A nulla merevségű rugalmas csuklópánt kutatása a forgattyús rugós mechanizmus_csuklópánt ismerete alapján 1

Absztrakt: A nulla merevségű flexibilis csuklópánt forgási merevsége megközelítőleg nulla, ami kiküszöböli azt a hibát, hogy a szokásos rugalmas csuklópántok meghajtó nyomatékot igényelnek, és rugalmas megfogókra és más területekre alkalmazhatók. A tiszta nyomaték hatására a belső és külső gyűrűs flexibilis csuklópántokat pozitív merevségi alrendszerként figyelembe véve a negatív merevségi mechanizmus és az egymáshoz illő pozitív és negatív merevség nulla merevségű flexibilis csuklót hozhat létre. Javasoljon negatív merevségű forgási mechanizmust——Forgattyús rugós mechanizmus, negatív merevségi jellemzőinek modellezése és elemzése; pozitív és negatív merevség párosításával elemezte a forgattyús rugószerkezet szerkezeti paramétereinek hatását a nulla merevség minőségére; lineáris rugót javasolt, testreszabható merevséggel és mérettel——Gyémánt alakú laprugós húr, felállítottuk a merevségi modellt és elvégeztük a végeselemes szimulációs verifikációt; végül elkészült egy kompakt, nulla merevségű rugalmas csuklópánt tervezése, feldolgozása és tesztelése. A vizsgálati eredmények azt mutatták, hogy: tiszta nyomaték hatására,±18°Az elforgatási szögek tartományában a nulla merevségű flexibilis csuklópánt forgásmerevsége átlagosan 93%-kal alacsonyabb, mint a belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópánté. A megépített, nulla merevségű rugalmas zsanér kompakt szerkezettel és kiváló minőségű nulla merevséggel rendelkezik; a javasolt negatív merevségű forgási mechanizmus és a lineáris A rugó nagy referenciaértékkel rendelkezik a rugalmas mechanizmusok tanulmányozásában.

0 Előszó

Rugalmas csuklópánt (csapágy)

^[1-2]

A rugalmas egység rugalmas deformációjára támaszkodva a mozgás, az erő és az energia továbbítására vagy átalakítására széles körben alkalmazzák a precíziós pozicionálásban és más területeken. A hagyományos merev csapágyakhoz képest van egy helyreállító pillanat, amikor a rugalmas zsanér elfordul. Ezért a meghajtó egységnek kimenő nyomatékot kell biztosítania a meghajtáshoz, és meg kell tartania a rugalmas csuklópánt forgását. Nulla merevségű rugalmas zsanér

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) egy rugalmas forgócsukló, amelynek forgási merevsége megközelítőleg nulla. Ez a típusú rugalmas zsanér a lökettartományon belül bármely pozícióban maradhat, más néven statikus egyensúlyi rugalmas csuklópánt

^[4]

, leginkább olyan területeken használják, mint például a rugalmas megfogók.

A rugalmas mechanizmus moduláris tervezési koncepciója alapján a teljes nulla merevségű flexibilis csuklópántrendszer két pozitív és negatív merevségű alrendszerre osztható, a nulla merevségű rendszer pedig a pozitív és negatív merevség illeszkedésével valósítható meg.

^[5]

. Ezek közül a pozitív merevségű alrendszer általában egy nagy löketű, rugalmas csuklópánt, például egy keresztben elhelyezett rugalmas csuklópánt.

^[6-7]

, általánosított háromkeresztes nád rugalmas zsanér

^[8-9]

valamint belső és külső gyűrűs rugalmas zsanérok

^[10-11]

Stb. Jelenleg a flexibilis csuklópántok kutatása sok eredményt hozott, ezért a nulla merevségű flexibilis csuklópántok tervezésének kulcsa a megfelelő negatív merevségű modulok illesztése a rugalmas zsanérokhoz[3].

A belső és külső gyűrűs flexibilis zsanérok (Belső és külső gyűrűs flexural pivots, IORFP) kiváló merevség, pontosság és hőmérséklet-eltolódás jellemzőkkel rendelkeznek. A hozzáillő negatív merevségű modul biztosítja a nulla merevségű rugalmas csuklópánt építési módját, és végül befejezi a nulla merevségű rugalmas csuklópánt tervezését, mintafeldolgozását és tesztelését.

