Аннотация: Нөлдік қаттылығы бар иілгіш топсаның айналу қаттылығы шамамен нөлге тең, бұл кәдімгі иілгіш топсалар қозғау моментін қажет ететін ақауды жеңеді және икемді ұстағыштарға және басқа өрістерге қолданылуы мүмкін. Оң қаттылықтың ішкі жүйесі ретінде таза моменттің әсерінен ішкі және сыртқы сақинаның икемді ілмектерін ала отырып, теріс қаттылық механизмі және оң және теріс қаттылыққа сәйкес келетін зерттеу нөлдік қаттылық икемді ілмекті құра алады. Теріс қаттылықтың айналу механизмін ұсыныңыз——Иінді серіппе механизмі, оның теріс қаттылық сипаттамаларын модельдеді және талдады; оң және теріс қаттылықты сәйкестендіру арқылы иінді серіппе механизмінің құрылымдық параметрлерінің қаттылықтың нөлдік сапасына әсері талданды; теңшелетін қаттылығы мен өлшемі бар сызықтық серіппені ұсынды——Алмаз тәрізді жапырақты серіппелі жіп, қаттылық моделі құрылды және соңғы элементтерді модельдеуді тексеру жүргізілді; соңында нөлдік қаттылықтағы ықшам иілгіш топса үлгісін жобалау, өңдеу және сынау аяқталды. Сынақ нәтижелері мынаны көрсетті: таза моменттің әсерінен,±18°Айналу бұрыштарының диапазонында нөлдік қаттылығы бар иілгіш топсаның айналу қаттылығы ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалардың айналу қаттылығы орта есеппен 93% төмен. Құрылған нөлдік қаттылық икемді топса ықшам құрылымға және жоғары сапалы нөлдік қаттылыққа ие; ұсынылған теріс қаттылық айналу механизмі және сызықтық серіппе иілгіш механизмді зерттеу үшін үлкен анықтамалық мәнге ие.

0 алғы сөз

Иілгіш топса (мойынтірек)

[1-2]

Қозғалыс, күш пен энергияны беру немесе түрлендіру үшін икемді қондырғының серпімді деформациясына сүйене отырып, ол дәл позициялауда және басқа салаларда кеңінен қолданылды. Дәстүрлі қатты мойынтіректермен салыстырғанда, икемді топса айналу кезінде қалпына келтіру сәті бар. Сондықтан жетек блогы жетекті және икемді топсаның айналуын сақтау үшін шығыс моментін қамтамасыз етуі керек. Нөлдік қаттылық икемді топса

[3]

(Нөлдік қаттылық иілу бұрылуы, ZSFP) - айналу қаттылығы шамамен нөлге тең болатын икемді айналмалы қосылыс. Иілгіш топсаның бұл түрі статикалық тепе-теңдік икемді топса ретінде де белгілі инсульт ауқымында кез келген позицияда тұра алады.

[4]

, көбінесе икемді ұстағыштар сияқты салаларда қолданылады.

Иілгіш механизмнің модульдік концепциясына сүйене отырып, нөлдік қаттылықтағы икемді топсаның бүкіл жүйесін оң және теріс қаттылықтың екі ішкі жүйесіне бөлуге болады, ал нөлдік қаттылық жүйесін оң және теріс қаттылықтың сәйкестігі арқылы жүзеге асыруға болады

[5]

. Олардың ішінде оң қаттылықтың ішкі жүйесі әдетте үлкен инсультті икемді топса болып табылады, мысалы, айқаспалы иілгіш топса

[6-7]

, жалпыланған үш айқас қамыс икемді топса

[8-9]

және ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалар

[10-11]

Тек. Қазіргі уақытта икемді топсалар бойынша зерттеулер көптеген нәтижелерге қол жеткізді, сондықтан нөлдік қаттылық икемді топсаларды жобалаудың кілті икемді топсалар үшін қолайлы теріс қаттылық модульдерін сәйкестендіру болып табылады[3].

Ішкі және сыртқы сақинаның иілгіш ілмектер (ішкі және сыртқы сақинаның иілу бұрылыстары, IORFP) қаттылық, дәлдік және температура ауытқуы бойынша тамаша сипаттамаларға ие. Сәйкес келетін теріс қаттылық модулі нөлдік қаттылық икемді топсаның құрылыс әдісін қамтамасыз етеді және соңында нөлдік қаттылық икемді топсаның дизайнын, үлгісін өңдеуді және сынауды аяқтайды.

1 иінді серіппелі механизм

1.1 Теріс қаттылықтың анықтамасы

Қаттылықтың жалпы анықтамасы – серпімді элемент көтеретін F жүктеме мен сәйкес dx деформациясы арасындағы өзгеру жылдамдығы.

