Վերացական. Զրո կոշտության ճկուն ծխնիի պտտման կոշտությունը մոտավորապես զրոյական է, ինչը հաղթահարում է այն թերությունը, որ սովորական ճկուն ծխնիները պահանջում են շարժիչ ոլորող մոմենտ, և կարող է կիրառվել ճկուն բռնիչներով և այլ դաշտերում: Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները մաքուր ոլորող մոմենտների ազդեցության տակ ընդունելով որպես դրական կոշտության ենթահամակարգ, Բացասական կոշտության մեխանիզմը և դրական և բացասական կոշտության համապատասխանությունը կարող են կառուցել զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի: Առաջարկեք բացասական կոշտության պտտման մեխանիզմ——Կռունկ զսպանակի մեխանիզմը, մոդելավորել և վերլուծել է դրա բացասական կոշտության բնութագրերը. դրական և բացասական կոշտության համադրմամբ՝ վերլուծել է կռունկային զսպանակի մեխանիզմի կառուցվածքային պարամետրերի ազդեցությունը զրոյական կոշտության որակի վրա. առաջարկել է գծային զսպանակ՝ հարմարեցված կոշտությամբ և չափսով——Ալմաստաձև տերևային զսպանակային պարան, հաստատվել է կոշտության մոդելը և իրականացվել է վերջավոր տարրերի մոդելավորման ստուգում. վերջապես ավարտվեցին զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի նմուշի նախագծումը, մշակումը և փորձարկումը: Փորձարկման արդյունքները ցույց են տվել, որ.±18°Պտտման անկյունների տիրույթում զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի պտտման կոշտությունը միջինում 93%-ով ցածր է, քան ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները: Կառուցված զրոյական կոշտության ճկուն ծխնին ունի կոմպակտ կառուցվածք և բարձրորակ զրոյական կոշտություն; առաջարկվող բացասական կոշտության պտտման մեխանիզմը և գծային Զսպանակը մեծ հղման արժեք ունի ճկուն մեխանիզմի ուսումնասիրության համար:

0 նախաբան

Ճկուն կրունկ (առանցք)

[1-2]

Հենվելով ճկուն միավորի առաձգական դեֆորմացիայի վրա՝ շարժումը, ուժը և էներգիան փոխանցելու կամ փոխակերպելու համար, այն լայնորեն օգտագործվել է ճշգրիտ դիրքավորման և այլ ոլորտներում: Համեմատած ավանդական կոշտ առանցքակալների հետ, կա վերականգնման պահ, երբ ճկուն ծխնիը պտտվում է: Հետևաբար, շարժիչ ագրեգատը պետք է ապահովի ելքային ոլորող մոմենտ շարժման համար և Պահպանի ճկուն ծխնիի պտույտը: Զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի

[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) ճկուն պտտվող միացում է, որի պտտման կոշտությունը մոտավորապես զրոյական է: Այս տեսակի ճկուն կրունկը կարող է մնալ ցանկացած դիրքում հարվածների միջակայքում, որը նաև հայտնի է որպես ստատիկ հավասարակշռության ճկուն ծխնի

[4]

, հիմնականում օգտագործվում են այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ճկուն բռնիչները:

Ելնելով ճկուն մեխանիզմի մոդուլային դիզայնի հայեցակարգից՝ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի համակարգը կարելի է բաժանել երկու ենթահամակարգերի՝ դրական և բացասական կոշտության, իսկ զրոյական կոշտության համակարգը կարող է իրականացվել դրական և բացասական կոշտության համադրման միջոցով։

[5]

. Դրանց թվում, դրական կոշտության ենթահամակարգը սովորաբար մեծ հարվածով ճկուն ծխնի է, օրինակ՝ խաչաձև եղեգով ճկուն ծխնի։

[6-7]

, ընդհանրացված երեք խաչ եղեգի ճկուն ծխնի

[8-9]

և ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիներ

[10-11]

Եւս Ներկայումս ճկուն ծխնիների վերաբերյալ հետազոտությունը հասել է բազմաթիվ արդյունքների, հետևաբար, զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիների նախագծման բանալին ճկուն ծխնիների համար բացասական կոշտության համապատասխան մոդուլների համապատասխանությունն է[3]:

Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները (Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն առանցքները, IORFP) ունեն հիանալի բնութագրեր կոշտության, ճշգրտության և ջերմաստիճանի շեղումների առումով: Համապատասխան բացասական կոշտության մոդուլը ապահովում է զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի կառուցման մեթոդը, և վերջապես, ավարտում է զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի նախագծումը, նմուշի մշակումը և փորձարկումը:

1 կռունկ զսպանակ մեխանիզմ

1.1 Բացասական կոշտության սահմանում

Խստության ընդհանուր սահմանումը K-ն առաձգական տարրի կողմից կրվող F բեռի և համապատասխան դեֆորմացիայի dx-ի միջև փոփոխության արագությունն է։

K= dF/dx (1)

Երբ առաձգական տարրի բեռնվածքի աճը հակառակ է դեֆորմացիայի համապատասխան աճի նշանին, դա բացասական կոշտություն է: Ֆիզիկապես բացասական կոշտությունը համապատասխանում է առաձգական տարրի ստատիկ անկայունությանը

[12]

.Բացասական կոշտության մեխանիզմները կարևոր դեր են խաղում ճկուն ստատիկ հավասարակշռության ոլորտում: Սովորաբար, բացասական կոշտության մեխանիզմներն ունեն հետևյալ բնութագրերը.

