Ûndersyk nei Nul Stiffness Flexible Hinge basearre op Crank Spring Mechanism_Hinge Knowledge 1

Abstrakt: De rotational stivens fan de nul-stijfheid fleksibele hinge is likernôch nul, dat oerwint it defekt dat gewoane fleksibele hinges fereaskje driuwende koppel, en kin tapast wurde op fleksibele grippers en oare fjilden. Troch de ynderlike en bûtenste ring fleksibele Hinges ûnder de aksje fan suver koppel as de positive stivens subsysteem, it ûndersyk Negative stivens meganisme en oerienkommende positive en negative stivens kin konstruearje nul stivens fleksibele hinge. Stel in negatyf stivensrotaasjemeganisme foar——Crank spring meganisme, modelearre en analysearre syn negative stivens skaaimerken; troch oerienkommende positive en negative stivens, analysearre de ynfloed fan strukturele parameters fan crank spring meganisme op nul stivens kwaliteit; foarstelde in lineêre maitiid mei oanpasbere stivens en grutte——Diamond-shaped leaf spring string, de stivens model waard oprjochte en de einige elemint simulaasje ferifikaasje waard útfierd; finally, it ûntwerp, ferwurkjen en testen fan in kompakte nul-stivens fleksibele hinge sample waarden klear. De testresultaten lieten sjen dat: ûnder de aksje fan suver koppel,±18°Yn it berik fan rotaasje hoeken, de rotational stivens fan de nul-stivens fleksibele hinge is 93% leger as dy fan de binnenste en bûtenste ring fleksibele hinges gemiddeld. De konstruearre nul-stivens fleksibele hinge hat in kompakte struktuer en hege kwaliteit nul-stivens; de foarnommen negative-stivens rotaasje meganisme en de lineêre De maitiid hat grutte referinsje wearde foar de stúdzje fan fleksibele meganisme.

0 foarwurd

Fleksibele hinge (lager)

^[1-2]

Op grûn fan 'e elastyske deformaasje fan' e fleksibele ienheid om beweging, krêft en enerzjy oer te bringen of te konvertearjen, is it in protte brûkt yn presysposysje en oare fjilden. Yn ferliking mei tradisjonele stive lagers is d'r in herstelmomint as it fleksibele hinge draait. Dêrom moat de driuwende ienheid útfierkoppel leverje om te riden en de rotaasje fan 'e fleksibele hinge te hâlden. Nul stivens fleksibele hinge

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) is in fleksibele rotearjende joint waans rotational stivens is likernôch nul. Dit soarte fan fleksibele hinge kin bliuwe op eltse posysje binnen de stroke berik, ek bekend as statyske lykwicht fleksibele hinge

^[4]

, wurde meast brûkt yn fjilden lykas fleksibele grippers.

Op grûn fan it modulêre ûntwerpkonsept fan it fleksibele meganisme kin it heule fleksibele skarniersysteem mei nul-stivens ferdield wurde yn twa subsystemen fan positive en negative stivens, en it nul-stivenssysteem kin realisearre wurde troch it oerienkomme fan positive en negative stivens

^[5]

. Under harren is it subsysteem foar positive stivens meastentiids in fleksibele skarnier mei grutte slach, lykas in krúsreed fleksibel skarnier

^[6-7]

, generalisearre trije-cross reed fleksibele hinge

^[8-9]

en ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges

^[10-11]

ensfh. Op it stuit hat it ûndersyk nei fleksibele hinges in protte resultaten berikt, dêrom is de kaai foar it ûntwerpen fan fleksibele hinges mei nul-stijfheid om passende negative stivensmodules te passen foar fleksibele hinges[3].

Ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges (Binnen en bûtenste ring flexural pivots, IORFP) hawwe poerbêste skaaimerken yn termen fan stivens, presyzje en temperatuer drift. De oerienkommende negative stivensmodule leveret de boumetoade fan it fleksibele hinge mei nul-stivens, en einlings foltôget it ûntwerp, sampleferwurking en testen fan it fleksibele skarnier mei nul-stijfheid.

