Penelitian Engsel Fleksibel Kekakuan Nol Berdasarkan Mekanisme Pegas Engkol_Pengetahuan Engsel 1

Abstrak: Kekakuan rotasi engsel fleksibel dengan kekakuan nol kira-kira nol, yang mengatasi cacat yang memerlukan torsi penggerak pada engsel fleksibel biasa, dan dapat diterapkan pada gripper fleksibel dan bidang lainnya. Mengambil engsel fleksibel cincin dalam dan luar di bawah aksi torsi murni sebagai subsistem kekakuan positif, penelitian mekanisme kekakuan negatif dan pencocokan kekakuan positif dan negatif dapat membangun engsel fleksibel dengan kekakuan nol. Usulkan mekanisme rotasi kekakuan negatif——Mekanisme pegas engkol, memodelkan dan menganalisis karakteristik kekakuan negatifnya; dengan mencocokkan kekakuan positif dan negatif, menganalisis pengaruh parameter struktur mekanisme pegas engkol terhadap kualitas kekakuan nol; mengusulkan pegas linier dengan kekakuan dan ukuran yang dapat disesuaikan——Tali pegas daun berbentuk berlian, model kekakuan ditetapkan dan verifikasi simulasi elemen hingga dilakukan; akhirnya, desain, pemrosesan, dan pengujian sampel engsel fleksibel kompak tanpa kekakuan telah selesai. Hasil pengujian menunjukkan bahwa: di bawah aksi torsi murni,±18°Dalam kisaran sudut rotasi, kekakuan rotasi engsel fleksibel dengan kekakuan nol rata-rata 93% lebih rendah dibandingkan dengan rata-rata engsel fleksibel cincin dalam dan luar. Engsel fleksibel tanpa kekakuan yang dibangun memiliki struktur kompak dan kekakuan nol berkualitas tinggi; mekanisme rotasi kekakuan negatif yang diusulkan dan pegas linier memiliki nilai referensi yang besar untuk mempelajari mekanisme fleksibel.

0 kata pengantar

Engsel fleksibel (bantalan)

^[1-2]

Mengandalkan deformasi elastis unit fleksibel untuk mentransmisikan atau mengubah gerakan, gaya, dan energi, unit ini telah banyak digunakan dalam penentuan posisi presisi dan bidang lainnya. Dibandingkan dengan bantalan kaku tradisional, terdapat momen pemulihan ketika engsel fleksibel berputar. Oleh karena itu, unit penggerak perlu memberikan torsi keluaran untuk menggerakkan dan menjaga putaran engsel fleksibel. Engsel fleksibel tanpa kekakuan

^[3]

(Poros lentur kekakuan nol, ZSFP) adalah sambungan putar fleksibel yang kekakuan rotasinya kira-kira nol. Engsel fleksibel jenis ini dapat bertahan pada posisi apa pun dalam rentang kayuhan, juga dikenal sebagai engsel fleksibel keseimbangan statis

^[4]

, sebagian besar digunakan di bidang seperti gripper fleksibel.

Berdasarkan konsep desain modular mekanisme fleksibel, seluruh sistem engsel fleksibel tanpa kekakuan dapat dibagi menjadi dua subsistem kekakuan positif dan negatif, dan sistem kekakuan nol dapat diwujudkan melalui pencocokan kekakuan positif dan negatif.

^[5]

. Diantaranya, subsistem kekakuan positif biasanya berupa engsel fleksibel pukulan besar, seperti engsel fleksibel buluh silang

^[6-7]

, engsel fleksibel buluh tiga silang yang digeneralisasi

^[8-9]

dan engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar

^[10-11]

Dll. Saat ini, penelitian tentang engsel fleksibel telah mencapai banyak hasil, oleh karena itu, kunci untuk merancang engsel fleksibel dengan kekakuan nol adalah mencocokkan modul kekakuan negatif yang sesuai untuk engsel fleksibel [3].

Engsel fleksibel cincin dalam dan luar (Pivot lentur cincin dalam dan luar, IORFP) memiliki karakteristik yang sangat baik dalam hal kekakuan, presisi, dan penyimpangan suhu. Modul kekakuan negatif yang cocok menyediakan metode konstruksi engsel fleksibel dengan kekakuan nol, dan terakhir, menyelesaikan desain, pemrosesan sampel, dan pengujian engsel fleksibel dengan kekakuan nol.

