Anotacija: Nulinio standumo lankstaus vyrio sukimosi standumas yra apytiksliai lygus nuliui, o tai pašalina trūkumą, kad įprastiems lankstiems vyriams reikia sukimo momento, ir gali būti pritaikytas lanksčiams griebtuvams ir kitiems laukams. Atsižvelgiant į vidinį ir išorinį žiedo lanksčius vyrius, veikiamus gryno sukimo momento, kaip teigiamo standumo posistemę, tyrimas Neigiamojo standumo mechanizmo ir suderinto teigiamo ir neigiamo standumo gali sukurti nulinio standumo lanksčią vyrį. Pasiūlykite neigiamo standumo sukimosi mechanizmą——Alkūninio spyruoklės mechanizmas, sumodeliuotas ir išanalizuotas jo neigiamas standumo charakteristikas; derinant teigiamą ir neigiamą standumą, išanalizavo alkūninio spyruoklinio mechanizmo konstrukcinių parametrų įtaką nulinio standumo kokybei; pasiūlė linijinę spyruoklę su reguliuojamu standumu ir dydžiu——Deimanto formos lakštinė spyruoklė, nustatytas standumo modelis ir atlikta baigtinių elementų modeliavimo patikra; galiausiai buvo baigtas kompaktiško nulinio standumo lankstaus vyrio pavyzdžio projektavimas, apdorojimas ir bandymas. Bandymo rezultatai parodė, kad: veikiant grynam sukimo momentui,±18°Sukimosi kampų diapazone nulinio standumo lankstaus vyrio sukimosi standumas yra vidutiniškai 93% mažesnis nei vidinio ir išorinio žiedo lanksčių vyrių. Sukonstruotas nulinio standumo lankstus vyris turi kompaktišką struktūrą ir aukštos kokybės nulinį standumą; siūlomas neigiamo standumo sukimosi mechanizmas ir linijinė spyruoklė turi didelę atskaitos vertę lanksčiojo mechanizmo tyrimams.

0 pratarmė

Lankstus vyris (guolis)

^[1-2]

Remdamasis lankstaus bloko elastine deformacija judesiui, jėgai ir energijai perduoti arba konvertuoti, jis buvo plačiai naudojamas tikslaus padėties nustatymo ir kitose srityse. Palyginti su tradiciniais standžiais guoliais, lankstus vyris sukasi atstatymo momentu. Todėl pavaros blokas turi užtikrinti išėjimo sukimo momentą, kad būtų galima vairuoti ir išlaikyti lankstaus vyrio sukimąsi. Nulinio standumo lankstus vyris

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) yra lanksti sukamoji jungtis, kurios sukimosi standumas yra apytiksliai lygus nuliui. Šio tipo lankstūs vyriai gali likti bet kurioje eigos diapazono padėtyje, taip pat žinomi kaip statinio balanso lankstūs vyriai

^[4]

, dažniausiai naudojami tokiose srityse kaip lankstieji griebtuvai.

Remiantis lankstaus mechanizmo modulinės konstrukcijos koncepcija, visą nulinio standumo lanksčių vyrių sistemą galima suskirstyti į du teigiamo ir neigiamo standumo posistemius, o nulinio standumo sistemą galima realizuoti suderinant teigiamą ir neigiamą standumą.

^[5]

. Tarp jų teigiamo standumo posistemis paprastai yra didelio žingsnio lankstus vyris, pvz., kryžminis lankstus vyris

^[6-7]

, apibendrintas trijų skersinių nendrių lankstus vyris

^[8-9]

ir vidinio bei išorinio žiedo lankstūs vyriai

^[10-11]

Ir pan. Šiuo metu lanksčių vyrių tyrimai davė daug rezultatų, todėl norint sukurti nulinio standumo lanksčius vyrius, svarbiausia yra pritaikyti lanksčiam vyriui tinkamus neigiamo standumo modulius[3].

Vidinio ir išorinio žiedo lankstūs vyriai (vidinio ir išorinio žiedo lankstieji šarnyrai, IORFP) pasižymi puikiomis standumo, tikslumo ir temperatūros pokyčio charakteristikomis. Atitinkamas neigiamo standumo modulis suteikia nulinio standumo lankstaus vyrio konstravimo metodą ir galiausiai užbaigia nulinio standumo lankstaus vyrio projektavimą, mėginių apdorojimą ir testavimą.

1 alkūninis spyruoklinis mechanizmas

1.1 Neigiamo standumo apibrėžimas

Bendrasis standumo K apibrėžimas yra pokyčio tarp tampriojo elemento apkrovos F ir atitinkamos deformacijos dx greitis.

