Аннотация: Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин айлануу катуулугу болжол менен нөлгө барабар, бул кадимки ийкемдүү илниктер айдоо моментин талап кылган кемчиликти жеңет жана ийкемдүү кармагычтарга жана башка талааларга колдонулушу мүмкүн. Таза моменттин таасири астында ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнирлерди оң катуулуктун подсистемасы катары алып, изилдөө Терс катуулуктун механизми жана оң жана терс катуулугуна дал келүүчү нөлдүк ийкемдүү илниктер түзө алат. Терс катуулуктун айлануу механизмин сунуштаңыз——Кранка пружинасы механизми, анын терс катуулугунун мүнөздөмөлөрүн моделдөө жана талдоо; оң жана терс катуулукту шайкеш келтирүү менен, иликтүү пружинанын механизминин структуралык параметрлеринин катуулуктун нөлдүк сапатына тийгизген таасири талданды; ыңгайлаштырылган катуулугу жана өлчөмү менен сызыктуу пружинаны сунуш кылды——Алмаз сымал жалбырак пружинасы, катуулугу модели түзүлдү жана чектүү элементтерди симуляциялоо текшерүүсү жүргүзүлдү; акырында, компакттуу нөлдүк ийкемдүү шарнир үлгүсүн долбоорлоо, иштетүү жана сыноо аяктады. Сыноолордун натыйжалары көрсөткөндөй: таза моменттин таасири астында,±18°Айлануу бурчтарынын диапазонунда нөлдүк ийкемдүү шарнирдин айлануу катуулугу орто эсеп менен ички жана тышкы шакекче ийкемдүү шарнирдикинен 93% төмөн. курулган нөл-катуу ийкемдүү шарнир компакт түзүлүшкө жана жогорку сапаттагы нөл-катуулугу бар; сунушталган терс-катуу айлануу механизми жана сызыктуу пружинанын ийкемдүү механизмди изилдөө үчүн чоң шилтеме мааниси бар.

0 кириш сөз

ийкемдүү шарнир (подшипник)

[1-2]

Кыймылды, күчтү жана энергияны берүү же айландыруу үчүн ийкемдүү бирдиктин ийкемдүү деформациясына таянуу менен, ал так жайгаштыруу жана башка тармактарда кеңири колдонулат. Салттуу катуу подшипниктерге салыштырмалуу, ийкемдүү шарнир айланганда калыбына келтирүүчү учур бар. Ошондуктан, диск бирдиги айдоо жана ийкемдүү шарнирдин айлануусун сактоо үчүн чыгаруу моментин камсыз кылышы керек. Катуулугу жок ийкемдүү шарнир

[3]

(Zero riffness flexural pivot, ZSFP) ийкемдүү айлануучу муун, анын айлануу катуулугу болжол менен нөлгө барабар. Ийкемдүү шарнирдин бул түрү инсульт диапазонунун ичинде каалаган абалда тура алат, ошондой эле статикалык баланс ийкемдүү шарнир катары белгилүү

[4]

, көбүнчө ийкемдүү кармагычтар сыяктуу тармактарда колдонулат.

ийкемдүү механизмдин модулдук дизайн концепциясынын негизинде, бүт нөл-катуу ийкемдүү шарнир системасы оң жана терс катаалдыгы эки чакан системага бөлүнүшү мүмкүн, ал эми нөл-катуу системасы оң жана терс катуулугун дал келтирүү аркылуу ишке ашырылышы мүмкүн

[5]

. Алардын арасында оң катуулуктун подсистемасы, адатта, чоң соккулуу ийкемдүү шарнир болуп саналат, мисалы, кайчылаш камыш ийкемдүү шарнир.

[6-7]

, жалпыланган үч кайчылаш камыш ийкемдүү шарнир

[8-9]

жана ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнир

[10-11]

Т.п. Азыркы учурда, ийкемдүү шарнир боюнча изилдөөлөр көптөгөн натыйжаларга жетишти, ошондуктан, нөлдүк ийкемдүү шарнирлерди долбоорлоонун ачкычы ийкемдүү шарнирлер үчүн ылайыктуу терс катуулук модулдарына дал келүү болуп саналат[3].

Ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнирлер (Ички жана сырткы шакек ийкемдүү бурчтары, IORFP) катуулугу, тактыгы жана температуранын жылышы жагынан эң сонун мүнөздөмөлөргө ээ. Дал келген терс катуулук модулу нөл-катуу ийкемдүү шарнирдин курулуш ыкмасын камсыз кылат, акырында, нөл-катуу ийкемдүү шарнирдин дизайнын, үлгүсүн иштетүүнү жана сыноону аяктайт.

1 кранкалуу пружинанын механизми

1.1 Терс катуулуктун аныктамасы

Катуулуктун жалпы аныктамасы К – ийкемдүү элемент көтөргөн жүк F менен тиешелүү dx деформациясынын ортосундагы өзгөрүү ылдамдыгы.