K= dF/dx (1)

Серпімді элементтің жүктеме өсімі сәйкес деформация өсімінің белгісіне қарама-қарсы болса, ол теріс қаттылық болып табылады. Физикалық тұрғыдан теріс қаттылық серпімді элементтің статикалық тұрақсыздығына сәйкес келеді

[12]

.Икемді статикалық тепе-теңдік саласында теріс қаттылық механизмдері маңызды рөл атқарады. Әдетте теріс қаттылық механизмдері келесі сипаттамаларға ие.

(1) механизм белгілі бір энергия мөлшерін сақтайды немесе белгілі бір деформацияға ұшырайды.

(2) Механизм критикалық тұрақсыздық күйінде.

(3) Механизм сәл бұзылып, тепе-теңдік күйінен шыққанда, ол қозғалыспен бірдей бағытта болатын үлкенірек күшті шығара алады.

1.2 Қаттылығы нөлдік иілгіш топсаның құрылыс принципі

Нөлдік қаттылық икемді топса оң және теріс қаттылықты сәйкестендіру арқылы құрастырылуы мүмкін және принцип 2-суретте көрсетілген.

(1) Таза крутящий моменттің әсерінен ішкі және сыртқы сақина иілгіш ілмектер 2а-суретте көрсетілгендей шамамен сызықтық айналу моменті бұрышына ие болады. Әсіресе, қиылысу нүктесі қамыс ұзындығының 12,73% -ында орналасқанда, айналу моменті мен бұрыштың байланысы сызықты болады.

[11]

, бұл уақытта икемді топсаның Mpivot (сағат тілі бағытымен) қалпына келтіру моменті мойынтіректердің айналу бұрышымен байланысты.θ(сағат тіліне қарсы) қатынас болып табылады

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Формуладағы E – материалдың серпімділік модулі, L – қамыстың ұзындығы, I – қиманың инерция моменті.

(2) Ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалардың айналмалы қаттылық үлгісіне сәйкес теріс қаттылықтың айналу механизмі сәйкес келеді және оның теріс қаттылық сипаттамалары 2b-суретте көрсетілген.

(3) Теріс қаттылық механизмінің тұрақсыздығына байланысты

[12]

, нөлдік қаттылық икемді топсаның қаттылығы 2c суретте көрсетілгендей шамамен нөлге тең және нөлден үлкен болуы керек.

1.3 Иінді серіппе механизмінің анықтамасы

Әдебиеттерге сәйкес [4], нөлдік қаттылық иілгіш топсаны қозғалыстағы қатты дене мен иілгіш топсаның қозғалмайтын қатты денесі арасына алдын ала деформацияланған серіппе енгізу арқылы салуға болады. Ішкі және сыртқы сақиналы икемді топса үшін суретте көрсетілген. 1, ішкі сақина мен сыртқы сақина арасына серіппе енгізіледі, яғни серіппелі иінді механизмдер (СКМ) енгізілген. 3-суретте көрсетілген иінді сырғытпа механизміне сілтеме жасай отырып, иінді серіппе механизмінің тиісті параметрлері 4-суретте көрсетілген. Иінді-серіппе механизмі иінді және серіппеден тұрады (қаттылықты k деп белгілеңіз). бастапқы бұрыш – серіппе деформацияланбаған кездегі АВ иіндісі мен АС негізі арасындағы қосылған бұрыш. R иінді ұзындығын, l негізгі ұзындығын білдіреді және иінді ұзындығының қатынасын r мен l қатынасы ретінде анықтайды, I .e. = р/л (0<<1).

Иінді-серіппе механизмінің құрылысы 4 параметрді анықтауды талап етеді: негізгі ұзындығы l, иінді ұзындығы қатынасы , бастапқы бұрыш және серіппе қаттылығы K.

Күш әсерінен иінді серіппе механизмінің деформациясы 5а суретте көрсетілген, қазіргі уақытта М

&гамма;

Әрекет кезінде иінді АВ бастапқы күйінен қозғалады

Бета

AB-ге бұрылыңыз

&гамма;

, айналу процесінде көлденең позицияға қатысты иінді бұрыштың енгізілген

&гамма;

иінді бұрыш деп аталады.

Сапалық талдау иінді АВ-дан (бастапқы күй, М & гамма; Нөл) AB0 (“өлі нүкте”орналасқан жері, М

&гамма;

нөлге тең), иінді серіппелі механизм теріс қаттылық сипаттамалары бар деформацияға ие.

1.4 Иінді серіппе механизмінің айналу моменті мен айналу бұрышы арасындағы байланыс

Суретте. 5, айналу моменті M & гамма; сағат тілімен оң, иінді бұрыш & гамма; сағат тіліне қарсы оң болады, ал моменттік жүктеме M төменде модельденеді және талданады.

&гамма;

иінді бұрышымен

&гамма;

Модельдеу процесі арасындағы байланыс өлшемді.

5b-суретте көрсетілгендей, АВ иіні үшін момент балансының теңдеуі & гамма көрсетілген.