1 mekanisme pegas engkol

1.1 Definisi kekakuan negatif

Definisi umum kekakuan K adalah laju perubahan antara beban F yang ditanggung oleh elemen elastis dan deformasi yang bersangkutan dx

K= dF/dx (1)

Jika pertambahan beban elemen elastis berlawanan dengan tanda pertambahan deformasi, maka terjadi kekakuan negatif. Secara fisik, kekakuan negatif berhubungan dengan ketidakstabilan statis elemen elastis

^[12]

.Mekanisme kekakuan negatif memainkan peran penting dalam bidang keseimbangan statis yang fleksibel. Biasanya mekanisme kekakuan negatif memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

(1) Mekanisme tersebut menyimpan sejumlah energi atau mengalami deformasi tertentu.

(2) Mekanisme berada dalam keadaan ketidakstabilan kritis.

(3) Apabila mekanismenya sedikit terganggu dan meninggalkan posisi setimbang, maka dapat melepaskan gaya yang lebih besar, yang searah dengan geraknya.

1.2 Prinsip konstruksi engsel fleksibel tanpa kekakuan

Engsel fleksibel dengan kekakuan nol dapat dibuat dengan menggunakan pencocokan kekakuan positif dan negatif, dan prinsipnya ditunjukkan pada Gambar 2.

(1) Di bawah aksi torsi murni, engsel fleksibel cincin dalam dan luar memiliki hubungan sudut rotasi torsi kira-kira linier, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a. Apalagi jika titik potongnya terletak pada 12,73% panjang buluh, maka hubungan torsi-sudut putarannya linier.

^[11]

, pada saat ini, momen pemulih Mpivot (searah jarum jam) dari engsel fleksibel berhubungan dengan sudut putaran bantalanθ(berlawanan arah jarum jam) hubungannya adalah

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Dalam rumusnya, E adalah modulus elastisitas bahan, L adalah panjang buluh, dan I adalah momen inersia penampang.

(2) Menurut model kekakuan rotasi engsel fleksibel cincin dalam dan luar, mekanisme rotasi kekakuan negatif dicocokkan, dan karakteristik kekakuan negatifnya ditunjukkan pada Gambar 2b.

(3) Mengingat ketidakstabilan mekanisme kekakuan negatif

^[12]

, kekakuan engsel fleksibel dengan kekakuan nol harus kira-kira nol dan lebih besar dari nol, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2c.

1.3 Pengertian mekanisme pegas engkol

Menurut literatur [4], engsel fleksibel dengan kekakuan nol dapat dibuat dengan memasukkan pegas yang telah mengalami deformasi antara benda kaku yang bergerak dan benda kaku tetap dari engsel fleksibel. Untuk engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar ditunjukkan pada Gambar. 1, pegas dimasukkan antara cincin bagian dalam dan cincin luar, yaitu mekanisme pegas-engkol (SCM) diperkenalkan. Mengacu pada mekanisme penggeser engkol yang ditunjukkan pada Gambar 3, parameter terkait mekanisme pegas engkol ditunjukkan pada Gambar 4. Mekanisme pegas engkol terdiri dari engkol dan pegas (atur kekakuan sebagai k). sudut awal adalah sudut yang disertakan antara engkol AB dan alas AC pada saat pegas tidak mengalami deformasi. R mewakili panjang engkol, l mewakili panjang alas, dan mendefinisikan rasio panjang engkol sebagai rasio r ke l, I .e. = r/l (0<<1).

Konstruksi mekanisme pegas engkol memerlukan penentuan 4 parameter: panjang alas l, rasio panjang engkol, sudut awal dan kekakuan pegas K.

Deformasi mekanisme pegas engkol akibat gaya ditunjukkan pada Gambar 5a, pada saat M

_γ

Di bawah aksi tersebut, engkol bergerak dari posisi awal AB

_Beta

beralih ke AB

_γ

, selama proses putaran, sudut engkol yang disertakan relatif terhadap posisi horizontal

_γ

disebut sudut engkol.