K= dF/dx (1)

Серпилгич элементтин жүктүн өсүшү деформациянын тиешелүү өсүү белгисине карама-каршы болгондо, ал терс катуулук болуп саналат. Физикалык жактан терс катуулук серпилгич элементтин статикалык туруксуздугуна туура келет

[12]

.Терс катуу механизмдер ийкемдүү статикалык баланс тармагында маанилүү ролду ойнойт. Адатта, терс катуу механизмдер төмөнкүдөй мүнөздөмөлөргө ээ.

(1) Механизм энергиянын белгилүү көлөмүн сактайт же белгилүү бир деформацияга дуушар болот.

(2) Механизм критикалык туруксуздук абалында.

(3) Механизм бир аз бузулуп, тең салмактуулук абалынан чыгып кеткенде, ал кыймыл менен бир багытта болгон чоңураак күчтү чыгара алат.

1.2 Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин курулуш принциби

Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнир оң жана терс катуулуктун дал келүүсүн колдонуу менен түзүлүшү мүмкүн жана принцип 2-сүрөттө көрсөтүлгөн.

(1) Таза моменттин таасири астында ички жана сырткы шакек ийкемдүү шарнир 2а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, болжол менен сызыктуу момент-айлануу бурчу байланышына ээ. Айрыкча, кесилишкен чекит камыштын узундугунун 12,73% ында жайгашканда, момент-айлануу бурч байланышы сызыктуу болот.

[11]

, бул учурда ийкемдүү шарнирдин Mpivot (сааттын жебеси боюнча) калыбына келтирүү моменти подшипниктин айлануу бурчуна байланыштуу.θ(саат жебесине каршы) мамиле болуп саналат

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Формулада E – материалдын серпилгич модулу, L – камыштын узундугу, I – кесимдин инерция моменти.

(2) Ички жана сырткы шакек ийкемдүү илмектердин айлануу катуулугунун моделине ылайык, терс катаалдуулуктун айлануучу механизми дал келет жана анын терс катуулугунун мүнөздөмөлөрү 2b-сүрөттө көрсөтүлгөн.

(3) Терс катуулук механизминин туруксуздугун эске алуу менен

[12]

, нөл-катуу ийкемдүү шарнирдин катуулугу 2c-сүрөттө көрсөтүлгөндөй болжол менен нөлгө жана нөлдөн жогору болушу керек.

1.3 Кранка пружинасы механизминин аныктамасы

Адабият маалыматтарына ылайык [4], ийилчээк шарнирдин кыймылдуу катуу тулкусу менен кыймылсыз катуу тулкусунун ортосуна алдын ала деформацияланган пружинаны киргизүү жолу менен нөлдүк ийкемдүү шарнирди курууга болот. Сүрөттө көрсөтүлгөн ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнир үчүн. 1, ички шакек менен тышкы шакекченин ортосуна пружина киргизилет, башкача айтканда, пружиналык механизмдер (SCM) киргизилет. 3-сүрөттө көрсөтүлгөн кранкалуу сыдырма механизмине шилтеме кылуу менен, кривопистин пружинасы механизминин тиешелүү параметрлери 4-сүрөттө көрсөтүлгөн. Кривошип-пружина механизми кривопистен жана пружинадан турат (катуулугу к деп белгиленет). баштапкы бурч - бул пружина деформацияланбаганда АВ жана АС негизинин ортосундагы камтылган бурч. R кранкасынын узундугун билдирет, l негизги узундугун билдирет, ал эми р менен l катышы катары кранкалык узундуктун катышын аныктайт, I .e. = r/l (0<<1).

Кривошип-булак механизмин куруу 4 параметрди аныктоону талап кылат: негиздин узундугу l, иіндік узундуктун катышы, баштапкы бурч жана пружинанын катуулугу К.

Кривошиптин пружинасы механизминин күч астында деформациясы 5а-сүрөттө көрсөтүлгөн, учурда М

&гамма;

Иш-аракеттин астында кранка AB баштапкы абалынан жылат

Бета

ABга кайрылыңыз

&гамма;

, айлануу жүрүшүндө, горизонталдык абалына карата икенин камтылган бурч

&гамма;

бурч деп аталат.

Сапаттык талдоо кранка ABдан (баштапкы абал, М & гамма; Нөл) чейин AB0 (“өлүк чекит”жайгашкан жери, М

&гамма;

нөлгө барабар), кривошип-пружина механизми терс катуулук мүнөздөмөлөрү бар деформацияга ээ.

1.4 Момент менен кранкалуу пружинанын айлануу бурчунун ортосундагы байланыш

Сүрөттө. 5, момент М & гамма; саат жебеси боюнча оң, бурч & гамма; саат жебесине каршы оң болот, ал эми момент жүк M моделделип, төмөндө талданат.

&гамма;

бурчу менен

&гамма;

Моделдөө процессинин ортосундагы байланыш өлчөмдүү.

5б-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, АВ кранкасынын момент балансынын теңдемеси & гамма тизмеленген.