K = dF/dx (1)

Kai tampriojo elemento apkrovos prieaugis yra priešingas atitinkamo deformacijos prieaugio ženklui, tai yra neigiamas standumas. Fiziškai neigiamas standumas atitinka tampriojo elemento statinį nestabilumą

^[12]

.Neigiamojo standumo mechanizmai vaidina svarbų vaidmenį lanksčios statinės pusiausvyros srityje. Paprastai neigiamo standumo mechanizmai turi šias charakteristikas.

(1) Mechanizmas rezervuoja tam tikrą energijos kiekį arba patiria tam tikrą deformaciją.

(2) mechanizmas yra kritinio nestabilumo būsenoje.

(3) Kai mechanizmas yra šiek tiek sutrikęs ir palieka pusiausvyros padėtį, jis gali išleisti didesnę jėgą, kuri yra ta pačia kryptimi kaip ir judėjimas.

1.2 Nulinio standumo lankstaus vyrio konstrukcijos principas

Nulinio standumo lankstus vyris gali būti sukonstruotas naudojant teigiamą ir neigiamą standumo suderinimą, o principas parodytas 2 paveiksle.

(1) Veikiant grynam sukimo momentui, vidinio ir išorinio žiedo lankstieji vyriai turi maždaug tiesinį sukimo momento ir sukimosi kampo ryšį, kaip parodyta 2a paveiksle. Ypač kai susikirtimo taškas yra 12,73 % nendrių ilgio, sukimo momento ir sukimosi kampo santykis yra tiesinis

^[11]

, šiuo metu lankstaus vyrio atkūrimo momentas Mpivot (kryptis pagal laikrodžio rodyklę) yra susijęs su guolio sukimosi kampuθ(prieš laikrodžio rodyklę) santykiai yra

Mpivot = (8EI/L)θ (2)

Formulėje E – medžiagos tamprumo modulis, L – nendrių ilgis, o I – atkarpos inercijos momentas.

(2) Pagal vidinio ir išorinio žiedo lanksčių vyrių sukimosi standumo modelį, neigiamo standumo sukimosi mechanizmas yra suderintas, o jo neigiamos standumo charakteristikos parodytos 2b paveiksle.

(3) Atsižvelgiant į neigiamo standumo mechanizmo nestabilumą

^[12]

, nulinio standumo lankstaus vyrio standumas turi būti maždaug lygus nuliui ir didesnis už nulį, kaip parodyta 2c paveiksle.

1.3 Alkūninio spyruoklinio mechanizmo apibrėžimas

Remiantis literatūra [4], nulinio standumo lankstus vyris gali būti sukonstruotas įvedant iš anksto deformuotą spyruoklę tarp judančio standaus korpuso ir fiksuoto standaus lankstaus vyrio korpuso. Vidiniam ir išoriniam žiedo lanksčiam vyriui, parodytam Fig. 1, tarp vidinio žiedo ir išorinio žiedo įvedama spyruoklė, ty įvedami spyruokliniai alkūniniai mechanizmai (SCM). Atsižvelgiant į švaistiklio slankiklio mechanizmą, parodytą 3 paveiksle, susiję alkūninio spyruoklės mechanizmo parametrai parodyti 4 paveiksle. Alkūninio spyruoklės mechanizmas sudarytas iš švaistiklio ir spyruoklės (nustatytas standumas k). pradinis kampas yra kampas tarp švaistiklio AB ir pagrindo AC, kai spyruoklė nėra deformuota. R žymi švaistiklio ilgį, l – pagrindinį ilgį, o švaistiklio ilgio santykį apibrėžia kaip r ir l santykį, t.y. = r/l (0<<1).

Alkūninio-spyruoklinio mechanizmo konstrukcijai reikia nustatyti 4 parametrus: pagrindo ilgį l, švaistiklio ilgio santykį, pradinį kampą ir spyruoklės standumą K.

Alkūninio spyruoklinio mechanizmo deformacija veikiant jėga parodyta 5a paveiksle, šiuo metu M

_&gama;

Veikiant švaistiklis pasislenka iš pradinės padėties AB

_Beta

kreiptis į AB

_&gama;

, sukimosi proceso metu įtrauktas švaistiklio kampas horizontalios padėties atžvilgiu

_&gama;

vadinamas švaistiklio kampu.

Kokybinė analizė rodo, kad švaistiklis sukasi iš AB (pradinė padėtis, M & gama; Nulis) iki AB0 (“negyvas taškas”vieta, M

_&gama;

yra nulis), švaistiklio-spyruoklės mechanizmas turi deformaciją su neigiamomis standumo charakteristikomis.