Формулада Ф & гамма; серіппені қалпына келтіру күші, d & гамма; бұл F & гамма; А нүктесіне. Серіппенің орын ауыстыру-жүктеме қатынасы деп есептейік

Формулада K – серіппенің қаттылығы (тұрақты мән емес),δ
x&гамма;

серіппе деформациясының шамасы (оңға дейін қысқартылған),δ
x&гамма;

=|B

Бета

C| – |B

&гамма;

C|.

Бір мезгілде түрі (3)(5), момент М

&гамма;

бұрышпен

&гамма;

Қарым-қатынас

1.5 Иінді-серіппе механизмінің теріс қаттылық сипаттамаларын талдау

Иінді-серіппе механизмінің теріс қаттылық сипаттамаларын талдауды жеңілдету үшін (момент М

&гамма;

бұрышпен

&гамма;

қатынас), серіппенің сызықтық оң қаттылығы бар деп болжауға болады, онда (4) формуланы келесідей қайта жазуға болады.

Формулада Kconst нөлден үлкен тұрақты шама. Иілгіш топсаның өлшемі анықталғаннан кейін негіздің ұзындығы l де анықталады. Сондықтан l тұрақты шама деп есептесек, (6) формуланы келесідей қайта жазуға болады

мұндағы Kconstl2 - нөлден үлкен тұрақты шама, ал момент коэффициенті m & гамма; бір өлшемге ие. Иінді-серіппе механизмінің теріс қаттылық сипаттамаларын момент коэффициенті m арасындағы байланысты талдау арқылы алуға болады. & гамма; және айналу бұрышы & гамма.

(9) теңдеуден 6-суретте бастапқы бұрыш = көрсетілгенπ арасындағы қатынас м & гамма; және иінді ұзындығы қатынасы және айналу бұрышы & гамма;, & isin;[0,1, 0,9],& гамма;& isin;[0, π]. 7-суретте m арасындағы байланыс көрсетілген & гамма; және айналу бұрышы & гамма; үшін = 0,2 және әртүрлі. 8-суретте = көрсетілгенπ Қашан, астында әр түрлі , m арасындағы қатынас & гамма; және бұрыш & гамма.

Иінді серіппе механизмінің анықтамасына сәйкес (1.3-бөлім) және формула (9), k және l тұрақты болғанда, м. & гамма; Тек бұрышқа қатысты & гамма;, иінді ұзындығы қатынасы және иінді бастапқы бұрышы .

(1) Тек және егер & гамма; 0 немесе теңπ немесе , м & гамма; нөлге тең; & гамма; & isin;[0, ],m & гамма; нөлден үлкен; & гамма; & ішінде;[π], м & гамма; нөлден аз. & isin;[0, ],m & гамма; нөлден үлкен; & гамма;& ішінде;[π], м & гамма; нөлден аз.

(2) & гамма; [0, ] болғанда, айналу бұрышы & гамма; артады, м & гамма; нөлден иілу нүктесінің бұрышына дейін артады & гамма;0 m максималды мәнін қабылдайды & гамма;макс, содан кейін бірте-бірте төмендейді.

(3) Иінді серіппе механизмінің теріс қаттылық сипаттамалық диапазоны: & гамма;& isin;[0, & гамма;0], осы уақытта & гамма; артады (сағат тіліне қарсы), ал момент M & гамма; артады (сағат тілімен). Иілу нүктесінің бұрышы & гамма;0 – иінді серіппе механизміне тән теріс қаттылықтың максималды айналу бұрышы және & гамма;0 & isin;[0, ];m & gamma;max – максималды теріс момент коэффициенті. Берілген және , (9) теңдеуінің туындысы шығады & гамма;0

(4) бастапқы бұрыш неғұрлым үлкен болса, & гамма; үлкенірек 0, м

&гамма;макс

үлкенірек.

(5) ұзындық қатынасы неғұрлым үлкен болса, & гамма; кішірек 0, м

&гамма;макс

үлкенірек.

Атап айтқанда, =πИінді серіппе механизмінің теріс қаттылық сипаттамалары ең жақсы (теріс қаттылық бұрышының диапазоны үлкен, ал қамтамасыз етілуі мүмкін момент үлкен). =πСонымен қатар, әртүрлі жағдайларда, максималды айналу бұрышы & иінді серіппе механизміне тән теріс қаттылықтың гаммасы; 0 және максималды теріс айналдыру моментінің коэффициенті m & гамма; Макс 1 кестеде көрсетілген.

1-кесте Бастапқы бұрышπ Максималды теріс қаттылық бұрышы & гамма;0 және иінді ұзындығының әртүрлі қатынасы кезіндегі максималды момент коэффициенті m

&гамма;макс

параметр

мән

иінді ұзындығы қатынасы

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Максималды бұрылу бұрышы & гамма;

0
/рад

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Моменттің максималды коэффициенті m

&гамма;макс

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 Қаттылығы нөлдік икемді топсаның құрылысы

2.1 оң және теріс қаттылықтың сәйкестігі 9-суретте көрсетілген, параллельді иінді серіппелі механизмдердің n(n 2) топтары шеңбер бойына біркелкі таратылып, ішкі және сыртқы сақинаның икемді топсаларымен сәйкес келетін теріс қаттылық механизмін құрайды.

