Sažetak: Rotacijska krutost fleksibilnog zgloba nulte krutosti je približno jednaka nuli, što prevladava nedostatak da obični fleksibilni šarniri zahtijevaju pogonski moment, a može se primijeniti na fleksibilne hvataljke i druga polja. Uzimajući fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena pod djelovanjem čistog okretnog momenta kao podsustava pozitivne krutosti, istraživački mehanizam negativne krutosti i podudaranje pozitivne i negativne krutosti može konstruirati fleksibilne šarke nulte krutosti. Predložite mehanizam rotacije negativne krutosti——Mehanizam koljenaste opruge, modelirane i analizirane njegove negativne karakteristike krutosti; usklađivanjem pozitivne i negativne krutosti analiziran utjecaj strukturnih parametara koljenastog opružnog mehanizma na kvalitetu nulte krutosti; predložio linearnu oprugu s prilagodljivom krutošću i veličinom——Ploča lisnate opruge u obliku dijamanta, uspostavljen je model krutosti i provedena verifikacija simulacije pomoću konačnih elemenata; konačno je dovršeno projektiranje, obrada i testiranje kompaktnog uzorka savitljive šarke nulte krutosti. Rezultati ispitivanja su pokazali da: pod djelovanjem čistog momenta,±18°U rasponu kutova rotacije, rotacijska krutost fleksibilnog zgloba nulte krutosti je u prosjeku 93% niža od one kod fleksibilnog zgloba unutarnjeg i vanjskog prstena. Konstruirana fleksibilna šarka nulte krutosti ima kompaktnu strukturu i visokokvalitetnu nultu krutost; predloženi mehanizam rotacije negativne krutosti i linearni. Opruga ima veliku referentnu vrijednost za proučavanje fleksibilnog mehanizma.

0 predgovor

Fleksibilni zglob (ležaj)

^[1-2]

Oslanjajući se na elastičnu deformaciju fleksibilne jedinice za prijenos ili pretvorbu gibanja, sile i energije, naširoko se koristi u preciznom pozicioniranju i drugim područjima. U usporedbi s tradicionalnim krutim ležajevima, postoji trenutak vraćanja kada se fleksibilna šarka okreće. Stoga, pogonska jedinica mora osigurati izlazni moment za pogon i održavati rotaciju fleksibilne šarke. Fleksibilna šarka nulte krutosti

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) je fleksibilni rotacijski zglob čija je rotacijska krutost približno nula. Ova vrsta fleksibilne šarke može ostati na bilo kojem položaju unutar raspona hoda, također poznata kao fleksibilna šarka za statičku ravnotežu

^[4]

, uglavnom se koriste u područjima kao što su fleksibilne hvataljke.

Na temelju modularnog koncepta dizajna fleksibilnog mehanizma, cijeli sustav fleksibilnih šarki nulte krutosti može se podijeliti u dva podsustava pozitivne i negativne krutosti, a sustav nulte krutosti može se realizirati kroz podudaranje pozitivne i negativne krutosti.

^[5]

. Među njima, podsustav pozitivne krutosti obično je fleksibilni zglob velikog hoda, kao što je križni fleksibilni zglob

^[6-7]

, generalizirani trokrižni reed fleksibilni zglob

^[8-9]

te unutarnje i vanjske prstenaste fleksibilne šarke

^[10-11]

itd. Trenutačno je istraživanje fleksibilnih šarki postiglo puno rezultata, stoga je ključ za dizajn fleksibilnih šarki nulte krutosti uskladiti odgovarajuće module negativne krutosti za fleksibilne šarke[3].

Fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena (Inner and outer ring flexural pivots, IORFP) imaju izvrsne karakteristike u smislu krutosti, preciznosti i temperaturnog pomaka. Odgovarajući modul negativne krutosti osigurava metodu konstrukcije fleksibilnog zgloba nulte krutosti i konačno dovršava dizajn, obradu uzorka i testiranje fleksibilnog zgloba nulte krutosti.