1 forgattyús rugós mechanizmus

1.1 A negatív merevség meghatározása

A K merevség általános definíciója a rugalmas elem által viselt F terhelés és a megfelelő dx alakváltozás közötti változás sebessége.

K = dF/dx (1)

Ha a rugalmas elem terhelésnövekménye ellentétes a megfelelő alakváltozási növekmény előjelével, az negatív merevség. Fizikailag a negatív merevség megfelel a rugalmas elem statikus instabilitásának

^[12]

.A negatív merevségi mechanizmusok fontos szerepet játszanak a rugalmas statikus egyensúly terén. A negatív merevségi mechanizmusok általában a következő jellemzőkkel rendelkeznek.

(1) A mechanizmus bizonyos mennyiségű energiát tartalékol, vagy bizonyos deformáción megy keresztül.

(2) A mechanizmus kritikus instabilitási állapotban van.

(3) Ha a mechanizmust kissé megzavarják és elhagyják az egyensúlyi helyzetet, nagyobb erőt tud felszabadítani, amely a mozgással azonos irányú.

1.2 A nulla merevségű rugalmas csuklópánt felépítési elve

A nulla merevségű flexibilis pánt pozitív és negatív merevségi illesztéssel is megszerkeszthető, az elvet a 2. ábra mutatja.

(1) Tiszta nyomaték hatására a belső és a külső gyűrű rugalmas csuklópántjai megközelítőleg lineáris nyomaték-elfordulási szög viszonyt mutatnak, amint az a 2a. ábrán látható. Különösen, ha a metszéspont a nádhossz 12,73%-ánál található, a nyomaték-elfordulási szög kapcsolat lineáris

^[11]

, ekkor a rugalmas csuklópánt Mpivot (óramutató járásával megegyező irányba) visszaállító nyomatéka a csapágy elfordulási szögéhez kapcsolódikθ(az óramutató járásával ellentétes irányba) a kapcsolat az

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

A képletben E az anyag rugalmassági modulusa, L a nád hossza, I pedig a szakasz tehetetlenségi nyomatéka.

(2) A belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópántok forgási merevségi modellje szerint a negatív merevségű forgómechanizmus illeszkedik, és negatív merevségi jellemzőit a 2b. ábra mutatja.

(3) Tekintettel a negatív merevségi mechanizmus instabilitására

^[12]

, a nulla merevségű rugalmas csuklópánt merevségének körülbelül nullának és nullánál nagyobbnak kell lennie, a 2c. ábra szerint.

1.3 A forgattyús rugós mechanizmus meghatározása

A szakirodalom [4] szerint nulla merevségű flexibilis csuklót úgy lehet kialakítani, hogy a mozgó merev test és a rugalmas csuklópánt rögzített merev teste közé egy előre deformált rugót vezetünk be. ábrán látható belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópánthoz. Az 1. ábrán egy rugót vezetnek be a belső gyűrű és a külső gyűrű közé, azaz egy rugós forgattyús mechanizmust (SCM) vezetnek be. A 3. ábrán látható forgattyús csúszka mechanizmusra hivatkozva a forgattyús rugós mechanizmus kapcsolódó paraméterei a 4. ábrán láthatók. A forgattyús-rugós mechanizmus egy hajtókarból és egy rugóból áll (a merevséget k-ra kell beállítani). a kezdeti szög az AB hajtókar és az alap AC közötti szög, amikor a rugó nem deformálódott. R a hajtókar hosszát, l az alaphosszt jelöli, és a hajtókar hosszviszonyát r és l arányaként határozza meg, azaz. = r/l (0<<1).

A forgattyús-rugó szerkezet felépítéséhez 4 paraméter meghatározása szükséges: az alaphossz l, a forgattyús hosszarány , a kezdeti szög és a K rugómerevség.

A forgattyús rugós mechanizmus erő hatására bekövetkező deformációja az 5a. ábrán látható, az M pillanatban

_γ

Működés közben a hajtókar elmozdul az AB kezdeti helyzetből

_Beta

forduljon az AB felé

_γ

, a forgási folyamat során a hajtókar vízszintes helyzethez viszonyított szöge

_γ

forgattyús szögnek nevezik.