Analisis kualitatif menunjukkan bahwa engkol berputar dari AB (posisi awal, M & gamma; Nol) hingga AB0 (“titik mati”lokasi, M

_γ

adalah nol), mekanisme pegas engkol mengalami deformasi dengan karakteristik kekakuan negatif.

1.4 Hubungan antara torsi dan sudut putaran mekanisme pegas engkol

Pada Gambar. 5, torsi M & gamma; searah jarum jam positif, sudut engkol & gamma; berlawanan arah jarum jam adalah positif, dan beban momen M dimodelkan dan dianalisis di bawah ini.

_γ

dengan sudut engkol

_γ

Hubungan antara proses pemodelan berdimensi.

Seperti terlihat pada Gambar 5b, persamaan keseimbangan torsi untuk engkol AB & gamma terdaftar.

Dalam rumusnya, F & gamma; adalah gaya pemulih pegas, d & gamma; adalah F & gamma; ke titik A. Asumsikan hubungan perpindahan-beban pegas adalah

Dalam rumusnya, K adalah kekakuan pegas (belum tentu bernilai konstan),δ

xγ

adalah besarnya deformasi pegas (disingkat menjadi positif),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Tipe simultan (3)(5), momen M

_γ

dengan sudut

_γ

Hubungannya adalah

1.5 Analisis karakteristik kekakuan negatif mekanisme pegas engkol

Untuk memudahkan analisis karakteristik kekakuan negatif mekanisme pegas engkol (momen M

_γ

dengan sudut

_γ

hubungan), dapat diasumsikan pegas mempunyai kekakuan linier positif, maka rumus (4) dapat ditulis ulang menjadi

Dalam rumusnya, Kconst adalah konstanta yang lebih besar dari nol. Setelah ukuran engsel fleksibel ditentukan, maka ditentukan juga panjang l alasnya. Oleh karena itu, dengan asumsi l adalah suatu konstanta, rumus (6) dapat ditulis ulang menjadi

dimana Kconstl2 adalah konstanta yang lebih besar dari nol, dan koefisien momen m & gamma; mempunyai dimensi satu. Karakteristik kekakuan negatif mekanisme pegas engkol dapat diperoleh dengan menganalisis hubungan antara koefisien torsi m & gamma; dan sudut rotasi & gamma.

Dari persamaan (9), Gambar 6 menunjukkan sudut awal =π hubungan antara m & gamma; dan rasio panjang engkol dan sudut putaran & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& masuk;[0, π]. Gambar 7 menunjukkan hubungan antara m & gamma; dan sudut rotasi & gamma; untuk = 0,2 dan berbeda. Gambar 8 menunjukkan =π Ketika, dalam kondisi berbeda, hubungan antara m & gamma; dan sudut & gamma.

Menurut definisi mekanisme pegas engkol (bagian 1.3) dan rumus (9), ketika k dan l konstan, m & gamma; Hanya terkait dengan sudut & gamma;, rasio panjang engkol dan sudut awal engkol.

(1) Jika dan hanya jika & gamma; sama dengan 0 atauπ atau ,m & gamma; sama dengan nol; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; lebih besar dari nol; & gamma; & isin;[π],M & gamma; kurang dari nol. & isin;[0, ],m & gamma; lebih besar dari nol; & gamma;& isin;[π],M & gamma; kurang dari nol.

(2) & gamma; Ketika [0, ], sudut rotasi & gamma; meningkat, m & gamma; bertambah dari nol ke sudut titik belok & gamma;0 mengambil nilai maksimum m & gamma;max, dan kemudian menurun secara bertahap.

(3) Kisaran karakteristik kekakuan negatif mekanisme pegas engkol: & gamma;& masuk;[0, & gamma;0], saat ini & gamma; meningkat (berlawanan arah jarum jam), dan torsi M & gamma; meningkat (searah jarum jam). Sudut titik belok & gamma;0 adalah sudut putaran maksimum dari karakteristik kekakuan negatif mekanisme pegas engkol dan & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max adalah koefisien momen negatif maksimum. Diberikan dan , penurunan persamaan (9) menghasilkan & gamma;0

(4) semakin besar sudut awalnya, & gamma; semakin besar 0, m

_γmaks

lebih besar.