1 koljenasto opružni mehanizam

1.1 Definicija negativne krutosti

Opća definicija krutosti K je brzina promjene između opterećenja F koje nosi elastični element i odgovarajuće deformacije dx

K= dF/dx (1)

Kada je prirast opterećenja elastičnog elementa suprotan predznaku odgovarajućeg prirasta deformacije, radi se o negativnoj krutosti. Fizički gledano, negativna krutost odgovara statičkoj nestabilnosti elastičnog elementa

^[12]

.Mehanizmi negativne krutosti igraju važnu ulogu u području fleksibilne statičke ravnoteže. Obično mehanizmi negativne krutosti imaju sljedeće karakteristike.

(1) Mehanizam zadržava određenu količinu energije ili se podvrgava određenoj deformaciji.

(2) Mehanizam je u stanju kritične nestabilnosti.

(3) Kada se mehanizam malo poremeti i napusti položaj ravnoteže, može osloboditi veću silu, koja je u istom smjeru kao i kretanje.

1.2 Načelo konstrukcije fleksibilnog zgloba nulte krutosti

Fleksibilni zglob nulte krutosti može se konstruirati korištenjem pozitivnog i negativnog podudaranja krutosti, a princip je prikazan na slici 2.

(1) Pod djelovanjem čistog zakretnog momenta, fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena imaju približno linearni odnos zakretnog momenta i kuta rotacije, kao što je prikazano na slici 2a. Osobito, kada se točka sjecišta nalazi na 12,73% duljine reeda, odnos kuta momenta i rotacije je linearan

^[11]

, u ovom trenutku, moment vraćanja Mpivot (u smjeru kazaljke na satu) fleksibilne šarke povezan je s kutom rotacije ležajaθ(suprotno od kazaljke na satu) odnos je

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

U formuli, E je modul elastičnosti materijala, L je duljina trske, a I je moment tromosti presjeka.

(2) Prema modelu rotacijske krutosti fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena, usklađen je rotacijski mehanizam negativne krutosti, a njegove karakteristike negativne krutosti prikazane su na slici 2b.

(3) S obzirom na nestabilnost mehanizma negativne krutosti

^[12]

, krutost fleksibilnog zgloba nulte krutosti trebala bi biti približno nula i veća od nule, kao što je prikazano na slici 2c.

1.3 Definicija koljenastog opružnog mehanizma

Prema literaturi [4], fleksibilni zglob nulte krutosti može se konstruirati uvođenjem prethodno deformirane opruge između pokretnog krutog tijela i fiksnog krutog tijela fleksibilnog zgloba. Za fleksibilni zglob unutarnjeg i vanjskog prstena prikazan na Sl. 1, uvodi se opruga između unutarnjeg prstena i vanjskog prstena, tj. uvodi se opružno-kurbni mehanizam (SCM). Pozivajući se na mehanizam klizača radilice prikazan na slici 3, povezani parametri opružnog mehanizma radilice prikazani su na slici 4. Mehanizam radilice i opruge sastoji se od poluge i opruge (postavite krutost kao k). početni kut je uključeni kut između koljena AB i baze AC kada opruga nije deformirana. R predstavlja duljinu koljena, l predstavlja osnovnu duljinu i definira omjer duljine koljena kao omjer r prema l, tj. = r/l (0<<1).

Konstrukcija koljenasto-opružnog mehanizma zahtijeva određivanje 4 parametra: duljine baze l, omjera duljine koljenaste koljena, početnog kuta i krutosti opruge K.

Deformacija koljenastog opružnog mehanizma pod djelovanjem sile prikazana je na slici 5a, u trenutku M

_&gama;

Pod djelovanjem se ručica pomiče iz početnog položaja AB

_Beta

okrenuti prema AB

_&gama;

, tijekom procesa rotacije, uključeni kut poluge u odnosu na vodoravni položaj

_&gama;

koji se naziva kut koljenastog zgloba.

Kvalitativna analiza pokazuje da se poluga okreće iz AB (početni položaj, M & gama; Nula) do AB0 (“mrtva točka”mjesto, M

_&gama;

je nula), mehanizam radilica-opruga ima deformaciju s negativnim karakteristikama krutosti.

