäikuse kindlaksmääramist ning seejärel pööratakse vända vedrumehhanismi vedru jäikus ümber, seega on vedru jäikuse ja suuruse nõuded suhteliselt ranged. Lisaks algnurk =π, jooniselt fig 5a, nulljäikuse painduva hinge pöörlemise ajal on vedru alati kokkusurutud olekus, st“Survevedru”.

Traditsiooniliste survevedrude jäikust ja suurust on raske täpselt kohandada ning rakendustes on sageli vaja juhtmehhanismi. Seetõttu pakutakse välja vedru, mille jäikust ja suurust saab kohandada——Teemantkujuline lehtvedrunöör. Rombikujuline lehtvedrunöör (joonis 15) koosneb mitmest järjestikku ühendatud rombikujulisest lehtvedrust. Sellel on tasuta konstruktsioonikujunduse ja kõrge kohandatavuse omadused. Selle töötlemistehnoloogia on kooskõlas painduvate hingede omaga ja mõlemat töödeldakse traadi täppislõikamisega.

3.1 Teemantkujulise lehtvedru nööri koormus-nihke mudel

Rombilise lehtvedru sümmeetria tõttu tuleb pingeanalüüsi teha ainult ühele lehtvedrule, nagu on näidatud joonisel 16. α on pilliroo ja horisontaali vaheline nurk, pilliroo pikkus, laius ja paksus on vastavalt Ld, Wd, Td, f on mõõtmete ühtne koormus romb-lehtvedrule,δy on rombikujulise lehtvedru deformatsioon y-suunas, jõud fy ja moment m on samaväärsed koormused ühe pilliroo otsas, fv ja fw on fy komponentjõud wov koordinaatsüsteemis.

Vastavalt AWTAR-i tala deformatsiooniteooriale[13] on üksiku pilliroo mõõtmete ühtne koormuse ja nihke suhe

Roolistiku jäiga keha piirangute tõttu on pilliroo otsanurk enne ja pärast deformatsiooni null, st.θ = 0. Samaaegne (20) (22)

Võrrand (23) on rombikujulise lehtvedru koormuse ja nihke mõõtmete ühendamise mudel. n2 rombikujulised lehtvedrud on ühendatud järjestikku ja selle koormus-nihke mudel on

Valemist (24), millalαKui d on väike, on rombikujulise lehtvedru nööri jäikus tüüpiliste mõõtmete ja tüüpiliste koormuste korral ligikaudu lineaarne.

3.2 Mudeli lõplike elementide simulatsiooni kontrollimine

Teostatakse rombikujulise lehtvedru koormuse-nihke mudeli lõplike elementide simulatsiooni kontrollimine. Kasutades ANSYS Mechanical APDL 15.0, on simulatsiooniparameetrid näidatud tabelis 2 ja rombikujulisele lehtvedrule rakendatakse rõhku 8 N.

Mudelitulemuste ja romb-lehtvedru koormuse ja nihke suhte simulatsioonitulemuste võrdlus on näidatud joonisel fig. 17 (dimensioonistamine). Nelja erineva kaldenurgaga romb-lehtvedru puhul ei ületa suhteline viga mudeli ja lõplike elementide simulatsiooni tulemuste vahel 1,5%. Mudeli (24) kehtivus ja täpsus on kontrollitud.

4 Nulljäikuse painduva hinge projekteerimine ja katsetamine

4.1 Nulljäikuse painduva hinge parameetrite disain

Nulljäikuse painduva hinge projekteerimiseks tuleks esmalt kindlaks määrata painduva hinge konstruktsiooniparameetrid vastavalt kasutustingimustele ja seejärel arvutada pöördvõrdeliselt vända vedrumehhanismi asjakohased parameetrid.

4.1.1 Paindlikud hingeparameetrid

Sisemise ja välimise rõnga painduvate hingede ristumispunkt asub 12,73% roo pikkusest ja selle parameetrid on toodud tabelis 3. Asendades võrrandi (2), on sisemise ja välimise rõnga painduvate hingede pöördemomendi ja pöördenurga suhe

4.1.2 Negatiivse jäikuse mehhanismi parameetrid

Nagu on näidatud joonisel fig. 18, võttes paralleelselt vända vedrumehhanismide arvuks n 3, määratakse pikkus l = 40 mm painduva hinge suuruse järgi. punkti 2.4 järelduse kohaselt algnurk =π, vända pikkuse suhe = 0,2. Vastavalt võrrandile (16) on vedru jäikus (I .e. teemantlehtvedrunöör) on Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Teemant-lehtvedru stringi parameetrid

l = 40 mm, =π, = 0,2, vedru algne pikkus on 48 mm ja maksimaalne deformatsioon (& gamma;= 0) on 16 mm. Struktuursete piirangute tõttu on ühel romb-lehtvedrul raske nii suurt deformatsiooni tekitada. Kasutades järjestikku nelja romb-lehtvedru (n2 = 4), on ühe romb-lehtvedru jäikus