(5) semakin besar rasio panjangnya, & gamma; semakin kecil 0, m

_γmaks

lebih besar.

Khususnya, =πKarakteristik kekakuan negatif mekanisme pegas engkol adalah yang terbaik (kisaran sudut kekakuan negatif besar, dan torsi yang dapat dihasilkan besar). =πPada saat yang sama, dalam kondisi yang berbeda, sudut rotasi maksimum & gamma karakteristik kekakuan negatif dari mekanisme pegas engkol; 0 dan koefisien torsi negatif maksimum m & gamma; Max tercantum dalam tabel 1.

2 Konstruksi engsel fleksibel tanpa kekakuan

Pencocokan kekakuan positif dan negatif dari 2.1 ditunjukkan pada Gambar 9, n(n 2) kelompok mekanisme pegas engkol paralel didistribusikan secara merata di sekeliling keliling, membentuk mekanisme kekakuan negatif yang disesuaikan dengan engsel fleksibel cincin dalam dan luar.

Dengan menggunakan engsel fleksibel cincin dalam dan luar sebagai subsistem kekakuan positif, buatlah engsel fleksibel dengan kekakuan nol. Untuk mencapai kekakuan nol, cocokkan kekakuan positif dan negatif

simultan (2), (3), (6), (11), dan & gamma;=θ, beban F & gamma pegas dapat diperoleh; dan perpindahanδHubungan x & gamma; adalah

Menurut bagian 1.5, kisaran sudut kekakuan negatif dari mekanisme pegas engkol: & gamma;& masuk;[0, & gamma;0] dan & gamma;0 & isin;[0, ], langkah engsel fleksibel dengan kekakuan nol harus kurang dari & gamma;0, yaitu .e. pegas selalu dalam keadaan berubah bentuk (δxγ≠0). Rentang putaran engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar adalah±0,35 rad(±20°), sederhanakan fungsi trigonometri sin & gamma; dan karena & gamma; sebagai berikut

Setelah disederhanakan, hubungan beban-perpindahan pegas

2.2 Analisis kesalahan model pencocokan kekakuan positif dan negatif

Evaluasi kesalahan yang disebabkan oleh perlakuan sederhana pada persamaan (13). Menurut parameter pemrosesan aktual engsel fleksibel kekakuan nol (Bagian 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2,E = 73 IPK; Dimensi buluh engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar L = 46mm,T = 0.3mm,W = 9.4mm; Rumus perbandingan (12) dan (14) menyederhanakan hubungan perpindahan beban dan kesalahan relatif pegas depan dan belakang seperti yang ditunjukkan masing-masing pada Gambar 10a dan 10b.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10, & gamma; kurang dari 0,35 rad (20°), kesalahan relatif yang disebabkan oleh perlakuan sederhana terhadap kurva beban-perpindahan tidak melebihi 2,0%, dan rumusnya

Perlakuan sederhana dari (13) dapat digunakan untuk membuat engsel fleksibel dengan kekakuan nol.

2.3 Karakteristik kekakuan pegas

Dengan asumsi kekakuan pegas adalah K, simultan (3), (6), (14)

Menurut parameter pemrosesan aktual engsel fleksibel kekakuan nol (Bagian 4.2), kurva perubahan kekakuan pegas K dengan sudut & gamma; ditunjukkan pada Gambar 11. Khususnya, kapan & gamma;= 0, K mengambil nilai minimum.

Untuk kenyamanan desain dan pemrosesan, pegas mengadopsi pegas kekakuan positif linier, dan kekakuannya adalah Kconst. Pada seluruh langkah, jika kekakuan total engsel fleksibel dengan kekakuan nol lebih besar atau sama dengan nol, Kconst harus mengambil nilai minimum K.

Persamaan (16) adalah nilai kekakuan pegas kekakuan positif linier ketika membangun engsel fleksibel kekakuan nol. 2.4 Analisis kualitas kekakuan nol Hubungan beban-perpindahan engsel fleksibel kekakuan nol yang dibangun adalah

Dapat diperoleh rumus simultan (2), (8), (16).