Формулада Ф & гамма; пружинаны калыбына келтирүүчү күч болуп саналат, г & гамма; бул Ф & гамма; пунктка А. пружинанын жылыш-жүк байланышы деп эсептейли

Формулада K - жазгы катуулугу (сөзсүз түрдө туруктуу маани эмес),δ
x&гамма;

пружинанын деформациясынын көлөмү (оң чейин кыскартылган),δ
x&гамма;

=|B

Бета

C| – |B

&гамма;

C|.

Синхрондуу түрү (3)(5), момент М

&гамма;

бурч менен

&гамма;

мамилеси болуп саналат

1.5 Кривошип-пружина механизминин терс катуулугунун мүнөздөмөлөрүн талдоо

Кривошип-пружина механизминин катаалдыгынын терс мүнөздөмөлөрүн талдоону жеңилдетүү максатында (моменти М

&гамма;

бурч менен

&гамма;

байланыш), пружинанын сызыктуу оң катуулугу бар деп болжолдоого болот, анда (4) формуланы төмөнкүдөй кайра жазууга болот.

Формулада Kconst нөлдөн чоңураак константа. Ийилүүчү шарнирдин өлчөмү аныкталгандан кийин, негиздин узундугу l да аныкталат. Демек, l туруктуу деп эсептесек, формула (6) деп кайра жазууга болот

мында Kconstl2 - нөлдөн чоң туруктуу, ал эми момент коэффициенти m & гамма; бир өлчөмү бар. Кривошип-пружина механизминин катаалдыгынын терс мүнөздөмөлөрүн момент коэффициентинин m ортосундагы байланышты талдоо аркылуу алууга болот. & гамма; жана айлануу бурчу & гамма.

(9) теңдемеден 6-сүрөттө баштапкы бурч = көрсөтүлгөнπ м ортосундагы мамиле & гамма; жана кранка узундугу катышы жана айлануу бурчу & гамма;, & isin;[0,1, 0,9],& гамма;& isin;[0, π]. 7-сүрөт м-н ортосундагы байланышты көрсөтөт & гамма; жана айлануу бурчу & гамма; = 0,2 жана ар кандай. 8-сүрөттө = көрсөтүлгөнπ Качан, астында ар кандай , м-н ортосундагы мамиле & гамма; жана бурч & гамма.

Кранкалык пружинанын механизминин аныктамасына (1.3-бөлүк) жана формулага (9) ылайык, k жана l туруктуу болгондо, м & гамма; Бир гана бурчка байланыштуу & гамма;, кранктын узундугунун катышы жана кранктын баштапкы бурчу.

(1) Эгерде жана гана & гамма; 0 же барабарπ же , м & гамма; нөлгө барабар; & гамма; & isin;[0, ],m & гамма; нөлдөн чоңураак; & гамма; & isin;[π], м & гамма; нөлдөн аз. & isin;[0, ],m & гамма; нөлдөн чоңураак; & гамма;& isin;[π], м & гамма; нөлдөн аз.

(2) & гамма; Качан [0, ], айлануу бурчу & гамма; көбөйөт, м & гамма; нөлдөн ийилүү чекитинин бурчуна чейин өсөт & гамма;0 m максималдуу маанини алат & гамма;макс, анан бара-бара азаят.

(3) Кранка пружинасы механизминин терс катуулугу мүнөздүү диапазону: & гамма;& isin;[0, & гамма;0], ушул убакта & гамма; көбөйөт (саат жебесине каршы), ал эми момент М & гамма; көбөйөт (саат жебеси боюнча). Бурулуш чекити & гамма;0 - ирек-пружина механизмине мүнөздүү терс катуулугунун максималдуу айлануу бурчу жана & гамма;0 & isin;[0, ];m & gamma;max - максималдуу терс момент коэффициенти. Берилген жана , (9) теңдемесинин алынышы натыйжа берет & гамма;0

(4) баштапкы бурч канчалык чоң болсо, & гамма; чоңураак 0, м

&гамма;макс

чоңураак.

(5) узундуктун катышы канчалык чоң болсо, & гамма; кичинеси 0, м

&гамма;макс

чоңураак.

Атап айтканда, =πКранка пружинасы механизминин терс катуулугунун мүнөздөмөлөрү эң жакшы (терс катуулук бурч диапазону чоң, ал эми берилүүчү момент чоң). =πОшол эле учурда, ар кандай шарттарда, максималдуу айлануу бурчу & кранкалуу пружинанын механизмине мүнөздүү терс катуулугунун гаммасы; 0 жана максималдуу терс момент коэффициенти м & гамма; Макс 1-таблицада келтирилген.

Таблица 1 Баштапкы бурчπ Максималдуу терс катаал бурч & гамма;0 жана максималдуу момент коэффиценти m ар кандай иінді узундуктун катышында

&гамма;макс

параметр

баалуулук

кранка узундугу катышы

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Максималдуу буруш бурчу & гамма;

0
/рад

0.98

0.91

0.84

0.76

0.68

Моменттин максималдуу коэффициенти m

&гамма;макс

0.013

0.055

0.13

0.23

0.37

2 нөл-катуу ийкемдүү шарнирди куруу

2.1дин оң жана терс катуулугунун дал келүүсү 9-сүрөттө көрсөтүлгөн, n(n 2) параллелдүү кранкалуу пружина механизмдеринин топтору тегерек айланып, ички жана сырткы шакекче ийкемдүү шарнирлер менен дал келген терс катуулуктун механизмин түзүшөт.

