Laburpena: Zero zurruntasun malguaren bisagra biraketa-zurruntasuna gutxi gorabehera nulua da, eta horrek bisagra malgu arruntek gidatze momentua eskatzen duten akatsa gainditzen du, eta gripper malguetan eta beste eremu batzuetan aplika daiteke. Momentu hutsaren eraginpean barneko eta kanpoko eraztun malguak zurruntasun positiboaren azpisistema gisa hartuta, zurruntasun negatiboaren mekanismoak eta zurruntasun positiboa eta negatiboa parekatzeak zero zurruntasun malgua eraiki dezakete. Proposatu zurruntasun negatiboaren biraketa mekanismoa——Biradera-malgukiaren mekanismoa, bere zurruntasun-ezaugarri negatiboak modelatu eta aztertu zituen; zurruntasun positiboa eta negatiboa lotuz, biradera-malgukiaren mekanismoaren egitura-parametroek zero zurruntasunaren kalitatean duten eragina aztertu du; zurruntasuna eta tamaina pertsonalizagarriak dituen malguki lineal bat proposatu zuen——Diamante itxurako hosto-malguki-katea, zurruntasun-eredua ezarri eta elementu finituen simulazioaren egiaztapena egin zen; azkenik, zero zurruntasun trinkoko bisagra malguaren lagin baten diseinua, prozesatzea eta probak burutu ziren. Proba emaitzek zera erakutsi zuten: momentu hutsaren eraginez,±18°Errotazio-angeluen barrutian, zero-zurruntasun malguaren bisagraren biraketa-zurruntasuna barneko eta kanpoko eraztun malguko bisagrak baino % 93 txikiagoa da batez beste. Eraikitako zero zurruntasun malguak egitura trinkoa eta kalitate handiko zero-zurruntasuna ditu; proposatutako zurruntasun negatiboko biraketa mekanismoa eta lineala Malgukiak erreferentzia balio handia du mekanismo malgua aztertzeko.

0 hitzaurrea

Bisagra malgua (rodamendua)

[1-2]

Unitate malguaren deformazio elastikoan oinarrituz mugimendua, indarra eta energia transmititzeko edo bihurtzeko, oso erabilia izan da doitasun-kokapenean eta beste esparru batzuetan. Errodamendu zurrun tradizionalekin alderatuta, bisagra malgua biratzen denean leheneratzeko une bat dago. Hori dela eta, gidatzeko unitateak irteerako momentua eman behar du gidatzeko eta bisagra malguaren biraketa mantendu. Zero zurruntasun malguko bisagra

[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) birakari giltzadura malgu bat da, eta biraketa-zurruntasuna gutxi gorabehera nulua da. Bisagra malgu mota hau trazuaren barruko edozein posiziotan egon daiteke, oreka estatikoko bisagra malgu gisa ere ezagutzen dena

[4]

, harrapaketa malguak bezalako esparruetan erabiltzen dira gehienbat.

Mekanismo malguaren diseinu modulararen kontzeptuan oinarrituta, zero-zurruntasun malguko bisagra sistema osoa zurruntasun positibo eta negatiboko bi azpisistematan bana daiteke, eta zero-zurruntasun sistema zurruntasun positiboa eta negatiboa uztartuz gauzatu daiteke.

[5]

. Horien artean, zurruntasun positiboaren azpisistema trazu handiko bisagra malgu bat izan ohi da, hala nola gurutze-leinaren bisagra malgua.

[6-7]

, hiru gurutze kanabera orokortua bisagra malgua

[8-9]

eta barruko eta kanpoko eraztun malguko gonak

[10-11]

Etab. Gaur egun, bisagra malguei buruzko ikerketek emaitza asko lortu dituzte, beraz, zurruntasun zeroko bisagra malguak diseinatzeko gakoa zurruntasun negatiboko modulu egokiak parekatzea da bisagra malguetarako[3].

Barneko eta kanpoko eraztun malguek (Inner and outer ring flexural pivots, IORFP) ezaugarri bikainak dituzte zurruntasunari, zehaztasunari eta tenperaturaren noraezari dagokionez. Bat datorren zurruntasun negatiboaren moduluak zero zurruntasun malguaren bisagra eraikitzeko metodoa eskaintzen du eta, azkenik, zero zurruntasun malguaren diseinua, laginak prozesatzea eta probak osatzen ditu.

1 biradera malguki mekanismoa

1.1 Zurruntasun negatiboaren definizioa

K zurruntasunaren definizio orokorra elementu elastikoak jasandako F kargaren eta dagokion dx deformazioaren arteko aldaketa-abiadura da.