1.4 Odnos između zakretnog momenta i kuta zakretanja koljenastog opružnog mehanizma

Na sl. 5, moment M & gama; u smjeru kazaljke na satu je pozitivan, kut radilice & gama; u smjeru suprotnom od kazaljke na satu je pozitivan, a momentno opterećenje M je modelirano i analizirano u nastavku.

_&gama;

s kutom radilice

_&gama;

Odnos između procesa modeliranja je dimenzioniran.

Kao što je prikazano na slici 5b, jednadžba ravnoteže zakretnog momenta za ručicu AB & gama je navedena.

U formuli, F & gama; je povratna sila opruge, d & gama; je F & gama; do točke A. Pretpostavimo da je odnos pomaka i opterećenja opruge

U formuli, K je krutost opruge (nije nužno konstantna vrijednost),δ

x&gama;

je iznos deformacije opruge (skraćeno na pozitivno),δ

x&gama;

=|B

_Beta

C| – |B

_&gama;

C|.

Simultani tip (3)(5), moment M

_&gama;

s kutom

_&gama;

Odnos je

1.5 Analiza negativnih karakteristika krutosti pogonsko-opružnog mehanizma

Kako bi se olakšala analiza negativnih karakteristika krutosti pogonsko-opružnog mehanizma (moment M

_&gama;

s kutom

_&gama;

odnos), može se pretpostaviti da opruga ima linearnu pozitivnu krutost, tada se formula (4) može prepisati kao

U formuli, Kconst je konstanta veća od nule. Nakon što se odredi veličina fleksibilnog zgloba, određuje se i duljina l baze. Prema tome, uz pretpostavku da je l konstanta, formula (6) se može prepisati kao

gdje je Kconstl2 konstanta veća od nule, a koeficijent momenta m & gama; ima dimenziju jedan. Negativne karakteristike krutosti koljenasto-opružnog mehanizma mogu se dobiti analizom odnosa između koeficijenta momenta m & gama; i kut rotacije & gama.

Iz jednadžbe (9) slika 6 prikazuje početni kut =π odnos između m & gama; te omjer duljine koljena i kut zakreta & gama;, & isin;[0,1, 0,9],& gama;& isin;[0, π]. Slika 7 prikazuje odnos između m & gama; i kut rotacije & gama; za = 0,2 i različito. Slika 8 prikazuje =π Kada je, pod različitim , odnos između m & gama; i kut & gama.

Prema definiciji koljenastog opružnog mehanizma (odjeljak 1.3) i formule (9), kada su k i l konstantni, m & gama; Vezano samo za kut & gama;, omjer duljine koljena i početni kut koljena.

(1) Ako i samo ako & gama; je jednak 0 iliπ ili m & gama; je jednak nuli; & gama; & isin;[0, ],m & gama; je veći od nule; & gama; & unutra je;[π],m & gama; manje od nule. & isin;[0, ],m & gama; je veći od nule; & gama;& unutra je;[π],m & gama; manje od nule.

(2) & gama; Kada je [0, ], kut rotacije & gama; povećava se, m & gama; raste od nule do kuta infleksije & gamma;0 uzima najveću vrijednost m & gamma;max, a zatim se postupno smanjuje.

(3) Raspon karakteristike negativne krutosti opružnog mehanizma: & gama;& isin;[0, & gamma;0], u ovom trenutku & gama; raste (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu), a moment M & gama; povećava (u smjeru kazaljke na satu). Kut točke infleksije & gama;0 je najveći kut zakretanja negativne karakteristike krutosti mehanizma koljenasto-opružna opruga i & gama;0 & isin;[0, ];m & gamma;max je maksimalni koeficijent negativnog momenta. Uzevši i , izvođenje jednadžbe (9) daje & gama;0

(4) što je veći početni kut, & gama; veći 0, m

_&gama;maks

veći.

(5) što je veći omjer duljine, & gama; manji 0, m

_&gama;maks

veći.