Ички жана сырткы шакек ийкемдүү илмектерди оң катуулуктун подсистемасы катары колдонуп, катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирди түзүңүз. нөл катуулугун жетүү үчүн, оң жана терс катуулугун дал келет

бир убакта (2), (3), (6), (11) жана & гамма;=θ, жүк Ф & булактын гама алынышы мүмкүн; жана жылышδx байланышы & гамма; болуп саналат

1.5-бөлүмгө ылайык, кранка пружинасы механизминин терс катуу бурч диапазону: & гамма;& isin;[0, & гамма;0] жана & гамма;0 & isin;[0, ], нөлдүк катуулугу ийкемдүү шарнирдин соккусу аз болушу керек & гамма;0, I.e. пружина дайыма деформацияланган абалда (δx&гамма;≠0). ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнирлердин айлануу диапазону болуп саналат±0,35 рад(±20°), тригонометриялык функцияларды жөнөкөйлөтүү sin & гамма; жана cos & гамма; төмөнкүдөй

Жөнөкөйлөштүрүлгөндөн кийин, пружинанын жүктүн жылыштык байланышы

2.2 Оң жана терс катуулуктун дал келүүчү моделинин катасын талдоо

(13) теңдемени жөнөкөйлөштүрүүдөн келип чыккан катаны баалаңыз. Нөлдүк катуулугу ийкемдүү шарнирдин иш жүзүндөгү иштетүү параметрлери боюнча (4.2-бөлүм): n = 3,l = 40мм, =π, = 0,2,E = 73 ГПа; ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнир камыш өлчөмдөрү L = 46mm, T = 0.3mm, W = 9.4mm; Салыштыруу формулалары (12) жана (14) жүктүн жылышынын байланышын жана алдыңкы жана арткы пружиналардын салыштырмалуу катасын 10а жана 10б сүрөттөрүндө көрсөтүлгөндөй жөнөкөйлөштүрөт.

10-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, & гамма; 0,35 раддан аз (20°), жүктүн жылышынын ийри сызыгына жөнөкөйлөтүлгөн мамиледен келип чыккан салыштырмалуу ката 2,0% дан ашпайт жана формула

(13) жөнөкөйлөштүрүлгөн дарылоо нөл-катуулугу ийкемдүү шарнирлерди куруу үчүн колдонулушу мүмкүн.

2.3 Булактын катуулугунун мүнөздөмөлөрү

Пружинанын катуулугун К деп кабыл алсак, бир убактагы (3), (6), (14)

Нөлдүк катуулугу ийкемдүү шарнирдин (4.2-бөлүм) иш жүзүндөгү иштетүү параметрлерине ылайык, пружинанын катуулугунун К бурч менен өзгөрүү ийри сызыгы & гамма; 11-сүрөттө көрсөтүлгөн. Атап айтканда, качан & гамма;= 0, К минималдуу маанини алат.

Долбоорлоонун жана кайра иштетүүнүн ыңгайлуулугу үчүн жаз сызыктуу оң катуу пружинаны кабыл алат, ал эми катуулугу Kconst болуп саналат. Бүтүндөй инсультта, эгерде нөлдүк ийкемдүү шарнирдин жалпы катуулугу нөлдөн чоң же нөлгө барабар болсо, Kconst K минималдуу маанисин кабыл алышы керек.

Теңдеме (16) - нөлдүк катуулугу ийкемдүү шарнирди курууда сызыктуу оң катуулук пружинанын катуулугунун мааниси. 2.4 Катуулугу нөлдүк сапаттын анализи. Конструкцияланган нөл-катуулугу ийкемдүү шарнирдин жүктүн жылышынын байланышы

Бир убакта формула (2), (8), (16) алынышы мүмкүн

Нөлдүк катуулуктун сапатын баалоо үчүн, ийкемдүү шарнирдин катаалдыгынын терс катуулук модулун кошконго чейин жана андан кийин кыскаруу диапазону нөлдүк катуулуктун сапат коэффициенти катары аныкталат.ηη 100% жакыныраак, нөлдүк катуулуктун сапаты жогору болот. 12-сүрөт 1-η Кранка узундугу катышы жана баштапкы бурч менен байланыш η Ал параллелдүү имек-пружок механизмдеринин n санына жана негиздин l узундугуна көз каранды эмес, бирок имиш узундугуна, айлануу бурчуна гана байланыштуу. & гамма; жана баштапкы бурч.

(1) Баштапкы бурч жогорулайт жана нөлдүк катуулуктун сапаты жакшырат.

(2) Узундуктун катышы көбөйөт жана нөлдүк катуулук сапаты төмөндөйт.

