Rannsóknir á núllstífni sveigjanlegum lömum byggt á sveiffjöðrunarkerfi_Hinge Knowledge 1

Ágrip: Snúningsstífleiki núllstífleika sveigjanlegu lömanna er um það bil núll, sem sigrar þann galla að venjulegir sveigjanlegir lamir krefjast aksturskrafts og hægt er að beita sveigjanlegum gripum og öðrum sviðum. Með því að taka innri og ytri hring sveigjanlega lamir undir áhrifum hreins togs sem jákvæða stífleika undirkerfisins, getur rannsóknin Neikvæð stífni vélbúnaður og samsvörun jákvæð og neikvæð stífleiki smíðað núll stífleika sveigjanlegan löm. Leggðu til neikvæða stífleika snúningskerfi——Sveifvorbúnaður, mótaði og greindi neikvæða stífleikaeiginleika þess; með því að passa saman jákvæða og neikvæða stífleika, greindi áhrif burðarbreyta sveiffjöðrunarbúnaðarins á núllstífleikagæði; lagði til línulegan gorm með sérsniðnum stífleika og stærð——Tígullaga blaðfjöðurstrengur, stífleikalíkanið var komið á og sannprófun á endanlegum þáttum var framkvæmd; loks var lokið við hönnun, vinnslu og prófun á þéttu, núllstífu sveigjanlegu lömsýni. Prófunarniðurstöðurnar sýndu að: undir áhrifum hreins togs,±18°Á sviði snúningshorna er snúningsstífleiki núllstífleika sveigjanlegu lömanna 93% lægri en sveigjanlegra lamir innri og ytri hringsins að meðaltali. Sveigjanlega lömin með núllstífleika hefur þétta uppbyggingu og hágæða núllstífleika; fyrirhugaða snúningskerfi fyrir neikvæða stífleika og línulegt. Vorið hefur mikið viðmiðunargildi fyrir rannsókn á sveigjanlegum vélbúnaði.

0 formála

Sveigjanlegur löm (legur)

^[1-2]

Með því að treysta á teygjanlega aflögun sveigjanlegu einingarinnar til að senda eða umbreyta hreyfingu, krafti og orku, hefur það verið mikið notað í nákvæmni staðsetningu og öðrum sviðum. Í samanburði við hefðbundnar stífar legur er endurheimtandi augnablik þegar sveigjanleg löm snýst. Þess vegna þarf drifeiningin að gefa úttak til að keyra og halda snúningi sveigjanlegu lömarinnar. Núll stífleiki sveigjanlegur löm

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) er sveigjanlegur snúningsliður þar sem snúningsstífleiki er um það bil núll. Þessi tegund af sveigjanlegum lömum getur verið í hvaða stöðu sem er innan höggsviðsins, einnig þekkt sem sveigjanleg löm fyrir kyrrstöðujafnvægi

^[4]

, eru aðallega notaðir á sviðum eins og sveigjanlegum gripum.

Byggt á mát hönnunarhugmynd sveigjanlega vélbúnaðarins er hægt að skipta öllu núllstífleika sveigjanlegu lömkerfinu í tvö undirkerfi með jákvæða og neikvæða stífleika og hægt er að gera núllstífleikakerfið með samsvörun jákvæðrar og neikvæðrar stífni.

^[5]

. Meðal þeirra er jákvæða stífni undirkerfið venjulega sveigjanleg löm með stórum höggum, svo sem sveigjanleg löm með þverreiti

^[6-7]

, Almenn þriggja krossa reed sveigjanleg löm

^[8-9]

og innri og ytri hring sveigjanleg lamir

^[10-11]

O.s.frv. Sem stendur hafa rannsóknir á sveigjanlegum lamir náð miklum árangri, þess vegna er lykillinn að því að hanna sveigjanlegar lamir með núllstífni að passa við viðeigandi neikvæðar stífleikaeiningar fyrir sveigjanlegar lamir[3].

Innri og ytri hring sveigjanleg lamir (Inner and ytri hring flexural pivots, IORFP) hafa framúrskarandi eiginleika hvað varðar stífleika, nákvæmni og hitastig. Samsvarandi neikvæða stífleikaeiningin veitir byggingaraðferðina á núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar og lýkur að lokum hönnun, sýnishornsvinnslu og prófun á núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar.