K= dF/dx (1)

Elementu elastikoaren karga-gehikuntza dagokion deformazio-gehikuntzaren zeinuaren aurkakoa denean, zurruntasun negatiboa da. Fisikoki, zurruntasun negatiboa elementu elastikoaren ezegonkortasun estatikoari dagokio

[12]

.Zurruntasun negatiboko mekanismoek zeresan handia dute oreka estatiko malguaren arloan. Normalean, zurruntasun negatiboko mekanismoek ezaugarri hauek dituzte.

(1) Mekanismoak energia kopuru jakin bat gordetzen du edo deformazio jakin bat jasaten du.

(2) Mekanismoa ezegonkortasun egoera kritikoan dago.

(3) Mekanismoa apur bat asaldatzen denean eta oreka-posiziotik irteten denean, indar handiagoa askatu dezake, mugimenduaren norabide berean dagoena.

1.2 Zero zurruntasun malguaren gontzaren eraikuntza-printzipioa

Zero zurruntasun malgua zurruntasun positiboa eta negatiboa parekatzea erabiliz eraiki daiteke, eta printzipioa 2. irudian ageri da.

(1) Momentu hutsaren eraginez, barruko eta kanpoko eraztun malguek momentu-errotazio angelu erlazio gutxi gorabehera lineala dute, 2a irudian ikusten den moduan. Batez ere, ebakidura-puntua ihinaren luzeraren % 12,73an kokatzen denean, momentua-errotazio angelu erlazioa lineala da.

[11]

, une honetan, bisagra malguaren Mpivot (erlojuaren orratzen noranzkoa) leheneratze momentua errodamenduaren biraketa-angeluarekin erlazionatuta dagoθ(erlojuaren kontra) harremana da

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Formulan, E materialaren modulu elastikoa da, L ihiaren luzera eta I sekzioaren inertzi momentua.

(2) Barneko eta kanpoko eraztun malguen biraketa-zurruntasunaren ereduaren arabera, zurruntasun negatiboa biratzearen mekanismoa bat dator eta bere zurruntasun-ezaugarri negatiboak 2b irudian erakusten dira.

(3) Zurruntasun negatiboaren mekanismoaren ezegonkortasuna ikusita

[12]

, zero-zurruntasun malguaren bisagraren zurruntasunak gutxi gorabehera zero eta zero baino handiagoa izan behar du, 2c irudian ikusten den moduan.

1.3 Biradera-malgukien mekanismoaren definizioa

Literaturaren arabera [4], higitzen ari den gorputz zurrunaren eta bisagra malguaren gorputz zurrun finkoaren artean aurrez deformatutako malgukia sartuz eraiki daiteke zero zurruntasuneko gontza malgu bat. FIG.ean agertzen den barruko eta kanpoko eraztun malgurako. 1, malguki bat sartzen da barruko eraztunaren eta kanpoko eraztunaren artean, hau da, malguki-biradera mekanismoak (SCM) sartzen dira. 3. irudian erakusten den biradera-irristagailuaren mekanismoari erreferentzia eginez, biraderaren malguki-mekanismoaren erlazionatutako parametroak 4. irudian agertzen dira. Biradera-malgukiaren mekanismoa biradera batek eta malguki batek osatzen dute (ezarri zurruntasuna k gisa). hasierako angelua AB biraderaren eta AC oinarriaren arteko barnean dagoen angelua da malgukia deformatuta ez dagoenean. R biraderaren luzera adierazten du, l oinarriaren luzera eta biraderaren luzera-erlazioa r eta l-ren arteko erlazio gisa definitzen du, I .e. = r/l (0<<1).

Biradera-malgukiaren mekanismoaren eraikuntzak 4 parametro zehaztea eskatzen du: oinarri-luzera l, biraderaren luzera erlazioa, hasierako angelua eta malgukiaren zurruntasuna K.

Biradera-malguki-mekanismoaren indarraren deformazioa 5a irudian ageri da, M une honetan

& gamma;

Ekintzaren azpian, biradera AB hasierako posiziotik mugitzen da

Beta

AB-ra jo

& gamma;

, biraketa prozesuan, biraderaren barnean dagoen angelua posizio horizontalarekiko

& gamma;

biradera angelua deritzo.

Analisi kualitatiboak erakusten du biradera ABtik biratzen dela (hasierako posizioa, M & gamma; Zero) AB0-ra (“puntu hila”kokapena, M

& gamma;

zero da), biradera-malgukiaren mekanismoak zurruntasun-ezaugarri negatiboak dituen deformazioa du.

1.4 Biradera-malgukiaren mekanismoaren momentuaren eta biraketa-angeluaren arteko erlazioa

Irudian. 5, momentua M & gamma; erlojuaren orratzen noranzkoan positiboa da, biraderaren angelua & gamma; Erlojuaren orratzen kontrakoa positiboa da, eta M momentuko karga behean modelatu eta aztertzen da.