Ішкі және сыртқы сақина икемді топсаларды оң қаттылық ішкі жүйесі ретінде пайдаланып, нөлдік қаттылық икемді топсасын жасаңыз. Нөлдік қаттылыққа жету үшін оң және теріс қаттылықты сәйкестендіріңіз

бір мезгілде (2), (3), (6), (11) және & гамма;=θ, жүк F & серіппенің гаммасын алуға болады; және орын ауыстыруδх қатынасы & гамма; болып табылады

1.5-бөлімге сәйкес иінді серіппе механизмінің теріс қаттылық бұрышының диапазоны: & гамма;& isin;[0, & гамма;0] және & гамма;0 & isin;[0, ], нөлдік қаттылық иілгіш топсаның жүрісі төмен болуы керек & гамма;0, I.e. серіппе әрқашан деформацияланған күйде болады (δx&гамма;&не;0). Ішкі және сыртқы сақинаның иілгіш топсаларының айналу диапазоны болып табылады±0,35 рад(±20°), тригонометриялық функцияларды жеңілдету sin & гамма; және cos & гамма; келесідей

Жеңілдетілгеннен кейін серіппенің жүктеме-орын ауыстыру қатынасы

2.2 Оң және теріс қаттылық сәйкестік моделінің қателік талдауы

(13) теңдеудің оңайлатылған өңдеуінен туындаған қатені бағалаңыз. Нөлдік қаттылық икемді топсаның нақты өңдеу параметрлері бойынша (4.2-бөлім):n = 3,l = 40мм, =π, = 0,2,E = 73 ГПа; Ішкі және сыртқы сақинаның икемді топсасының өлшемдері L = 46 мм, Т = 0,3 мм, В = 9,4 мм; Салыстыру формулалары (12) және (14) сәйкесінше 10a және 10b-суреттерде көрсетілгендей алдыңғы және артқы серіппелердің жүктеменің орын ауыстыру қатынасын және салыстырмалы қателігін жеңілдетеді.

10-суретте көрсетілгендей, & гамма; 0,35 рад (20°), жүк-орын ауыстыру қисығына жеңілдетілген өңдеуден туындаған салыстырмалы қателік 2,0%-дан аспайды және формула

(13) жеңілдетілген өңдеу нөлдік қаттылық икемді топсаларды құру үшін пайдаланылуы мүмкін.

2.3 Серіппенің қаттылық сипаттамасы

Серіппенің қаттылығын K деп есептесек, бір мезгілде (3), (6), (14)

Нөлдік қаттылық икемді топсаның нақты өңдеу параметрлеріне сәйкес (4.2-бөлім), серіппе қаттылығының K бұрышпен өзгеру қисығы & гамма; 11-суретте көрсетілген. Атап айтқанда, қашан & гамма;= 0, К ең аз мәнді қабылдайды.

Дизайн мен өңдеудің ыңғайлылығы үшін серіппе сызықты оң қаттылық серіппесін қабылдайды, ал қаттылық Kconst болып табылады. Бүкіл инсультта, егер нөлдік қаттылық икемді топсаның жалпы қаттылығы нөлден үлкен немесе оған тең болса, Kconst K минималды мәнін қабылдауы керек.

Теңдеу (16) - нөлдік қаттылық икемді топсаны құру кезіндегі сызықтық оң қаттылық серіппесінің қаттылық мәні. 2.4 Нөлдік қаттылық сапасын талдау Салынған нөлдік қаттылық иілгіш топсаның жүктеме мен орын ауыстыру қатынасы

Бір мезгілде (2), (8), (16) формуласын алуға болады

Нөлдік қаттылық сапасын бағалау үшін теріс қаттылық модулін қосқанға дейін және одан кейін икемді топсаның қаттылығының төмендеу диапазоны нөлдік қаттылық сапа коэффициенті ретінде анықталады.ηη 100%-ға жақындаған сайын қаттылықтың нөлдік сапасы жоғары болады. 12-сурет 1-η Иінді ұзындығы қатынасы мен бастапқы бұрышпен байланыс η Ол параллельді иінді серіппе механизмдерінің n санына және негіздің ұзындығына l тәуелсіз, бірақ тек иінді ұзындығы қатынасына, айналу бұрышына байланысты. & гамма; және бастапқы бұрыш.

(1) Бастапқы бұрыш ұлғаяды және нөлдік қаттылық сапасы жақсарады.

(2) Ұзындық қатынасы артады және нөлдік қаттылық сапасы төмендейді.

(3) Бұрыш & гамма; артады, нөлдік қаттылық сапасы төмендейді.