1 sveiffjöðrabúnaður

1.1 Skilgreining á neikvæðri stífni

Almenn skilgreining á stífni K er breytingahraði á milli álags F sem teygjanlegt frumefni ber og samsvarandi aflögunar dx

K= dF/dx (1)

Þegar álagsaukning teygjanlegra þátta er andstæð tákninu fyrir samsvarandi aflögunaraukning er það neikvæð stífleiki. Líkamlega samsvarar neikvæði stífleikinn kyrrstöðuóstöðugleika teygjanlegra þátta

^[12]

.Neikvæðar stífleikakerfi gegna mikilvægu hlutverki á sviði sveigjanlegrar stöðujafnvægis. Venjulega hafa neikvæðar stífniaðferðir eftirfarandi eiginleika.

(1) Vélbúnaðurinn geymir ákveðið magn af orku eða verður fyrir ákveðinni aflögun.

(2) Vélbúnaðurinn er í mikilvægu óstöðugleikaástandi.

(3) Þegar vélbúnaðurinn er örlítið truflaður og fer úr jafnvægisstöðu getur það losað um stærri kraft, sem er í sömu átt og hreyfingin.

1.2 Byggingarreglan um sveigjanlegan löm með núllstífni

Hægt er að smíða sveigjanlega lömina með núllstífleika með því að nota jákvæða og neikvæða stífleikasamsvörun og meginreglan er sýnd á mynd 2.

(1) Undir verkun hreins togs hafa sveigjanlegu lamir innri og ytri hringsins um það bil línulegt tog-snúningshornssamband, eins og sýnt er á mynd 2a. Sérstaklega þegar skurðpunkturinn er staðsettur við 12,73% af reyrlengdinni er sambandið við snúningshornið línulegt

^[11]

, á þessum tíma er endurheimtarstund Mpivot (réttsælis) á sveigjanlegu löminni tengt snúningshorni legunnarθ(rangsælis) sambandið er

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Í formúlunni er E teygjustuðull efnisins, L er lengd reyrsins og I er tregðustund hlutans.

(2) Samkvæmt snúningsstífleikalíkaninu á sveigjanlegu lömunum á innri og ytri hringnum er snúningsbúnaðurinn fyrir neikvæða stífleika samræmd og neikvæðar stífleikaeiginleikar hans eru sýndir á mynd 2b.

(3) Í ljósi óstöðugleika hins neikvæða stífleikakerfis

^[12]

, stífleiki núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar ætti að vera um það bil núll og meiri en núll, eins og sýnt er á mynd 2c.

1.3 Skilgreining á sveiffjöðrunarbúnaði

Samkvæmt bókmenntum [4] er hægt að smíða sveigjanlegan löm með núllstífni með því að setja fyrirfram vansköpuð gorm á milli stífa líkamans sem hreyfist og fasta stífa líkamans sveigjanlegu lömarinnar. Fyrir innri og ytri hring sveigjanlega löm sem sýnd er á mynd. 1, er gormur settur á milli innri hringsins og ytri hringsins, þ.e.a.s. fjöðrsveifbúnaður (SCM) er kynntur. Með vísan til sveifarrennunarbúnaðarins sem sýndur er á mynd 3, eru tengdar breytur sveiffjaðrbúnaðarins sýndar á mynd 4. Sveif-gormbúnaðurinn er samsettur úr sveif og gorm (stillt stífleiki sem k). upphafshornið er hornið sem fylgir með sveif AB og grunn AC þegar gormurinn er ekki aflögaður. R táknar sveiflengdina, l táknar grunnlengdina og skilgreinir sveiflengdarhlutfallið sem hlutfall r á móti l, þ.e.a.s. = r/l (0<<1).

Smíði sveif-gormbúnaðarins krefst ákvörðunar á 4 breytum: grunnlengd l, sveiflengdarhlutfall , upphafshorn og fjaðrstífleiki K.