Konkretno, =πKarakteristike negativne krutosti mehanizma koljenaste opruge su najbolje (raspon kuta negativne krutosti je velik, a moment koji se može osigurati je velik). =πIstodobno, pod različitim uvjetima, maksimalni kut rotacije & gama negativne karakteristike krutosti opružnog mehanizma radilice; 0 i najveći negativni koeficijent momenta m & gama; Max je naveden u tablici 1.

2 Konstrukcija fleksibilnog zgloba nulte krutosti

Usklađivanje pozitivne i negativne krutosti 2.1 prikazano je na slici 9, n(n 2) skupina paralelnih opružnih mehanizama radilice ravnomjerno je raspoređeno po obodu, tvoreći mehanizam negativne krutosti usklađen s unutarnjim i vanjskim prstenastim fleksibilnim šarkama.

Koristeći fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena kao podsustav pozitivne krutosti, izradite fleksibilne šarke nulte krutosti. Kako biste postigli nultu krutost, uskladite pozitivnu i negativnu krutost

simultano (2), (3), (6), (11) i & gama;=θ, opterećenje F & može se dobiti gama opruge; i pomakaδOdnos x & gama; je

Prema odjeljku 1.5, negativni raspon kuta krutosti mehanizma koljenaste opruge: & gama;& isin;[0, & gama;0] i & gama;0 & isin;[0, ], hod fleksibilnog zgloba nulte krutosti mora biti manji od & gama;0, I .e. opruga je uvijek u deformiranom stanju (δx&gama;≠0). Raspon rotacije fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena je±0,35 rad(±20°), pojednostaviti trigonometrijske funkcije sin & gama; i cos & gama; kako slijedi

Nakon pojednostavljenja, odnos opterećenja i pomaka opruge

2.2 Analiza pogreške pozitivnog i negativnog modela usklađivanja krutosti

Ocijenite pogrešku uzrokovanu pojednostavljenim tretmanom jednadžbe (13). Prema stvarnim parametrima obrade fleksibilne šarke nulte krutosti (odjeljak 4.2): n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; Dimenzije unutarnjeg i vanjskog prstena savitljive šarke D = 46 mm, T = 0,3 mm, Š = 9,4 mm; Formule za usporedbu (12) i (14) pojednostavljuju odnos pomaka opterećenja i relativnu pogrešku prednje i stražnje opruge kao što je prikazano na slikama 10a i 10b.

Kao što je prikazano na slici 10, & gama; manji je od 0,35 rad (20°), relativna pogreška uzrokovana pojednostavljenim tretmanom krivulje opterećenje-pomak ne prelazi 2,0%, a formula

Pojednostavljena obrada (13) može se koristiti za konstrukciju fleksibilnih šarki nulte krutosti.

2.3 Karakteristike krutosti opruge

Uz pretpostavku da je krutost opruge K, istovremeni (3), (6), (14)

Prema stvarnim parametrima obrade fleksibilnog zgloba nulte krutosti (odjeljak 4.2), krivulja promjene krutosti opruge K s kutom & gama; prikazano je na slici 11. Konkretno, kada & gamma;= 0, K uzima minimalnu vrijednost.

Radi praktičnosti dizajna i obrade, opruga ima linearnu oprugu pozitivne krutosti, a krutost je Kconst. U cijelom hodu, ako je ukupna krutost fleksibilnog zgloba nulte krutosti veća ili jednaka nuli, Kconst treba uzeti minimalnu vrijednost K

Jednadžba (16) je vrijednost krutosti linearne opruge pozitivne krutosti pri konstrukciji fleksibilnog zgloba nulte krutosti. 2.4 Analiza kvalitete nulte krutosti Odnos opterećenja i pomaka konstruiranog fleksibilnog zgloba nulte krutosti je

Može se dobiti simultana formula (2), (8), (16).

