Abstrak: Kekukuhan putaran engsel fleksibel kekakuan sifar adalah lebih kurang sifar, yang mengatasi kecacatan engsel fleksibel biasa memerlukan tork pemanduan, dan boleh digunakan pada pencengkam fleksibel dan medan lain. Mengambil engsel fleksibel gelang dalam dan luar di bawah tindakan tork tulen sebagai subsistem kekakuan positif, mekanisme kekakuan negatif penyelidikan dan padanan kekakuan positif dan negatif boleh membina engsel fleksibel kekakuan sifar. Cadangkan mekanisme putaran kekakuan negatif——Mekanisme spring engkol, dimodelkan dan dianalisis ciri-ciri kekakuan negatifnya; dengan memadankan kekakuan positif dan negatif, menganalisis pengaruh parameter struktur mekanisme spring engkol pada kualiti kekakuan sifar; mencadangkan spring linear dengan kekakuan dan saiz yang boleh disesuaikan——Rentetan spring daun berbentuk berlian, model kekakuan telah diwujudkan dan pengesahan simulasi unsur terhingga telah dijalankan; akhirnya, reka bentuk, pemprosesan dan ujian sampel engsel fleksibel sifar kekukuhan padat telah selesai. Keputusan ujian menunjukkan bahawa: di bawah tindakan tork tulen,±18°Dalam julat sudut putaran, kekakuan putaran engsel fleksibel kekakuan sifar adalah 93% lebih rendah daripada engsel fleksibel gelang dalam dan luar secara purata. Engsel fleksibel kekakuan sifar yang dibina mempunyai struktur padat dan kekakuan sifar berkualiti tinggi; mekanisme putaran kekakuan negatif yang dicadangkan dan linear Spring mempunyai nilai rujukan yang besar untuk kajian mekanisme fleksibel.

0 mukadimah

Engsel fleksibel (bearing)

^[1-2]

Bergantung pada ubah bentuk anjal unit fleksibel untuk menghantar atau menukar gerakan, daya dan tenaga, ia telah digunakan secara meluas dalam penentududukan ketepatan dan bidang lain. Berbanding dengan galas tegar tradisional, terdapat masa pemulihan apabila engsel fleksibel berputar. Oleh itu, unit pemacu perlu menyediakan tork output untuk memandu dan Kekalkan putaran engsel fleksibel. Engsel fleksibel kekakuan sifar

^[3]

(Pivot lentur kekakuan sifar, ZSFP) ialah sambungan berputar fleksibel yang kekukuhan putarannya adalah lebih kurang sifar. Jenis engsel fleksibel ini boleh kekal di mana-mana kedudukan dalam julat lejang, juga dikenali sebagai engsel fleksibel keseimbangan statik

^[4]

, kebanyakannya digunakan dalam bidang seperti pencengkam fleksibel.

Berdasarkan konsep reka bentuk modular mekanisme fleksibel, keseluruhan sistem engsel fleksibel kekakuan sifar boleh dibahagikan kepada dua subsistem kekakuan positif dan negatif, dan sistem kekakuan sifar boleh direalisasikan melalui pemadanan kekakuan positif dan negatif.

^[5]

. Antaranya, subsistem kekakuan positif biasanya adalah engsel fleksibel lejang besar, seperti engsel fleksibel buluh silang.

^[6-7]

, engsel fleksibel buluh tiga silang umum

^[8-9]

dan engsel fleksibel cincin dalam dan luar

^[10-11]

Dan sebagainya. Pada masa ini, penyelidikan mengenai engsel fleksibel telah mencapai banyak keputusan, oleh itu, kunci untuk mereka bentuk engsel fleksibel kekakuan sifar adalah untuk memadankan modul kekakuan negatif yang sesuai untuk engsel fleksibel[3].