1 crank spring meganisme

1.1 Definysje fan negative stivens

De algemiene definysje fan stivens K is de snelheid fan feroaring tusken de lading F droegen troch it elastyske elemint en de oerienkommende deformaasje dx

K= dF/dx (1)

Wannear't de lading increment fan it elastysk elemint is tsjinoersteld oan it teken fan de oerienkommende deformation increment, it is negative stivens. Fysiek komt de negative stivens oerien mei de statyske ynstabiliteit fan it elastyske elemint

^[12]

.Negative stivensmeganismen spylje in wichtige rol op it mêd fan fleksibele statyske lykwicht. Meastal hawwe negative stivensmeganismen de folgjende skaaimerken.

(1) It meganisme reservearret in bepaalde hoemannichte enerzjy of ûndergiet in bepaalde deformaasje.

(2) It meganisme is yn in krityske ynstabiliteit steat.

(3) As it meganisme wat fersteurd is en de lykwichtsposysje ferlit, kin it in gruttere krêft loslitte, dy't yn deselde rjochting is as de beweging.

1.2 Konstruksje prinsipe fan nul-stivens fleksibele hinge

It fleksibele skarnier mei nul-stijfheid kin wurde konstruearre troch positive en negative oerienkommende stivens te brûken, en it prinsipe wurdt werjûn yn figuer 2.

(1) Under de aksje fan suver koppel, de binnenste en bûtenste ring fleksibele hinges hawwe in likernôch lineêre koppel-rotaasje hoeke relaasje, lykas werjûn yn figuer 2a. Benammen as it krúspunt leit op 12,73% fan 'e reedlingte, is de koppel-rotaasjehoek relaasje lineêr

^[11]

, op dit stuit is it herstelmomint Mpivot (rjochting mei de klok) fan it fleksibele skarnier besibbe oan de lagerrotaasjewinkelθ(tsjin de klok yn) de relaasje is

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Yn 'e formule is E de elastyske modulus fan it materiaal, L is de lingte fan' e reed, en I is it momint fan inertia fan 'e seksje.

(2) Neffens de rotational stivens model fan de ynderlike en bûtenste ring fleksibele Hinges, de negative stivens rotearjende meganisme wurdt matched, en syn negative stivens skaaimerken wurde werjûn yn figuer 2b.

(3) Mei it each op de ynstabiliteit fan de negative stivens meganisme

^[12]

, De stivens fan 'e nul-stivens fleksibele hinge moat likernôch nul en grutter wêze as nul, lykas werjûn yn figuer 2c.

1.3 Definysje fan crank spring meganisme

Neffens literatuer [4] kin in nul-stivens fleksibele hinge wurde oanlein troch it ynfieren fan in pre-ferfoarme maitiid tusken de bewegende stive lichem en de fêste stive lichem fan de fleksibele hinge. Foar de ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinge werjûn yn Fig. 1, in maitiid wurdt yntrodusearre tusken de binnenste ring en de bûtenste ring, I.e., in spring-crank meganismen (SCM) wurdt yntrodusearre. Ferwizend nei it krukslidermeganisme werjûn yn figuer 3, wurde de relatearre parameters fan it krukspringmeganisme werjûn yn figuer 4. De crank-spring meganisme is gearstald út in crank en in spring (set stivens as k). de begjinhoeke is de ynbegrepen hoeke tusken de kruk AB en de basis AC as de maitiid net ferfoarme is. R stiet foar de crank lingte, l stiet foar de basis lingte, en definiearret de crank lingte ferhâlding as de ferhâlding fan r oan l, I.e. = r/l (0<<1).

De bou fan it crank-springmeganisme fereasket de bepaling fan 4 parameters: de basislingte l, de cranklingteferhâlding, de begjinhoeke en de springstivens K.

De deformaasje fan it krukspringmeganisme ûnder krêft wurdt werjûn yn figuer 5a, op it stuit M

_γ

Under de aksje beweecht de kruk fan 'e begjinposysje AB

_Beta

gean nei AB

_γ

, tidens it rotaasjeproses, de opnommen hoeke fan 'e kruk relatyf oan' e horizontale posysje

_γ

neamd de crank hoeke.

Kwalitative analyze lit sjen dat de kruk draait fan AB (begjinposysje, M & gamma; Nul) Nei AB0 (“deade punt”lokaasje, M

_γ

is nul), de crank-spring meganisme hat in deformation mei negative stivens skaaimerken.