Kako bi se procijenila kvaliteta nulte krutosti, raspon smanjenja krutosti fleksibilne šarke prije i nakon dodavanja modula negativne krutosti definiran je kao koeficijent kvalitete nulte krutostiη

η Što je bliže 100%, veća je kvaliteta nulte krutosti. Slika 12 je 1-η Odnos s omjerom duljine koljena i početnim kutom η Neovisan je o broju n paralelnih mehanizama koljenasto-opružnih mehanizama i duljini l baze, ali je povezan samo s omjerom duljine koljena, kutom rotacije & gama; a početni kut .

(1) Početni kut se povećava i kvaliteta nulte krutosti se poboljšava.

(2) Omjer duljine se povećava, a kvaliteta nulte krutosti smanjuje.

(3) Kut & gama; povećava, kvaliteta nulte krutosti se smanjuje.

Kako bi se poboljšala kvaliteta nulte krutosti fleksibilnog zgloba nulte krutosti, početni kut trebao bi imati veću vrijednost; omjer duljine koljena treba biti što manji. U isto vrijeme, prema rezultatima analize u odjeljku 1.5, ako je premalen, sposobnost mehanizma radilice i opruge da pruži negativnu krutost bit će slaba. Kako bi se poboljšala kvaliteta nulte krutosti fleksibilnog zgloba nulte krutosti, početni kut =π, omjer duljine radilice = 0,2, odnosno stvarni parametri obrade fleksibilne šarke nulte krutosti odjeljka 4.2.

Prema stvarnim parametrima obrade fleksibilnog zgloba nulte krutosti (odjeljak 4.2), odnos zakretnog momenta i kuta između unutarnjeg i vanjskog prstenastog fleksibilnog zgloba i fleksibilnog zgloba nulte krutosti prikazan je na slici 13; smanjenje krutosti je koeficijent kvalitete nulte krutostiηOdnos s kutom & gama; prikazano je na slici 14. Prema slici 14: U 0,35 rad (20°) raspon rotacije, krutost fleksibilnog zgloba nulte krutosti smanjena je u prosjeku za 97%; 0,26 rad(15°) kutova, smanjuje se za 95%.

3 Dizajn linearne opruge pozitivne krutosti

Konstrukcija fleksibilnog zgloba nulte krutosti obično je nakon što se utvrde veličina i krutost fleksibilnog zgloba, a zatim se krutost opruge u mehanizmu opružne poluge mijenja, tako da su zahtjevi za krutost i veličinu opruge relativno strogi. Osim toga, početni kut =π, sa slike 5a, tijekom rotacije fleksibilnog zgloba nulte krutosti, opruga je uvijek u komprimiranom stanju, tj.“Tlačna opruga”.

Krutost i veličinu tradicionalnih kompresijskih opruga teško je precizno prilagoditi, au primjenama je često potreban mehanizam za vođenje. Stoga se predlaže opruga čija se krutost i veličina mogu prilagoditi——Žica lisnate opruge u obliku dijamanta. Nit lisnatih opruga u obliku dijamanta (slika 15) sastoji se od više lisnatih opruga u obliku dijamanta povezanih u seriju. Ima karakteristike slobodnog konstrukcijskog dizajna i visokog stupnja prilagodbe. Njegova tehnologija obrade je u skladu s onom fleksibilnih šarki, a obje su obrađene preciznim rezanjem žice.

3.1 Model opterećenja i pomaka konopca lisnate opruge u obliku dijamanta

Zbog simetrije rombične lisnate opruge, samo jedna lisnata opruga mora biti podvrgnuta analizi naprezanja, kao što je prikazano na slici 16. α je kut između jezička i vodoravnice, duljina, širina i debljina jezička su Ld, Wd, Td redom, f je dimenzijski jedinstveno opterećenje na lisnatu oprugu romba,δy je deformacija rombične lisnate opruge u smjeru y, sila fy i moment m su ekvivalentna opterećenja na kraju pojedinačne jezgre, fv i fw su komponente sile fy u wov koordinatnom sustavu.