& gamma;

biraderaren angeluarekin

& gamma;

Modelizazio-prozesuaren arteko erlazioa dimentsionatzen da.

5b irudian ikusten den bezala, AB biraderaren pare-balantze ekuazioa & gamma zerrendatzen da.

Formulan, F & gamma; malgukia berreskuratzeko indarra da, d & gamma; F da & gamma; A puntura. Demagun malgukiaren desplazamendu-karga erlazioa dela

Formulan, K malgukiaren zurruntasuna da (ez da nahitaez balio konstantea),δ
xγ

malgukiaren deformazioaren zenbatekoa da (positibora laburtua),δ
xγ

=|B

Beta

C| – |B

& gamma;

C|.

Aldibereko mota (3)(5), M momentua

& gamma;

txokoarekin

& gamma;

Harremana da

1.5 Biradera-malguki mekanismoaren zurruntasun-ezaugarri negatiboen analisia

Biradera-malguki mekanismoaren zurruntasun negatiboen ezaugarrien azterketa errazteko (M unea

& gamma;

txokoarekin

& gamma;

erlazioa), malgukiak zurruntasun positibo lineala duela pentsa daiteke, orduan (4) formula honela berridatz daiteke.

Formulan, Kconst zero baino handiagoa da. Bisagra malguaren tamaina zehaztu ondoren, oinarriaren l luzera ere zehazten da. Beraz, l konstantea dela suposatuz, (6) formula honela berridatz daiteke

non Kconstl2 zero baino handiagoa den konstantea eta m momentu-koefizientea & gamma; bateko dimentsioa du. Biradera-malguki mekanismoaren zurruntasun-ezaugarri negatiboak m momentu koefizientearen arteko erlazioa aztertuz lor daitezke. & gamma; eta biraketa-angelua & gamma.

(9) ekuaziotik, 6. irudiak = hasierako angelua erakusten duπ m arteko harremana & gamma; eta biraderaren luzera erlazioa eta biraketa-angelua & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& isin;[0, π]. 7. irudiak m-ren arteko erlazioa erakusten du & gamma; eta biraketa-angelua & gamma; for = 0,2 eta ezberdina . 8. irudiak = erakusten duπ Noiz, desberdinen pean, m arteko harremana & gamma; eta angelua & gamma.

Biradera-malguki-mekanismoaren (1.3 atala) eta (9) formularen definizioaren arabera, k eta l konstanteak direnean, m & gamma; Angeluarekin bakarrik lotuta & gamma;, biraderaren luzera erlazioa eta biraderaren hasierako angelua .

(1) Bada eta soilik baldin & gamma; 0 edo berdina daπ edo ,m & gamma; zeroren berdina da; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; zero baino handiagoa da; & gamma; & isin;[π], m & gamma; zero baino gutxiago. & isin;[0, ],m & gamma; zero baino handiagoa da; & gamma;& isin;[π], m & gamma; zero baino gutxiago.

(2) & gamma; [0, ] denean, biraketa-angelua & gamma; handitzen, m & gamma; zerotik inflexio puntuko angelura handitzen da & gamma;0 m balio maximoa hartzen du & gamma;max, eta gero pixkanaka gutxitzen da.

(3) Biradera malguki-mekanismoaren zurruntasun negatiboa: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], une honetan & gamma; handitu egiten da (erlojuaren orratzen kontrakoa), eta momentua M & gamma; handitzen (erlojuaren orratzen noranzkoan). Inflexio-puntuaren angelua & gamma;0 biradera-malgukiaren mekanismoaren zurruntasun negatiboaren gehieneko biraketa-angelua da eta & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max momentu negatiboko koefiziente maximoa da. Eta emanda, (9) ekuazioaren deribazioa ematen du & gamma;0

(4) zenbat eta handiagoa izan hasierako angelua, & gamma; handiagoa 0, m

γgehienez

handiagoa.

(5) zenbat eta handiagoa izan luzera erlazioa, & gamma; zenbat eta txikiagoa 0, m

γgehienez

handiagoa.

Bereziki, =πBiraderaren malguki-mekanismoaren zurruntasun-ezaugarri negatiboak onenak dira (zurruntasun-angelu-tartea handia da eta eman daitekeen momentua handia da). =πAldi berean, baldintza desberdinetan, biraketa-angelu maximoa & biraderaren malgukiaren mekanismoaren zurruntasun negatiboaren gamma; 0 eta gehienezko momentu koefiziente negatiboa m & gamma; Max 1. taulan ageri da.