1.4 De relaasje tusken koppel en rotaasje hoeke fan crank spring meganisme

Yn Fig. 5, koppel M & gamma; mei de klok is posityf, de krukhoek & gamma; tsjin de klok yn is posityf, en it momint load M wurdt modelearre en analysearre hjirûnder.

_γ

mei krukhoek

_γ

De relaasje tusken it modellewurk proses is dimensioned.

Lykas werjûn yn figuer 5b, it koppel lykwicht fergeliking foar crank AB & gamma wurdt fermeld.

Yn de formule, F & gamma; is de maitiid weromsette krêft, d & gamma; is F & gamma; oan punt A. Stel dat de ferpleatsing-last relaasje fan 'e maitiid is

Yn 'e formule is K de springstivens (net needsaaklik in konstante wearde),δ

xγ

is de hoemannichte springdeformaasje (ynkoarte nei posityf),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Simultane type (3)(5), momint M

_γ

mei hoeke

_γ

De relaasje is

1.5 Analyse fan de negative stivens skaaimerken fan de crank-spring meganisme

Om de analyze fan 'e negative skaaimerken fan' e stivens fan 'e crank-springmeganisme te fasilitearjen (momint M

_γ

mei hoeke

_γ

relaasje), kin oannommen wurde dat de maitiid in lineêre positive stivens hat, dan kin formule (4) opnij skreaun wurde as

Yn 'e formule is Kconst in konstante grutter dan nul. Nei't de grutte fan it fleksibele hinge is bepaald, wurdt ek de lingte l fan 'e basis bepaald. Dêrom, oannommen dat l in konstante is, kin formule (6) opnij skreaun wurde as

wêrby't Kconstl2 in konstante grutter is as nul, en de momintkoëffisjint m & gamma; hat in diminsje fan ien. De negative skaaimerken fan 'e stivens fan' e crank-springmeganisme kinne wurde krigen troch it analysearjen fan 'e relaasje tusken de koppelkoëffisjint m & gamma; en de rotaasje hoeke & gamma.

Ut fergeliking (9) toant figuer 6 de begjinhoeke =π relaasje tusken m & gamma; en crank lingte ratio en rotation hoek & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& yn;[0, π]. Figuer 7 toant de relaasje tusken m & gamma; en rotaasje hoeke & gamma; foar = 0,2 en oars. figuer 8 lit sjen =π Wannear't, ûnder ferskillende , de relaasje tusken m & gamma; en hoeke & gamma.

Neffens de definysje fan krukspringmeganisme (seksje 1.3) en formule (9), as k en l konstant binne, m & gamma; Allinne relatearre oan hoeke & gamma;, crank lingte ratio en crank begjinhoeke.

(1) As en allinich as & gamma; is gelyk oan 0 ofπ of ,m & gamma; is gelyk oan nul; & gamma; & is;[0, ],m & gamma; is grutter as nul; & gamma; & is yn;[π],m & gamma; minder as nul. & is;[0, ],m & gamma; is grutter as nul; & gamma;& is yn;[π],m & gamma; minder as nul.

(2) & gamma; Wannear [0, ], de rotaasje hoeke & gamma; ferheget, m & gamma; nimt ta fan nul nei it bûgingspunt hoeke & gamma;0 nimt de maksimale wearde m & gamma;max, en nimt dan stadichoan ôf.

(3) De negative stivens karakteristyk berik fan de crank spring meganisme: & gamma;& yn;[0, & gamma;0], op dit stuit & gamma; nimt ta (tsjin de klok yn), en it koppel M & gamma; nimt ta (mei de klok mei). De bûgingspunt hoeke & gamma;0 is de maksimale rotaasje hoeke fan de negative stivens karakteristyk fan de crank-spring meganisme en & gamma;0 & is;[0, ];m & gamma;max is de maksimale negative momintkoëffisjint. Jûn en , de ôflieding fan fergeliking (9) jout & gamma;0

(4) hoe grutter de begjinhoeke, & gamma; grutter 0,m

_γmax

grutter.

(5) hoe grutter de lingteferhâlding, & gamma; de lytsere 0,m

_γmax

grutter.