Untuk mengevaluasi kualitas kekakuan nol, kisaran pengurangan kekakuan engsel fleksibel sebelum dan sesudah penambahan modul kekakuan negatif didefinisikan sebagai koefisien kualitas kekakuan nol.η

η Semakin mendekati 100% maka kualitas kekakuan nol semakin tinggi. Gambar 12 adalah 1-η Hubungan dengan rasio panjang engkol dan sudut awal η Ini tidak bergantung pada jumlah n mekanisme pegas engkol paralel dan panjang l alas, tetapi hanya terkait dengan rasio panjang engkol, sudut rotasi & gamma; dan sudut awalnya.

(1) Sudut awal meningkat dan kualitas kekakuan nol meningkat.

(2) Rasio panjang bertambah dan kualitas kekakuan nol menurun.

(3) Sudut & gamma; meningkat, kualitas kekakuan nol menurun.

Untuk meningkatkan kualitas kekakuan nol dari engsel fleksibel kekakuan nol, sudut awal harus mengambil nilai yang lebih besar; rasio panjang engkol harus sekecil mungkin. Pada saat yang sama, menurut hasil analisis pada Bagian 1.5, jika terlalu kecil, kemampuan mekanisme pegas engkol untuk memberikan kekakuan negatif akan menjadi lemah. Untuk meningkatkan kualitas kekakuan nol pada engsel fleksibel kekakuan nol, sudut awal =π, rasio panjang engkol = 0,2, yaitu parameter pemrosesan aktual bagian 4.2 engsel fleksibel kekakuan nol.

Menurut parameter pemrosesan aktual dari engsel fleksibel tanpa kekakuan (Bagian 4.2), hubungan sudut torsi antara engsel fleksibel cincin dalam dan luar dan engsel fleksibel dengan kekakuan nol ditunjukkan pada Gambar 13; penurunan kekakuan adalah koefisien kualitas kekakuan nolηHubungan dengan sudut & gamma; ditunjukkan pada Gambar 14. Berdasarkan Gambar 14: Dalam 0,35 rad (20°) rentang rotasi, kekakuan engsel fleksibel tanpa kekakuan berkurang rata-rata 97%; 0,26 rad(15°) tendangan sudut, berkurang 95%.

3 Desain pegas kekakuan positif linier

Konstruksi engsel fleksibel dengan kekakuan nol biasanya dilakukan setelah ukuran dan kekakuan engsel fleksibel ditentukan, kemudian kekakuan pegas pada mekanisme pegas engkol dibalik, sehingga persyaratan kekakuan dan ukuran pegas relatif ketat. Selain itu, sudut awal =π, dari Gambar 5a, pada saat engsel fleksibel kekakuan nol berputar, pegas selalu dalam keadaan terkompresi, yaitu“Pegas kompresi”.

Kekakuan dan ukuran pegas kompresi tradisional sulit untuk disesuaikan secara tepat, dan mekanisme pemandu sering kali diperlukan dalam aplikasi. Oleh karena itu, diusulkan pegas yang kekakuan dan ukurannya dapat disesuaikan——Tali pegas daun berbentuk berlian. Tali pegas daun berbentuk berlian (Gambar 15) terdiri dari beberapa pegas daun berbentuk berlian yang dihubungkan secara seri. Ini memiliki karakteristik desain struktural gratis dan penyesuaian tingkat tinggi. Teknologi pemrosesannya konsisten dengan engsel fleksibel, dan keduanya diproses dengan pemotongan kawat presisi.

3.1 Model perpindahan beban tali pegas daun berbentuk wajik

Karena pegas daun belah ketupat simetris, hanya satu pegas daun yang perlu dilakukan analisis tegangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16. α adalah sudut antara buluh dan mendatar, panjang, lebar dan tebal buluh berturut-turut adalah Ld, Wd, Td, f adalah beban terpadu dimensi pada pegas daun belah ketupat,δy adalah deformasi pegas daun belah ketupat searah y, gaya fy dan momen m merupakan beban ekuivalen pada ujung buluh tunggal, fv dan fw merupakan gaya komponen fy pada sistem koordinat wov.