Aflögun sveiffjöðrunarbúnaðarins undir krafti er sýnd á mynd 5a, í augnablikinu M

_γ

Undir aðgerðinni færist sveifin frá upphafsstöðu AB

_Beta

snúðu þér að AB

_γ

, meðan á snúningsferlinu stendur, fylgir horn sveifarinnar miðað við lárétta stöðu

_γ

kallað sveifhornið.

Eigindleg greining sýnir að sveifin snýst frá AB (upphafsstaða, M & gamma; Núll) til AB0 (“dauður punktur”staðsetning, M

_γ

er núll), hefur sveif-gormbúnaðurinn aflögun með neikvæða stífleikaeiginleika.

1.4 Sambandið milli togs og snúningshorns sveiffjöðrunarbúnaðarins

Í mynd. 5, togið M & gamma; réttsælis er jákvætt, sveifhornið & gamma; rangsælis er jákvætt og augnabliksálagið M er mótað og greint hér að neðan.

_γ

með sveifhorni

_γ

Sambandið á milli líkanaferlisins er vídd.

Eins og sýnt er á mynd 5b er togjafnvægisjöfnan fyrir sveif AB & gamma er skráð.

Í formúlunni, F & gamma; er gormaflið, d & gamma; er F & gamma; við lið A. Gerum ráð fyrir að færslu-álagssamband gormsins sé

Í formúlunni er K fjöðrstífleiki (ekki endilega fast gildi),δ

xγ

er magn voraflögunar (stytt í jákvætt),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Samtímisgerð (3)(5), augnablik M

_γ

með horni

_γ

Sambandið er

1.5 Greining á neikvæðum stífleikaeiginleikum sveif-gormbúnaðarins

Til að auðvelda greiningu á neikvæðum stífleikaeiginleikum sveiffjöðrunarbúnaðarins (stund M

_γ

með horni

_γ

samband), má gera ráð fyrir að gormurinn hafi línulega jákvæða stífleika, þá er hægt að endurskrifa formúlu (4) sem

Í formúlunni er Kconst fasti stærri en núll. Eftir að stærð sveigjanlegu lömarinnar er ákvörðuð er lengd l grunnsins einnig ákvörðuð. Þess vegna, að því gefnu að l sé fasti, er hægt að endurskrifa formúlu (6) sem

þar sem Kconstl2 er fasti stærri en núll og augnabliksstuðullinn m & gamma; hefur stærð eins. Neikvæða stífleikaeiginleika sveiffjaðrunarbúnaðarins er hægt að fá með því að greina sambandið milli togstuðulsins m & gamma; og snúningshornið & gamma.

Frá jöfnu (9) sýnir mynd 6 upphafshornið =π samband milli m & gamma; og lengdarhlutfall sveifs og snúningshorn & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& isin;[0, π]. Mynd 7 sýnir samband m & gamma; og snúningshorn & gamma; fyrir = 0,2 og mismunandi . Mynd 8 sýnir =π Þegar, undir mismunandi , sambandið milli m & gamma; og horn & gamma.

Samkvæmt skilgreiningu á sveiffjöðrum (kafli 1.3) og formúlu (9), þegar k og l eru stöðugir, m & gamma; Aðeins tengd við horn & gamma;, lengd sveifarhlutfalls og upphafshorns sveifs .

(1) Ef og aðeins ef & gamma; er jafnt og 0 eðaπ eða ,m & gamma; er núll; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; er stærra en núll; & gamma; & er í;[π],m & gamma; minna en núll. & isin;[0, ],m & gamma; er stærra en núll; & gamma;& er í;[π],m & gamma; minna en núll.

(2) & gamma; Þegar [0, ], snúningshornið & gamma; hækkar, m & gamma; stækkar úr núlli í beygingarpunktshornið & gamma;0 tekur hámarksgildið m & gamma;max, og minnkar síðan smám saman.

(3) Neikvætt stífleikasvið sveiffjöðrunarbúnaðarins: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], á þessum tíma & gamma; eykst (rangsælis) og togið M & gamma; hækkar (réttsælis). Beygingarpunktshornið & gamma;0 er hámarkssnúningshorn neikvæða stífleikans sem einkennist af sveif-fjaðri vélbúnaði og & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max er hámarks neikvæða augnabliksstuðullinn. Gefin og , afleiðslu jöfnu (9) gefur & gamma;0

(4) því stærra sem upphafshornið er, & gamma; því stærri 0, m

_γhámark

stærri.