Prema teoriji deformacije grede AWTAR-a[13], dimenzionalno unificirani odnos opterećenja i pomaka jednostruke trske

Zbog steznog odnosa krutog tijela na jezičak, krajnji kut jezička prije i poslije deformacije je nula, tj.θ = 0. Simultano (20) (22)

Jednadžba (23) je dimenzionalni model unifikacije opterećenja i pomaka rombične lisnate opruge. n2 rombične lisnate opruge spojene su u seriju, a njegov model opterećenja i pomaka je

Iz formule (24), kadaαKada je d mali, krutost žice lisnate opruge u obliku dijamanta je približno linearna pod tipičnim dimenzijama i tipičnim opterećenjima.

3.2 Verifikacija modela simulacijom konačnih elemenata

Provedena je verifikacija simulacijom konačnih elemenata modela opterećenje-pomak lisnate opruge u obliku dijamanta. Koristeći ANSYS Mechanical APDL 15.0, parametri simulacije prikazani su u tablici 2, a na lisnatu oprugu u obliku dijamanta primjenjuje se pritisak od 8 N.

Usporedba između rezultata modela i rezultata simulacije odnosa opterećenja i pomaka rombaste lisnate opruge prikazana je na slici. 17 (dimenzionalizacija). Za četiri rombaste lisnate opruge s različitim kutovima nagiba, relativna pogreška između modela i rezultata simulacije konačnih elemenata ne prelazi 1,5%. Valjanost i točnost modela (24) je provjerena.

4 Dizajn i ispitivanje fleksibilnog zgloba nulte krutosti

4.1 Parametarski dizajn fleksibilnog zgloba nulte krutosti

Za projektiranje fleksibilnog zgloba nulte krutosti, projektne parametre fleksibilnog zgloba treba prvo odrediti prema uvjetima rada, a zatim treba izračunati relevantne parametre opružnog mehanizma radilice.

4.1.1 Parametri fleksibilnog zgloba

Točka sjecišta fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena nalazi se na 12,73% duljine reeda, a njeni parametri prikazani su u tablici 3. Zamjenom u jednadžbu (2), odnos momenta i kuta rotacije fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena je

4.1.2 Parametri mehanizma negativne krutosti

Kao što je prikazano na sl. 18, uzimajući broj n mehanizama koljenaste opruge paralelno 3, duljina l = 40 mm određena je veličinom fleksibilnog zgloba. prema zaključku odjeljka 2.4, početni kut =π, omjer duljine radilice = 0,2. Prema jednadžbi (16), krutost opruge (tj. dijamantna lisnata opruga) je Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Parametri niza dijamantnih lisnatih opruga

za l = 40 mm, =π, = 0,2, izvorna duljina opruge je 48 mm, a najveća deformacija (& gama;= 0) je 16 mm. Zbog strukturnih ograničenja, teško je da jedna rombasta lisnata opruga proizvede tako veliku deformaciju. Korištenjem četiri lisnate rombaste opruge u nizu (n2 = 4), krutost jedne lisnate opruge romba je

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

Prema veličini mehanizma negativne krutosti (slika 18), s obzirom na duljinu jezička, širinu i kut nagiba jezička lisnate opruge u obliku dijamanta, jezičak se može zaključiti iz formule (23) i formule za krutost (27) lisnata opruga u obliku dijamanta Debljina. Strukturni parametri lisnatih opruga romba navedeni su u tablici 4.

površinski4

Ukratko, određeni su svi parametri fleksibilnog zgloba nulte krutosti koji se temelji na opružnom mehanizmu radilice, kao što je prikazano u tablici 3 i tablici 4.

4.2 Dizajn i obrada uzorka fleksibilnog zgloba nulte krutosti Pogledajte literaturu [8] za metodu obrade i ispitivanja fleksibilnog zgloba. Fleksibilna šarka nulte krutosti sastoji se od paralelnog mehanizma negativne krutosti i fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena. Strukturni dizajn prikazan je na slici 19.

Fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena i žice lisnatih opruga u obliku dijamanta obrađuju se preciznim alatnim strojevima za rezanje žice. Fleksibilne šarke unutarnjeg i vanjskog prstena obrađuju se i sastavljaju u slojevima. Slika 20 je fizička slika tri seta žica lisnatih opruga u obliku dijamanta, a Slika 21 je sastavljena nulta krutost. Fizička slika uzorka fleksibilnog zgloba.