1. taula Hasierako angelua daπ Zurruntasun-angelu negatibo maximoa & gamma;0 eta m momentu maximoaren koefizientea biraderaren luzera-erlazio desberdinetan

γgehienez

parametroa

balioa

biraderaren luzera erlazioa

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Biratzeko angelu maximoa & gamma;

0
/rad

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Momentu maximoko koefizientea m

γgehienez

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Zero zurruntasun malguaren bisagra eraikitzea

2.1-en zurruntasun positiboa eta negatiboa parekatzea 9. irudian ageri da, biradera paraleloko malguki-mekanismoen n (n 2) talde zirkunferentziaren inguruan uniformeki banatuta daude, barneko eta kanpoko eraztun malguekin bat datorren zurruntasun-mekanismoa osatuz.

Barneko eta kanpoko eraztun malguak zurruntasun positiboko azpisistema gisa erabiliz, eraiki zero zurruntasun malguko bisagra bat. Zero zurruntasuna lortzeko, lotu zurruntasun positiboa eta negatiboa

aldibereko (2), (3), (6), (11) eta & gamma;=θ, karga F & udaberriko gamma lor daiteke; eta desplazamenduaδx-ren erlazioa & gamma; da

1.5 atalaren arabera, biraderaren malguki-mekanismoaren zurruntasun angelu negatiboa: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] eta & gamma;0 & isin;[0, ], zero zurruntasun malguaren bisagraren trazua baino txikiagoa izango da & gamma;0, I .e. malgukia beti dago deformazio egoeran (δxγ≠0). Barneko eta kanpoko eraztun malguaren biraketa tartea da±0,35 rad(±20°), sinplifikatu funtzio trigonometrikoak sin & gamma; eta kos & gamma; honela

Sinplifikatu ondoren, malgukiaren karga-desplazamendu erlazioa

2.2 zurruntasun positiboa eta negatiboa parekatzeko ereduaren errore-analisia

Ebaluatu (13) ekuazioaren tratamendu sinplifikatuak eragindako errorea. Zero zurruntasun malguaren bisagraren benetako prozesatzeko parametroen arabera (4.2 atala): n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; Barneko eta kanpoko eraztunaren gontz malguaren ihintza L = 46mm,T = 0.3mm,W = 9.4mm; (12) eta (14) konparazio-formulek karga-desplazamendu-erlazioa eta aurreko eta atzeko malgukien errore erlatiboa sinplifikatzen dute 10a eta 10b irudietan hurrenez hurren.

10. irudian ikusten den bezala, & gamma; 0,35 rad baino txikiagoa da (20°), tratamendu sinplifikatuak karga-desplazamendu kurbari eragiten dion errore erlatiboa ez da % 2,0 gainditzen, eta formulak

(13)-ren tratamendu sinplifikatua zero zurruntasuneko bisagra malguak eraikitzeko erabil daiteke.

2.3 Malgukiaren zurruntasun-ezaugarriak

Malgukiaren zurruntasuna K dela suposatuz, aldibereko (3), (6), (14)

Zero zurruntasun malguaren bisagraren benetako prozesatzeko parametroen arabera (4.2 atala), malgukiaren zurruntasunaren K angeluarekin aldatzeko kurba. & gamma; 11. irudian ageri da. Bereziki, noiz & gamma;= 0, K-k balio minimoa hartzen du.

Diseinuaren eta prozesatzeko erosotasuna lortzeko, malgukiak zurruntasun positiboaren malgukia hartzen du eta zurruntasuna Kconst da. Ibilbide osoan, zero zurruntasun malguaren bisagraren zurruntasun osoa zero baino handiagoa edo berdina bada, Kconst-ek K-ren balio minimoa hartu beharko luke.

(16) ekuazioa zurruntasun positiboko malguki linealaren zurruntasun-balioa da zero zurruntasun malguaren bisagra eraikitzean. 2.4 Zero zurruntasun-kalitatearen analisia Eraikitako zero-zurruntasun-baldinaren karga-desplazamendu erlazioa da.

Aldibereko formula (2), (8), (16) lor daiteke

Zero zurruntasunaren kalitatea ebaluatzeko, zurruntasun negatiboaren modulua gehitu aurretik eta ondoren gontz malguaren zurruntasunaren murrizketa-tartea zero zurruntasunaren kalitate-koefiziente gisa definitzen da.ηη Zenbat eta %100etik gertuago, orduan eta handiagoa izango da zero zurruntasunaren kalitatea. 12. irudia 1- daη Biradera-luzera-erlazioarekin eta hasierako angeluarekin erlazioa η Biradera-malguki mekanismo paraleloen n kopuruaren eta oinarriaren l luzeraren independentea da, baina biradera-luzera erlazioarekin, biraketa-angeluarekin lotuta dago. & gamma; eta hasierako angelua.

(1) Hasierako angelua handitzen da eta zero zurruntasunaren kalitatea hobetzen da.