(5) því stærra sem lengdarhlutfallið er, & gamma; því minni 0, m

_γhámark

stærri.

Einkum =πNeikvæð stífleikaeiginleikar sveiffjöðrunarbúnaðarins eru bestir (neikvæðu stífleikahornið er stórt og togið sem hægt er að veita er stórt). =πÁ sama tíma, við mismunandi aðstæður, hámarks snúningshorn & gamma neikvæða stífleika sem einkennir sveiffjöðrunarbúnaðinn; 0 og hámarks neikvæður togstuðull m & gamma; Max er skráð í töflu 1.

2 Smíði sveigjanlegrar löm með núllstífni

Samsvörun jákvæðrar og neikvæðrar stífni 2.1 er sýndur á mynd 9, n(n 2) hópar samhliða sveiffjöðurbúnaðar eru jafnt dreift um ummálið og mynda neikvæða stífleikabúnað sem passar við sveigjanlega lamir innri og ytri hringsins.

Notaðu sveigjanlega lamir innri og ytri hringsins sem undirkerfi fyrir jákvæða stífleika til að búa til sveigjanlegan löm með núllstífleika. Til að ná núllstífleika skaltu passa við jákvæða og neikvæða stífleika

samtímis (2), (3), (6), (11) og & gamma;=θ, álagið F & gamma vorsins er hægt að fá; og tilfærsluδTengsl x & gamma; er

Samkvæmt kafla 1.5, neikvæða stífni horn svið sveif vor vélbúnaður: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] og & gamma;0 & isin;[0, ], skal höggið á núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar vera minna en & gamma;0, ég .e. vorið er alltaf í aflögu ástandi (δxγ≠0). Snúningssvið innri og ytri hrings sveigjanlegra lamir er±0,35 rad(±20°), einfalda hornafræðiföllin sin & gamma; og cos & gamma; eins og hér segir

Eftir einföldun, álag-tilfærslu tengsl gormsins

2.2 Villugreining á jákvæðu og neikvæðu stífleikalíkani

Metið villuna sem stafar af einfaldaðri meðferð jöfnunnar (13). Samkvæmt raunverulegum vinnslubreytum núllstífleika sveigjanlegra löm (kafli 4.2): n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; Mál innri og ytri hrings sveigjanlegs löm reed L = 46mm, T = 0,3 mm, B = 9,4 mm; Samanburðarformúlurnar (12) og (14) einfalda álagsfærslusambandið og hlutfallslega skekkju að framan og aftan eins og sýnt er á myndum 10a og 10b í sömu röð.

Eins og sýnt er á mynd 10, & gamma; er minna en 0,35 rad (20°), hlutfallsleg villa sem stafar af einfaldaðri meðhöndlun á álagsfærsluferlinu fer ekki yfir 2,0%, og formúlan

Hægt er að nota einfaldaða meðferð á (13) til að smíða sveigjanlegar lamir með núllstífni.

2.3 Stífleikaeiginleikar gormsins

Að því gefnu að stífleiki gormsins sé K, samtímis (3), (6), (14)

Samkvæmt raunverulegum vinnslubreytum núllstífleika sveigjanlegrar löm (kafli 4.2), breytingaferill vorstífleika K með horn & gamma; er sýnt á mynd 11. Sérstaklega hvenær & gamma;= 0, K tekur lágmarksgildið.

Til þæginda fyrir hönnun og vinnslu tekur gormurinn upp línulega jákvæða stífleikafjöðr og stífleikinn er Kconst. Í heilu högginu, ef heildarstífleiki sveigjanlegu lömarinnar með núllstífni er meiri en eða jafnt og núll, ætti Kconst að taka lágmarksgildið K

Jafna (16) er stífleikagildi línulegs jákvæða stífleikafjöðursins þegar sveigjanleg löm með núllstífleika er smíðuð. 2.4 Greining á gæðum núllstífleika Hleðslu-tilfærsla sambands smíðuðu núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar er

Hægt er að fá samtímis formúlu (2), (8), (16).