(1) Մեխանիզմը պահում է որոշակի քանակությամբ էներգիա կամ ենթարկվում է որոշակի դեֆորմացման:

(2) Մեխանիզմը գտնվում է կրիտիկական անկայուն վիճակում:

(3) Երբ մեխանիզմը փոքր-ինչ խախտվում է և հեռանում է հավասարակշռության դիրքից, այն կարող է արձակել ավելի մեծ ուժ, որը գտնվում է նույն ուղղությամբ, ինչ շարժումը:

1.2 Զրո կոշտության ճկուն կրունկի կառուցման սկզբունքը

Զրոյական կոշտության ճկուն կրունկը կարող է կառուցվել՝ օգտագործելով դրական և բացասական կոշտության համընկնումը, և սկզբունքը ներկայացված է Նկար 2-ում:

(1) Մաքուր ոլորող մոմենտների ազդեցության ներքո ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները ունեն մոտավորապես գծային ոլորող մոմենտ-պտտման անկյուն հարաբերություն, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2ա-ում: Հատկապես, երբ հատման կետը գտնվում է եղեգի երկարության 12,73%-ում, ոլորող մոմենտ-պտտման անկյուն հարաբերությունը գծային է։

[11]

, այս պահին ճկուն ծխնիի Mpivot (ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ) վերականգնման պահը կապված է առանցքակալի պտտման անկյան հետ։θ(ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ) հարաբերություններն են

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Բանաձևում E-ն նյութի առաձգական մոդուլն է, L-ը՝ եղեգի երկարությունը, իսկ I-ը՝ հատվածի իներցիայի պահը։

(2) Ըստ ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների պտտվող կոշտության մոդելի, բացասական կոշտության պտտվող մեխանիզմը համընկնում է, և դրա բացասական կոշտության բնութագրերը ներկայացված են Նկար 2b-ում:

(3) Հաշվի առնելով բացասական կոշտության մեխանիզմի անկայունությունը

[12]

, զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի կոշտությունը պետք է լինի մոտավորապես զրո և զրոյից մեծ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2c-ում:

1.3 Կռունկային զսպանակի մեխանիզմի սահմանում

Ըստ գրականության [4], զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի կարող է կառուցվել՝ մտցնելով նախապես դեֆորմացված զսպանակ շարժվող կոշտ մարմնի և ճկուն ծխնի ֆիքսված կոշտ մարմնի միջև։ Ներքին և արտաքին օղակի ճկուն ծխնիի համար, որը ներկայացված է ՆԿ. 1, ներքին օղակի և արտաքին օղակի միջև զսպանակ է մտցվում, այսինքն՝ ներդրվում է զսպանակ-կռունկ մեխանիզմներ (SCM): Անդրադառնալով Նկար 3-ում ցուցադրված կռունկի սահող մեխանիզմին, կռունկի զսպանակ մեխանիզմի հարակից պարամետրերը ներկայացված են Նկար 4-ում: Կռունկ-զսպանակ մեխանիզմը կազմված է կռունկից և զսպանակից (կոշտությունը սահմանել k): սկզբնական անկյունը AB կռունկի և AC հիմքի միջև ներառված անկյունն է, երբ զսպանակը դեֆորմացված չէ: R-ը ներկայացնում է կռունկի երկարությունը, l-ը ներկայացնում է հիմքի երկարությունը և սահմանում է կռնակի երկարության հարաբերակցությունը որպես r-ի հարաբերակցություն l-ին, I .e. = ռ/լ (0<<1).

Կռունկ-զսպանակ մեխանիզմի կառուցման համար պահանջվում է 4 պարամետրի որոշում՝ հիմքի երկարությունը l, կռունկի երկարության հարաբերակցությունը, սկզբնական անկյունը և զսպանակի կոշտությունը Կ.

Կռունկային զսպանակի մեխանիզմի դեֆորմացիան ուժի տակ ներկայացված է Նկար 5ա-ում, պահին Մ

&գամմա;

Գործողության տակ կռունկը շարժվում է AB սկզբնական դիրքից

Բետա

դիմել AB-ին

&գամմա;

, պտտման գործընթացում, կռունկի ընդգրկված անկյունը հորիզոնական դիրքի համեմատ

&գամմա;

կոչվում է կռունկի անկյուն:

Որակական վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ կռունկը պտտվում է AB-ից (սկզբնական դիրք, Մ & գամմա; Զրո) մինչև AB0 (“մեռյալ կետ”գտնվելու վայրը, Մ

&գամմա;

զրոյական է), կռունկ-զսպանակային մեխանիզմն ունի դեֆորմացիա՝ բացասական կոշտության բնութագրերով։

1.4 Կռունկային զսպանակի մեխանիզմի ոլորող մոմենտների և պտտման անկյան միջև կապը

Նկ. 5, ոլորող մոմենտը Մ & գամմա; ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ դրական է, կռունկի անկյունը & գամմա; Ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ դրական է, իսկ մոմենտի բեռը M մոդելավորվում և վերլուծվում է ստորև:

&գամմա;

կռունկի անկյունով

&գամմա;

Մոդելավորման գործընթացի միջև կապը չափվում է:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 5b-ում, ոլորող մոմենտային մնացորդի հավասարակշռության հավասարումը կռունկի AB-ի համար & գամմա նշված է:

Բանաձեւում Ֆ & գամմա; զսպանակ վերականգնող ուժն է, դ & գամմա; է Ֆ & գամմա; կետին Ա. Ենթադրենք, որ զսպանակի տեղաշարժ-բեռնվածություն հարաբերությունն է

Բանաձևում K-ն զսպանակի կոշտությունն է (պարտադիր չէ, որ հաստատուն արժեք է),δ
x&գամմա;

զսպանակի դեֆորմացիայի քանակն է (կրճատվել է մինչև դրական),δ
x&գամմա;

=|B

Բետա

C| – |B

&գամմա;

C|.