Yn it bysûnder, =πDe negative skaaimerken fan stivens fan de crank spring meganisme binne de bêste (de negative stivens hoek berik is grut, en it koppel dat kin wurde foarsjoen is grut). =πTagelyk, ûnder ferskillende omstannichheden, de maksimale rotaasje hoeke & gamma fan de negative stivens karakteristyk fan de crank spring meganisme; 0 en de maksimale negative koppelkoëffisjint m & gamma; Max wurdt fermeld yn tabel 1.

2 Konstruksje fan nul-stivens fleksibele hinge

De oerienkomst fan positive en negative stivens fan 'e 2.1 wurdt werjûn yn figuer 9, n (n 2) groepen fan parallel crank spring meganismen wurde lykmjittich ferdield om de omtrek, it foarmjen fan in negative stivens meganisme matched mei de binnenste en bûtenste ring fleksibele hinges.

Mei help fan de ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges as de positive stivens subsysteem, konstruearje in nul-stivens fleksibele hinge. Om nul stivens te berikken, kombinearje de positive en negative stivens

tagelyk (2), (3), (6), (11), en & gamma;=θ, de lading F & gamma fan 'e maitiid kin wurde krigen; en ferpleatsingδDe relaasje fan x & gamma; is

Neffens paragraaf 1.5, de negative stivens hoek berik fan de crank spring meganisme: & gamma;& yn;[0, & gamma;0] en & gamma;0 & isin;[0, ], de slag fan it fleksibele skarnier mei nul stivens sil minder wêze as & gamma;0, ik. de maitiid is altyd yn in misfoarme steat (δxγ≠0). It rotaasjeberik fan 'e ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges is±0.35 rad(±20°), ferienfâldigje de trigonometryske funksjes sin & gamma; en cos & gamma; as folget

Nei ferienfâldiging, de lading-ferpleatsing relaasje fan 'e maitiid

2.2 Flater analyze fan posityf en negatyf stivens matching model

Evaluearje de flater feroarsake troch de ferienfâldige behanneling fan fergeliking (13). Neffens de eigentlike ferwurkjen parameters fan nul stivens fleksibele hinge (Seksje 4.2): n = 3, l = 40mm, =π, = 0.2,E = 73 GPa; De ôfmjittings fan de binnenste en bûtenste ring fleksibele hinge reed L = 46mm, T = 0.3mm, W = 9.4mm; De ferliking formules (12) en (14) ferienfâldigje de lading ferpleatsing relaasje en relative flater fan de foar- en efterste springs lykas werjûn yn respektivelik figueren 10a en 10b.

Lykas werjûn yn figuer 10, & gamma; is minder dan 0,35 rad (20°), de relative flater feroarsake troch de ferienfâldige behanneling oan de load-ferpleatsing kromme net mear as 2,0%, en de formule

De ferienfâldige behanneling fan (13) kin brûkt wurde om fleksibele hinges mei nul-stivens te bouwen.

2.3 Stiftens skaaimerken fan 'e maitiid

Oannommen dat de stivens fan 'e maitiid K is, de simultane (3), (6), (14)

Neffens de eigentlike ferwurkjen parameters fan nul stivens fleksibele hinge (Seksje 4.2), de feroaring kromme fan spring stivens K mei hoeke & gamma; wurdt werjûn yn figuer 11. Benammen wannear & gamma;= 0, K nimt de minimale wearde.

Foar it gemak fan ûntwerp en ferwurking, de maitiid oannimt in lineêre positive stivens maitiid, en de stivens is Kconst. Yn de hiele slach, as de totale stivens fan it fleksibele skarnier mei nul stivens grutter is as of gelyk oan nul, moat Kconst de minimale wearde fan K nimme

Fergeliking (16) is de stivenswearde fan 'e lineêre positive stivensfear by it bouwen fan it fleksibele skarnier mei nul stivens. 2.4 Analyse fan nul-stijfheid kwaliteit De lading-ferpleatsing relaasje fan it konstruearre nul-stijfheid fleksibele skarnier is

Simultane formule (2), (8), (16) kin wurde krigen

Om de kwaliteit fan nul stivens te evaluearjen, wurdt it reduksjeberik fan fleksibele skarnierstivens foar en nei it tafoegjen fan de negative stivensmodule definiearre as de nulstijfskwaliteitskoëffisjintη

η Hoe tichter by 100%, hoe heger de kwaliteit fan nul stivens. figuer 12 is 1-η Relaasje mei crank lingte ratio en initial hoeke η It is ûnôfhinklik fan it oantal n fan parallelle crank-springmeganismen en de lingte l fan 'e basis, mar allinich relatearre oan' e cranklingteferhâlding , de rotaasjewinkel & gamma; en de begjinhoeke.