Til að meta gæði núllstífleika er minnkunarsvið sveigjanlegrar lömstífleika fyrir og eftir að neikvæðu stífleikaeiningunni er bætt við skilgreint sem núllstífleikastuðullinn.η

η Því nær 100%, því meiri gæði núllstífleika. Mynd 12 er 1-η Tengsl við sveiflengdarhlutfall og upphafshorn η Það er óháð fjölda n samhliða sveiffjaðrabúnaðar og lengd l grunnsins, en tengist aðeins sveiflengdarhlutfallinu, snúningshorninu & gamma; og upphafshornið.

(1) Upphafshornið eykst og gæðin núllstífleika batna.

(2) Lengdarhlutfallið eykst og núllstífleiki minnkar.

(3) Horn & gamma; eykst, núll stífleiki gæði minnkar.

Til að bæta núllstífleikagæði sveigjanlegra lömanna með núllstífleika ætti upphafshornið að taka stærra gildi; lengdarhlutfall sveifsins ætti að vera eins lítið og mögulegt er. Á sama tíma, samkvæmt greiningarniðurstöðum í kafla 1.5, ef það er of lítið, verður hæfni sveiffjöðrunarbúnaðarins til að veita neikvæða stífleika veik. Til þess að bæta núllstífleikagæði sveigjanlegu lömarinnar með núllstífleika er upphafshornið =π, sveif lengd hlutfall = 0,2, það er, í raun vinnslu breytur kafla 4.2 núll stífleiki sveigjanlegur löm.

Samkvæmt raunverulegum vinnslubreytum núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar (kafli 4.2), er toghornssambandið milli sveigjanlegra lamir innri og ytri hrings og sveigjanlegra löm núllstífleika sýnt á mynd 13; lækkun á stífleika er núllstífleikastuðullinnηSambandið við hornið & gamma; er sýnt á mynd 14. Með mynd 14: Í 0,35 rad (20°) snúningssvið, stífleiki núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar minnkar að meðaltali um 97%; 0,26 rad(15°) horn, það minnkar um 95%.

3 Hönnun línulegs jákvæðs stífleika vor

Bygging sveigjanlegra löm með núllstífni er venjulega eftir að stærð og stífleiki sveigjanlegu lömarinnar eru ákvörðuð, og þá er stífleiki vorsins í sveifarfjöðrbúnaðinum snúið við, þannig að stífleiki og stærðarkröfur fjaðrsins eru tiltölulega strangar. Að auki er upphafshornið =π, frá mynd 5a, meðan á snúningi núllstífu sveigjanlegu lömarinnar stendur, er gormurinn alltaf í þjappað ástandi, þ.e.“Þjöppunarfjöður”.

Stífleiki og stærð hefðbundinna þrýstifjaðra er erfitt að aðlaga nákvæmlega og oft er þörf á stýrikerfi í forritum. Því er lagt til gorm sem hægt er að aðlaga stífleika og stærð——Tígullaga blaðfjaðrastrengur. Tígullaga blaðfjaðrastrengurinn (Mynd 15) er samsettur úr mörgum tígullaga blaðfjöðrum sem eru tengdir í röð. Það hefur einkenni frjálsrar byggingarhönnunar og mikillar aðlögunar. Vinnslutækni þess er í samræmi við sveigjanlega lamir og báðar eru unnar með nákvæmni vírklippingu.

3.1 Hleðsla-tilfærsla líkan af tígullaga blaðfjöðurstreng

Vegna samhverfu rhombic blaðfjöðursins þarf aðeins einn blaðfjöður að fara í álagsgreiningu eins og sést á mynd 16. α er hornið á milli reyrsins og lárétta, lengd, breidd og þykkt reyrsins eru Ld, Wd, Td í sömu röð, f er víddarsamræmda álagið á tígulblaðfjöðrun,δy er aflögun rhombic blaðfjöðurs í y-stefnu, kraftur fy og augnablik m eru jafngildir álag á enda eins reyrs, fv og fw eru kraftaþættir fy í wov hnitakerfinu.

Samkvæmt geislaaflögunarkenningunni um AWTAR[13] er víddarsamræmt álags-tilfærsla samband eins reyrs.