Нөлдік қаттылық икемді топсаның нөлдік қаттылық сапасын жақсарту үшін бастапқы бұрыш үлкен мәнді қабылдауы керек; иінді ұзындығы қатынасы мүмкіндігінше аз болуы керек. Сонымен бірге, 1.5-бөлімдегі талдау нәтижелеріне сәйкес, егер тым аз болса, иінді-серіппе механизмінің теріс қаттылықты қамтамасыз ету қабілеті әлсіз болады. Нөлдік қаттылық икемді топсаның нөлдік қаттылық сапасын жақсарту үшін бастапқы бұрыш =π, иінді ұзындығы қатынасы = 0,2, яғни 4,2 нөлдік қаттылық икемді топса секциясының нақты өңдеу параметрлері.

Нөлдік қаттылығы бар иілгіш топсаның (4.2-бөлім) нақты өңдеу параметрлері бойынша ішкі және сыртқы сақинаның иілгіш топсалары мен қаттылығы нөлдік иілгіш топса арасындағы бұрау моменті-бұрыштық қатынасы 13-суретте көрсетілген; қаттылықтың төмендеуі нөлдік қаттылық сапа коэффициенті болып табыладыηБұрышпен қарым-қатынас & гамма; 14-суретте көрсетілген. 14-сурет бойынша: 0,35 радда (20°) айналу диапазоны, нөлдік қаттылық иілгіш топсаның қаттылығы орта есеппен 97% төмендейді; 0,26 рад(15°) бұрыштары, ол 95%-ға азаяды.

3 Сызықтық оң қаттылық серіппесінің конструкциясы

Нөлдік қаттылық икемді топсаның құрылысы әдетте икемді топсаның өлшемі мен қаттылығы анықталғаннан кейін болады, содан кейін иінді серіппелі механизмдегі серіппенің қаттылығы кері өзгереді, сондықтан серіппенің қаттылығы мен өлшеміне қойылатын талаптар салыстырмалы түрде қатаң. Сонымен қатар, бастапқы бұрыш =π, 5а-суреттен нөлдік қаттылық иілгіш топсаның айналуы кезінде серіппе әрқашан қысылған күйде болады, яғни“Компрессиялық серіппелер”.

Дәстүрлі қысу серіппелерінің қаттылығы мен өлшемін дәл баптау қиын және қолданбаларда жиі бағыттаушы механизм қажет. Сондықтан қаттылығы мен өлшемін өзгертуге болатын серіппе ұсынылады——Алмаз тәрізді жапырақты серіппелі жіп. Алмаз тәрізді жапырақ серіппелі жіп (15-сурет) тізбектей жалғанған бірнеше алмас тәрізді жапырақты серіппелерден тұрады. Ол еркін құрылымдық дизайн және жоғары деңгейлі теңшеу сипаттамаларына ие. Оның өңдеу технологиясы икемді топсаларға сәйкес келеді және екеуі де дәл сым кесу арқылы өңделеді.

3.1 Алмаз тәрізді жапырақты серіппелі жіптің жүктеме-орын ауыстыру моделі

Ромб тәрізді жапырақты серіппенің симметриялылығына байланысты 16-суретте көрсетілгендей тек бір жапырақты серіппе кернеулік талдауға ұшырауы керек. α - қамыс пен көлденең арасындағы бұрыш, қамыстың ұзындығы, ені және қалыңдығы сәйкесінше Ld, Wd, Td, f - ромб жапырағы серіппедегі өлшемді біртұтас жүктеме,δy – ромб тәрізді жапырақ серіппенің y бағыттағы деформациясы, fy күші мен моменті m – бір қамыстың ұшына эквивалентті жүктемелер, fv және fw – wov координаталар жүйесіндегі fy құраушы күштері.

AWTAR[13] сәулесінің деформация теориясына сәйкес, бір қамыстың өлшемді біртұтас жүктеме-орын ауыстыру қатынасы

Қатты дененің қамыстағы шектеу қатынасына байланысты деформацияға дейінгі және кейінгі қамыстың соңғы бұрышы нөлге тең, яғниθ = 0. Бір мезгілде (20)(22)

(23) теңдеу ромб тәрізді жапырақты серіппенің жүктеме-орын ауыстыру өлшемді унификация моделі болып табылады. n2 ромб тәрізді жапырақты серіппелер тізбектей жалғанған және оның жүкті ауыстыру моделі

(24) формуладан, қашанαd кішкентай болғанда, гауһар тәрізді жапырақты серіппелі жолдың қаттылығы әдеттегі өлшемдер мен типтік жүктемелер кезінде шамамен сызықты болады.

3.2 Модельді ақырлы элементтерді имитациялық тексеру

Алмаз тәрізді жапырақты серіппенің жүктеме-орын ауыстыру моделінің шекті элементтерді модельдеу тексеруі жүзеге асырылады. ANSYS Mechanical APDL 15.0 көмегімен модельдеу параметрлері 2-кестеде көрсетілген және алмас тәрізді жапырақ серіппесіне 8 Н қысым түсірілген.