A kvalitatív elemzés azt mutatja, hogy a hajtókar AB-ból forog (kezdeti helyzet, M & gamma; Nulla) AB0 (“holtpont”helyszín, M

_γ

nulla), a forgattyús-rugós mechanizmus deformációja negatív merevségi jellemzőkkel rendelkezik.

1.4 A forgattyús rugós mechanizmus nyomatéka és elfordulási szöge közötti kapcsolat

ábrán. 5, a nyomaték M & gamma; az óramutató járásával megegyező irányban pozitív, a forgattyús szög & gamma; az óramutató járásával ellentétes irányban pozitív, és az M nyomatéki terhelést az alábbiakban modellezzük és elemezzük.

_γ

forgattyús szöggel

_γ

A modellezési folyamat közötti kapcsolat méretezett.

Amint az 5b. ábrán látható, az AB forgattyú nyomatékkiegyenlítési egyenlete & gamma szerepel.

A képletben F & gamma; a rugóhelyreállító erő, d & gamma; az F & gamma; az A ponthoz. Tegyük fel, hogy a rugó elmozdulás-terhelés viszonya:

A képletben K a rugó merevsége (nem feltétlenül állandó érték),δ

xγ

a rugó deformációjának mértéke (pozitívra rövidítve),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Egyidejű típus (3) (5), M nyomaték

_γ

sarokkal

_γ

A kapcsolat az

1.5 A forgattyús-rugós mechanizmus negatív merevségi jellemzőinek elemzése

A forgattyús-rugó mechanizmus negatív merevségi jellemzőinek elemzésének megkönnyítése érdekében (M momentum

_γ

sarokkal

_γ

összefüggés), feltételezhető, hogy a rugó lineárisan pozitív merevségű, akkor a (4) képlet átírható

A képletben a Kconst egy nullánál nagyobb állandó. A rugalmas csuklópánt méretének meghatározása után az alap l hosszát is meghatározzuk. Ezért, ha feltételezzük, hogy l konstans, a (6) képlet átírható így

ahol Kconstl2 egy nullánál nagyobb állandó, és az m nyomatéki együttható & gamma; egy dimenzióval rendelkezik. A forgattyús-rugós mechanizmus negatív merevségi jellemzői az m nyomaték együttható közötti összefüggés elemzésével kaphatók meg. & gamma; és az elforgatási szög & gamma.

A (9) egyenletből a 6. ábra mutatja a kezdeti szöget =π kapcsolata m & gamma; és a hajtókar hosszaránya és elfordulási szöge & gamma;, & isin; [0,1, 0,9],& gamma;& isin;[0, π]. A 7. ábra a m közötti összefüggést mutatja & gamma; és elforgatási szög & gamma; = 0,2 és különböző . A 8. ábra =π Amikor a különböző alatt a kapcsolat m & gamma; és szög & gamma.

A forgattyús rugó mechanizmus definíciója (1.3. szakasz) és a (9) képlet szerint, ha k és l állandó, m & gamma; Csak a szöggel kapcsolatos & gamma;, a hajtókar hosszának aránya és a hajtókar kezdeti szöge .

(1) Akkor és csak akkor & gamma; egyenlő 0 vagyπ vagy ,m & gamma; egyenlő nullával; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; nagyobb, mint nulla; & gamma; & van;[π],m & gamma; nullánál kisebb. & isin;[0, ],m & gamma; nagyobb, mint nulla; & gamma;& van;[π],m & gamma; nullánál kisebb.

(2) & gamma; Amikor [0, ], az elforgatási szög & gamma; növekszik, m & gamma; nulláról az inflexiós pont szögéig növekszik & gamma;0 a maximális m értéket veszi fel & gamma;max, majd fokozatosan csökken.