Vegna þvingunarsambands stífa líkamans á reyrnum er endahorn reyrsins fyrir og eftir aflögun núll, þ.e.θ = 0. Samtímis (20)(22)

Jafna (23) er víddarsameiningarlíkan álags-tilfærslu á rhombic blaðfjöðri. n2 rhombic lauffjaðrir eru tengdir í röð og álagsfærslulíkan þess er

Frá formúlu (24), hvenærαÞegar d er lítið er stífleiki tígullaga blaðfjöðrastrengsins um það bil línuleg við dæmigerð stærð og dæmigerð álag.

3.2 Endanlegir þættir eftirlíkingar sannprófun líkansins

Eftirlíking af endanlegum þáttum á álagsfærslulíkani tígullaga blaðfjöðursins er framkvæmd. Með því að nota ANSYS Mechanical APDL 15.0 eru eftirlíkingarbreyturnar sýndar í töflu 2 og þrýstingur upp á 8 N er beitt á tígullaga blaðfjöðrun.

Samanburður á milli líkananiðurstaðna og uppgerðaniðurstöður álags-tilfærslu tígulblaðfjöðursambandsins er sýndur á mynd. 17 (víddarvæðing). Fyrir fjóra tígulblaðfjaðrir með mismunandi hallahorn fer hlutfallsleg skekkja á milli líkansins og niðurstöður endanlegra frumefna ekki meiri en 1,5%. Réttmæti og nákvæmni líkansins (24) hefur verið sannreynd.

4 Hönnun og prófun á sveigjanlegri löm með núllstífni

4.1 Hönnun færibreytu á sveigjanlegri löm með núllstífni

Til að hanna sveigjanlegan löm með núllstífni ætti fyrst að ákvarða hönnunarfæribreytur sveigjanlegu lömarinnar í samræmi við þjónustuskilyrði og síðan ætti að reikna viðeigandi breytur sveiffjöðrunarbúnaðarins öfugt.

4.1.1 Sveigjanlegar lömbreytur

Skurðpunktur sveigjanlegra lamira innri og ytri hringsins er staðsettur í 12,73% af reyrlengdinni og færibreytur hans eru sýndar í töflu 3. Ef skipt er út í jöfnu (2) er snúningshornssamband innri og ytri hrings sveigjanlegra lamir

4.1.2 Neikvæðar stífleikakerfisbreytur

Eins og sýnt er á mynd. 18, þar sem fjöldi n sveiffjaðrabúnaðar er tekinn samhliða sem 3, er lengdin l = 40 mm ákvörðuð af stærð sveigjanlegu lömarinnar. samkvæmt niðurstöðu kafla 2.4 er upphafshornið =π, sveiflengdarhlutfall = 0,2. Samkvæmt jöfnu (16) er stífleiki gormsins (þ.e.a.s. tígulblaðfjöðurstrengur) er Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Fjöðurstrengsbreytur demantsblaða

með l = 40 mm, =π, = 0,2, upprunaleg lengd gormsins er 48 mm og hámarks aflögun (& gamma;= 0) er 16 mm. Vegna takmarkana á burðarvirki er erfitt fyrir einn tígulblaðfjöður að framleiða svo mikla aflögun. Með því að nota fjóra tígulblaðfjaðri í röð (n2 = 4) er stífleiki eins tígulblaðfjöður

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

Samkvæmt stærð neikvæða stífleikabúnaðarins (Mynd 18), miðað við reyrlengd, breidd og reyrhalla tígullaga blaðfjöðrsins, má ráða reyrinn út frá formúlu (23) og stífleikaformúlu (27) í tígullaga blaðfjöðrið Þykkt. Byggingarfæribreytur tígulblaðfjaðra eru taldar upp í töflu 4.

yfirborð4

Í stuttu máli hafa færibreytur núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar, byggðar á sveifarfjöðrunarbúnaðinum, allar verið ákvarðaðar, eins og sýnt er í töflu 3 og töflu 4.

4.2 Hönnun og vinnsla á núllstífleika sveigjanlegu lömsýnisins. Sjá rit [8] fyrir vinnslu- og prófunaraðferð sveigjanlegu lömanna. Núllstífleiki sveigjanlegur löm er samsettur af neikvæðum stífleikabúnaði og innri og ytri hring sveigjanlegri löm samhliða. Byggingarhönnunin er sýnd á mynd 19.