2-кесте

параметр

мән

Матерія

AL7075-T6

Құрақ ұзындығы L

Ад

/мм

18

Құрақтың ені В

Ад

/мм

10

Құрақтың қалыңдығы Т

Ад

/мм

0.25

қамыстың көлбеу бұрышыα/°
10/20/30/40

Серпімділік модулі E/GPa

73

Модельдік нәтижелер мен ромб жапырағының серіппелі жүктемесі-орын ауыстыру қатынасының модельдеу нәтижелері арасындағы салыстыру суретте көрсетілген. 17 (өлшемділік). Әр түрлі көлбеу бұрыштары бар төрт ромб жапырақты серіппелер үшін модель мен соңғы элементтерді модельдеу нәтижелері арасындағы салыстырмалы қателік 1,5% аспайды. Модельдің (24) жарамдылығы мен дәлдігі тексерілді.

4 Қаттылығы нөлдік икемді топсаның конструкциясы және сынағы

4.1 Нөлдік қаттылықтағы иілгіш топсаның параметрлік конструкциясы

Қатаңдығы нөлдік икемді топсаны жобалау үшін иілгіш топсаның жобалық параметрлерін алдымен қызмет көрсету шарттарына сәйкес анықтау керек, содан кейін иінді серіппе механизмінің тиісті параметрлерін кері есептеу керек.

4.1.1 Иілгіш топса параметрлері

Ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалардың қиылысу нүктесі қамыс ұзындығының 12,73% -ында орналасқан және оның параметрлері 3-кестеде көрсетілген. (2) теңдеуде ішкі және сыртқы сақинаның иілгіш топсаларының айналу моменті мен бұрыштық қатынасы

3-кесте Ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалардың құрылымдық параметрлері мен материал қасиеттері

параметр

мән

Матерія

AL7075-T6

Қамыс ұзындығы L/мм

46

Қамыс ені Вт/мм

9.4

Қамыс қалыңдығы Т/мм

0.30

Серпімділік модулі E/GPa

73

4.1.2 Теріс қаттылық механизмінің параметрлері

Суретте көрсетілгендей. 18, иінді серіппелі механизмдердің n санын параллельді 3 деп алып, ұзындығы l = 40 мм иілгіш топсаның өлшемімен анықталады. 2.4 бөлімнің қорытындысы бойынша бастапқы бұрыш =π, иінді ұзындығы қатынасы = 0,2. (16) теңдеу бойынша серіппенің қаттылығы (I .e. алмаз жапырағы серіппелі жіп) - Kconst = 558,81 Н/м (26)

4.1.3 Алмаз жапырақты серіппе жолының параметрлері

бойынша l = 40мм, =π, = 0,2, серіппенің бастапқы ұзындығы 48мм, ал максималды деформация (& гамма;= 0) 16мм. Құрылымдық шектеулерге байланысты бір ромб жапырақты серіппенің мұндай үлкен деформацияны жасауы қиын. Төрт ромб жапырағы серіппелерін (n2 = 4) тізбектей пайдаланғанда, бір ромб жапырағы серіппенің қаттылығы

Kd=4Kconst=2235,2 Н/м (27)

Теріс қаттылық механизмінің өлшеміне сәйкес (18-сурет), алмас тәрізді жапырақты серіппенің қамыс ұзындығын, енін және қамыстың еңіс бұрышын ескере отырып, қамысты формуладан (23) және қаттылық формуласынан (27) шығаруға болады. гауһар тәрізді жапырақ көктемі Қалыңдығы. Ромб жапырақты серіппелердің құрылымдық параметрлері 4-кестеде келтірілген.

беті4

Қорытындылай келе, 3-кестеде және 4-кестеде көрсетілгендей, иінді серіппелі механизм негізіндегі нөлдік қаттылық иілгіш топсаның барлық параметрлері анықталды.

4.2 Қаттылығы нөлдік иілгіш топса үлгісін құрастыру және өңдеу Иілгіш топсаны өңдеу және сынау әдісін [8] әдебиетті қараңыз. Нөлдік қаттылық икемді топса теріс қаттылық механизмінен және параллельді ішкі және сыртқы сақина иілгіш топсадан тұрады. Құрылымдық жоба 19-суретте көрсетілген.

Ішкі және сыртқы сақинаның иілгіш топсалары мен гауһар тәрізді жапырақты серіппелі жіптері дәл сым кесетін станоктармен өңделеді. Ішкі және сыртқы сақинаның икемді топсалары өңделеді және қабаттарға жиналады. 20-сурет - гауһар тәрізді жапырақты серіппелі жіптердің үш жиынтығының физикалық суреті, ал 21-сурет - жинақталған нөлдік қаттылық Иілгіш топса үлгісінің физикалық суреті.