4.3 Platforma za ispitivanje rotacijske krutosti fleksibilnog zgloba nulte krutosti Pozivajući se na metodu ispitivanja rotacijske krutosti iz [8], izrađena je platforma za ispitivanje rotacijske krutosti fleksibilnog zgloba nulte krutosti, kao što je prikazano na slici 22.

4.4 Eksperimentalna obrada podataka i analiza pogrešaka

Rotacijska krutost fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena i fleksibilnih šarki nulte krutosti ispitana je na ispitnoj platformi, a rezultati ispitivanja prikazani su na slici 23. Izračunajte i nacrtajte krivulju kvalitete nulte krutosti fleksibilnog zgloba nulte krutosti prema formuli (19), kao što je prikazano na slici. 24.

Rezultati ispitivanja pokazuju da je rotacijska krutost fleksibilnog zgloba nulte krutosti blizu nule. U usporedbi s fleksibilnim šarkama unutarnjeg i vanjskog prstena, fleksibilna šarka nulte krutosti±0,31 rad(18°) krutost je smanjena u prosjeku za 93%; 0,26 rad (15°), krutost je smanjena za 90%.

Kao što je prikazano na slikama 23 i 24, još uvijek postoji određeni jaz između rezultata ispitivanja kvalitete nulte krutosti i rezultata teorijskog modela (relativna pogreška manja je od 15%), a glavni razlozi pogreške su sljedeći.

(1) Pogreška modela uzrokovana pojednostavljenjem trigonometrijskih funkcija.

(2) Trenje. Postoji trenje između žice dijamantnih lisnatih opruga i montažne osovine.

(3) Greška obrade. Postoje pogreške u stvarnoj veličini trske, itd.

(4) Greška u sklapanju. Razmak između rupe za ugradnju lanca lisnate opruge u obliku dijamanta i osovine, razmak za ugradnju uređaja ispitne platforme itd.

4.5 Usporedba performansi s tipičnim fleksibilnim zglobom nulte krutosti U literaturi [4], fleksibilni zglob ZSFP_CAFP nulte krutosti konstruiran je korištenjem savijajućeg stožera poprečne osi (CAFP), kao što je prikazano na slici 25.

Usporedba fleksibilnog zgloba nulte krutosti ZSFP_IORFP (Sl. 21) i ZSFP_CAFP (Sl. 25) konstruiran pomoću fleksibilnih šarki unutarnjeg i vanjskog prstena

(1) ZSFP_IORFP, struktura je kompaktnija.

(2) Kutni raspon ZSFP_IORFP je mali. Kutni raspon ograničen je kutnim rasponom same fleksibilne šarke; kutni raspon ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP kutni raspon40°.

(3) ±18°U rasponu kutova, ZSFP_IORFP ima višu kvalitetu nulte krutosti. Prosječna krutost ZSFP_CAFP smanjena je za 87%, a prosječna krutost ZSFP_IORFP smanjena je za 93%.

5 zaključak

Uzimajući fleksibilni zglob unutarnjeg i vanjskog prstena pod čistim okretnim momentom kao podsustav pozitivne krutosti, obavljen je sljedeći posao kako bi se konstruirao fleksibilni zglob nulte krutosti.

(1) Predložite mehanizam rotacije negativne krutosti——Za mehanizam koljenaste opruge uspostavljen je model (Formula (6)) za analizu utjecaja strukturnih parametara na njegovu negativnu karakteristiku krutosti te je dat raspon njegovih negativnih karakteristika krutosti (tablica 1).

(2) Usklađivanjem pozitivnih i negativnih krutosti dobivaju se karakteristike krutosti opruge u mehanizmu koljenaste opruge (jednadžba (16)), te se uspostavlja model (jednadžba (19)) za analizu učinka strukturnih parametara mehanizma koljenaste opruge na kvalitetu nulte krutosti fleksibilnog zgloba nulte krutosti Utjecaj, teoretski, unutar raspoloživog hoda fleksibilnog zgloba unutarnjeg i vanjskog prstena (±20°), prosječno smanjenje krutosti može doseći 97%.