1.4 Santykis tarp sukimo momento ir alkūninio spyruoklės mechanizmo sukimosi kampo

Fig. 5, sukimo momentas M & gama; pagal laikrodžio rodyklę yra teigiamas, švaistiklio kampas & gama; prieš laikrodžio rodyklę yra teigiamas, o momentinė apkrova M modeliuojama ir analizuojama toliau.

_&gama;

su švaistiklio kampu

_&gama;

Ryšys tarp modeliavimo proceso yra matuojamas.

Kaip parodyta 5b paveiksle, švaistiklio AB sukimo momento balanso lygtis & gama yra nurodyta.

Formulėje F & gama; yra spyruoklės atkūrimo jėga, d & gama; yra F & gama; į tašką A. Tarkime, kad spyruoklės poslinkio ir apkrovos santykis yra

Formulėje K yra spyruoklės standumas (nebūtinai pastovi vertė),δ

x&gama;

yra spyruoklės deformacijos dydis (sutrumpintas iki teigiamo),δ

x&gama;

=|B

_Beta

C| – |B

_&gama;

C|.

Vienalaikis tipas (3) (5), momentas M

_&gama;

su kampu

_&gama;

Santykiai yra

1.5 Alkūninio spyruoklės mechanizmo neigiamų standumo charakteristikų analizė

Siekiant palengvinti alkūninio-spyruoklės mechanizmo neigiamų standumo charakteristikų analizę (momentas M

_&gama;

su kampu

_&gama;

santykį), galima daryti prielaidą, kad spyruoklė turi tiesinį teigiamą standumą, tada formulė (4) gali būti perrašyta kaip

Formulėje Kconst yra konstanta, didesnė už nulį. Nustačius lankstaus lanksto dydį, taip pat nustatomas pagrindo ilgis l. Todėl, darant prielaidą, kad l yra konstanta, formulė (6) gali būti perrašyta kaip

kur Kconstl2 yra konstanta, didesnė už nulį, o momento koeficientas m & gama; turi vieną matmenį. Neigiamos alkūninio spyruoklės mechanizmo standumo charakteristikos gali būti gaunamos analizuojant ryšį tarp sukimo momento koeficiento m & gama; ir sukimosi kampą & gama.

Iš (9) lygties 6 paveiksle parodytas pradinis kampas =π santykiai tarp m & gama; ir švaistiklio ilgio santykis bei sukimosi kampas & gama;, & isinas; [0,1, 0,9],& gama;& isin;[0, π]. 7 paveiksle parodytas ryšys tarp m & gama; ir sukimosi kampas & gama; = 0,2 ir skirtingi . 8 paveiksle parodyta =π Kai pagal skirtingus santykius tarp m & gama; ir kampas & gama.

Pagal alkūninio spyruoklinio mechanizmo apibrėžimą (1.3 skirsnis) ir formulę (9), kai k ir l yra pastovūs, m & gama; Susijęs tik su kampu & gama;, švaistiklio ilgio santykis ir švaistiklio pradinis kampas .

(1) Jei ir tik & gama; yra lygus 0 arbaπ arba, m & gama; yra lygus nuliui; & gama; & isin;[0, ],m & gama; yra didesnis už nulį; & gama; & yra;[π], m & gama; mažiau nei nulis. & isin;[0, ],m & gama; yra didesnis už nulį; & gama;& yra;[π], m & gama; mažiau nei nulis.

(2) & gama; Kai [0, ], sukimosi kampas & gama; didėja, m & gama; didėja nuo nulio iki vingio taško kampo & gama;0 įgauna didžiausią reikšmę m & gama;max, o po to palaipsniui mažėja.

(3) Alkūninio spyruoklės mechanizmo neigiamas standumo charakteristikų diapazonas: & gama;& isin;[0, & gamma;0], šiuo metu & gama; padidėja (prieš laikrodžio rodyklę), o sukimo momentas M & gama; didėja (pagal laikrodžio rodyklę). Posūkio taško kampas & gama;0 yra didžiausias alkūninio spyruoklės mechanizmo neigiamo standumo charakteristikos sukimosi kampas ir & gama;0 & isin;[0, ];m & gamma;max yra didžiausias neigiamo momento koeficientas. Duota ir , (9) lygties išvedimas duoda & gama;0

(4) kuo didesnis pradinis kampas, & gama; didesnis 0, m

_&gama;maks

didesnis.