(3) Бурч & гамма; жогорулайт, нөлдүк катуулуктун сапаты төмөндөйт.

Нөлдүк ийкемдүү шарнирдин нөлдүк катуулугун жакшыртуу үчүн, баштапкы бурч чоңураак мааниге ээ болушу керек; кранка узундугу катышы мүмкүн болушунча аз болушу керек. Ошол эле учурда, 1.5-бөлүмдөгү талдоо натыйжалары боюнча, эгерде өтө аз болсо, ирек-булак механизминин терс катуулукту камсыз кылуу жөндөмдүүлүгү начар болот. Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин нөлдүк катуулугун жакшыртуу үчүн, баштапкы бурч =π, Кранка узундугу катышы = 0,2, башкача айтканда, бөлүм 4,2 нөл катуулугун ийкемдүү шарнир иш жүзүндө иштетүү параметрлери.

Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин (4.2-бөлүм) анык иштетүү параметрлерине ылайык, ички жана сырткы шакекче ийкемдүү шарнир менен нөлдүк катуулугу ийкемдүү шарнирдин ортосундагы момент-бурчтук байланыш 13-сүрөттө көрсөтүлгөн; катуулуктун төмөндөшү нөлдүк сапат коэффициентиηБурч менен болгон мамилеси & гамма; 14-сүрөттө көрсөтүлгөн. 14-сүрөт боюнча: 0,35 радда (20°) айлануу диапазону, нөл-катуу ийкемдүү шарнирдин катуулугу орто эсеп менен 97% га төмөндөйт; 0,26 рад(15°) бурчтары, ал 95% га кыскарган.

3 Сызыктуу оң катуулук пружинанын конструкциясы

Нөлдүк ийкемдүү шарнирдин курулушу, адатта, ийкемдүү шарнирдин өлчөмү жана катуулугу аныкталгандан кийин, андан кийин ийкемдүү шарнирдин механизминде жаздын катуулугу тескериленет, ошондуктан жаздын катуулугу жана өлчөмү талаптары салыштырмалуу катуу. Мындан тышкары, баштапкы бурч =π, 5а-сүрөттөн, нөлдүк ийкемдүү шарнирдин айлануусу учурунда пружина дайыма кысылган абалда болот, б.а.“Компрессиялык жаз”.

Салттуу кысуу булактарынын катуулугун жана өлчөмүн так ыңгайлаштыруу кыйын, ал эми колдонмолордо көбүнчө жетектөөчү механизм талап кылынат. Ошондуктан, катуулугун жана өлчөмүн ылайыкташтыра турган пружина сунушталат——Алмаз сымал жалбырак жазы жип. Алмаз сымал жалбырак жазы жип (15-сүрөт) катар-катар кошулган бир нече алмаз түрүндөгү жалбырак булактарынан турат. Бул эркин структуралык долбоорлоо жана настройка жогорку даражасы өзгөчөлүктөрүнө ээ. Анын кайра иштетүү технологиясы ийкемдүү шарнирлерге шайкеш келет жана экөө тең так зым кесүү жолу менен иштетилет.

3.1 Алмаз түрүндөгү жалбырак пружина жиптин жүктү жылдыруу модели

Ромб сымал жалбырак булагынын симметриялуулугунан улам, 16-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бир гана жалбырак булагы стресс анализине дуушар болушу керек. α камыш менен горизонталдыктын ортосундагы бурч, камыштын узундугу, туурасы жана калыңдыгы тиешелүүлүгүнө жараша Ld, Wd, Td, f - ромб жалбырактарынын пружинасына өлчөмдүү унификацияланган жүк,δy – ромб сымал жалбырак пружинанын y багытындагы деформациясы, fy күчү жана моменти m – бир камыштын учуна эквиваленттүү жүктөр, fv жана fw – wov координаталар системасындагы fy нын курамдык күчтөрү.

AWTARдин нур деформация теориясына ылайык [13], бир камыштын өлчөмдүү бирдиктүү жүк-жыгуу байланышы

Катуу дененин камыштагы чектелүү байланышынан улам деформацияга чейинки жана андан кийинки камыштын акыркы бурчу нөлгө барабар, б.а.θ = 0. Синхрондуу (20)(22)

Теңдеме (23) ромб сымал жалбырак пружинанын жүктүн жылышынын өлчөмдүү унификациясынын модели. n2 ромб сымал жалбырак булактары катар менен туташып, анын жүктүн жылыш модели болуп саналат

Формуладан (24), качанαd кичинекей болгондо, алмаз түрүндөгү жалбырак пружинанын катуулугу типтүү өлчөмдөрдө жана типтүү жүктөрдө болжол менен сызыктуу болот.

3.2 Моделдин чектүү элементтердин симуляциясын текшерүү

Алмаз түрүндөгү жалбырак пружинасынын жүктүн жылыш моделинин чектүү элементтерди симуляциялоо текшерүүсү жүргүзүлөт. ANSYS Mechanical APDL 15.0 программасын колдонуу менен симуляция параметрлери 2-таблицада көрсөтүлгөн жана алмаз түрүндөгү жалбырак пружинасына 8 Н басым колдонулат.