4.3 Нөлдік қаттылық икемді топсаның айналмалы қаттылығын сынау платформасы [8] тармақтағы айналмалы қаттылықты сынау әдісіне сілтеме жасай отырып, 22-суретте көрсетілгендей нөлдік қаттылық иілгіш топсаның айналмалы қаттылығын сынау платформасы құрастырылған.

4.4 Эксперименттік деректерді өңдеу және қателерді талдау

Ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалардың және нөлдік қаттылықтағы иілгіш топсалардың айналу қаттылығы сынақ платформасында сыналған және сынақ нәтижелері 23-суретте көрсетілген. Суретте көрсетілгендей (19) формула бойынша нөлдік қаттылықтағы иілгіш топсаның нөлдік қаттылық сапа қисығын есептеңіз және сызыңыз. 24.

Сынақ нәтижелері нөлдік қаттылық икемді топсаның айналу қаттылығы нөлге жақын екенін көрсетеді. Ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш топсалармен салыстырғанда, қаттылығы нөлдік икемді топсалар±0,31 рад(18°) қаттылық орта есеппен 93%-ға төмендеді; 0,26 рад (15°), қаттылық 90%-ға төмендейді.

23 және 24-суреттерде көрсетілгендей, нөлдік қаттылық сапасының сынақ нәтижелері мен теориялық модель нәтижелерінің арасында әлі де белгілі бір алшақтық бар (салыстырмалы қателік 15%-дан аз) және қатенің негізгі себептері төмендегідей.

(1) Тригонометриялық функцияларды оңайлатудан туындаған модель қатесі.

(2) Үйкеліс. Алмаз жапырақты серіппелі жіп пен бекіту білігінің арасында үйкеліс бар.

(3) Өңдеу қатесі. Құрақтың нақты өлшемінде қателер бар және т.б.

(4) Құрастыру қатесі. Алмаз тәрізді жапырақты серіппелі жіптің орнату тесігі мен біліктің арасындағы саңылау, сынақ платформасы құрылғысының орнату саңылауы және т.б.

4.5 Типтік нөлдік қаттылық икемді топсамен өнімділікті салыстыру [4] Әдебиеттерде ZSFP_CAFP нөлдік қаттылық икемді топсасы 25-суретте көрсетілгендей көлденең осьтік иілу бұрмасының (CAFP) көмегімен құрастырылған.

ZSFP_IORFP нөлдік қаттылық икемді топсасын салыстыру (Cурет. 21) және ZSFP_CAFP (Cурет. 25) ішкі және сыртқы сақиналы иілгіш ілмектер арқылы құрастырылады

(1) ZSFP_IORFP, құрылым неғұрлым ықшам.

(2) ZSFP_IORFP бұрыштық ауқымы аз. Бұрыш диапазоны икемді топсаның бұрыштық диапазонымен шектеледі; ZSFP_CAFP бұрыштық ауқымы80°, ZSFP_IORFP бұрыштық ауқымы40°.

(3) ±18°Бұрыштар ауқымында ZSFP_IORFP нөлдік қаттылықтың жоғары сапасына ие. ZSFP_CAFP орташа қаттылығы 87%-ға, ал ZSFP_IORFP орташа қаттылығы 93%-ға төмендейді.

5 қорытынды

Ішкі және сыртқы сақиналардың икемді топсасын оң қаттылықтың ішкі жүйесі ретінде таза айналу моменті кезінде ала отырып, нөлдік қаттылық икемді топсасын құру үшін келесі жұмыстар орындалды.

(1) Теріс қаттылықты айналдыру механизмін ұсыныңыз——Иінді серіппе механизмі үшін оның теріс қаттылық сипаттамаларына құрылымдық параметрлердің әсерін талдау үшін үлгі (Формула (6)) құрылды және оның теріс қаттылық сипаттамаларының диапазоны келтірілген (1-кесте).

(2) Оң және теріс қаттылықтарды сәйкестендіру арқылы иінді серіппе механизміндегі серіппенің қаттылық сипаттамалары (теңдеу (16)) алынады және құрылымдық параметрлердің әсерін талдау үшін үлгі ((19) теңдеу) құрылады. иінді серіппе механизмінің нөлдік қаттылық сапасы бойынша икемді топсаның нөлдік қаттылығының әсер етуі, теориялық тұрғыдан, ішкі және сыртқы сақиналардың иілгіш топсасының қол жетімді қозғалысы шегінде (±20°), қаттылықтың орташа төмендеуі 97% жетуі мүмкін.

(3) Реттелетін қаттылықты ұсыныңыз“көктем”——Оның қаттылық моделін орнату үшін алмас тәрізді жапырақты серіппелі жол орнатылды ((23) теңдеу) және соңғы элементтер әдісімен тексерілді.