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

Vastavalt negatiivse jäikuse mehhanismi suurusele (joonis 18), võttes arvesse rombikujulise lehtvedru pilliroo pikkust, laiust ja pilliroo kaldenurka, saab pilliroo tuletada valemist (23) ja jäikuse valemist (27) rombikujuline lehtvedru Paksus. Romb-lehtvedrude struktuuriparameetrid on toodud tabelis 4.

pinnale4

Kokkuvõttes on väntvedrumehhanismil põhineva nulljäikuse painduva hinge parameetrid kõik kindlaks määratud, nagu on näidatud tabelis 3 ja tabelis 4.

4.2 Nulljäikuse painduva hinge näidise projekteerimine ja töötlemine Painduva hinge töötlemise ja katsetamise meetodite kohta vaadake kirjandust [8]. Nulljäikuse painduv liigend koosneb negatiivse jäikusega mehhanismist ning paralleelselt sisemisest ja välimisest rõngast. Konstruktsiooniprojekt on näidatud joonisel 19.

Nii sise- kui ka välimise rõnga painduvad hinged ja rombikujulised lehtvedrunöörid on töödeldud täppis-traadi lõikamispinkide abil. Sisemise ja välimise rõnga painduvad hinged töödeldakse ja monteeritakse kihtidena. Joonisel 20 on kolme rombikujuliste lehtvedrude nööride komplekti füüsiline pilt ja joonisel 21 on kokkupandud nulljäikus Painduva hinge näidise füüsiline pilt.

4.3 Nulljäikuse painduva hinge pöörlemisjäikuse katseplatvorm Viidates punktis [8] toodud pöörlemisjäikuse katsemeetodile, ehitatakse nulljäikuse painduva hinge pöörlemisjäikuse katseplatvorm, nagu on näidatud joonisel 22.

4.4 Eksperimentaalne andmetöötlus ja vigade analüüs

Sise- ja välisrõnga painduvate hingede ja nulljäikuse painduvate hingede pöörlemisjäikust testiti katseplatvormil ning katsetulemused on näidatud joonisel 23. Arvutage ja joonistage nulljäikuse painduva hinge nulljäikuse kvaliteedikõver vastavalt valemile (19), nagu on näidatud joonisel fig. 24.

Katsetulemused näitavad, et nulljäikuse painduva hinge pöörlemisjäikus on nullilähedane. Võrreldes sisemise ja välimise rõnga painduvate hingedega, nulljäikusega painduv liigend±0,31 rad(18°) jäikus vähenes keskmiselt 93%; 0,26 rad (15°), jäikus väheneb 90%.

Nagu on näha joonistel 23 ja 24, on nulljäikuse kvaliteedi katsetulemuste ja teoreetilise mudeli tulemuste vahel siiski teatav lõhe (suhteline viga on alla 15%) ning vea peamised põhjused on järgmised.

(1) Mudeli viga, mis on põhjustatud trigonomeetriliste funktsioonide lihtsustamisest.

(2) Hõõrdumine. Teemant-lehtvedru nööri ja kinnitusvõlli vahel on hõõrdumine.

(3) Töötlemisviga. Pilliroo tegelikus suuruses on vigu jne.

(4) Montaaživiga. Rombikujulise lehtvedru nööri paigaldusava ja võlli vahe, katseplatvormi seadme paigaldusvahe jne.

4.5 Toimivuse võrdlus tüüpilise nulljäikuse painduva hingega Kirjanduses [4] konstrueeriti nulljäikusega painduv liigend ZSFP_CAFP, kasutades risttelje paindetappi (CAFP), nagu on näidatud joonisel 25.

Nulljäikuse painduva hinge ZSFP_IORFP võrdlus (joonis 1). 21) ja ZSFP_CAFP (joonis fig. 25) ehitatud sisemise ja välimise rõnga painduvate hingede abil

(1) ZSFP_IORFP, struktuur on kompaktsem.

(2) ZSFP_IORFP nurgavahemik on väike. Nurgaulatus on piiratud painduva hinge enda nurgavahemikuga; ZSFP_CAFP nurgavahemik80°, ZSFP_IORFP nurgavahemik40°.

(3) ±18°Nurkade vahemikus on ZSFP_IORFP-l kõrgem nulljäikuse kvaliteet. ZSFP_CAFP keskmine jäikus väheneb 87% ja ZSFP_IORFP keskmine jäikus väheneb 93%.