Bæði innri og ytri hringurinn sveigjanlegur lamir og tígullaga blaðfjöðurstrengir eru unnar með nákvæmum vírskurðarvélum. Sveigjanlegu lamir innri og ytri hringsins eru unnar og settir saman í lög. Mynd 20 er eðlisfræðileg mynd af þremur settum af tígullaga blaðfjöðurstrengjum og mynd 21 er samansett núllstífleiki. eðlisfræðilega myndin af sveigjanlega lömsýninu.

4.3 Snúningsstífleikaprófunarpallur núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar Með því að vísa til snúningsstífleikaprófunaraðferðarinnar í [8], er snúningsstífleikaprófunarpallur núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar byggður, eins og sýnt er á mynd 22.

4.4 Tilraunavinnsla gagna og villugreining

Snúningsstífleiki sveigjanlegra lamira innri og ytri hringsins og sveigjanlegra lamir með núllstífni var prófaður á prófunarpallinum og prófunarniðurstöðurnar eru sýndar á mynd 23. Reiknaðu og teiknaðu núllstífleikagæðaferil núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar samkvæmt formúlu (19), eins og sýnt er á mynd. 24.

Prófunarniðurstöðurnar sýna að snúningsstífleiki núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar er nálægt núlli. Í samanburði við innri og ytri hring sveigjanlega lamir, núll-stífleiki sveigjanlegur löm±0,31 rad(18°) stífleiki minnkaði að meðaltali um 93%; 0,26 rad (15°), stífnin minnkar um 90%.

Eins og sést á myndum 23 og 24 er enn ákveðið bil á milli prófunarniðurstaðna á núllstífleikagæðunum og niðurstöðum fræðilegs líkans (hlutfallsleg skekkja er innan við 15%) og eru helstu ástæður villunnar sem hér segir.

(1) Líkanvillan sem stafar af einföldun hornafræðifalla.

(2) Núningur. Það er núningur á milli tígulblaðfjöðrastrengsins og uppsetningarskaftsins.

(3) Vinnsluvilla. Það eru villur í raunverulegri stærð reyrsins o.s.frv.

(4) Samsetningarvilla. Bilið á milli uppsetningargats tígullaga blaðfjöðrastrengsins og skaftsins, uppsetningarbil prófunarpallsins osfrv.

4.5 Samanburður á afköstum við dæmigerða sveigjanlega lamir með núllstífleika Í bókmenntum [4] var sveigjanleg lamir ZSFP_CAFP með núllstífleika smíðaður með því að nota þversása sveigjanlegan snúningspúða (CAFP), eins og sýnt er á mynd 25.

Samanburður á núllstífu sveigjanlegu lömunum ZSFP_IORFP (mynd. 21) og ZSFP_CAFP (mynd. 25) smíðuð með því að nota sveigjanlega lamir innri og ytri hringsins

(1) ZSFP_IORFP, uppbyggingin er þéttari.

(2) Hornsvið ZSFP_IORFP er lítið. Hornsviðið er takmarkað af hornsviðinu á sveigjanlegu löminni sjálfri; hornsvið ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP hornsvið40°.

(3) ±18°Í horninu hefur ZSFP_IORFP meiri gæði sem er núllstífleiki. Meðalstífleiki ZSFP_CAFP minnkar um 87% og meðalstífleiki ZSFP_IORFP minnkar um 93%.

5 Niðurstaða

Með því að taka sveigjanlega löm innri og ytri hringsins undir hreinu tog sem jákvæða stífleika undirkerfisins, hefur eftirfarandi vinna verið unnin til að smíða sveigjanlegan löm með núllstífleika.

(1) Leggðu til neikvæða stífleika snúningskerfi——Fyrir sveiffjöðrunarbúnaðinn var sett á laggirnar líkan (formúla (6)) til að greina áhrif burðarvirkja á neikvæða stífleikaeiginleika hans og svið neikvæðra stífleikaeiginleika hans var gefið upp (tafla 1).