(4) Нөлдік қаттылықтағы ықшам иілгіш топса үлгісін жобалауды, өңдеуді және сынауды аяқтады. Сынақ нәтижелері мынаны көрсетеді: таза моменттің әсерінен36°Айналу бұрыштарының диапазонында ішкі және сыртқы сақинаның иілгіш топсаларымен салыстырғанда, нөлдік қаттылық иілгіш топсаның қаттылығы орта есеппен 93% -ға төмендейді.

Салынған нөлдік қаттылық икемді топса тек жүзеге асыра алатын таза моменттің әсерінен болады.“нөлдік қаттылық”, күрделі жүктеме жағдайларын көтеру жағдайын қарастырмай. Сондықтан күрделі жүктеме жағдайында нөлдік қаттылықтағы иілгіш ілмектер құрылысы кейінгі зерттеулердің басты бағыты болып табылады. Сонымен қатар, қаттылығы нөлдік икемді топсалардың қозғалысы кезінде болатын үйкелісті азайту нөлдік қаттылық икемді ілмектер үшін маңызды оңтайландыру бағыты болып табылады.

сілтемелер

[1] HOWELL L L. Сәйкес механизмдер[M]. Нью-Йорк: Джон Уайли&Sons, Inc, 2001 ж.

[2] Ю Цзинцзюнь, Пэй Сю, Би Шушэн, т.б. Иілгіш топса механизмін жобалау әдістерін зерттеудің барысы[J]. Қытай машина жасау журналы, 2010, 46(13):2-13. Y u jin чемпионы, PEI X U, BIS қоңырауы, жету уақыты аяқталды. Иілу механизмдерін жобалаудың заманауи әдісі[J]. Машина жасау журналы, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Малшы Дж Л. Жалпы нөлдік қаттылыққа сәйкес қосылыстың дизайны[C]// ASME халықаралық инженерлік жобалау конференциялары. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Айналмалы иілулерді статикалық теңестіру үшін өлшемді емес тәсіл[J]. Механизм & Машина теориясы, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, т.б. Статикалық теңдестірілген үйлесімді механизмдерге арналған теріс қаттылық құрылыс блоктары: жобалау және сынау[J]. Механизмдер журналы & Робототехника, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Көлденең осьтердің иілу бұрылыстарын модельдеу[J]. Механизм және машина теориясы, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Айқастырылған иілу бұрылыстарының қасиеттері және жолақтардың қиылысу нүктесінің әсері[J]. Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Ультра дәлдіктегі аспаптарға қолданылатын жалпыланған үш еселенген серіппелі иілу бұрылыстарын жобалау және тәжірибе жасау[J]. Ғылыми құралдарға шолу, 2014, 85(10): 105102.

[9] Ян Цзи, Лю Лаң, Би Шушэн, т.б. Жалпыланған үш айқаспалы икемді топсаның айналмалы қаттылық сипаттамаларын зерттеу[J]. Қытай машина жасау журналы, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I сөз, l IU Lang, BIS дауысы, ETA. Жалпыланған үш еселі серіппелі иілу бұрмаларының айналу қаттылығының сипаттамасы[J]. Машина жасау журналы, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Серіппелі иілу бұрмаларының топология құрылымының өнімділігін салыстыруды зерттеу[C]// ASME 2014 Халықаралық жобалау инженерлік техникалық конференциялары және компьютерлер және инженерлік конференциядағы ақпарат, тамыз 17–20, 2014 ж., Буффало, Нью-Йорк, АҚШ. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Ішкі қаттылық сипаттамалары–ультра дәлдіктегі құралдарға қолданылатын сыртқы сақинаның иілу бұрылыстары[J]. АРХИВ Машина жасау инженерлері институтының материалдары C бөлімі Машина жасау ғылымы журналы 1989-1996 (203-210 томдар), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Сәйкес келетін механизмдердің статикалық теңгерімінің критерийлері[C]// ASME 2010 халықаралық дизайн инженерлік техникалық конференциялары және компьютерлер және инженериядағы ақпарат конференциясы, тамыз 15–18, 2010, Монреаль, Квебек, Канада. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Екі өлшемді арқалық иілісі үшін жалпыланған шектеу моделі: деформацияның сызықты емес энергиясының формуласы[J]. Механикалық дизайн журналы, 2010, 132: 81009.

Автор туралы: Би Шушен (корреспондент автор), ер адам, 1966 ж.т., доктор, профессор, докторлық ғылыми жетекші. Оның негізгі ғылыми бағыты – толық икемді механизм және бионикалық робот.

Иінді серіппелі механизмге негізделген нөлдік қаттылық икемді топса әртүрлі қолданбаларда тегіс және дәл қозғалысқа мүмкіндік беретін инновациялық және революциялық технология болып табылады. Бұл мақалада біз осы топсаның жұмыс принциптерін және оның әлеуетті қолданбаларын зерттейміз.

Есіктерді жабуға келетін болсақ, оның жабылу тәсілі барлық айырмашылықты жасай алады. Кәдімгі топсалар қатты дыбыспен жабылып, соққы мен ыңғайсыздықты тудыруы мүмкін. I