5 järeldus

Võttes positiivse jäikuse alamsüsteemina puhta pöördemomendi all oleva sisemise ja välimise rõnga painduvat liigendit, on nulljäikuse painduva hinge konstrueerimiseks tehtud järgmised tööd.

(1) Paku välja negatiivse jäikusega pöörlemismehhanism——Vända vedrumehhanismi jaoks koostati mudel (valem (6)), et analüüsida konstruktsiooniparameetrite mõju selle negatiivsetele jäikusomadustele, ja anti selle negatiivsete jäikusomaduste vahemik (tabel 1).

(2) Positiivse ja negatiivse jäikuse sobitamisega saadakse vända vedrumehhanismis oleva vedru jäikuskarakteristikud (võrrand (16)) ja koostatakse mudel (võrrand (19)) konstruktsiooniparameetrite mõju analüüsimiseks. vända vedrumehhanismi nulljäikuse painduva hinge nulljäikuse kvaliteet Mõju teoreetiliselt sisemiste ja välimiste rõngaste painduva hinge olemasoleva käigu piires (±20°), keskmine jäikuse vähenemine võib ulatuda 97% -ni.

(3) Pakkuge välja kohandatav jäikus“kevad”——Selle jäikuse mudeli loomiseks (võrrand (23)) loodi rombikujuline lehtvedrunöör ja seda kontrolliti lõplike elementide meetodil.

(4) Lõpetanud kompaktse nulljäikuse painduva hingeproovi projekteerimise, töötlemise ja katsetamise. Katsetulemused näitavad, et: puhta pöördemomendi toimel36°Pöörlemisnurkade vahemikus, võrreldes sisemise ja välimise rõnga painduvate hingedega, väheneb nulljäikuse painduva hinge jäikus keskmiselt 93%.

Konstrueeritud nulljäikuse painduv liigend on ainult puhta pöördemomendi mõjul, mis võib realiseerida“null jäikus”, võtmata arvesse laagrite keerulisi koormustingimusi. Seetõttu on edasiste uuringute keskmes nulljäikuse painduvate hingede ehitamine keerulistes koormustingimustes. Lisaks on nulljäikuse painduvate hingede liikumise ajal tekkiva hõõrdumise vähendamine oluline nulljäikuse painduvate hingede optimeerimise suund.

viited

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng jne. Paindliku hingemehhanismi projekteerimismeetodite uurimise edusammud[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13. Y u jin tšempion, PEI X U, BIS kõne, ETA üleval. Kaasaegsed paindemehhanismide projekteerimismeetodid[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Generic Zero Stiffness Compliant Joint projekteerimine[C]// ASME rahvusvahelised disainitehnika konverentsid. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Mittemõõtmeline lähenemine pöörlevate painde staatiliseks tasakaalustamiseks[J]. mehhanism & Masinateooria, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C jt. Negatiivse jäikusega ehitusplokid staatiliselt tasakaalustatud nõuetele vastavate mehhanismide jaoks: projekteerimine ja testimine[J]. Mehhanismi ajakiri & Robootika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Risttelgede paindetappide modelleerimine[J]. Mehhanism ja masinateooria, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Risti paindetappide omadused ja ribade ristumispunkti mõju [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Ülitäppisinstrumentide jaoks rakendatud üldistatud kolmekordse ristvedruga paindetahvlite projekteerimine ja katsetamine [J]. Teadusinstrumentide ülevaade, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng jne. Üldistatud kolmest ristist pilliroo painduva hinge [J] pöörlemisjäikuse karakteristikute uurimine. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I sõna, l IU Lang, BIS hääl, ETA. Pöörlemisjäikuse iseloomustus üldistatud kolmekordsete ristvedrude paindetahvlite [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Research of Performance Comparison of Topology Structure of Cross-Spring Flexural Pivots[C]// ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, august 17–20. 2014, Buffalo, New York, USA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Sisemise jäikuse omadused–ülitäpsetele instrumentidele rakendatud välisrõnga paindetahvlid[J]. ARHIIV Mehaanikainseneride Instituudi toimetised, osa C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (köited 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Nõuetele vastavate mehhanismide staatilise tasakaalustamise kriteeriumid[C]// ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, august 15–18. 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Kahemõõtmeliste talade paindesuundade üldistatud piirangumudel: mittelineaarne deformatsioonienergia formuleering[J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Autorist: Bi Shusheng (vastav autor), mees, sündinud 1966, arst, professor, doktoriõppe juhendaja. Tema peamine uurimissuund on täielikult paindlik mehhanism ja biooniline robot.