(2) Luzera erlazioa handitzen da eta zero zurruntasunaren kalitatea gutxitzen da.

(3) Angelua & gamma; handitzen da, zero zurruntasunaren kalitatea gutxitzen da.

Zero zurruntasuneko bisagra malguaren zero zurruntasunaren kalitatea hobetzeko, hasierako angeluak balio handiagoa hartu beharko luke; biraderaren luzera erlazioak ahalik eta txikiena izan behar du. Aldi berean, 1.5 ataleko analisiaren emaitzen arabera, txikiegia bada, biradera-malgukiaren mekanismoak zurruntasun negatiboa emateko duen gaitasuna ahula izango da. Zero zurruntasun malguaren bisagra zero zurruntasunaren kalitatea hobetzeko, hasierako angelua =π, biraderaren luzera-erlazioa = 0,2, hau da, 4.2 ataleko zero zurruntasun bisagra malguaren benetako prozesatzeko parametroak.

Zero zurruntasun malguaren bisagraren benetako prozesatzeko parametroen arabera (4.2 atala), barruko eta kanpoko eraztun malguaren eta zero-zurruntasun malguaren bisagraren arteko momentu-angelu erlazioa 13. Irudian agertzen da; zurruntasunaren jaitsiera zero-zurruntasun kalitate-koefizientea daηTxokoarekiko harremana & gamma; 14. irudian ageri da. 14. irudiaren arabera: 0,35 rad (20°) biraketa-tartea, zero-zurruntasun malguaren bisagraren zurruntasuna % 97 murrizten da batez beste; 0,26 rad(15°) izkinetan, %95 murrizten da.

3 Zurruntasun positiboko malguki linealaren diseinua

Zero zurruntasun malguaren bisagra eraikitzea normalean bisagra malguaren tamaina eta zurruntasuna zehaztu ondoren gertatzen da, eta, ondoren, biradera malgukiaren mekanismoan malgukiaren zurruntasuna alderantzikatu egiten da, beraz, malgukiaren zurruntasun eta tamaina eskakizunak nahiko zorrotzak dira. Horrez gain, hasierako angelua =π, 5a iruditik, zero-zurruntasun malguaren bisagra biraketan zehar, malgukia beti egoera konprimituan dago, hau da.“Konpresio malgukia”.

Konpresio malguki tradizionalen zurruntasuna eta tamaina zailak dira zehatz-mehatz pertsonalizatzea, eta gida-mekanismoa behar izaten da aplikazioetan. Horregatik, zurruntasuna eta tamaina pertsonaliza daitezkeen malgukia proposatzen da——Diamante itxurako hosto-malguki-katea. Diamante-formako hosto-malguki-katea (15. irudia) seriean konektatutako diamante-formako hosto-malguki ugariz osatuta dago. Doako egitura-diseinuaren eta pertsonalizazio-maila handiko ezaugarriak ditu. Bere prozesatzeko teknologia bat dator bisagra malguekin, eta biak alanbre doitasunez ebakiz prozesatzen dira.

3.1 Diamante itxurako hosto-malguki-katearen karga-desplazamenduaren eredua

Hosto-malguki erronbikoaren simetria dela eta, hosto-malguki bakarrari tentsio-analisia egin behar zaio, 16. Irudian ikusten den moduan. α ihiaren eta horizontalaren arteko angelua da, ihiaren luzera, zabalera eta lodiera Ld, Wd, Td dira hurrenez hurren, f erronbo hosto-malgukiaren dimentsio bateratuaren karga da,δy hosto-malguki erronbikoaren deformazioa y norabidean, fy indarra eta m momentua karga baliokideak dira ihin bakar baten muturrean, fv eta fw wov koordenatu-sisteman fyren osagai-indarrak dira.

AWTAR[13] habe-deformazioaren teoriaren arabera, kanabera bakarreko karga-desplazamendu erlazio dimentsional bateratua.

Ihiaren gorputz zurrunaren muga-erlazioa dela eta, deformazioaren aurretik eta ondoren ihinaren amaiera angelua zero da, hau da.θ = 0. Aldi berean (20)(22)

(23) ekuazioa karga-desplazamendu dimentsiodun bateratze eredua da. n2 malguki erronbikoak seriean konektatzen dira, eta bere karga-desplazamendu eredua da

(24) formulatik, noizαd txikia denean, diamante itxurako hosto-malguki-katearen zurruntasuna gutxi gorabehera lineala da dimentsio tipikoen eta karga tipikoen pean.

3.2 Elementu finituen simulazio ereduaren egiaztapena

Diamante itxurako hosto-malgukiaren karga-desplazamendu ereduaren elementu finituen simulazioaren egiaztapena egiten da. ANSYS Mechanical APDL 15.0 erabiliz, simulazio-parametroak 2. taulan agertzen dira, eta 8 N-ko presioa aplikatzen zaio diamante itxurako hosto-malgukiari.