Menurut teori deformasi balok AWTAR [13], hubungan beban-perpindahan yang disatukan secara dimensi dari buluh tunggal

Karena adanya hubungan kekangan benda tegar pada buluh, maka sudut ujung buluh sebelum dan sesudah deformasi adalah nol, yaituθ = 0. Serentak (20)(22)

Persamaan (23) merupakan model penyatuan dimensi beban-perpindahan pegas daun belah ketupat. n2 pegas daun belah ketupat dihubungkan secara seri, dan model beban-perpindahannya adalah

Dari rumus (24), kapanαKetika d kecil, kekakuan rangkaian pegas daun berbentuk wajik kira-kira linier pada dimensi tipikal dan beban tipikal.

3.2 Verifikasi simulasi elemen hingga model

Verifikasi simulasi elemen hingga model beban-perpindahan pegas daun berbentuk wajik telah dilakukan. Menggunakan ANSYS Mechanical APDL 15.0, parameter simulasi ditunjukkan pada Tabel 2, dan tekanan 8 N diterapkan pada pegas daun berbentuk berlian.

Perbandingan antara hasil model dan hasil simulasi hubungan beban-perpindahan pegas daun belah ketupat ditunjukkan pada Gambar. 17 (dimensiisasi). Untuk empat pegas daun belah ketupat dengan sudut kemiringan berbeda, kesalahan relatif antara model dan hasil simulasi elemen hingga tidak melebihi 1,5%. Validitas dan keakuratan model (24) telah diverifikasi.

4 Desain dan uji engsel fleksibel tanpa kekakuan

4.1 Desain parameter engsel fleksibel tanpa kekakuan

Untuk merancang engsel fleksibel tanpa kekakuan, parameter desain engsel fleksibel harus ditentukan terlebih dahulu sesuai dengan kondisi servis, dan kemudian parameter yang relevan dari mekanisme pegas engkol harus dihitung secara terbalik.

4.1.1 Parameter engsel fleksibel

Titik potong engsel fleksibel cincin dalam dan luar terletak pada 12,73% panjang buluh, dan parameternya ditunjukkan pada Tabel 3. Jika disubstitusikan ke persamaan (2), hubungan torsi-sudut putaran engsel fleksibel cincin dalam dan luar adalah

4.1.2 Parameter mekanisme kekakuan negatif

Seperti yang ditunjukkan pada gambar. 18, dengan mengambil bilangan n mekanisme pegas engkol secara paralel sebanyak 3, panjang l = 40 mm ditentukan oleh ukuran engsel fleksibel. menurut kesimpulan bagian 2.4, sudut awal =π, rasio panjang engkol = 0,2. Menurut persamaan (16), kekakuan pegas (I .e. tali pegas daun ketupat) adalah Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Parameter senar pegas daun berlian

dengan l = 40mm, =π, = 0,2, panjang awal pegas adalah 48mm, dan deformasi maksimum (& gamma;= 0) adalah 16mm. Karena keterbatasan struktural, sulit bagi pegas daun belah ketupat tunggal untuk menghasilkan deformasi sebesar itu. Dengan menggunakan empat pegas daun belah ketupat yang dirangkai seri (n2 = 4), kekakuan pegas daun belah ketupat tunggal adalah

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

Menurut ukuran mekanisme kekakuan negatif (Gambar 18), dengan memperhatikan panjang buluh, lebar dan sudut kemiringan buluh pada pegas daun berbentuk wajik, buluh dapat disimpulkan dari rumus (23) dan rumus kekakuan (27) dari pegas daun berbentuk berlian Ketebalan. Parameter struktural pegas daun belah ketupat tercantum pada Tabel 4.

permukaan4

Ringkasnya, parameter engsel fleksibel kekakuan nol berdasarkan mekanisme pegas engkol semuanya telah ditentukan, seperti ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4.

4.2 Desain dan pemrosesan sampel engsel fleksibel dengan kekakuan nol Lihat literatur [8] untuk metode pemrosesan dan pengujian engsel fleksibel. Engsel fleksibel tanpa kekakuan terdiri dari mekanisme kekakuan negatif dan engsel fleksibel cincin dalam dan luar secara paralel. Desain struktural ditunjukkan pada Gambar 19.

Engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar serta tali pegas daun berbentuk berlian diproses dengan peralatan mesin pemotong kawat yang presisi. Engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar diproses dan dirakit berlapis-lapis. Gambar 20 adalah gambar fisik dari tiga set rangkaian pegas daun berbentuk berlian, dan Gambar 21 adalah gambar fisik rakitan kekakuan nol dari sampel engsel fleksibel.