Таблица

параметр

баалуулук

Материа

AL7075-T6

Камыш узундугу Л

нын

/мм

18

Камыштын туурасы В

нын

/мм

10

Камыштын жоондугу Т

нын

/мм

0.25

камыштын эңкейиш бурчуα/°
10/20/30/40

Эластикалык модулу E/GPa

73

Модель натыйжалары менен ромб жалбырагынын пружинасы жүгү менен жылышуу байланышынын моделдөө натыйжаларынын ортосундагы салыштыруу сүрөттө көрсөтүлгөн. 17 (өлчөмдүүлүк). Ар кандай жантаюу бурчтары бар төрт ромб жалбырактуу пружиналар үчүн модель менен чектүү элементтерди моделдөөнүн натыйжаларынын ортосундагы салыштырмалуу ката 1,5% ашпайт. Моделдин (24) тууралыгы жана тактыгы текшерилди.

4 Дизайн жана нөл-катуулугу ийкемдүү шарнирди сыноо

4.1 Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин параметрдик конструкциясы

Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирды долбоорлоо үчүн ийкемдүү шарнирдин конструктивдүү параметрлери адегенде тейлөө шарттарына ылайык аныкталууга тийиш, андан кийин ийкемдүү шарнирдин механизминин тиешелүү параметрлери тескери түрдө эсептелиши керек.

4.1.1 Ийкемдүү шарнирлердин параметрлери

Ички жана тышкы шакекче ийкемдүү шарнирлердин кесилишкен жери камыштын узундугунун 12,73%инде жайгашкан жана анын параметрлери 3-таблицада көрсөтүлгөн. (2) теңдеменин ордуна ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнирлердин момент-айлануу бурч байланышы

Таблица 3 Ички жана сырткы шакек ийкемдүү шарнирлердин структуралык параметрлери жана материалдык касиеттери

параметр

баалуулук

Материа

AL7075-T6

Камыш узундугу L/мм

46

Камыш туурасы Вт/мм

9.4

Камыштын калыңдыгы Т/мм

0.30

Эластикалык модулу E/GPa

73

4.1.2 Катуулуктун терс механизминин параметрлери

Сүрөттө көрсөтүлгөндөй. 18, 3 катары параллелдүү иінді пружинанын механизмдеринин n санын алып, узундугу l = 40 мм ийкемдүү шарнирдин өлчөмү менен аныкталат. 2.4-бөлүмүнүн корутундусуна ылайык, баштапкы бурч =π, кранка узундугу катышы = 0,2. (16) теңдемеге ылайык, пружинанын катуулугу (I .e. алмаз жалбырак пружинасы) болуп саналат Kconst = 558,81 Н/м (26)

4.1.3 Алмаз жалбырактын пружинанын саптарынын параметрлери

l = 40мм, =π, = 0,2, пружинанын баштапкы узундугу 48мм, ал эми максималдуу деформациясы (& гамма;= 0) 16мм. Структуралык чектөөлөрдөн улам бир ромб жалбырактуу пружинанын мынчалык чоң деформацияны жаратышы кыйын. Төрт ромб жалбырак булактарын (n2 = 4) катар колдонуу менен, бир ромб жалбырак пружинасынын катуулугу

Kd=4Kconst=2235,2 Н/м (27)

Терс катуулуктун механизминин өлчөмүнө ылайык (18-сүрөт), бриллиант түрүндөгү жалбырак булагынын камыш узундугун, туурасын жана камыштын эңкейиш бурчун эске алуу менен, камышты формуладан (23) жана катуулук формуласынан (27) чыгарууга болот. алмаз сымал жалбырак булагы Калыңдыгы. Ромб жалбырактуу булактардын структуралык параметрлери 4-таблицада келтирилген.

бети4

Жыйынтыктап айтканда, 3-таблицада жана 4-таблицада көрсөтүлгөндөй, кранкалуу пружинанын механизминин негизиндеги нөлдүк ийкемдүү шарнирдин бардык параметрлери аныкталган.

4.2 Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин үлгүсүн долбоорлоо жана иштетүү Ийкемдүү шарнирди иштетүү жана сыноо ыкмасы үчүн [8] адабиятты караңыз. Нөл-катуу ийкемдүү шарнир терс катуулук механизминен жана параллелдүү ички жана тышкы шакек ийкемдүү шарнирден турат. Структуралык долбоор 19-сүрөттө көрсөтүлгөн.

Ички жана сырткы шакекче ийкемдүү шарнир жана алмаз түрүндөгү жалбырак пружина жиптери так зым кесүүчү станок менен иштетилет. Ички жана сырткы шакек ийкемдүү шарнирлер кайра иштетилип, катмарлар менен чогултулат. 20-сүрөт - алмаз сымал жалбырактуу жазгы жиптердин үч топтомунун физикалык сүрөтү, ал эми 21-сүрөт чогулган нөл-катуулугу ийкемдүү шарнир үлгүсүнүн физикалык сүрөтү.