2. taula Elementu finituen simulazio-parametroak hosto-malguki erronbikoen katearen

parametroa

balioa

Materiala

AL7075-T6

Ihiaren luzera L

Honakoak

/mm

18

Ihiaren zabalera W

Honakoak

/mm

10

Ihiaren lodiera T

Honakoak

/mm

0.25

ihiaren inklinazio angeluaα/°
10/20/30/40

E/GPa modulu elastikoa

73

Irudian ereduaren emaitzen eta erronbo hosto-malgukiaren karga-desplazamendu erlazioaren simulazio-emaitzen arteko konparaketa ageri da. 17 (dimentsioa). Inklinazio angelu desberdinak dituzten lau hosto erronboetarako, ereduaren eta elementu finituen simulazioaren emaitzen arteko errore erlatiboa ez da %1,5etik gorakoa izaten. Ereduaren (24) baliozkotasuna eta zehaztasuna egiaztatu da.

4 Zero zurruntasun malguaren bisagra diseinua eta proba

4.1 Zero zurruntasun malguaren giltza parametroen diseinua

Zero zurruntasun-baldintza malgu bat diseinatzeko, bisagra malguaren diseinu-parametroak zerbitzu-baldintzen arabera zehaztu behar dira lehenik, eta, ondoren, biraderaren malguki-mekanismoaren parametro garrantzitsuak alderantziz kalkulatu behar dira.

4.1.1 Bisagra-parametro malguak

Barneko eta kanpoko eraztun malguen gonen ebakidura-puntua ihiaren luzeraren % 12,73an dago, eta bere parametroak 3. taulan ageri dira. (2) ekuazioan ordezkatuz, barruko eta kanpoko eraztun malguaren pare-errotazio angeluaren erlazioa da

3. taula Barneko eta kanpoko eraztun malguen egitura-parametroak eta materialen propietateak

parametroa

balioa

Materiala

AL7075-T6

Lehiaren luzera L/mm

46

Lehiaren zabalera W/mm

9.4

Lehiaren lodiera T/mm

0.30

E/GPa modulu elastikoa

73

4.1.2 Zurruntasun-mekanismoaren parametroak

irudian ikusten den bezala. 18, biraderaren malguki-mekanismoen n kopurua paraleloan 3 gisa hartuta, l = 40 mm-ko luzera bisagra malguaren tamainaren arabera zehazten da. 2.4 ataleko ondorioaren arabera, hasierako angelua =π, biraderaren luzera erlazioa = 0,2. (16) ekuazioaren arabera, malgukiaren zurruntasuna (I.e. diamante hosto-malguki-katea) Kconst = 558,81 N/m (26) da

4.1.3 Diamante hosto-malguki-katearen parametroak

l = 40mm, =π, = 0,2, malgukiaren jatorrizko luzera 48 mm-koa da eta deformazio maximoa (& gamma;= 0) 16 mm-koa da. Egiturazko mugak direla eta, zaila da erronbo hosto-malguki bakarrak halako deformazio handia sortzea. Lau erronbo hosto-malguki seriean (n2 = 4) erabiliz, erronbo hosto-malguki bakar baten zurruntasuna hau da.

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

Zurruntasun negatiboaren mekanismoaren tamainaren arabera (18. Irudia), diamante itxurako hosto-malgukiaren ihinaren luzera, zabalera eta inklinazio angelua kontuan hartuta, lezka (23) eta zurruntasun formulatik (27) ondoriozta daiteke. diamante itxurako hosto-malgukia Lodiera. Erronbo hosto-malgukien egitura-parametroak 4. taulan ageri dira.

azalera4

Laburbilduz, biraderaren malgukiaren mekanismoan oinarritutako zero zurruntasun malguaren parametroak zehaztu dira, 3. taulan eta 4. taulan erakusten den moduan.

4.2 Zero zurruntasuneko bisagra malguaren laginaren diseinua eta prozesatzea Ikusi [8] literatura, bisagra malguaren prozesatzeko eta probatzeko metodorako. Zero zurruntasun malguko bisagra zurruntasun negatiboko mekanismo batez eta barneko eta kanpoko eraztun malgu batez osatuta dago paraleloan. Egitura-diseinua 19. irudian ageri da.

Barneko zein kanpoko eraztun malguak eta diamante itxurako hosto-malguki-kateak zehaztasun handiko alanbreak ebakitzeko makina-erreminten bidez prozesatzen dira. Barneko eta kanpoko eraztun malguak geruzetan prozesatu eta muntatzen dira. 20. Irudia diamante-formako hosto-malguki-kateen hiru multzoren irudi fisikoa da, eta 21. Irudia muntatutako zero-zurruntasuna da. Bisagra malguaren laginaren irudi fisikoa.