(3) A forgattyús rugós mechanizmus negatív merevségi jellemző tartománya: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], ebben az időben & gamma; növekszik (az óramutató járásával ellentétes irányban), és az M nyomaték & gamma; növekszik (óramutató járásával megegyező irányba). Az inflexiós pont szöge & gamma;0 a forgattyús-rugós mechanizmusra jellemző negatív merevség maximális elfordulási szöge és & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max a maximális negatív nyomatéki együttható. Adott és , a (9) egyenlet levezetése hozamokat eredményez & gamma;0

(4) minél nagyobb a kezdeti szög, & gamma; a nagyobb 0, m

_γmax

nagyobb.

(5) minél nagyobb a hosszarány, & gamma; a kisebb 0, m

_γmax

nagyobb.

Különösen =πA forgattyús rugós mechanizmus negatív merevségi jellemzői a legjobbak (a negatív merevségi szögtartomány nagy, a biztosítható nyomaték nagy). =πUgyanakkor különböző körülmények között a maximális elfordulási szög & a forgattyús rugó mechanizmusára jellemző negatív merevség gamma; 0 és a maximális negatív nyomaték együttható m & gamma; A maximális értéket az 1. táblázat tartalmazza.

2 Nulla merevségű rugalmas csuklópánt felépítése

A 2.1 pozitív és negatív merevségének egyezése a 9. ábrán látható, n(n 2) párhuzamos forgattyús rugós mechanizmus csoport egyenletesen oszlik el a kerület mentén, negatív merevségű mechanizmust alkotva, amely illeszkedik a belső és külső gyűrű rugalmas csuklópántjaihoz.

A belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópántok pozitív merevségű alrendszerként való felhasználásával készítsen egy nulla merevségű rugalmas csuklópántot. A nulla merevség elérése érdekében párosítsa a pozitív és negatív merevséget

egyidejű (2), (3), (6), (11) és & gamma;=θ, a terhelés F & a rugó gamma értéke megkapható; és elmozdulásδx kapcsolata & gamma; van

Az 1.5. szakasz szerint a forgattyús rugós mechanizmus negatív merevségi szögtartománya: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] és & gamma;0 & isin;[0, ], a nulla merevségű rugalmas csukló löketének kisebbnek kell lennie, mint & gamma;0, I.e. a rugó mindig deformált állapotban van (δxγ≠0). A belső és külső gyűrűs rugalmas zsanérok forgási tartománya a±0,35 rad(±20°), egyszerűsítse a trigonometrikus függvényeket sin & gamma; és cos & gamma; alábbiak szerint

Egyszerűsítés után a rugó terhelés-elmozdulás viszonya

2.2 Pozitív és negatív merevségi illesztési modell hibaelemzése

Értékelje a (13) egyenlet egyszerűsített kezelése által okozott hibát! A nulla merevségű flexibilis csuklópánt tényleges feldolgozási paraméterei szerint (4.2. szakasz): n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; A belső és külső gyűrű rugalmas csuklópánt méretei L = 46mm, T = 0,3 mm, W = 9,4 mm; A (12) és (14) összehasonlító képletek leegyszerűsítik az első és a hátsó rugók terheléseltolódási viszonyát és relatív hibáját, amint az a 10a. és 10b. ábrán látható.

A 10. ábrán látható módon & gamma; kisebb, mint 0,35 rad (20°), az egyszerűsített kezelés okozta relatív hiba a terhelés-elmozdulás görbéhez képest nem haladja meg a 2,0%-ot, és a képlet

A (13) egyszerűsített kezelésével nulla merevségű rugalmas csuklópántok készíthetők.

2.3 A rugó merevségi jellemzői

Ha a rugó merevségét K, akkor az egyidejű (3), (6), (14)

A nulla merevségű flexibilis csuklópánt aktuális feldolgozási paraméterei szerint (4.2. szakasz), a K rugómerevség változási görbéje szöggel & gamma; a 11. ábrán látható. Főleg mikor & gamma;= 0, K a minimális értéket veszi fel.

A tervezés és a feldolgozás kényelme érdekében a rugó lineáris pozitív merevségű rugót alkalmaz, a merevség pedig Kconst. A teljes löket során, ha a nulla merevségű hajlékony csuklópánt teljes merevsége nullánál nagyobb vagy egyenlő, a Kconstnak a K minimális értékét kell vennie.