4.3 Platform uji kekakuan rotasi engsel fleksibel kekakuan nol Mengacu pada metode uji kekakuan rotasi pada [8], dibuat platform uji kekakuan rotasi engsel fleksibel kekakuan nol, seperti ditunjukkan pada Gambar 22.

4.4 Pengolahan data eksperimen dan analisis kesalahan

Kekakuan rotasi engsel fleksibel cincin dalam dan luar serta engsel fleksibel kekakuan nol diuji pada platform pengujian, dan hasil pengujian ditunjukkan pada Gambar 23. Hitung dan gambar kurva kualitas kekakuan nol dari engsel fleksibel kekakuan nol sesuai dengan rumus (19), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 24.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekakuan putar engsel fleksibel kekakuan nol mendekati nol. Dibandingkan dengan engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar, engsel fleksibel tanpa kekakuan±0,31 rad(18°) kekakuan berkurang rata-rata 93%; 0,26 rad (15°), kekakuannya berkurang 90%.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 23 dan 24, masih terdapat kesenjangan tertentu antara hasil pengujian kualitas kekakuan nol dan hasil model teoritis (kesalahan relatif kurang dari 15%), dan alasan utama kesalahan tersebut adalah sebagai berikut.

(1) Kesalahan model disebabkan oleh penyederhanaan fungsi trigonometri.

(2) Gesekan. Terdapat gesekan antara tali pegas daun ketupat dan poros pemasangan.

(3) Kesalahan pemrosesan. Ada kesalahan dalam ukuran buluh sebenarnya, dll.

(4) Kesalahan perakitan. Kesenjangan antara lubang pemasangan tali pegas daun berbentuk berlian dan poros, celah pemasangan perangkat platform pengujian, dll.

4.5 Perbandingan kinerja dengan engsel fleksibel tanpa kekakuan pada umumnya Dalam literatur [4], engsel fleksibel dengan kekakuan nol ZSFP_CAFP dibuat menggunakan poros lentur sumbu silang (CAFP), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 25.

Perbandingan engsel fleksibel tanpa kekakuan ZSFP_IORFP (Gbr. 21) dan ZSFP_CAFP (Gbr. 25) dibuat menggunakan engsel fleksibel cincin bagian dalam dan luar

(1) ZSFP_IORFP, strukturnya lebih kompak.

(2) Kisaran sudut ZSFP_IORFP kecil. Rentang sudut dibatasi oleh rentang sudut engsel fleksibel itu sendiri; rentang sudut ZSFP_CAFP80°, rentang sudut ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°Pada rentang sudut, ZSFP_IORFP memiliki kualitas kekakuan nol yang lebih tinggi. Kekakuan rata-rata ZSFP_CAFP berkurang sebesar 87%, dan kekakuan rata-rata ZSFP_IORFP berkurang sebesar 93%.

5 kesimpulan

Dengan mengambil engsel fleksibel cincin dalam dan luar dengan torsi murni sebagai subsistem kekakuan positif, pekerjaan berikut telah dilakukan untuk membuat engsel fleksibel dengan kekakuan nol.

(1) Usulkan mekanisme rotasi kekakuan negatif——Untuk mekanisme pegas engkol, model (Rumus (6)) dibuat untuk menganalisis pengaruh parameter struktural terhadap karakteristik kekakuan negatifnya, dan kisaran karakteristik kekakuan negatifnya diberikan (Tabel 1).

(2) Dengan mencocokkan kekakuan positif dan negatif, diperoleh karakteristik kekakuan pegas pada mekanisme pegas engkol (Persamaan (16)), dan model (Persamaan (19)) dibuat untuk menganalisis pengaruh parameter struktural mekanisme pegas engkol terhadap kualitas kekakuan nol engsel fleksibel kekakuan nol Pengaruh, secara teoritis, dalam langkah yang tersedia dari engsel fleksibel cincin dalam dan luar (±20°), rata-rata penurunan kekakuannya bisa mencapai 97%.