4.3 Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнирдин айлануу катуулугун сыноо платформасы [8] деги айлануу катуулугун сыноо ыкмасына таянуу менен, 22-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, нөлдүк ийкемдүү шарнирдин айлануу катуулугун сыноо платформасы курулган.

4.4 Эксперименталдык маалыматтарды иштетүү жана каталарды талдоо

Ички жана сырткы шакекче ийкемдүү шарнирлердин жана нөлдүк ийкемдүү шарнирлердин айлануу катуулугу сыноо платформасында сыналды жана сыноонун натыйжалары 23-сүрөттө көрсөтүлгөн. Сүрөттө көрсөтүлгөндөй (19) формула боюнча нөлдүк ийкемдүү шарнирдин нөлдүк катуулук сапат ийри сызыгын эсептеп, чийиңиз. 24.

Сыноолордун натыйжалары нөл-катуу ийкемдүү шарнирдин айлануу катуулугу нөлгө жакын экенин көрсөтүп турат. Ички жана тышкы шакек ийкемдүү илниктер менен салыштырганда, нөл-катуу ийкемдүү шарнир±0,31 рад(18°) катуулугу орто эсеп менен 93% га кыскарды; 0,26 рад (15°), катуулугу 90% га төмөндөйт.

23 жана 24-сүрөттөрдөн көрүнүп тургандай, катуулуктун нөлдүк сапатынын тестирлөөнүн натыйжалары менен теориялык моделдин натыйжаларынын ортосунда дагы эле белгилүү бир ажырым бар (салыштырмалуу ката 15% дан аз) жана катанын негизги себептери төмөндөгүлөр болуп саналат.

(1) Тригонометриялык функцияларды жөнөкөйлөштүрүү менен шартталган модель катасы.

(2) сүрүлүү. Алмаз жалбырагы пружинасы менен монтаждык валдын ортосунда сүрүлүү бар.

(3) иштетүү катасы. Камыштын чыныгы өлчөмүндө каталар ж.б.

(4) Чогултуу катасы. Алмаз түрүндөгү жалбырак пружинанын орнотуу тешиги менен валдын ортосундагы ажырым, сыноо платформасынын түзүлүшүнүн орнотуу боштугу ж.б.

4.5 Катуулугу нөлдүк ийкемдүү шарнир менен иштөөнү салыштыруу Адабияттарда [4] нөлдүк ийкемдүү шарнир ZSFP_CAFP 25-сүрөттө көрсөтүлгөндөй кайчылаш огу ийилүүчү бурчу (CAFP) аркылуу курулган.

ZSFP_IORFP нөлдүк ийкемдүү шарнирди салыштыруу (сүрөт. 21) жана ZSFP_CAFP (сүрөт. 25) ички жана тышкы шакекче ийкемдүү шарнирлерди колдонуу менен курулган

(1) ZSFP_IORFP, структурасы тыгызыраак.

(2) ZSFP_IORFP бурчтук диапазону кичинекей. Бурч диапазону ийкемдүү шарнирдин бурчу диапазону менен чектелет; ZSFP_CAFP бурчтук диапазону80°, ZSFP_IORFP бурч диапазону40°.

(3) ±18°Бурчтардын диапазонунда ZSFP_IORFP нөлдүк катуулуктун жогорку сапатына ээ. ZSFP_CAFP орточо катуулугу 87% га, ZSFP_IORFP орточо катуулугу 93% га кыскарган.

5 корутунду

Таза моменттин астында ички жана тышкы шакекчелердин ийкемдүү шарнигин оң катуулуктун подсистемасы катары алып, нөлдүк ийкемдүү шарнирди куруу үчүн төмөнкү иштер аткарылды.

(1) Терс катуулуктун айлануу механизмин сунуштаңыз——Структуралык пружинанын механизми үчүн анын терс катуулугунун мүнөздөмөлөрүнө структуралык параметрлердин таасирин талдоо үчүн үлгү (Формула (6)) түзүлүп, анын терс катуулугунун мүнөздөмөлөрүнүн диапазону берилген (1-таблица).

(2) Оң жана терс катуулуктун дал келүүсү менен кривошиптин пружинасы механизминдеги пружинанын катуулугунун мүнөздөмөлөрү (теңдеме (16)) алынат жана структуралык параметрлердин таасирин талдоо үчүн модель ((19) теңдеме) түзүлөт. нөлдүк ийкемдүү шарнирдин нөлдүк катуулук сапаты боюнча кранкалык пружинанын механизминин таасири, теориялык жактан алганда, ички жана тышкы шакекчелердин ийкемдүү шарниринин жеткиликтүү соккусунун чегинде (±20°), катуулуктун орточо кыскарышы 97% жетиши мүмкүн.

(3) Ыңгайлаштырылган катуулукту сунуштаңыз“жаз”——Катуулуктун моделин түзүү үчүн алмаз түрүндөгү жалбырак пружинасы түзүлдү ((23) теңдеме) жана чектүү элементтер ыкмасы менен текшерилди.