A (16) egyenlet a lineáris pozitív merevségű rugó merevségi értéke a nulla merevségű rugalmas csuklópánt konstrukciója során. 2.4 A nulla merevség minőségének elemzése A megépített nulla merevségű rugalmas csuklópánt terhelés-elmozdulás összefüggése

A (2), (8), (16) szimultán képletet kaphatjuk

A nulla merevség minőségének értékelése érdekében a rugalmas csuklópánt merevségének csökkentési tartományát a negatív merevségi modul hozzáadása előtt és után a nulla merevségi minőségi együtthatóként határozzuk meg.η

η Minél közelebb van a 100%-hoz, annál jobb a nulla merevség minősége. A 12. ábra 1-η Összefüggés a hajtókar hosszarányával és a kezdeti szöggel η Független a párhuzamos forgattyús-rugó mechanizmusok n számától és az alap l hosszától, de csak a forgattyú hosszarányához, az elfordulási szöghez kapcsolódik. & gamma; és a kezdeti szög .

(1) A kezdeti szög nő, és a nulla merevség minősége javul.

(2) A hosszarány nő, és a nulla merevség minősége csökken.

(3) Szög & gamma; növekszik, a nulla merevség minősége csökken.

A nulla merevségű rugalmas csuklópánt nulla merevségének javítása érdekében a kezdeti szögnek nagyobb értéket kell vennie; a hajtókar hosszának aránya a lehető legkisebb legyen. Ugyanakkor az 1.5. szakaszban található elemzési eredmények szerint, ha túl kicsi, akkor a forgattyús-rugós mechanizmus negatív merevséget biztosító képessége gyenge lesz. A nulla merevségű rugalmas csuklópánt nulla merevségének javítása érdekében a kezdeti szög =π, hajtókar hosszaránya = 0,2, azaz a 4.2 szakasz nulla merevségű rugalmas csuklópánt tényleges feldolgozási paraméterei.

A nulla merevségű rugalmas csuklópánt tényleges feldolgozási paraméterei szerint (4.2. szakasz) a belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópántok és a nulla merevségű rugalmas csuklópánt közötti nyomaték-szög összefüggést a 13. ábra mutatja; a merevség csökkenése a nulla merevségi minőségi együtthatóηA kapcsolat a sarokkal & gamma; a 14. ábrán látható. A 14. ábra szerint: 0,35 rad (20°) forgási tartományban a nulla merevségű rugalmas csuklópánt merevsége átlagosan 97%-kal csökken; 0,26 rad(15°) sarkokban, 95%-kal csökken.

3 Lineáris pozitív merevségű rugó kialakítása

A nulla merevségű rugalmas csuklópánt felépítése általában a rugalmas csuklópánt méretének és merevségének meghatározása után történik, majd a forgattyús rugós mechanizmusban lévő rugó merevsége megfordul, így a rugó merevségére és méretére vonatkozó követelmények viszonylag szigorúak. Ezenkívül a kezdeti szög =πAz 5a. ábráról a nulla merevségű flexibilis csuklópánt forgása során a rugó mindig összenyomott állapotban van, azaz“Nyomórugó”.

A hagyományos nyomórugók merevségét és méretét nehéz pontosan testre szabni, és az alkalmazásokban gyakran van szükség vezetőmechanizmusra. Ezért olyan rugót javasolunk, amelynek merevsége és mérete testre szabható——Gyémánt alakú laprugós zsinór. A rombusz alakú laprugós húr (15. ábra) több, sorba kapcsolt rombusz alakú laprugóból áll. A szabad szerkezeti tervezés és a nagyfokú testreszabhatóság jellemzőivel rendelkezik. Feldolgozási technológiája összhangban van a rugalmas zsanérokéval, és mindkettőt precíziós huzalvágással dolgozzák fel.

3.1 Gyémánt alakú laprugós zsinór terheléselmozduló modellje

A rombusz alakú laprugó szimmetriája miatt csak egy laprugót kell feszültséganalízisnek alávetni, ahogy az a 16. ábrán látható. α a nád és a vízszintes közötti szög, a nád hossza, szélessége és vastagsága Ld, Wd, Td, f a rombusz laprugóra ható méretben egységes terhelés,δy a rombusz alakú laprugó y irányú deformációja, az fy erő és az m nyomaték egyetlen nád végének ekvivalens terhelései, fv és fw az fy összetevő erői a wov koordinátarendszerben.