(5) kuo didesnis ilgio santykis, & gama; mažesnis 0, m

_&gama;maks

didesnis.

Visų pirma =πAlkūninio spyruoklinio mechanizmo neigiamos standumo charakteristikos yra geriausios (neigiamas standumo kampo diapazonas yra didelis, o sukimo momentas, kurį galima pateikti, yra didelis). =πTuo pačiu metu, esant skirtingoms sąlygoms, didžiausias sukimosi kampas & švaistiklio spyruokliniam mechanizmui būdingo neigiamo standumo gama; 0 ir maksimalus neigiamas sukimo momento koeficientas m & gama; Max nurodytas 1 lentelėje.

2 Nulinio standumo lankstaus vyrio konstrukcija

2.1 teigiamo ir neigiamo standumo atitikimas parodytas 9 paveiksle, n (n 2) lygiagrečių alkūninių spyruoklių mechanizmų grupių yra tolygiai paskirstytos aplink perimetrą, sudarydamos neigiamo standumo mechanizmą, suderintą su vidinio ir išorinio žiedo lanksčiais vyriais.

Naudodami vidinio ir išorinio žiedo lanksčius vyrius kaip teigiamo standumo posistemį, sukonstruokite nulinio standumo lanksčią vyrį. Norėdami pasiekti nulinį standumą, suderinkite teigiamą ir neigiamą standumą

vienu metu (2), (3), (6), (11) ir & gama;=θ, krovinys F & galima gauti spyruoklės gama; ir poslinkisδx santykis & gama; yra

Pagal 1.5 skirsnį, švaistiklio spyruoklės mechanizmo neigiamo standumo kampo diapazonas: & gama;& isin;[0, & gama;0] ir & gama;0 & isin;[0, ], nulinio standumo lankstaus vyrio eiga turi būti mažesnė nei & gama;0, I.e. spyruoklė visada yra deformuota (δx&gama;≠0). Vidinio ir išorinio žiedo lanksčių vyrių sukimosi diapazonas yra±0,35 rad(±20°), supaprastinti trigonometrines funkcijas sin & gama; ir cos & gama; taip

Supaprastinus spyruoklės apkrovos ir poslinkio santykis

2.2 Teigiamo ir neigiamo standumo atitikimo modelio klaidų analizė

Įvertinkite klaidą, kurią sukelia supaprastintas (13) lygties traktavimas. Pagal nulinio standumo lankstaus vyrio faktinius apdorojimo parametrus (4.2 skirsnis): n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; Vidinio ir išorinio žiedo lanksčios vyrių nendrių matmenys L = 46 mm, T = 0,3 mm, W = 9,4 mm; Palyginimo formulės (12) ir (14) supaprastina priekinių ir galinių spyruoklių apkrovos poslinkio santykį ir santykinę paklaidą, kaip parodyta atitinkamai 10a ir 10b paveiksluose.

Kaip parodyta 10 paveiksle, & gama; yra mažesnis nei 0,35 rad (20°), santykinė paklaida, kurią sukelia supaprastintas apkrovos poslinkio kreivė, neviršija 2,0%, o formulė

Supaprastintas (13) apdorojimas gali būti naudojamas nulinio standumo lankstiems vyriams konstruoti.

2.3 Spyruoklės standumo charakteristikos

Darant prielaidą, kad spyruoklės standumas yra K, tuo pačiu metu (3), (6), (14)

Pagal faktinius nulinio standumo lankstaus vyrio apdorojimo parametrus (4.2 skirsnis), spyruoklės standumo K kitimo kreivė su kampu & gama; parodyta 11 paveiksle. Visų pirma, kai & gama;= 0, K įgauna mažiausią reikšmę.

Projektavimo ir apdorojimo patogumui spyruoklė naudoja linijinę teigiamo standumo spyruoklę, o standumas yra Kconst. Per visą eigą, jei bendras nulinio standumo lankstaus vyrio standumas yra didesnis arba lygus nuliui, Kconst turėtų gauti mažiausią K reikšmę

Lygtis (16) yra linijinės teigiamo standumo spyruoklės standumo vertė konstruojant nulinio standumo lanksčią vyrį. 2.4 Nulinio standumo kokybės analizė Sukonstruoto nulinio standumo lankstaus vyrio apkrovos ir poslinkio santykis yra

Galima gauti vienalaikę (2), (8), (16) formulę

Siekiant įvertinti nulinio standumo kokybę, lankstaus lanksto standumo mažinimo diapazonas prieš ir po neigiamo standumo modulio pridėjimo apibrėžiamas kaip nulinio standumo kokybės koeficientas.η

η Kuo arčiau 100%, tuo aukštesnė nulinio standumo kokybė. 12 paveikslas yra 1-η Ryšys su švaistiklio ilgio santykiu ir pradiniu kampu η Jis nepriklauso nuo lygiagrečių švaistiklio-spyruoklinių mechanizmų skaičiaus n ir pagrindo ilgio l, bet susijęs tik su švaistiklio ilgio santykiu , sukimosi kampu & gama; ir pradinis kampas .