(3) Predložite prilagodljivu krutost“Proljeće”——Konac lisnate opruge u obliku dijamanta uspostavljen je kako bi se utvrdio model njegove krutosti (jednadžba (23)) i verificiran metodom konačnih elemenata.

(4) Dovršen dizajn, obrada i testiranje kompaktnog uzorka savitljive šarke nulte krutosti. Rezultati ispitivanja pokazuju da: pod djelovanjem čistog zakretnog momenta,36°U rasponu kutova rotacije, u usporedbi s fleksibilnim šarkama unutarnjeg i vanjskog prstena, krutost fleksibilne šarke nulte krutosti u prosjeku je smanjena za 93%.

Konstruirana fleksibilna šarka nulte krutosti je samo pod djelovanjem čistog okretnog momenta, koji može ostvariti“nulta krutost”, bez razmatranja slučaja složenih uvjeta opterećenja ležaja. Stoga je konstrukcija fleksibilnih šarnira nulte krutosti pod složenim uvjetima opterećenja fokus daljnjih istraživanja. Osim toga, smanjenje trenja koje postoji tijekom pomicanja fleksibilnih šarki nulte krutosti važan je smjer optimizacije za fleksibilne šarke nulte krutosti.

reference

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, itd. Napredak istraživanja o metodama projektiranja fleksibilnog zglobnog mehanizma[J]. Kineski časopis za strojarstvo, 2010., 46(13):2-13. Y u jin prvak, PEI X U, BIS poziv, ETA gore. Najsuvremenija metoda dizajna za mehanizme savijanja [J]. Vjesnik za strojarstvo, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Dizajn generičkog spoja usklađenog s nultom krutošću[C]// ASME međunarodne konferencije o dizajnu. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Bezdimenzionalni pristup za statičko uravnoteženje rotacijskih savijanja [J]. Mehanizam & Teorija strojeva, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Sastavni blokovi negativne krutosti za statički uravnotežene kompatibilne mehanizme: dizajn i testiranje [J]. časopis za mehanizme & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN BD, Howell LL. Modeliranje poprečnih savojnih stožera [J]. Mechanism and machine theory, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Svojstva ukrštenih savojnih stožera i utjecaj točke u kojoj se trake križaju [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Dizajn i eksperiment generaliziranih stožera savijanja trostrukih unakrsnih opruga primijenjenih na ultra-precizne instrumente [J]. Revija za znanstvene instrumente, 2014., 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, itd. Istraživanje karakteristika rotacijske krutosti općeg trokrižnog fleksibilnog zgloba [J]. Kineski časopis za strojarstvo, 2015., 51(13): 189-195.

yang Q I riječ, l IU Lang, BIS glas, ETA. Karakterizacija rotacijske krutosti općenitih savijajućih stožera s trostrukim križnim oprugama [J]. Vjesnik za strojarstvo, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Istraživanje usporedbe performansi topološke strukture križno-opružnih savitljivih stožera [C]// ASME 2014. Međunarodne tehničke konferencije o inženjerstvu dizajna i konferencija o računalima i informacijama u inženjerstvu, kolovoz 17–20., 2014., Buffalo, New York, SAD. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Karakteristike krutosti unutarnje–savijanje vanjskog prstena primijenjeno na ultra-precizne instrumente[J]. ARHIVA 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. Kriteriji za statičko balansiranje usklađenih mehanizama[C]// ASME 2010 Međunarodne tehničke konferencije o inženjerstvu dizajna i Konferencija o računalima i informacijama u inženjerstvu, kolovoz 15–18. 2010., Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Generalizirani model ograničenja za dvodimenzionalno savijanje grede: formulacija nelinearne energije deformacije [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

O autoru: Bi Shusheng (autor za dopisivanje), muškarac, rođen 1966., liječnik, profesor, voditelj doktorskog studija. Njegov glavni smjer istraživanja su potpuno fleksibilni mehanizmi i bionički roboti.