(1) De inisjele hoeke nimt ta en de kwaliteit fan nul stivens ferbetteret.

(2) De lingteferhâlding nimt ta en de kwaliteit fan nulstivens nimt ôf.

(3) Hoek & gamma; nimt ta, nul stivens kwaliteit nimt ôf.

Om de nulstiffenskwaliteit fan it fleksibele hinge nulstiffness te ferbetterjen, moat de begjinhoeke in gruttere wearde nimme; de crank lingte ratio moat wêze sa lyts mooglik. Tagelyk, neffens de analyseresultaten yn paragraaf 1.5, as te lyts is, sil it fermogen fan 'e crank-springmeganisme om negative stivens te leverjen swak wêze. Om de nul-stijfheidskwaliteit fan it fleksibele skarnier mei nul-stijfheid te ferbetterjen, is de begjinhoeke =π, crank lingte ratio = 0.2, dat is, de eigentlike ferwurkjen parameters fan seksje 4.2 nul stivens fleksibele hinge.

Neffens de eigentlike ferwurkjen parameters fan de nul-stijfheid fleksibele hinge (Seksje 4.2), de koppel-hoek relaasje tusken de binnenste en bûtenste ring fleksibele hinges en de nul-stivens fleksibele hinge wurdt werjûn yn figuer 13; de ôfname yn stivens is de nul-stijfheid kwaliteitskoëffisjintηDe relaasje mei de hoeke & gamma; wurdt werjûn yn figuer 14. By figuer 14: In 0.35 rad (20°) rotaasje berik, de stivens fan 'e nul-stivens fleksibele hinge wurdt fermindere troch in gemiddelde fan 97%; 0.26 rad(15°) hoeken, it wurdt fermindere mei 95%.

3 Untwerp fan lineêre positive stivens spring

De bou fan nul stivens fleksibele hinge is meastal neidat de grutte en stivens fan de fleksibele hinge wurde bepaald, en dan de stivens fan 'e maitiid yn' e crank spring meganisme wurdt omkeard, sadat de stivens en grutte easken fan 'e maitiid binne relatyf strang. Derneist is de begjinhoeke =π, fan figuer 5a, tidens de rotaasje fan it fleksibele skarnier mei nulstivens, is de maitiid altyd yn in komprimearre steat, dat is“Kompresje spring”.

De stivens en grutte fan tradisjonele kompresjespringen binne dreech om krekt oan te passen, en in gidsmeganisme is faaks nedich yn applikaasjes. Dêrom wurdt in maitiid foarsteld wêrfan de stivens en grutte kinne wurde oanpast——Diamant-foarmige leaf spring string. De diamant-foarmige leaf spring string (figuer 15) is gearstald út meardere diamant-foarmige leaf springs ferbûn yn searjes. It hat de skaaimerken fan fergees struktureel ûntwerp en hege graad fan maatwurk. De ferwurkingstechnology is konsistint mei dy fan fleksibele hinges, en beide wurde ferwurke troch presys draadsnijen.

3.1 Load-ferpleatsing model fan diamant-foarmige leaf spring string

Fanwege de symmetry fan de rombyske blêdfear hoecht mar ien blêdfear ûnderwurpen te wurden oan spanningsanalyze, lykas werjûn yn figuer 16. α is de hoeke tusken de reed en de horizontale, de lingte, breedte en dikte fan it reed binne respektivelik Ld, Wd, Td, f is de dimensjeel ferienige lading op 'e rhombus leafspring,δy is de ferfoarming fan rombyske blêdspring yn 'e y-rjochting, krêft fy en momint m binne lykweardige loads op 'e ein fan in inkele reed, fv en fw binne komponint krêften fan fy yn it wov-koördinatesysteem.