Az AWTAR[13] gerendadeformációs elmélete szerint az egyes nád dimenziósan egységes terhelés-elmozdulás összefüggése

A merev test kényszerviszonya miatt a nádra a nád deformáció előtti és utáni végszöge nulla, azazθ = 0. Egyidejű (20) (22)

A (23) egyenlet a rombusz alakú laprugó terhelés-elmozdulás dimenzióegyesítési modellje. n2 rombusz alakú laprugók sorba vannak kötve, terhelés-elmozdulás modellje pedig az

A (24) képletből mikorαHa d kicsi, a gyémánt alakú laprugó zsinór merevsége jellemző méretek és jellemző terhelések mellett megközelítőleg lineáris.

3.2 A modell végeselemes szimulációs ellenőrzése

Elvégezzük a rombusz alakú laprugó terheléselmozdulás modelljének végeselemes szimulációs verifikációját. Az ANSYS Mechanical APDL 15.0 használatával a szimulációs paraméterek a 2. táblázatban láthatók, és 8 N nyomást alkalmazunk a rombusz alakú laprugóra.

A modelleredmények és a rombusz-laprugó terhelés-elmozdulás összefüggés szimulációs eredményeinek összehasonlítása a 2. ábrán látható. 17 (dimenzionalizálás). Négy eltérő dőlésszögű rombuszlaprugó esetén a modell és a végeselemes szimulációs eredmények közötti relatív hiba nem haladja meg az 1,5%-ot. A modell (24) érvényessége és pontossága ellenőrzésre került.

4 Nulla merevségű rugalmas csuklópánt tervezése és tesztelése

4.1 Nulla merevségű rugalmas zsanér paraméterezése

A nulla merevségű flexibilis csuklópánt tervezéséhez először a flexibilis csuklópánt tervezési paramétereit kell meghatározni az üzemi feltételeknek megfelelően, majd fordítva kell kiszámítani a forgattyús rugós mechanizmus vonatkozó paramétereit.

4.1.1 Rugalmas csuklós paraméterek

A belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópántok metszéspontja a nádhossz 12,73%-ánál található, paramétereit a 3. táblázat tartalmazza. A (2) egyenletbe behelyettesítve a belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópántok nyomaték-elfordulási szög viszonya

4.1.2 Negatív merevségi mechanizmus paraméterei

ábrán látható módon. A 18. ábra szerint a párhuzamosan futó forgattyús rugós mechanizmusok n számát 3-nak tekintjük, az l = 40 mm hosszúságot a rugalmas csuklópánt mérete határozza meg. a 2.4 pont következtetése szerint a kezdeti szög =π, hajtókar hosszaránya = 0,2. A (16) egyenlet szerint a rugó merevsége (I.e. gyémánt laprugós húr) a Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Gyémánt laprugós húr paraméterei

l = 40 mm-rel, =π, = 0,2, a rugó eredeti hossza 48 mm, és a maximális deformáció (& gamma;= 0) 16 mm. Szerkezeti korlátok miatt nehéz egyetlen rombuszlaprugónak ekkora alakváltozást produkálnia. Négy rombuszlaprugót sorba kapcsolva (n2 = 4) egyetlen rombuszlaprugó merevsége

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

A negatív merevségi mechanizmus méretének megfelelően (18. ábra), figyelembe véve a gyémánt alakú laprugó nádhosszát, szélességét és dőlésszögét, a nád a (23) képletből és a (27) merevségi képletből következtethető. a rombusz alakú laprugó Vastagság. A rombusz laprugók szerkezeti paramétereit a 4. táblázat tartalmazza.

felület4

Összefoglalva, a forgattyús rugós mechanizmuson alapuló nulla merevségű rugalmas csuklópánt paraméterei mind meghatározásra kerültek, amint azt a 3. és 4. táblázat mutatja.