4.3 Zero zurruntasun malguaren bisagra biraketaren zurruntasunaren probako plataforma [8]ko biraketa zurruntasun probaren metodoari erreferentzia eginez, zero zurruntasun malguaren bisagra biraketa-zurruntasunaren probako plataforma eraikitzen da, 22. Irudian ikusten den moduan.

4.4 Datuen tratamendu esperimentala eta erroreen analisia

Barneko eta kanpoko eraztun malguen eta zero-zurruntasuneko bisagra malguen biraketa-zurruntasuna proba-plataforman probatu zen, eta probaren emaitzak 23. Irudian erakusten dira. Kalkulatu eta marraztu zero-zurruntasun-kalitate-kurba (19) formularen arabera, zurruntasun-zeroko bisagra malguaren arabera, irudian ikusten den moduan. 24.

Proba emaitzek erakusten dute zero-zurruntasun malguaren gonaren biraketa-zurruntasuna zerotik gertu dagoela. Barneko eta kanpoko eraztun malguekin alderatuta, zero zurruntasuneko bisagra malguarekin alderatuta±0,31 rad(18°) zurruntasuna batez beste %93 murriztu zen; 0,26 rad (15°), zurruntasuna % 90 murrizten da.

23. eta 24. irudietan ikusten den bezala, oraindik hutsune bat dago zero zurruntasunaren kalitatearen proben emaitzen eta eredu teorikoaren emaitzen artean (error erlatiboa % 15 baino txikiagoa da), eta errorearen arrazoi nagusiak hauek dira.

(1) Funtzio trigonometrikoen sinplifikazioak eragindako eredu-errorea.

(2) Marruskadura. Diamantezko hosto-malgukiaren katearen eta muntatzeko ardatzaren artean marruskadura dago.

(3) Prozesatzeko errorea. Ihiaren benetako tamainan akatsak daude, etab.

(4) Muntatzeko akatsa. Diamante itxurako hosto-malgukiaren katearen instalazio-zuloaren eta ardatzaren arteko tartea, proba-plataformako gailuaren instalazio-hutsunea, etab.

4.5 Errendimenduaren konparaketa zero-zurruntasun malguko bisagra tipiko batekin Literaturan [4], zero-zurruntasun malguko bisagra ZSFP_CAFP bat eraiki zen zeharkako ardatz flexural pibot (CAFP) erabiliz, 25. Irudian ikusten den moduan.

ZSFP_IORFP zero zurruntasun malguaren bisagra konparaketa (Irudia. 21) eta ZSFP_CAFP (Irudia. 25) barneko eta kanpoko eraztun malguak erabiliz eraikia

(1) ZSFP_IORFP, egitura trinkoagoa da.

(2) ZSFP_IORFP-ren izkina-barrutia txikia da. Bisagra malguaren izkina-barrutiak berak mugatzen du izkina; ZSFP_CAFP-ren izkina-barrutia80°, ZSFP_IORFP izkina-barrutia40°.

(3) ±18°Izkinen barrutian, ZSFP_IORFP zero zurruntasunaren kalitate handiagoa du. ZSFP_CAFPren batez besteko zurruntasuna % 87 murrizten da, eta ZSFP_IORFPren batez besteko zurruntasuna % 93.

5 ondorioa

Momentu hutsaren pean barneko eta kanpoko eraztunetako giltza malgua zurruntasun positiboko azpisistema gisa hartuta, honako lan hau egin da, zero zurruntasuneko bisagra malgu bat eraikitzeko.

(1) Proposatu zurruntasun negatiboaren biraketa mekanismoa——Biradera-malguki-mekanismorako, eredu bat (Formula (6)) ezarri zen, egitura-parametroek bere zurruntasun-ezaugarri negatiboetan duten eragina aztertzeko, eta bere zurruntasun-ezaugarri negatiboen tartea eman zen (1. taula).

(2) Zurruntasun positiboak eta negatiboak parekatuz, biradera-malgukiaren mekanismoan malgukiaren zurruntasun-ezaugarriak ((16) ekuazioa) lortzen dira, eta eredua ((19) ekuazioa) ezartzen da egitura-parametroen eragina aztertzeko. biraderaren malguki-mekanismoaren zero zurruntasun kalitatearen zero zurruntasun bisagra malguaren eragina, teorikoki, barneko eta kanpoko eraztun malguaren ibilguaren barruan (±20°), zurruntasunaren batez besteko murrizketa %97ra irits daiteke.