(2) Með því að passa saman jákvæða og neikvæða stífleikana fást stífleikaeiginleikar gormsins í sveifarfjöðrunarbúnaðinum (jöfnu (16)) og líkanið (jöfnu (19)) er komið á til að greina áhrif byggingarbreytanna á sveiffjöðrunarbúnaðinum á núllstífleika gæði sveigjanlegrar löms með núllstífleika. Fræðilega séð, innan tiltæks slags sveigjanlegu lömarinnar á innri og ytri hringnum (±20°), getur meðalminnkun á stífni náð 97%.

(3) Leggðu til sérsniðna stífleika“vor”——Tígullaga blaðfjöðurstrengur var stofnaður til að koma á stífleikalíkani þess (jöfnu (23)) og sannreyndur með endanlegum þáttum.

(4) Ljúki við hönnun, vinnslu og prófun á þéttu, núllstífu sveigjanlegu lömsýni. Prófunarniðurstöðurnar sýna að: undir áhrifum hreins togs,36°Á bilinu snúningshorna, samanborið við sveigjanlega lömir innri og ytri hringsins, minnkar stífleiki núllstífleika sveigjanlegu lömarinnar um 93% að meðaltali.

Sveigjanlega lömin með núllstífleika er aðeins undir áhrifum hreins togs, sem getur gert sér grein fyrir“núll stífni”, án þess að huga að því að bera flókin hleðsluskilyrði. Þess vegna er bygging sveigjanlegra lamir með núllstífni við flóknar álagsskilyrði í brennidepli í frekari rannsóknum. Að auki er mikilvæg hagræðingarstefna fyrir sveigjanlega lamir með núllstífni að draga úr núningi sem er til staðar við hreyfingu sveigjanlegra lamir með núllstífni.

tilvísanir

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng o.fl. Rannsóknarframfarir á hönnunaraðferðum sveigjanlegra lömunarbúnaðar[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13. Y u jin meistari, PEI X U, BIS kall, ETA upp. Nýjustu hönnunaraðferðir fyrir sveigjanleikakerfi[J]. Tímarit um vélaverkfræði, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Hönnun á almennum núllstífleikasamhæfðum samskeyti[C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Óvíddaraðferð fyrir kyrrstöðujafnvægi á snúningsbeygjum[J]. Vélbúnaður & Machine Theory, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, o.fl. Neikvæðar stífni byggingareiningar fyrir stöðufræðilega jafnvægissamhæfða vélbúnað: Hönnun og prófun[J]. Journal of Mechanisms & Vélfærafræði, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Líkönun á sveigjanlegum þverásum[J]. Mechanism and machine theory, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Eiginleikar krossaðra sveigjanlegra snúninga og áhrif punktsins þar sem ræmurnar fara yfir[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Hönnun og tilraunir með almennum þrefalda þverfjöðrum sveigjanlegum snúningum sem beitt er á ofurnákvæmu tækin[J]. Review of Scientific Instruments, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng o.fl. Rannsóknir á snúningsstífleikaeiginleikum almennra þriggja krossa reyr sveigjanlegra lamir[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q ég orð, l IU Lang, BIS rödd, ETA. Snúningsstífleiki einkenni almennra þrefaldra þverfjaðra sveigjanlegra snúninga[J]. Tímarit um vélaverkfræði, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Rannsóknir á árangri Samanburður á svæðisfræði uppbyggingu þversum vorbeygjusnúnings[C]// ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, ágúst 17–20, 2014, Buffalo, New York, Bandaríkjunum. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Stífleiki einkenni innri–sveigjanleikar ytri hringsins sem eru beittir á ofurnákvæmu hljóðfærin[J]. SKJALASAFN 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. Viðmiðanir fyrir kyrrstöðujafnvægi á samhæfðum kerfum[C]// ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, ágúst 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Almennt þvingunarlíkan fyrir tvívíddar geislabeygjur: Ólínuleg álagsorkusamsetning[J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Um höfundinn: Bi Shusheng (samsvarandi höfundur), karl, fæddur 1966, læknir, prófessor, doktorsleiðbeinandi. Helsta rannsóknarstefna hans er fullkomlega sveigjanleg vélbúnaður og lífræn vélmenni.