4.2 A zéró merevségű flexibilis csuklópánt tervezése és feldolgozása A rugalmas csuklópánt feldolgozási és vizsgálati módszerét a [8] szakirodalomban találja. A nulla merevségű flexibilis csuklópánt negatív merevségű mechanizmusból és egy párhuzamos belső és külső gyűrűs rugalmas csuklópántból áll. A szerkezeti kialakítást a 19. ábra mutatja.

Mind a belső, mind a külső gyűrűs rugalmas zsanérokat és a rombusz alakú laprugós húrokat precíziós huzalvágó szerszámgépekkel dolgozzák fel. A belső és külső gyűrűs rugalmas zsanérok feldolgozása és összeszerelése rétegenként történik. A 20. ábra a gyémánt alakú laprugós húrok három sorozatának fizikai képe, a 21. ábra pedig az összeszerelt nulla merevség A rugalmas csuklópánt mintájának fizikai képe.

4.3 A nulla merevségű flexibilis csuklópánt forgásmerevségét vizsgáló platform A [8]-ban található forgási merevség vizsgálati módszerére hivatkozva a 22. ábrán látható módon megépül a nulla merevségű flexibilis csuklópánt forgási merevség vizsgálati platformja.

4.4 Kísérleti adatfeldolgozás és hibaelemzés

A belső és külső gyűrűs flexibilis csuklópántok és a nulla merevségű flexibilis csuklópántok forgási merevségét a tesztplatformon teszteltük, a vizsgálati eredményeket a 23. ábra mutatja. Számítsa ki és rajzolja meg a nulla merevségű hajlékony csuklópánt nulla merevségű minőségi görbéjét a (19) képlet szerint, az ábra szerint. 24.

A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy a nulla merevségű rugalmas csuklópánt forgási merevsége nullához közeli. A belső és külső gyűrűs rugalmas zsanérokhoz képest a nulla merevségű rugalmas zsanér±0,31 rad(18°) a merevség átlagosan 93%-kal csökkent; 0,26 rad (15°), a merevség 90%-kal csökken.

Ahogy a 23. és 24. ábrán is látható, a zéró merevség vizsgálati eredményei és az elméleti modelleredmények között még mindig van egy bizonyos rés (a relatív hiba 15%-nál kisebb), és a hiba fő okai a következők.

(1) A trigonometrikus függvények egyszerűsítése által okozott modellhiba.

(2) Súrlódás. Súrlódás van a gyémánt laprugó húr és a rögzítő tengely között.

(3) Feldolgozási hiba. Hibák vannak a nád tényleges méretében stb.

(4) Összeszerelési hiba. A rombusz alakú laprugós zsinór és a tengely közötti rés, a próbapad készülék beépítési hézaga stb.

4.5 Teljesítmény-összehasonlítás egy tipikus, nulla merevségű flexibilis csuklópánttal Az irodalomban [4] egy nulla merevségű flexibilis ZSFP_CAFP csuklót építettek kereszttengelyű hajlító csuklóval (CAFP), amint az a 25. ábrán látható.

A nulla merevségű rugalmas csuklópánt összehasonlítása ZSFP_IORFP (ábra). 21) és ZSFP_CAFP (ábra. 25) a belső és külső gyűrűs rugalmas zsanérok felhasználásával készült

(1) ZSFP_IORFP, a szerkezet kompaktabb.

(2) A ZSFP_IORFP saroktartománya kicsi. A saroktartományt magának a rugalmas zsanérnak a saroktartománya korlátozza; a ZSFP_CAFP saroktartománya80°, ZSFP_IORFP saroktartomány40°.

(3) ±18°A sarkok tartományában a ZSFP_IORFP jobb minőségű nulla merevséggel rendelkezik. A ZSFP_CAFP átlagos merevsége 87%-kal, a ZSFP_IORFP átlagos merevsége pedig 93%-kal csökken.

5 következtetés

A belső és külső gyűrűk flexibilis csuklóját tiszta nyomaték alá véve pozitív merevségű alrendszerként, a következő munkát végeztük egy nulla merevségű flexibilis csukló megalkotása érdekében.

(1) Javasoljon negatív merevségű forgási mechanizmust——A forgattyús rugós mechanizmushoz egy modellt (Formula (6)) állítottunk fel a szerkezeti paraméterek negatív merevségi jellemzőire gyakorolt ​​hatásának elemzésére, és megadtuk negatív merevségi jellemzőinek tartományát (1. táblázat).