(1) Didėja pradinis kampas ir pagerėja nulinio standumo kokybė.

(2) Ilgio santykis didėja, o nulinio standumo kokybė mažėja.

(3) Kampas & gama; padidėja, nulinio standumo kokybė mažėja.

Siekiant pagerinti nulinio standumo lankstaus vyrio nulinio standumo kokybę, pradinis kampas turėtų būti didesnis; švaistiklio ilgio santykis turi būti kuo mažesnis. Tuo pačiu metu pagal 1.5 skirsnyje pateiktus analizės rezultatus, jei yra per mažas, švaistiklio-spyruoklės mechanizmo gebėjimas užtikrinti neigiamą standumą bus silpnas. Siekiant pagerinti nulinio standumo lankstaus vyrio nulinio standumo kokybę, pradinis kampas =π, švaistiklio ilgio santykis = 0,2, tai yra faktiniai apdorojimo parametrai, nurodyti 4.2 skirsnio nulinio standumo lankstaus vyrio.

Pagal faktinius nulinio standumo lankstaus vyrio apdorojimo parametrus (4.2 skirsnis), sukimo momento ir kampo santykis tarp vidinio ir išorinio žiedo lankstaus vyrio ir nulinio standumo lankstaus vyrio parodytas 13 paveiksle; standumo sumažėjimas yra nulinio standumo kokybės koeficientasηSantykis su kampeliu & gama; parodyta 14 paveiksle. Pagal 14 paveikslą: per 0,35 rad (20°) sukimosi diapazonas, nulinio standumo lankstaus lanksto standumas sumažėja vidutiniškai 97 %; 0,26 rad(15°) kampuose, jis sumažinamas 95 proc.

3 Linijinės teigiamo standumo spyruoklės konstrukcija

Nulinio standumo lankstaus vyrio konstrukcija paprastai nustatoma po to, kai nustatomas lankstaus vyrio dydis ir standumas, o tada pakeičiamas alkūninio spyruoklės mechanizmo spyruoklės standumas, todėl spyruoklės standumo ir dydžio reikalavimai yra gana griežti. Be to, pradinis kampas =π5a pav., kai sukasi nulinio standumo lankstus vyris, spyruoklė visada yra suspausta, t.“Suspaudimo spyruoklė”.

Tradicinių suspaudimo spyruoklių standumą ir dydį sunku tiksliai pritaikyti, todėl dažnai reikalingas kreipiamasis mechanizmas. Todėl siūloma spyruoklė, kurios standumą ir dydį galima pritaikyti pagal poreikius——Deimanto formos spyruoklinė styga. Deimanto formos lakštinių spyruoklių styga (15 pav.) sudaryta iš kelių deimanto formos lakštinių spyruoklių, sujungtų nuosekliai. Jis turi laisvo konstrukcinio dizaino ir aukšto pritaikymo laipsnio savybes. Jo apdirbimo technologija atitinka lanksčių vyrių technologijas ir abu yra apdorojami preciziškai nupjaunant vielą.

3.1. Deimanto formos lakštinės spyruoklės stygos apkrovos-poslinkio modelis

Dėl rombinės lakštinės spyruoklės simetrijos, tik vienai lakštinei spyruoklei reikia atlikti įtempių analizę, kaip parodyta 16 paveiksle. α yra kampas tarp nendrių ir horizontalės, nendrių ilgis, plotis ir storis yra atitinkamai Ld, Wd, Td, f yra matmenų vieninga apkrova rombinei lakštinei spyruoklei,δy yra rombinės lakštinės spyruoklės deformacija y kryptimi, jėga fy ir momentas m yra lygiavertės apkrovos vienos nendrės gale, fv ir fw yra fy komponentinės jėgos wov koordinačių sistemoje.

Pagal AWTAR sijos deformacijos teoriją[13], matmenų vieningas vienos nendrės apkrovos ir poslinkio santykis.