Neffens de teory fan beamdeformaasje fan AWTAR[13], de dimensjeel ferienige load-ferpleatsingsrelaasje fan ien reed

Troch de beheiningferhâlding fan it stive lichem op 'e reed is de einhoeke fan 'e reed foar en nei deformaasje nul, dat isθ = 0. Tagelyk (20)(22)

Fergeliking (23) is it load-ferpleatsing dimensionale ienwurding model fan rombyske leaf spring. n2 rhombic leaf springs wurde ferbûn yn rige, en syn load-ferpleatsing model is

Ut formule (24), wannearαAs d lyts is, is de stivens fan 'e diamantfoarmige blêdfjoerstring sawat lineêr ûnder typyske ôfmjittings en typyske loads.

3.2 Finite elemint simulaasje ferifikaasje fan it model

De finite elemint simulaasje ferifikaasje fan it load-ferpleatsingsmodel fan 'e diamantfoarmige leafspring wurdt útfierd. Mei help fan ANSYS Mechanical APDL 15.0, de simulaasje parameters wurde werjûn yn Tabel 2, en in druk fan 8 N wurdt tapast oan de diamant-foarmige leaf spring.

De fergeliking tusken de modelresultaten en de simulaasjeresultaten fan 'e rhombus leaf spring load-ferpleatsing relaasje wurdt werjûn yn Fig. 17 (dimensjonalisaasje). Foar fjouwer rhombus leaf springs mei ferskillende oanstriid hoeken, de relative flater tusken it model en de einige elemint simulaasje resultaten net mear as 1,5%. De jildigens en krektens fan it model (24) is ferifiearre.

4 Untwerp en test fan fleksibele hinge mei nul-stijfheid

4.1 Parameter ûntwerp fan nul-stivens fleksibele hinge

Foar it ûntwerpen fan in fleksibele skarnier mei nul-stivens, moatte de ûntwerpparameters fan it fleksibele skarnier earst bepaald wurde neffens de tsjinstbetingsten, en dan moatte de relevante parameters fan 'e crankspringmeganisme omkeard berekkene wurde.

4.1.1 Fleksibele hinge parameters

It krúspunt fan 'e fleksibele binnen- en bûtenring fan' e ring leit op 12,73% fan 'e reedlingte, en syn parameters wurde werjûn yn tabel 3. Troch fergeliking (2) te ferfangen, is de koppel-rotaasjehoekferhâlding fan 'e fleksibele skarnieren fan 'e binnen- en bûtenring

4.1.2 Negatyf stivensmeganisme parameters

As werjûn yn fig. 18, nimme it oantal n fan crank spring meganismen parallel as 3, de lingte l = 40 mm wurdt bepaald troch de grutte fan de fleksibele hinge. neffens de konklúzje fan paragraaf 2.4, de begjinhoeke =π, crank lingte ratio = 0,2. Neffens fergeliking (16), de stivens fan 'e maitiid (d.w.s. diamond leaf spring string) is Kconst = 558.81 N/m (26)

4.1.3 Diamond leaf spring string parameters

by l = 40 mm, =π, = 0.2, de oarspronklike lingte fan 'e maitiid is 48mm, en de maksimale ferfoarming (& gamma;= 0) is 16 mm. Troch strukturele beheiningen is it lestich foar in inkele rhombusblêdmair om sa'n grutte ferfoarming te meitsjen. Mei help fan fjouwer rhombus leaf springs yn searje (n2 = 4), de stivens fan ien rhombus leaf spring is

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

Neffens de grutte fan it negative stivensmeganisme (figuer 18), jûn de reedlingte, breedte en reidhellingshoek fan 'e diamantfoarmige blêdfear, kin it reid ôflaat wurde út formule (23) en de stivensformule (27) fan de diamant-foarmige blêd maitiid Dikte. De strukturele parameters fan rhombus leaf springs wurde neamd yn Tabel 4.

oerflak4

Gearfetsjend binne de parameters fan it fleksibele skarnier mei nul-stijfheid basearre op it krukspringmeganisme allegear bepaald, lykas werjûn yn Tabel 3 en Tabel 4.