Միաժամանակյա տիպ (3)(5), մոմենտ Մ

&գամմա;

անկյունով

&գամմա;

Հարաբերություններն են

1.5 Կռունկ-զսպանակ մեխանիզմի բացասական կոշտության բնութագրերի վերլուծություն

Կռունկ-զսպանակ մեխանիզմի բացասական կոշտության բնութագրերի վերլուծությունը հեշտացնելու համար (մոմենտ Մ.

&գամմա;

անկյունով

&գամմա;

հարաբերություն), կարելի է ենթադրել, որ զսպանակն ունի գծային դրական կոշտություն, ապա բանաձևը (4) կարող է վերագրվել որպես

Բանաձևում Kconst-ը զրոյից մեծ հաստատուն է: Ճկուն կրունկի չափը որոշելուց հետո որոշվում է նաև հիմքի երկարությունը l։ Հետևաբար, ենթադրելով, որ l-ն հաստատուն է, բանաձևը (6) կարող է վերագրվել որպես

որտեղ Kconstl2 զրոյից մեծ հաստատուն է, իսկ մոմենտի գործակիցը m & գամմա; ունի մեկ չափս. Կռունկ-զսպանակ մեխանիզմի բացասական կոշտության բնութագրերը կարելի է ստանալ՝ վերլուծելով ոլորող մոմենտ գործակցի միջև կապը m & գամմա; և պտտման անկյունը & գամմա.

Հավասարումից (9), Նկար 6-ը ցույց է տալիս սկզբնական անկյունը =π հարաբերությունները մ & գամմա; և կռունկի երկարության հարաբերակցությունը և պտտման անկյունը & գամմա;, & isin;[0.1, 0.9],& գամմա;& isin;[0, π]. Նկար 7-ը ցույց է տալիս կապը մ & գամմա; և պտտման անկյունը & գամմա; համար = 0.2 և տարբեր: Նկար 8-ը ցույց է տալիս =π Երբ տարբեր , փոխհարաբերությունները մ & գամմա; և անկյուն & գամմա.

Կռունկային զսպանակի մեխանիզմի սահմանման (բաժին 1.3) և (9) բանաձևի համաձայն, երբ k և l-ն հաստատուն են, m. & գամմա; Միայն անկյան հետ կապված & գամմա;, կռունկի երկարության հարաբերակցությունը և կռունկի սկզբնական անկյունը:

(1) Եթե և միայն եթե & գամմա; հավասար է 0-ի կամπ կամ, մ & գամմա; հավասար է զրոյի; & գամմա; & isin;[0, ],m & գամմա; զրոյից մեծ է; & գամմա; & մեջ է;[π], մ & գամմա; զրոյից պակաս: & isin;[0, ],m & գամմա; զրոյից մեծ է; & գամմա;& մեջ է;[π], մ & գամմա; զրոյից պակաս:

(2) & գամմա; Երբ [0, ], պտտման անկյունը & գամմա; ավելանում է, մ & գամմա; աճում է զրոյից մինչև թեքման կետի անկյունը & գամմա;0-ն ընդունում է m առավելագույն արժեքը & gamma;max, իսկ հետո աստիճանաբար նվազում է:

(3) Կռունկային զսպանակի մեխանիզմի բացասական կոշտության բնորոշ միջակայքը: & գամմա;& isin;[0, & gamma;0], այս պահին & գամմա; մեծանում է (ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ), իսկ ոլորող մոմենտը Մ & գամմա; ավելանում է (ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ): Թեքման կետի անկյունը & գամմա;0-ը պտտման առավելագույն անկյունն է բացասական կոշտության բնութագրիչ, որը բնորոշ է կռունկ-զսպանակ մեխանիզմին և & գամմա;0 & isin;[0, ];m & գամմա; max-ը բացասական պահի առավելագույն գործակիցն է: Տրված և , (9) հավասարման ածանցյալը տալիս է & գամմա;0

(4) որքան մեծ է սկզբնական անկյունը, & գամմա; այնքան մեծ է 0, մ

&գամմա;առավելագույնը

ավելի մեծ։

(5) որքան մեծ է երկարության հարաբերակցությունը, & գամմա; այնքան փոքր է 0, մ

&գամմա;առավելագույնը

ավելի մեծ։

Մասնավորապես, =πԿռունկային զսպանակային մեխանիզմի բացասական կոշտության բնութագրիչները լավագույնն են (կոշտության բացասական անկյան միջակայքը մեծ է, իսկ ոլորող մոմենտը, որը կարելի է ապահովել՝ մեծ է): =πՄիեւնույն ժամանակ, տարբեր պայմաններում, առավելագույն ռոտացիայի անկյունը & կռունկային զսպանակի մեխանիզմին բնորոշ բացասական կոշտության գամմա; 0 եւ առավելագույն բացասական ոլորող մոմենտ գործակիցը m & գամմա; Max-ը նշված է աղյուսակ 1-ում:

Աղյուսակ 1 Սկզբնական անկյունն էπ Առավելագույն բացասական կոշտության անկյունը & գամմա;0 և մոմենտների առավելագույն գործակիցը մ՝ կռունկի երկարության տարբեր հարաբերակցությամբ

&գամմա;առավելագույնը

պարամետր

Արժեք

կռունկի երկարության հարաբերակցությունը

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Առավելագույն շրջադարձային անկյուն & գամմա;

0
/ռադ

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Առավելագույն մոմենտի գործակիցը մ

&գամմա;առավելագույնը

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Զրո կոշտության ճկուն կրունկի կառուցում

2.1-ի դրական և բացասական կոշտության համընկնումը ցույց է տրված Նկար 9-ում, n(n 2) զուգահեռ կռունկային զսպանակային մեխանիզմների խմբերը հավասարապես բաշխված են շրջագծի շուրջ՝ ձևավորելով բացասական կոշտության մեխանիզմ, որը համընկնում է ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների հետ:

Օգտագործելով ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները որպես դրական կոշտության ենթահամակարգ, կառուցեք զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի: Զրոյական կոշտության հասնելու համար համապատասխանեցրեք դրական և բացասական կոշտությունը

միաժամանակյա (2), (3), (6), (11) և & գամմա;=θ, բեռը Ֆ & կարելի է ձեռք բերել աղբյուրի գամմա; և տեղաշարժըδx-ի հարաբերությունը & գամմա; է

Համաձայն բաժնի 1.5-ի՝ կռունկի զսպանակի մեխանիզմի բացասական կոշտության անկյան միջակայքը: & գամմա;& isin;[0, & գամմա;0] եւ & գամմա;0 & isin;[0, ], զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի հարվածը պետք է լինի փոքր, քան & գամմա;0, ես .ե. զսպանակը միշտ դեֆորմացված վիճակում է (δx&գամմա;≠0): Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների պտտման տիրույթն է±0,35 ռադ (±20°), պարզեցնել եռանկյունաչափական ֆունկցիաները sin & գամմա; և կոս & գամմա; Ինչպես նշված է հետեւյալում

Պարզեցումից հետո զսպանակի բեռ-տեղաշարժ հարաբերությունը

2.2 Դրական և բացասական կոշտության համընկնման մոդելի սխալների վերլուծություն

Գնահատեք (13) հավասարման պարզեցված բուժման արդյունքում առաջացած սխալը: Ըստ զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի իրական մշակման պարամետրերի (բաժին 4.2): n = 3,l = 40 մմ, =π, = 0.2, E = 73 ԳՊա; Ներքին և արտաքին օղակի ճկուն կրունկի եղեգի չափերը L = 46 մմ, T = 0,3 մմ, Վտ = 9,4 մմ; Համեմատության բանաձևերը (12) և (14) պարզեցնում են առջևի և հետևի զսպանակների բեռնվածքի տեղաշարժի հարաբերությունը և հարաբերական սխալը, ինչպես ցույց է տրված համապատասխանաբար 10a և 10b նկարներում:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 10-ում, & գամմա; 0,35 ռադից պակաս է (20°), բեռի տեղաշարժի կորի պարզեցված մշակման արդյունքում առաջացած հարաբերական սխալը չի ​​գերազանցում 2,0%-ը, իսկ բանաձևը.

(13)-ի պարզեցված մշակումը կարող է օգտագործվել զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիներ կառուցելու համար:

2.3 Զսպանակի կոշտության բնութագրերը

Ենթադրելով, որ զսպանակի կոշտությունը K է, միաժամանակ (3), (6), (14)

Ըստ զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի մշակման փաստացի պարամետրերի (բաժին 4.2)՝ անկյան հետ զսպանակային կոշտության K փոփոխության կորը. & գամմա; ցույց է տրված Նկար 11-ում: Մասնավորապես, երբ & գամմա;= 0, K-ն վերցնում է նվազագույն արժեքը:

Դիզայնի և մշակման հարմարության համար զսպանակը ընդունում է գծային դրական կոշտության զսպանակ, իսկ կոշտությունը Kconst է։ Ամբողջ հարվածում, եթե զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի ընդհանուր կոշտությունը մեծ է կամ հավասար է զրոյի, Kconst-ը պետք է վերցնի K-ի նվազագույն արժեքը:

Հավասարումը (16) գծային դրական կոշտության զսպանակի կոշտության արժեքն է զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի կառուցելիս: 2.4 Զրո կոշտության որակի վերլուծություն Կառուցված զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի բեռ-տեղաշարժ հարաբերությունը հետևյալն է.

Միաժամանակյա (2), (8), (16) բանաձևը կարելի է ձեռք բերել

Զրոյական կոշտության որակը գնահատելու համար ճկուն ծխնի կոշտության կրճատման միջակայքը բացասական կոշտության մոդուլը ավելացնելուց առաջ և հետո սահմանվում է որպես զրոյական կոշտության որակի գործակից:ηη Որքան մոտ է 100%-ին, այնքան բարձր է զրոյական կոշտության որակը: Նկար 12-ը 1-ն էη Հարաբերություն կռունկի երկարության հարաբերակցության և սկզբնական անկյան հետ η Այն անկախ է զուգահեռ կռունկ-զսպանակ մեխանիզմների n թվից և հիմքի l երկարությունից, բայց կապված է միայն կռունկի երկարության հարաբերակցության, պտտման անկյան հետ: & գամմա; և սկզբնական անկյունը.