Dėl nendrėje esančio standaus kūno suvaržymo santykio nendrių galinis kampas prieš ir po deformacijos yra lygus nuliui, t.θ = 0. Vienu metu (20) (22)

(23) lygtis yra rombinės lakštinės spyruoklės apkrovos ir poslinkio matmenų suvienodinimo modelis. n2 rombinės lakštinės spyruoklės sujungtos nuosekliai, o jos apkrovos-poslinkio modelis yra

Iš (24) formulės, kadaαKai d yra mažas, rombo formos lakštinės spyruoklės stygos standumas yra maždaug tiesinis, esant tipiniams matmenims ir tipinėms apkrovoms.

3.2 Modelio baigtinių elementų modeliavimo patikra

Atliekamas deimanto formos lakštinės spyruoklės apkrovos poslinkio modelio baigtinių elementų modeliavimo patikra. Naudojant ANSYS Mechanical APDL 15.0, modeliavimo parametrai pateikti 2 lentelėje, o deimanto formos lakštinei spyruoklei taikomas 8 N slėgis.

Modelio rezultatų palyginimas su rombinės lakštinės spyruoklės apkrovos ir poslinkio ryšio modeliavimo rezultatais parodytas fig. 17 (dimensijų nustatymas). Keturių rombinių lakštinių spyruoklių su skirtingais pasvirimo kampais santykinė paklaida tarp modelio ir baigtinių elementų modeliavimo rezultatų neviršija 1,5%. Modelio (24) galiojimas ir tikslumas buvo patikrintas.

4 Nulinio standumo lankstaus vyrio projektavimas ir bandymas

4.1 Nulinio standumo lankstaus vyrio parametrų konstrukcija

Norint suprojektuoti nulinio standumo lanksčią vyrį, pirmiausia reikia nustatyti lankstaus vyrio projektinius parametrus pagal eksploatavimo sąlygas, o tada atvirkščiai apskaičiuoti atitinkamus švaistiklio spyruoklinio mechanizmo parametrus.

4.1.1 Lankstūs vyrių parametrai

Vidinio ir išorinio žiedo lanksčiųjų vyrių susikirtimo taškas yra 12,73 % nendrių ilgio, o jo parametrai pateikti 3 lentelėje. Pakeitus (2) lygtį, vidinio ir išorinio žiedo lanksčiųjų vyrių sukimo momento ir sukimosi kampo santykis yra

4.1.2 Neigiami standumo mechanizmo parametrai

Kaip parodyta pav. 18, imant lygiagrečiai alkūninių spyruoklių mechanizmų skaičių n kaip 3, ilgis l = 40 mm nustatomas pagal lankstaus vyrio dydį. pagal 2.4 skirsnio išvadą pradinis kampas =π, švaistiklio ilgio santykis = 0,2. Pagal (16) lygtį spyruoklės standumas (t.y. deimantinių lakštų spyruoklinė styga) yra Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Deimantinės lapinės spyruoklės stygos parametrai

pagal l = 40 mm, =π, = 0,2, pradinis spyruoklės ilgis yra 48 mm, o didžiausia deformacija (& gama;= 0) yra 16 mm. Dėl struktūrinių apribojimų vienai rombinei lakštinei spyruoklei sunku sukurti tokią didelę deformaciją. Naudojant keturias rombines lakštines spyruokles nuosekliai (n2 = 4), vienos rombinės lakštinės spyruoklės standumas yra lygus

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

Pagal neigiamo standumo mechanizmo dydį (18 pav.), atsižvelgiant į deimanto formos lakštinės spyruoklės nendrių ilgį, plotį ir nendrių pasvirimo kampą, nendrę galima nustatyti iš formulės (23) ir standumo formulės (27) rombo formos lakštinė spyruoklė Storis. Rombinių lakštinių spyruoklių konstrukciniai parametrai pateikti 4 lentelėje.

paviršius4

Apibendrinant galima pasakyti, kad visi nulinio standumo lankstaus vyrio, pagrįsto alkūninio spyruoklės mechanizmu, parametrai buvo nustatyti, kaip parodyta 3 ir 4 lentelėse.

4.2 Nulinio standumo lankstaus vyrio pavyzdžio projektavimas ir apdorojimas Lanksčiojo vyrio apdorojimo ir bandymo metodą rasite literatūroje [8]. Nulinio standumo lankstus vyris sudarytas iš neigiamo standumo mechanizmo ir lygiagrečiai vidinio ir išorinio žiedo lankstaus vyrio. Konstrukcijos konstrukcija parodyta 19 pav.