4.2 Untwerp en ferwurkjen fan de nul-stivens fleksibele hinge sample Ferwize nei literatuer [8] foar it ferwurkjen en testen metoade fan de fleksibele hinge. De nul-stijfheid fleksibele hinge is gearstald út in negative stivens meganisme en in ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinge parallel. It strukturele ûntwerp wurdt werjûn yn figuer 19.

Sawol de ynderlike en bûtenste ring fleksibele skarnieren en diamantfoarmige blêdspringsnaren wurde ferwurke troch presys draadsnijmasjine-ark. De ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges wurde ferwurke en gearstald yn lagen. figuer 20 is it fysike byld fan trije sets fan diamant-shaped leaf spring snaren, en figuer 21 is de gearstalde nul-stivens It fysike byld fan de fleksibele hinge sample.

4.3 It testplatfoarm foar rotaasjestivens fan it fleksibele skarnier mei nul-stivens Ferwizend nei de metoade foar rotaasje-stivenstest yn [8], is it testplatfoarm foar rotaasje-stivens fan it fleksibele skarnier mei nul-stijfheid boud, lykas werjûn yn figuer 22.

4.4 Eksperimintele gegevens ferwurking en flater analyze

De rotearjende stivens fan 'e ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges en nul-stivens fleksibele skarnieren waard hifke op it testplatfoarm, en de testresultaten wurde werjûn yn figuer 23. Berekkenje en tekenje de kwaliteitskromme fan nul-stijfheid fan it fleksibele skarnier mei nul-stijfheid neffens formule (19), lykas werjûn yn Fig. 24.

De testresultaten litte sjen dat de rotational stivens fan 'e nul-stivens fleksibele hinge tichtby nul is. Yn ferliking mei de ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges, de nul-stijfheid fleksibele hinge±0.31 rad(18°) stivens waard fermindere troch gemiddeld 93%; 0.26 rad (15°), wurdt de stivens mei 90% fermindere.

Lykas werjûn yn figueren 23 en 24, der is noch in bepaalde gat tusken de test resultaten fan de nul stivens kwaliteit en de teoretyske model resultaten (de relative flater is minder as 15%), en de wichtichste redenen foar de flater binne as folget.

(1) De modelflater feroarsake troch de ferienfâldiging fan trigonometryske funksjes.

(2) Friksje. Der is wriuwing tusken de diamant blêd spring string en de mounting skacht.

(3) Ferwurkingsflater. Der binne flaters yn de werklike grutte fan it reed, ensfh.

(4) Assembly flater. It gat tusken it ynstallaasjegat fan 'e diamantfoarmige blêdspringstring en de skacht, de ynstallaasjegap fan it testplatfoarmapparaat, ensfh.

4.5 Prestaasje ferliking mei in typysk nul-stijfheid fleksibele hinge Yn literatuer [4], in nul-stivens fleksibele hinge ZSFP_CAFP waard konstruearre mei help fan in cross-axis flexural pivot (CAFP), lykas werjûn yn figuer 25.

Fergeliking fan it fleksibele skarnier mei nul-stijfheid ZSFP_IORFP (Fig. 21) en ZSFP_CAFP (Fig. 25) konstruearre mei de ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges

(1) ZSFP_IORFP, de struktuer is kompakter.

(2) De hoeke berik fan ZSFP_IORFP is lyts. De hoeke berik wurdt beheind troch de hoeke berik fan de fleksibele hinge sels; de hoeke berik fan ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP hoeke berik40°.

(3) ±18°Yn it berik fan hoeken hat ZSFP_IORFP hegere kwaliteit fan nul stivens. De gemiddelde stivens fan ZSFP_CAFP wurdt fermindere mei 87%, en de gemiddelde stivens fan ZSFP_IORFP wurdt fermindere mei 93%.

5 konklúzje

Troch it fleksibele skarnier fan 'e binnen- en bûtenringen ûnder suver koppel te nimmen as it subsysteem foar positive stivens, is it folgjende wurk dien om in fleksibele skarnier mei nul stivens te bouwen.

(1) Stel in negatyf stivensrotaasjemeganisme foar——Foar it krukspringmeganisme waard in model (Formule (6)) fêststeld om de ynfloed fan strukturele parameters te analysearjen op syn negative skaaimerken fan stivens, en it berik fan syn negative skaaimerken fan stivens waard jûn (tabel 1).