(1) Սկզբնական անկյունը մեծանում է, և զրոյական կոշտության որակը բարելավվում է:

(2) Երկարության հարաբերակցությունը մեծանում է, իսկ զրոյական կոշտության որակը նվազում է:

(3) Անկյուն & գամմա; մեծանում է, զրոյական կոշտության որակը նվազում է:

Զրո կոշտության ճկուն ծխնիի զրոյական կոշտության որակը բարելավելու համար սկզբնական անկյունը պետք է ավելի մեծ արժեք ունենա. կռունկի երկարության հարաբերակցությունը պետք է լինի հնարավորինս փոքր: Միևնույն ժամանակ, 1.5-րդ բաժնի վերլուծության արդյունքների համաձայն, եթե չափազանց փոքր է, ապա կռունկ-զսպանակ մեխանիզմի բացասական կոշտություն ապահովելու ունակությունը թույլ կլինի: Զրո կոշտության ճկուն կրունկի զրոյական կոշտության որակը բարելավելու համար նախնական անկյունը =π, կռունկի երկարության հարաբերակցությունը = 0.2, այսինքն՝ 4.2 հատվածի զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի իրական մշակման պարամետրերը:

Ըստ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի մշակման փաստացի պարամետրերի (Բաժին 4.2), ոլորող մոմենտ-անկյուն կապը ներքին և արտաքին օղակաձև ճկուն ծխնիների և զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի միջև ներկայացված է Նկար 13-ում. կոշտության նվազումը զրոյական կոշտության որակի գործակիցն էηՀարաբերությունները անկյունի հետ & գամմա; ցույց է տրված Նկար 14-ում: Ըստ Նկար 14. 0,35 ռադ (20°) պտտման միջակայքը, զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի կոշտությունը կրճատվում է միջինը 97%-ով. 0,26 ռադ (15°) անկյունները, այն կրճատվել է 95%-ով։

3 Գծային դրական կոշտության զսպանակի ձևավորում

Զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի կառուցումը սովորաբար կատարվում է ճկուն ծխնիի չափն ու կոշտությունը որոշելուց հետո, այնուհետև պտտվող զսպանակային մեխանիզմում զսպանակի կոշտությունը հակադարձվում է, ուստի զսպանակի կոշտության և չափի պահանջները համեմատաբար խիստ են: Բացի այդ, սկզբնական անկյունը =π, Նկար 5ա-ից, զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի պտտման ժամանակ զսպանակը միշտ սեղմված վիճակում է, այսինքն.“Կոմպրեսիոն զսպանակ”.

Ավանդական կոմպրեսիոն աղբյուրների կոշտությունն ու չափը դժվար է ճշգրտորեն հարմարեցնել, և հավելվածներում հաճախ պահանջվում է ուղեցույց մեխանիզմ: Հետևաբար, առաջարկվում է զսպանակ, որի կոշտությունն ու չափը կարող են հարմարեցվել——Ադամանդաձեւ տերևային զսպանակ պարան։ Ալմաստաձև տերևային զսպանակի թելը (Նկար 15) կազմված է մի քանի ադամանդաձև տերևային աղբյուրներից, որոնք միացված են հաջորդաբար: Այն ունի անվճար կառուցվածքային դիզայնի և հարմարեցման բարձր աստիճանի բնութագրեր: Դրա մշակման տեխնոլոգիան համապատասխանում է ճկուն ծխնիների տեխնոլոգիային, և երկուսն էլ մշակվում են մետաղալարերի ճշգրիտ կտրումով:

3.1 Ալմաստաձև տերևային զսպանակի պարանի բեռի տեղաշարժման մոդել

Ռոմբիկ տերևային զսպանակի համաչափության պատճառով միայն մեկ տերևային զսպանակ պետք է ենթարկվի լարվածության վերլուծության, ինչպես ցույց է տրված Նկար 16-ում: α եղեգի և հորիզոնականի միջև եղած անկյունն է, եղեգի երկարությունը, լայնությունը և հաստությունը համապատասխանաբար Ld, Wd, Td են, f-ը ռոմբի տերևային զսպանակի վրա ծավալային միասնական բեռն է,δy-ը ռոմբիկ տերևային զսպանակի դեֆորմացիան է y ուղղությամբ, ուժը fy և մոմենտը համարժեք բեռներ են մեկ եղեգի ծայրին, fv և fw-ը fy-ի բաղադրիչ ուժերն են wov կոորդինատային համակարգում:

Համաձայն AWTAR[13] ճառագայթի դեֆորմացիայի տեսության՝ մեկ եղեգի չափականորեն միասնական բեռ-տեղաշարժ հարաբերությունը

Եղեգի վրա կոշտ մարմնի սահմանափակման փոխհարաբերության պատճառով եղեգի ծայրային անկյունը դեֆորմացիայից առաջ և հետո զրո է, այսինքն.θ = 0. Միաժամանակ (20) (22)

Հավասարումը (23) ռոմբիկ տերևային զսպանակի բեռ-տեղաշարժի ծավալային միավորման մոդելն է: n2 ռոմբաձև տերևային զսպանակներ միացված են հաջորդաբար, և դրա բեռնափոխադրման մոդելը

Բանաձևից (24), երբαԵրբ d-ը փոքր է, ադամանդաձև տերևային զսպանակային պարանի կարծրությունը բնորոշ չափսերի և բնորոշ բեռների դեպքում մոտավորապես գծային է:

3.2 Մոդելի վերջավոր տարրերի մոդելավորման ստուգում

Իրականացվում է ալմաստաձև տերևային զսպանակի բեռնվածքի տեղաշարժի մոդելի վերջավոր տարրերի մոդելավորման ստուգումը: Օգտագործելով ANSYS Mechanical APDL 15.0-ը, մոդելավորման պարամետրերը ներկայացված են Աղյուսակ 2-ում, և ադամանդաձև տերևային զսպանակի վրա կիրառվում է 8 Ն ճնշում:

Աղյուսակ 2 Ռոմբիկ տերևային զսպանակային պարանի վերջավոր տարրերի մոդելավորման պարամետրերը

պարամետր

Արժեք

Ծննդոց

AL7075-T6

Եղեգի երկարությունը L

Ցուք

/ մմ

18

Եղեգի լայնությունը Վ

Ցուք

/ մմ

10

Եղեգի հաստությունը Տ

Ցուք

/ մմ

0.25

եղեգի թեքության անկյունըα/°
10/20/30/40

Էլաստիկ մոդուլ E/GPa

73

Մոդելի արդյունքների և ռոմբի տերևային զսպանակի բեռ-տեղաշարժ հարաբերությունների մոդելավորման արդյունքների համեմատությունը ցույց է տրված Նկ. 17 (չափորոշում): Տարբեր թեքության անկյուններով չորս ռոմբի տերևային աղբյուրների համար մոդելի և վերջավոր տարրերի մոդելավորման արդյունքների միջև հարաբերական սխալը չի ​​գերազանցում 1,5%-ը: Մոդելի վավերականությունն ու ճշգրտությունը (24) ստուգված է:

4 Զրո կոշտության ճկուն կրունկի ձևավորում և փորձարկում

4.1 Զրո կոշտության ճկուն ծխնի պարամետրային ձևավորում

Զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի նախագծելու համար ճկուն ծխնիի նախագծման պարամետրերը պետք է նախ որոշվեն սպասարկման պայմանների համաձայն, այնուհետև հակադարձ հաշվարկվեն կռունկի զսպանակի մեխանիզմի համապատասխան պարամետրերը:

4.1.1 Ծխնի ճկուն պարամետրեր

Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների հատման կետը գտնվում է եղեգի երկարության 12,73%-ում, և դրա պարամետրերը ներկայացված են Աղյուսակ 3-ում: Փոխարինելով (2) հավասարմանը՝ ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների ոլորող մոմենտ-պտույտի անկյուն հարաբերությունը հավասար է.

Աղյուսակ 3 Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների կառուցվածքային պարամետրերը և նյութական հատկությունները

պարամետր

Արժեք

Ծննդոց

AL7075-T6

Եղեգի երկարությունը L/mm

46

Եղեգի լայնությունը Վտ/մմ

9.4

Եղեգի հաստությունը T/mm

0.30

Էլաստիկ մոդուլ E/GPa

73

4.1.2 Բացասական կոշտության մեխանիզմի պարամետրեր

Ինչպես ցույց է տրված նկ. 18, կռունկային զսպանակային մեխանիզմների թիվը n-ը զուգահեռ վերցնելով որպես 3, երկարությունը l = 40 մմ որոշվում է ճկուն ծխնիի չափով: ըստ 2.4 բաժնի եզրակացության, սկզբնական անկյունը =π, կռունկի երկարության հարաբերակցությունը = 0,2: Համաձայն (16) հավասարման՝ զսպանակի կոշտությունը (I .e. ադամանդե տերևային զսպանակային պարան) Kconst = 558,81 Ն/մ (26)

4.1.3 Ադամանդե տերևային զսպանակային պարանի պարամետրեր

ըստ l = 40 մմ, =π, = 0,2, աղբյուրի սկզբնական երկարությունը 48 մմ է, իսկ առավելագույն դեֆորմացիան (& գամմա;= 0) 16 մմ է: Կառուցվածքային սահմանափակումների պատճառով մեկ ռոմբի տերևային աղբյուրի համար դժվար է նման մեծ դեֆորմացիա առաջացնել: Օգտագործելով չորս ռոմբի տերևային զսպանակներ հաջորդաբար (n2 = 4), մեկ ռոմբի տերևային զսպանակի կոշտությունը հավասար է.

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

Ըստ բացասական կոշտության մեխանիզմի չափի (Նկար 18), հաշվի առնելով ալմաստաձև տերևային զսպանակի եղեգի երկարությունը, լայնությունը և եղեգի թեքության անկյունը, եղեգը կարելի է եզրակացնել (23) և կոշտության բանաձևից (27). ադամանդաձև տերևային զսպանակ Հաստություն. Ռոմբի տերևային աղբյուրների կառուցվածքային պարամետրերը թվարկված են Աղյուսակ 4-ում:

մակերեւույթ4

Ամփոփելով, զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի պարամետրերը, որոնք հիմնված են կռունկի զսպանակի մեխանիզմի վրա, բոլորը որոշվել են, ինչպես ցույց է տրված Աղյուսակ 3-ում և Աղյուսակ 4-ում:

4.2 Զրո կոշտության ճկուն ծխնի նմուշի նախագծում և մշակում Ճկուն ծխնիի մշակման և փորձարկման մեթոդի համար տես գրականությունը [8]: Զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիը կազմված է բացասական կոշտության մեխանիզմից և զուգահեռաբար ներքին և արտաքին օղակի ճկուն ծխնիից: Կառուցվածքային դիզայնը ներկայացված է Նկար 19-ում:

Ե՛վ ներքին, և՛ արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները և ադամանդաձև տերևային զսպանակները մշակվում են մետաղալար կտրող ճշգրիտ հաստոցներով: Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները մշակվում և հավաքվում են շերտերով: Նկար 20-ը ադամանդաձև տերևային զսպանակների երեք շարքերի ֆիզիկական պատկերն է, իսկ Նկար 21-ը հավաքված զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի նմուշի ֆիզիկական պատկերն է:

4.3 Զրո կոշտության ճկուն ծխնիի պտտվող կոշտության փորձարկման հարթակը Հղում կատարելով [8]-ի պտտվող կոշտության փորձարկման մեթոդին, կառուցված է զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի պտտվող կոշտության փորձարկման հարթակը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 22-ում:

4.4 Փորձարարական տվյալների մշակում և սխալների վերլուծություն

Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների և զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիների պտտվող կոշտությունը փորձարկվել է փորձարկման հարթակի վրա, և փորձարկման արդյունքները ներկայացված են Նկար 23-ում: Հաշվեք և գծեք զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի զրոյական կոշտության որակի կորը ըստ բանաձևի (19), ինչպես ցույց է տրված Նկ. 24.

Փորձարկման արդյունքները ցույց են տալիս, որ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի պտտման կոշտությունը մոտ է զրոյի: Ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների համեմատ՝ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիները±0,31 ռադ (18°) կոշտությունը կրճատվել է միջինը 93%-ով. 0,26 ռադ (15°), կոշտությունը կրճատվում է 90% -ով:

Ինչպես ցույց է տրված 23-րդ և 24-րդ նկարներում, զրոյական կոշտության որակի փորձարկման արդյունքների և տեսական մոդելի արդյունքների միջև դեռ կա որոշակի բաց (հարաբերական սխալը 15%-ից պակաս է), և սխալի հիմնական պատճառները հետևյալն են.

(1) Եռանկյունաչափական ֆունկցիաների պարզեցմամբ առաջացած մոդելի սխալը.

(2) շփում. Շփում կա ադամանդե տերևային զսպանակային պարանի և մոնտաժային լիսեռի միջև:

(3) Մշակման սխալ: Եղեգի իրական չափերի մեջ կան սխալներ և այլն։

(4) հավաքման սխալ: Ալմաստաձև տերևային զսպանակի պարանի տեղադրման անցքի և լիսեռի միջև բացը, փորձարկման հարթակի սարքի տեղադրման բացը և այլն:

4.5 Գործողության համեմատություն տիպիկ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի հետ Գրականության մեջ [4], զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի ZSFP_CAFP կառուցվել է խաչաձեւ առանցքի ճկուն առանցքի (CAFP) միջոցով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 25-ում:

Զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի համեմատություն ZSFP_IORFP (նկ. 21) և ZSFP_CAFP (նկ. 25) կառուցված է ներքին և արտաքին օղակաձև ճկուն ծխնիներով

(1) ZSFP_IORFP, կառուցվածքն ավելի կոմպակտ է:

(2) ZSFP_IORFP-ի անկյունային միջակայքը փոքր է: Անկյունի միջակայքը սահմանափակվում է ճկուն ծխնիի անկյունային միջակայքով. ZSFP_CAFP-ի անկյունային միջակայքը80°, ZSFP_IORFP անկյունային տիրույթ40°.

(3) ±18°Անկյունների տիրույթում ZSFP_IORFP-ն ունի զրոյական կոշտության ավելի բարձր որակ: ZSFP_CAFP-ի միջին կոշտությունը կրճատվել է 87%-ով, իսկ ZSFP_IORFP-ի միջին կոշտությունը՝ 93%-ով:

5 եզրակացություն

Որպես դրական կոշտության ենթահամակարգ, հաշվի առնելով ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիները մաքուր ոլորող մոմենտով, կատարվել է հետևյալ աշխատանքը՝ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի կառուցելու համար:

(1) Առաջարկել բացասական կոշտության ռոտացիայի մեխանիզմ——Կռունկային զսպանակի մեխանիզմի համար ստեղծվել է մոդել (բանաձև (6))՝ վերլուծելու կառուցվածքային պարամետրերի ազդեցությունը դրա բացասական կոշտության բնութագրիչների վրա, և տրվել է դրա բացասական կոշտության բնութագրերի տիրույթը (Աղյուսակ 1):

(2) Դրական և բացասական կոշտությունները համապատասխանեցնելով, ձեռք են բերվում զսպանակի կոշտության բնութագրերը պտտվող զսպանակի մեխանիզմում (հավասարում (16)), և ստեղծվում է մոդելը (Հավասարում (19))՝ վերլուծելու կառուցվածքային պարամետրերի ազդեցությունը։ զրոյական կոշտության ճկուն կրունկի զրոյական կոշտության որակի վրա պտտվող զսպանակի մեխանիզմի ազդեցությունը, տեսականորեն, ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիի հասանելի հարվածի սահմաններում (±20°), կոշտության միջին կրճատումը կարող է հասնել 97% -ի:

(3) Առաջարկեք հարմարեցված կոշտություն“գարուն”——Ստեղծվել է ադամանդաձև տերևային զսպանակ պարան՝ դրա կոշտության մոդելը հաստատելու համար (հավասարում (23)) և ստուգվել վերջավոր տարրերի մեթոդով:

(4) Ավարտել է կոմպակտ զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի նմուշի նախագծումը, մշակումը և փորձարկումը: Փորձարկման արդյունքները ցույց են տալիս, որ36°Պտտման անկյունների տիրույթում, համեմատած ներքին և արտաքին օղակների ճկուն ծխնիների հետ, զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիի կոշտությունը միջինում կրճատվում է 93%-ով:

Կառուցված զրոյական կոշտության ճկուն կրունկը գտնվում է միայն մաքուր ոլորող մոմենտների ազդեցության տակ, որը կարող է գիտակցել.“զրոյական կոշտություն”, առանց հաշվի առնելու բարդ բեռնման պայմանները կրելու դեպքը։ Հետևաբար, բարդ ծանրաբեռնվածության պայմաններում զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիների կառուցումը հետագա հետազոտությունների ուշադրության կենտրոնում է: Բացի այդ, զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիների շարժման ժամանակ գոյություն ունեցող շփումը նվազեցնելը զրոյական կոշտության ճկուն ծխնիների օպտիմալացման կարևոր ուղղություն է:

հղումներ

[1] HOWELL L L. Համապատասխան մեխանիզմներ[M]: Նյու Յորք: Ջոն Ուայլի&Sons, Inc, 2001 թ.

[2] Յու Ջինջուն, Պեյ Սյու, Բի Շուշենգ և այլն։ Ճկուն ծխնի մեխանիզմի նախագծման մեթոդների ուսումնասիրության առաջընթացը[J]: Չինական մեխանիկական ճարտարագիտության ամսագիր, 2010, 46 (13): 2-13: Y u jin չեմպիոն, PEI X U, BIS զանգ, ETA up: Ճկուն մեխանիզմների նախագծման մեթոդի գերժամանակակից տեխնիկա[J]: Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Ընդհանուր զրոյական կոշտության համահունչ համատեղ[C]// ASME դիզայնի ինժեներական միջազգային կոնֆերանսների նախագծում: 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Պտտվող ճկվածքների ստատիկ հավասարակշռման ոչ ծավալային մոտեցում [J]: Մեխանիզմ & Մեքենաների տեսություն, 2015, 84 (84): 90-98:

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Բացասական կոշտության շինանյութեր ստատիկորեն հավասարակշռված համապատասխան մեխանիզմների համար. նախագծում և փորձարկում[J]: Մեխանիզմների ամսագիր & Ռոբոտաշինություն, 2010, 2(4):041007.

[6] ՋԵՆՍԵՆ Բ Դ, Հոուել Լ Լ. Խաչաձև ճկման առանցքների մոդելավորում [J]: Մեխանիզմ և մեքենաների տեսություն, 2002, 37 (5): 461-476:

[7] WITTRICK W H. Խաչաձև ճկման առանցքների հատկությունները և այն կետի ազդեցությունը, որտեղ շերտերը հատվում են [J]: The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292:

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA: Գերճշգրիտ գործիքների վրա կիրառվող եռակի խաչաձև զսպանակային ճկուն առանցքների նախագծում և փորձարկում։ Review of Scientific Instruments, 2014, 85(10): 105102:

[9] Յան Քիզի, Լյու Լանգ, Բի Շուշենգ և այլն։ Ընդհանրացված երեք խաչաձև եղեգնյա ճկուն կրունկի պտտման կոշտության բնութագրերի հետազոտություն: Չինական մեխանիկական ճարտարագիտության ամսագիր, 2015, 51 (13): 189-195:

yang Q I բառ, l IU Lang, BIS ձայն, ETA. Պտտման կոշտության բնութագրում ընդհանրացված եռակի խաչաձև զսպանակային ճկման առանցքների [J]: Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195:

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

[11] l IU l, BIS, yang Q. Ներքին կոշտության բնութագրերը–արտաքին օղակի ճկման առանցքները կիրառվում են գերճշգրիտ գործիքների վրա [J]: ԱՐԽԻՎ 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. Համապատասխան մեխանիզմների ստատիկ հավասարակշռման չափանիշներ[C]// ASME 2010 Միջազգային դիզայնի ինժեներական տեխնիկական կոնֆերանսներ և համակարգիչներ և ինժեներական տեղեկատվությունը, օգոստոս 15–18, 2010, Մոնրեալ, Քվեբեկ, Կանադա: ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Ընդհանրացված սահմանափակման մոդել երկչափ ճառագայթների ճկման համար. ոչ գծային լարվածության էներգիայի ձևակերպում [J]: Մեխանիկական դիզայնի ամսագիր, 2010, 132: 81009:

Հեղինակի մասին՝ Բի Շուշենգ (թղթակից հեղինակ), տղամարդ, ծնված 1966թ., բժիշկ, պրոֆեսոր, դոկտորական ղեկավար։ Նրա հիմնական հետազոտական ​​ուղղությունը լիովին ճկուն մեխանիզմն է և բիոնիկ ռոբոտը։

Զրոյական կոշտության ճկուն ծխնի, որը հիմնված է կռունկի զսպանակի մեխանիզմի վրա, նորարարական և հեղափոխական տեխնոլոգիա է, որը թույլ է տալիս սահուն և ճշգրիտ շարժումներ կատարել տարբեր կիրառություններում: Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք այս կրունկի աշխատանքի սկզբունքները և դրա հնարավոր կիրառությունները:

Ինչ վերաբերում է դռները փակելուն, ապա այն փակելու ձևը կարող է փոխել բոլորը: Սովորական ծխնիները կարող են ուժեղ աղմուկով փակվել՝ առաջացնելով ազդեցություն և անհանգստություն: I