Tiek vidinis, tiek išorinis žiedo lankstūs vyriai ir rombo formos lakštinės spyruoklės yra apdirbamos tiksliomis vielos pjovimo staklėmis. Vidinio ir išorinio žiedo lankstūs vyriai yra apdorojami ir surenkami sluoksniais. 20 paveikslas yra trijų deimanto formos lakštinių spyruoklių stygų rinkinių fizinis vaizdas, o 21 paveiksle yra surinktas nulinis standumas. Fizinis lankstaus vyrio pavyzdžio vaizdas.

4.3 Nulinio standumo lankstaus vyrio sukimosi standumo bandymo platforma Remiantis [8] pateiktu sukimosi standumo bandymo metodu, nulinio standumo lankstaus vyrio sukimosi standumo bandymo platforma sukonstruota, kaip parodyta 22 paveiksle.

4.4 Eksperimentinis duomenų apdorojimas ir klaidų analizė

Ant bandymo platformos buvo išbandytas vidinio ir išorinio žiedo lanksčių vyrių ir nulinio standumo lanksčių vyrių sukimosi standumas, o bandymo rezultatai pateikti 23 pav. Apskaičiuokite ir nubrėžkite nulinio standumo lankstaus vyrio nulinio standumo kokybės kreivę pagal (19) formulę, kaip parodyta Fig. 24.

Bandymo rezultatai rodo, kad nulinio standumo lankstaus vyrio sukimosi standumas yra artimas nuliui. Palyginti su vidinio ir išorinio žiedo lanksčiais vyriais, nulinio standumo lanksčiais vyriais±0,31 rad(18°) standumas sumažėjo vidutiniškai 93 %; 0,26 rad (15°), standumas sumažėja 90%.

Kaip matyti 23 ir 24 paveiksluose, tarp nulinio standumo kokybės bandymo rezultatų ir teorinio modelio rezultatų vis dar yra tam tikras atotrūkis (santykinė paklaida mažesnė nei 15%), o pagrindinės klaidos priežastys yra šios.

(1) Modelio klaida, atsiradusi dėl trigonometrinių funkcijų supaprastinimo.

(2) Trintis. Tarp deimantinės lakštinės spyruoklės stygos ir tvirtinimo veleno yra trintis.

(3) Apdorojimo klaida. Yra klaidų tikrojo nendrių dydžio ir kt.

(4) Surinkimo klaida. Tarpas tarp deimanto formos lakštinės spyruoklės stygos ir veleno montavimo angos, bandymo platformos įrenginio montavimo tarpas ir kt.

4.5 Veikimo palyginimas su tipišku nulinio standumo lanksčiu vyriu Literatūroje [4] nulinio standumo lankstus vyris ZSFP_CAFP buvo sukonstruotas naudojant skersinės ašies lenkimo ašį (CAFP), kaip parodyta 25 paveiksle.

Nulinio standumo lankstaus vyrio ZSFP_IORFP palyginimas (1 pav.). 21) ir ZSFP_CAFP (pav. 25) sukonstruoti naudojant vidinio ir išorinio žiedo lanksčius vyrius

(1) ZSFP_IORFP, struktūra yra kompaktiškesnė.

(2) ZSFP_IORFP kampinis diapazonas yra mažas. Kampų diapazoną riboja paties lankstaus vyrio kampų diapazonas; kampinis ZSFP_CAFP diapazonas80°, ZSFP_IORFP kampinis diapazonas40°.

(3) ±18°Kampų diapazone ZSFP_IORFP pasižymi aukštesne nulinio standumo kokybe. Vidutinis ZSFP_CAFP standumas sumažintas 87%, o vidutinis ZSFP_IORFP standumas sumažintas 93%.

5 išvada

Lankstus vidinio ir išorinio žiedo vyris, veikiamas gryno sukimo momento, kaip teigiamo standumo posistemis, buvo atliktas toks darbas, siekiant sukurti nulinio standumo lanksčią vyrį.

(1) Pasiūlykite neigiamo standumo sukimosi mechanizmą——Alkūninio spyruoklės mechanizmui buvo sukurtas modelis (Formulė (6)), analizuojantis konstrukcinių parametrų įtaką jo neigiamoms standumo charakteristikoms ir pateiktas jo neigiamų standumo charakteristikų diapazonas (1 lentelė).

(2) Suderinus teigiamą ir neigiamą standumą, gaunamos alkūninio spyruoklinio mechanizmo spyruoklės standumo charakteristikos ((16) lygtis) ir sukuriamas modelis ((19) lygtis), analizuojant konstrukcinių parametrų poveikį. alkūninio spyruoklinio mechanizmo nulinio standumo nulinio standumo lankstaus vyrio kokybei Teoriškai įtaka vidinių ir išorinių žiedų lankstaus lanksto eigos ribose (±20°), vidutinis standumo sumažėjimas gali siekti 97%.