(3) Proposatu zurruntasun pertsonalizagarria“udaberria”——Diamante-formako malguki-kate bat ezarri zen bere zurruntasun-eredua ezartzeko ((23) ekuazioa) eta elementu finituen metodoaren bidez egiaztatu zen.

(4) Zero zurruntasun trinkoko bisagra malguaren lagin baten diseinua, prozesatzea eta probak burutu zituen. Proba emaitzek erakusten dute: momentu hutsaren eraginez,36°Errotazio angeluen barrutian, barruko eta kanpoko eraztun malguekin alderatuta, zero zurruntasun malguaren zurruntasuna % 93 murrizten da batez beste.

Eraikitako zero-zurruntasun malgua bisagra momen hutsaren eraginpean bakarrik dago, konturatu daitekeena“zero zurruntasuna”, karga-baldintza konplexuen kasua kontuan hartu gabe. Hori dela eta, karga-baldintza konplexuetan zero zurruntasuneko bisagra malguak eraikitzea da ikerketa gehiagoren ardatza. Horrez gain, zero zurruntasuneko bisagra malguen mugimenduan dagoen marruskadura murriztea optimizazio norabide garrantzitsua da zero zurruntasuneko bisagra malguetarako.

erreferentziak

[1] HOWELL L L. Betetzen diren mekanismoak[M]. New York: John Wiley&Sons, Inc, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, etab. Bisagra mekanismo malguaren diseinu metodoen ikerketaren aurrerapena[J]. Txinako Ingeniaritza Mekanikoko Aldizkaria, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin txapelduna, PEI X U, BIS deia, ETA gora. Malgutasun-mekanismoetarako diseinu-metodoaren punta-puntakoa[J]. Ingeniaritza Mekanikoko Aldizkaria, 2010, 46 (13): 2-13.

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

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Dimentsiorik gabeko ikuspegia biraketa-tolerroen oreka estatikorako[J]. Mekanismoa & Machine Theory, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Estatikoki orekatuta dauden mekanismoetarako zurruntasun negatiboa eraikitzeko blokeak: diseinua eta probak[J]. Mekanismoen aldizkaria & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Ardatz gurutzatuen flexio-piboteen modelizazioa[J]. Mekanismoa eta makinen teoria, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Gurutzatutako flexio-piboten propietateak eta zerrendak gurutzatzen diren puntuaren eragina[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Ultra-doitasuneko tresnei aplikatutako malgutasun-pibote hirukoitzeko malguki orokortuen diseinua eta esperimentazioa[J]. Tresna Zientifikoen Berrikuspena, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, etab. Hiru gurutze orokorreko kanaberako bisagra malguaren errotazio-zurruntasunaren ezaugarriei buruzko ikerketa[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I hitza, l IU Lang, BIS ahotsa, ETA. Errotazio-zurruntasunaren karakterizazioa Hirukoitz-gurutze-malguki orokortuen flexio-piboteen [J]. Ingeniaritza Mekanikoko Aldizkaria, 2015, 51 (13): 189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Cross-Spring Flexural Pivot of Topology Structure of Performance Compareson Research [C]// ASME 2014 International Design Engineering Conference Conference and Computers and Information in Engineering Conference, abuztuan 17–2014, Buffalo, New York, AEB. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Barneko zurruntasunaren ezaugarriak–Ultra-doitasuneko tresnei aplikatzen zaizkien kanpoko eraztun-pibotak [J]. ARTXIBOA Ingeniari Mekanikoen Instituzioaren aktak C Part C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (203-210 liburukiak), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Mekanismoen Balantze Estatikorako irizpideak[C]// ASME 2010 Diseinuko Nazioarteko Ingeniaritza Jardunaldi Teknikoak eta Konputagailuak eta Informazioa Ingeniaritzako Konferentzia, abuztua 15–2010eko 18a, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Bi dimentsioko habe-malgutasunetarako murriztapen-eredu orokortua: tentsio-energiaren formulazioa ez lineala[J]. Diseinu Mekanikoko Aldizkaria, 2010, 132: 81009.

Egileari buruz: Bi Shusheng (dagokion egilea), gizonezkoa, 1966an jaioa, medikua, irakaslea, doktore-arduraduna. Bere ikerketaren norabide nagusia mekanismo guztiz malgua eta robot bionikoa da.

Zero zurruntasun malgua biraderaren malguki-mekanismoan oinarritutako giltza malgua teknologia berritzaile eta iraultzaile bat da, hainbat aplikaziotan mugimendu leun eta zehatza ahalbidetzen duena. Artikulu honetan, bisagra honen funtzionamendu-printzipioak eta bere balizko aplikazioak aztertuko ditugu.

Ateak ixteko orduan, ixteko moduak aldea eragin dezake. Bisagra arruntak zarata handiz itxi daitezke, inpaktua eta ondoeza eraginez. I