(2) A pozitív és negatív merevségek párosításával megkapjuk a forgattyús rugós mechanizmusban lévő rugó merevségi jellemzőit ((16) egyenlet), és felállítjuk a modellt ((19) egyenlet) a szerkezeti paraméterek hatásának elemzésére. a forgattyús rugós mechanizmus a nulla merevségű flexibilis csuklópánt nulla merevségére Befolyásolja elméletileg a belső és külső gyűrűk rugalmas csuklópántjának rendelkezésre álló löketét (±20°), a merevség átlagos csökkenése elérheti a 97%-ot.

(3) Javasoljon testreszabható merevséget“tavaszi”——Egy rombusz alakú laprugós húrt állítottunk fel a merevségi modell felállítására ((23) egyenlet), amelyet végeselemes módszerrel igazoltunk.

(4) Befejezte egy kompakt, nulla merevségű rugalmas csuklópánt tervezését, feldolgozását és tesztelését. A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy: tiszta nyomaték hatására a36°Az elforgatási szögek tartományában a belső és külső gyűrűs flexibilis csuklópántokhoz képest a nulla merevségű rugalmas csuklópánt merevsége átlagosan 93%-kal csökken.

A megépített, nulla merevségű rugalmas csukló csak tiszta nyomaték hatása alatt áll, ami megvalósítható“nulla merevség”, anélkül, hogy figyelembe vennénk a csapágy összetett terhelési feltételeit. Ezért a zéró merevségű flexibilis csuklópántok bonyolult terhelési viszonyok között történő építése áll a további kutatások középpontjában. Ezenkívül a nulla merevségű rugalmas csuklópántok mozgása során fellépő súrlódás csökkentése fontos optimalizálási irány a nulla merevségű rugalmas csuklópántok számára.

hivatkozások

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng stb. Kutatási előrehaladás a rugalmas csuklós mechanizmus tervezési módszereivel kapcsolatban[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13. Y u jin bajnok, PEI X U, BIS hívás, ETA fel. A hajlítómechanizmusok tervezési módszerének legmodernebb technikája[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Általános nulla merevségnek megfelelő kötés tervezése[C]// ASME Nemzetközi Tervezőmérnöki Konferenciák. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G., Howell L. L. Nem dimenziós megközelítés forgási hajlítások statikus kiegyensúlyozására[J]. Gépezet & Gépelmélet, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C és társai. Negatív merevségű építőelemek statikailag kiegyensúlyozott megfelelő mechanizmusokhoz: Tervezés és tesztelés[J]. Mechanizmusok folyóirata & Robotics, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B. D., Howell L. L. A kereszttengelyű hajlítócsapok modellezése[J]. Mechanizmus és gépelmélet, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. A keresztezett hajlítócsapok tulajdonságai és a csíkok keresztezési pontjának hatása[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Az ultraprecíziós műszerekre alkalmazott általánosított hármas keresztrugós hajlítócsapok tervezése és kísérlete[J]. Review of Scientific Instruments, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng stb. Általánosított háromkeresztes flexibilis csuklópánt forgási merevségi jellemzőinek kutatása[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I szó, l IU Lang, BIS hang, ETA. Általánosított hármas keresztrugós hajlítócsapok forgási merevségének jellemzése[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, augusztus 17–20, 2014, Buffalo, New York, USA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. A belső merevségi jellemzői–a külső gyűrűs hajlítócsapok az ultraprecíziós műszereken[J]. ARCHÍVUM Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers C Part of Mechanical Engineering Science Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (203-210. kötet), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Criteria for the Static Balancing of Compliant Mechanisms[C]// ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, augusztus 15–2010. 18. Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Egy általánosított kényszermodell kétdimenziós nyalábhajlításokhoz: Nemlineáris alakváltozási energia megfogalmazása[J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

A szerzőről: Bi Shusheng (levelező szerző), férfi, született 1966-ban, orvos, professzor, doktori témavezető. Fő kutatási iránya a teljesen rugalmas mechanizmus és a bionikus robot.