(2) Troch it oerienkomme mei de positive en negative stivens, wurde de stivenseigenskippen fan 'e maitiid yn' e krukspringmeganisme (fergeliking (16)) krigen, en it model (fergeliking (19)) wurdt oprjochte om it effekt fan 'e strukturele parameters te analysearjen fan de crank spring meganisme op de nul stivens kwaliteit fan de nul stivens fleksibele skarnier Ynfloed, teoretysk, binnen de beskikbere slach fan it fleksibele skarnier fan de binnenste en bûtenste ringen (±20°), kin de gemiddelde reduksje yn stivens 97% berikke.

(3) Stel in oanpasbere stivens foar“maitiid”——In diamantfoarmige blêdspringstring waard oprjochte om har stivensmodel te fêstigjen (fergeliking (23)) en ferifiearre troch einige elemint metoade.

(4) Foltôge it ûntwerp, ferwurkjen en testen fan in kompakte nul-stivens fleksibele hingemonster. De test resultaten litte sjen dat: ûnder de aksje fan suver koppel, de36°Yn it berik fan rotaasje hoeken, ferlike mei de ynderlike en bûtenste ring fleksibele hinges, de stivens fan de nul-stivens fleksibele hinge wurdt fermindere troch 93% gemiddeld.

It konstruearre fleksibele skarnier mei nul-stijfheid is allinich ûnder de aksje fan suver koppel, dat kin realisearje“nul stivens”, sûnder it gefal fan it dragen fan komplekse ladingsbetingsten te beskôgjen. Dêrom is de oanlis fan fleksibele hinges mei nul-stivens ûnder komplekse loadbetingsten it fokus fan fierder ûndersyk. Dêrneist ferminderjen fan de wriuwing dy't bestiet ûnder de beweging fan nul-stijfheid fleksibele hinges is in wichtige optimalisaasje rjochting foar nul-stivens fleksibele hinges.

referinsjes

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, ensfh. Ûndersyk foarútgong op ûntwerp metoaden fan fleksibele hinge meganisme [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin champion, PEI X U, BIS call, ETA up. State-of-arts fan ûntwerpmetoade foar fleksibele meganismen[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46 (13): 2-13.

[3] Morsch FM, Herder JL. Untwerp fan in Generic Zero Stiffness Compliant Joint[C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM EG, Howell LL. Non-dimensionale oanpak foar statyske balânsjen fan rotational flexures [J]. Meganisme & Machine Teory, 2015, 84 (84): 90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Negative stivens bouwblokken foar statysk balansearre compliant meganismen: ûntwerp en testen [J]. Journal of Mechanisms & Robotics, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell LL. De modellering fan krús-as flexural pivots [J]. Mechanisme en masine teory, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. De eigenskippen fan krúst flexure pivots en de ynfloed fan it punt dêr't de strips krúst[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Untwerp en eksperimint fan generalisearre triple-cross-spring flexure pivots tapast op de ultra-precision ynstruminten [J]. Oersjoch fan wittenskiplike ynstruminten, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, ensfh. Ûndersyk nei rotational stivens skaaimerken fan generalisearre trije-cross reed fleksibele hinge [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I wurd, l IU Lang, BIS stim, ETA. Rotational stivens karakterisearring fan generalisearre Triple-cross-spring Flexure Pivots [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Undersyk fan prestaasjesfergeliking fan topologystruktuer fan 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, Feriene Steaten. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Stijfheid skaaimerken fan innerlike–bûtenste ring flexure pivots tapast op de ultra-precision ynstruminten [J]. ARCHIVE Proceedings fan de ynstelling fan meganyske yngenieurs Part C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (vols 203-210), 2017: 095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kritearia foar de statyske balâns fan konforme meganismen[C]// ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences en Computers and Information in Engineering Conference, augustus 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. In generalisearre beheiningsmodel foar twadiminsjonale beambuigingen: Nonlinear strain enerzjyformulering [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Oer de auteur: Bi Shusheng (oerienkommende skriuwer), man, berne yn 1966, dokter, heechlearaar, doktoraal supervisor. Syn wichtichste ûndersyk rjochting is folslein fleksibele meganisme en bionyske robot.