(3) Pasiūlykite pritaikomą standumą“pavasaris”——Jo standumo modeliui nustatyti buvo sukurta rombo formos lakštinė spyruoklė ((23) lygtis) ir patikrinta baigtinių elementų metodu.

(4) Baigtas kompaktiško nulinio standumo lankstaus vyrio pavyzdžio projektavimas, apdorojimas ir bandymas. Bandymo rezultatai rodo, kad: veikiant grynam sukimo momentui,36°Sukimosi kampų diapazone, palyginti su vidinio ir išorinio žiedo lanksčiais vyriais, nulinio standumo lankstaus vyrio standumas sumažėja vidutiniškai 93%.

Sukonstruotas nulinio standumo lankstus vyris veikia tik gryno sukimo momento, kuris gali realizuoti“nulinis standumas”, neatsižvelgiant į sudėtingų guolių apkrovos sąlygų atvejį. Todėl tolesnių tyrimų objektas yra nulinio standumo lanksčių vyrių konstrukcija sudėtingomis apkrovos sąlygomis. Be to, nulinio standumo lanksčių vyrių judėjimo trinties sumažinimas yra svarbi nulinio standumo lanksčių vyrių optimizavimo kryptis.

nuorodos

[1] HOWELL L L. Atitinkami mechanizmai[M]. Niujorkas: Johnas Wiley&Sons, Inc, 2001 m.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng ir kt. Lanksčių vyrių mechanizmo projektavimo metodų tyrimų pažanga[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13. Y u jin čempionas, PEI X U, BIS kvietimas, ETA aukštyn. Naujausias lankstumo mechanizmų projektavimo metodas[J]. Mechanikos inžinerijos žurnalas, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Bendrojo nulinio standumo jungties projektavimas[C]// ASME tarptautinės projektavimo inžinerijos konferencijos. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Nedimensinis metodas, skirtas statiniam rotacinių lenkimų balansavimui[J]. Mechanizmas & Mašinos teorija, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C ir kt. Neigiamojo standumo statybiniai blokai, skirti statiškai subalansuotiems suderinamiems mechanizmams: projektavimas ir testavimas[J]. Mechanizmų žurnalas & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Kryžminių ašių lenkimo posūkių modeliavimas[J]. Mechanizmas ir mašinų teorija, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Kryžminių lenkimo posūkių savybės ir juostų susikirtimo taško įtaka[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Apibendrintų trigubų kryžminių spyruoklių lankstymo posūkių, taikomų itin tiksliams instrumentams, projektavimas ir eksperimentas [J]. Mokslinių instrumentų apžvalga, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng ir kt. Apibendrinto trijų skersinių nendrių lankstaus lanksto sukimosi standumo charakteristikų tyrimas[J]. Kinijos mechanikos inžinerijos žurnalas, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I žodis, l IU Lang, BIS balsas, ETA. Apibendrintų trigubų kryžminių spyruoklių lankstumo posūkių sukimosi standumo apibūdinimas[J]. Mechanikos inžinerijos žurnalas, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Cross-Spring Flexural Pivots topologijos struktūros palyginimo tyrimas[C]// ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, rugpjūčio mėn. 17–2014 m. 20 d., Bafalas, Niujorkas, JAV. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Vidaus standumo charakteristikos–išorinio žiedo lankstymo šarnyrai, pritaikyti itin tiksliams instrumentams[J]. ARCHYVAS Mechanikos inžinierių instituto darbai C dalis Mechanikos inžinerijos mokslo žurnalas 1989-1996 (t. 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Atitinkamų mechanizmų statinio balansavimo kriterijai[C]// ASME 2010 tarptautinės projektavimo inžinerijos techninės konferencijos ir kompiuterių ir informacijos inžinerijos konferencija, rugpjūčio mėn. 15–2010 m. 18 d., Monrealis, Kvebekas, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Apibendrintas suvaržymo modelis dvimačiams pluošto lenkimams: Netiesinės deformacijos energijos formuluotė[J]. Mechaninio dizaino žurnalas, 2010, 132: 81009.

Apie autorių: Bi Shusheng (autorius korespondencija), vyras, gimęs 1966 m., gydytojas, profesorius, doktorantūros vadovas. Pagrindinė jo tyrimų kryptis – visiškai lankstus mechanizmas ir bioninis robotas.