(4) Компакт нөл-катуулугу ийкемдүү шарнир үлгүсүн долбоорлоо, иштетүү жана сыноо аяктады. Сыноолордун натыйжалары көрсөткөндөй: таза моменттин таасири астында36°Айлануу бурчтарынын диапазонунда ички жана сырткы шакек ийкемдүү илниктер менен салыштырганда, нөлдүк ийкемдүү шарнирдин катуулугу орто эсеп менен 93% га төмөндөйт.

Курулган нөл-катуу ийкемдүү шарнир таза моменттин таасири астында гана ишке ашат.“нөл катуулугу”, Татаал жүктөө шарттарын көтөрүү маселесин кароосуз. Ошондуктан татаал жүктөө шарттарында нөлдүк ийкемдүү шарнирлерди куруу кийинки изилдөөлөрдүн чордонунда турат. Мындан тышкары, нөл-катуу ийкемдүү шарнирлердин кыймылы учурунда болгон сүрүлүүнү азайтуу нөл-катуу ийкемдүү илниктер үчүн маанилүү оптималдаштыруу багыты болуп саналат.

шилтемелер

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

[2] Ю Цзинцзюнь, Пэй Сю, Би Шушэн ж.б. ийкемдүү шарнир механизмин долбоорлоо ыкмалары боюнча изилдөө прогресс[J]. Механикалык инженерия кытай журналы, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin чемпиону, PEI X U, BIS чалуу, ETA чейин. Ийилүүчү механизмдерди долбоорлоо методунун заманбап технологиялары [J]. Механикалык инженерия журналы, 2010, 46 (13): 2-13.

[3] МОРШ Ф М, Малчы Ж Л. Generic Zero Stiffness Compliant Joint долбоорлоо[C]// ASME эл аралык инженердик долбоорлоо конференциялары. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Айлануу ийилүүсүнүн статикалык тең салмактуулугу үчүн өлчөмдүү эмес ыкма[J]. Механизм & Машина теориясы, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Статикалык тең салмактуу шайкеш механизмдер үчүн терс катуулукту куруу блоктору: долбоорлоо жана сыноо[J]. Механизмдердин журналы & Робототехника, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Кайчылаш огу ийилүүчү бурулуштарды моделдөө [J]. Механизм жана машина теориясы, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Кайчылаш ийилүүчү бурулуштардын касиеттери жана тилкелер кесилишкен чекиттин таасири[J]. Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Ультра тактыктагы приборлорго колдонулган жалпыланган үч жолу кайчылаш жазгы ийилүүчү бурулуштарды долбоорлоо жана эксперимент [J]. Review of Scientific Instruments, 2014, 85(10): 105102.

[9] Ян Кызы, Лю Ланг, Би Шушенг ж.б. Жалпыланган үч кайчылаш камыш ийкемдүү шарнирдин айлануу катуулугун изилдөө [J]. Механикалык инженерия кытай журналы, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I сөз, л IU Lang, BIS үн, ETA. Жалпыланган Triple кайчылаш жазгы ийилүү бурчуларынын айлануу катуулугунун мүнөздөмөсү[J]. Механикалык инженерия журналы, 2015, 51 (13): 189-195.

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

[11] l IU l, BIS, yang Q. Ички катуулуктун мүнөздөмөлөрү–ультра тактыктагы аспаптарга колдонулган сырткы шакек ийкемдүү бурчтары[J]. АРХИВ Механикалык инженерлер институтунун материалдары C бөлүгү Машина куруу илими журналы 1989-1996 (том 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Шайкеш механизмдердин статикалык тең салмактуулугунун критерийлери[C]// ASME 2010 Эл аралык долбоорлоо инженериясынын техникалык конференциялары жана компьютерлер жана инженерия боюнча маалымат, август 15–18, 2010, Монреаль, Квебек, Канада. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Эки өлчөмдүү нурлардын ийилүүсү үчүн жалпыланган чектөө модели: Сызыктуу эмес штамм энергиясынын формуласы[J]. Механикалык дизайн журналы, 2010, 132: 81009.

Автор жөнүндө: Би Шушенг (корреспондент), эркек, 1966-жылы туулган, доктор, профессор, докторлук илимий жетекчи. Анын негизги илимий багыты – толук ийкемдүү механизм жана бионикалык робот.

Кранка пружинасы механизмине негизделген нөлдүк ийкемдүү шарнир - бул ар кандай колдонмолордо жылмакай жана так кыймылга мүмкүндүк берген инновациялык жана революциялык технология. Бул макалада биз бул шарнирдин иштөө принциптерин жана анын потенциалдуу колдонмолорун изилдейбиз.

Эшиктерди жабууга келгенде, анын жабылышы бардык айырмачылыкты жаратышы мүмкүн. Кадимки илгичтер катуу үн менен жабылып, таасир жана ыңгайсыздыкты жаратышы мүмкүн. I