(3) Usulkan kekakuan yang dapat disesuaikan“Musim Semi”——Tali pegas daun berbentuk berlian dibuat untuk menentukan model kekakuannya (Persamaan (23)) dan diverifikasi dengan metode elemen hingga.

(4) Menyelesaikan desain, pemrosesan, dan pengujian sampel engsel fleksibel kompak tanpa kekakuan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa: di bawah aksi torsi murni, the36°Dalam rentang sudut rotasi, dibandingkan dengan engsel fleksibel cincin dalam dan luar, kekakuan engsel fleksibel tanpa kekakuan berkurang rata-rata sebesar 93%.

Engsel fleksibel tanpa kekakuan yang dibangun hanya dapat diwujudkan di bawah aksi torsi murni“kekakuan nol”, tanpa mempertimbangkan kasus menanggung kondisi pembebanan yang kompleks. Oleh karena itu, konstruksi engsel fleksibel tanpa kekakuan pada kondisi beban yang kompleks menjadi fokus penelitian lebih lanjut. Selain itu, mengurangi gesekan yang terjadi selama pergerakan engsel fleksibel dengan kekakuan nol merupakan arah pengoptimalan yang penting untuk engsel fleksibel dengan kekakuan nol.

referensi

[1] HOWELL L L. Mekanisme Kepatuhan[M]. New York: John Wiley&Putra, Inc, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, dll. Kemajuan penelitian pada metode desain mekanisme engsel fleksibel[J]. Jurnal Teknik Mesin Cina, 2010, 46(13):2-13. Juara Yu jin, PEI X U, panggilan BIS, ETA up. Metode Desain Mekanisme Lentur yang canggih [J]. Jurnal Teknik Mesin, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH FM, Herder JL. Desain Sambungan yang Sesuai dengan Kekakuan Nol Generik[C]// Konferensi Rekayasa Desain Internasional ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM EG, Howell LL. Pendekatan non-dimensi untuk keseimbangan statis lentur rotasi [J]. Mekanisme & Teori Mesin, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, dkk. Blok Bangunan Kekakuan Negatif untuk Mekanisme Kepatuhan yang Seimbang Secara Statis: Desain dan Pengujian[J]. Jurnal Mekanisme & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN BD, Howell LL. Pemodelan poros lentur sumbu silang[J]. Teori mekanisme dan mesin, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Sifat-sifat poros lentur bersilangan dan pengaruh titik persilangan strip [J]. Suku Tahunan Penerbangan, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Desain dan eksperimen poros lentur pegas silang rangkap tiga yang diterapkan pada instrumen ultra-presisi [J]. Review Instrumen Ilmiah, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, dll. Penelitian tentang karakteristik kekakuan rotasi engsel fleksibel buluh tiga silang umum [J]. Jurnal Teknik Mesin Cina, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I kata, l IU Lang, suara BIS, ETA. Karakterisasi Kekakuan Rotasi dari Pivot Lentur Triple-cross-spring Umum [J]. Jurnal Teknik Mesin, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Penelitian Perbandingan Kinerja Struktur Topologi Pivot Lentur Lintas Pegas[C]// Konferensi Teknis Teknik Desain Internasional ASME 2014 dan Konferensi Komputer dan Informasi dalam Teknik, Agustus 17–20, 2014, Buffalo, New York, AS. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] aku IU aku, BIS, yang Q. Karakteristik kekakuan batin–poros lentur cincin luar diterapkan pada instrumen ultra-presisi[J]. ARSIP Prosiding Institution of Mechanical Engineers Part C Jurnal Ilmu Teknik Mesin 1989-1996 (vols 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriteria untuk Keseimbangan Statis dari Mekanisme Kepatuhan[C]// Konferensi Teknis Rekayasa Desain Internasional ASME 2010 dan Konferensi Komputer dan Informasi dalam Rekayasa, Agustus 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Model kendala umum untuk lentur balok dua dimensi: Formulasi energi regangan nonlinier[J]. Jurnal Desain Mekanik, 2010, 132: 81009.

Tentang Penulis: Bi Shusheng (penulis koresponden), laki-laki, lahir tahun 1966, dokter, profesor, pembimbing doktoral. Arah penelitian utamanya adalah mekanisme yang sepenuhnya fleksibel dan robot bionik.