Engsel boleh lentur gelang dalam dan luar (pangsi lentur gelang dalam dan luar, IORFP) mempunyai ciri-ciri cemerlang dari segi kekakuan, ketepatan dan hanyutan suhu. Modul kekakuan negatif yang sepadan menyediakan kaedah pembinaan engsel fleksibel kekakuan sifar, dan akhirnya, melengkapkan reka bentuk, pemprosesan sampel dan ujian engsel fleksibel kekakuan sifar.

1 mekanisme spring engkol

1.1 Definisi kekakuan negatif

Takrifan umum kekakuan K ialah kadar perubahan antara beban F yang ditanggung oleh unsur kenyal dan ubah bentuk yang sepadan dx

K= dF/dx (1)

Apabila kenaikan beban unsur elastik bertentangan dengan tanda kenaikan ubah bentuk yang sepadan, ia adalah kekakuan negatif. Secara fizikal, kekakuan negatif sepadan dengan ketidakstabilan statik unsur elastik

^[12]

.Mekanisme kekakuan negatif memainkan peranan penting dalam bidang keseimbangan statik fleksibel. Biasanya, mekanisme kekakuan negatif mempunyai ciri-ciri berikut.

(1) Mekanisme menyimpan sejumlah tenaga tertentu atau mengalami ubah bentuk tertentu.

(2) Mekanisme berada dalam keadaan tidak stabil yang kritikal.

(3) Apabila mekanisme sedikit terganggu dan meninggalkan kedudukan keseimbangan, ia boleh melepaskan daya yang lebih besar, yang berada dalam arah yang sama dengan pergerakan.

1.2 Prinsip pembinaan engsel fleksibel kekukuhan sifar

Engsel fleksibel kekakuan sifar boleh dibina dengan menggunakan padanan kekakuan positif dan negatif, dan prinsipnya ditunjukkan dalam Rajah 2.

(1) Di bawah tindakan tork tulen, engsel boleh lentur gelang dalam dan luar mempunyai hubungan sudut tork-putaran lebih kurang linear, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2a. Terutamanya, apabila titik persilangan terletak pada 12.73% daripada panjang buluh, hubungan sudut putaran tork adalah linear

^[11]

, pada masa ini, momen memulihkan Mpivot (arah jam) engsel fleksibel berkaitan dengan sudut putaran galasθ(lawan arah jam) hubungannya ialah

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Dalam formula, E ialah modulus keanjalan bahan, L ialah panjang buluh, dan I ialah momen inersia bahagian.

(2) Mengikut model kekakuan putaran engsel fleksibel gelang dalam dan luar, mekanisme putaran kekakuan negatif dipadankan, dan ciri kekakuan negatifnya ditunjukkan dalam Rajah 2b.

(3) Memandangkan ketidakstabilan mekanisme kekakuan negatif

^[12]

, kekakuan engsel fleksibel kekakuan sifar hendaklah lebih kurang sifar dan lebih besar daripada sifar, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2c.

1.3 Definisi mekanisme spring engkol

Menurut kesusasteraan [4], engsel fleksibel kekakuan sifar boleh dibina dengan memperkenalkan spring pra-cacat antara badan tegar yang bergerak dan badan tegar tetap engsel fleksibel. Untuk engsel fleksibel gelang dalam dan luar yang ditunjukkan dalam Rajah. 1, spring diperkenalkan di antara cincin dalam dan cincin luar, iaitu, mekanisme spring-crank (SCM) diperkenalkan. Merujuk kepada mekanisme gelangsar engkol yang ditunjukkan dalam Rajah 3, parameter berkaitan mekanisme spring engkol ditunjukkan dalam Rajah 4. Mekanisme engkol-spring terdiri daripada engkol dan spring (tetapkan kekukuhan sebagai k). sudut awal ialah sudut yang disertakan antara engkol AB dan tapak AC apabila spring tidak cacat. R mewakili panjang engkol, l mewakili panjang tapak, dan mentakrifkan nisbah panjang engkol sebagai nisbah r kepada l, I .e. = r/l (0<<1).

Pembinaan mekanisme engkol-spring memerlukan penentuan 4 parameter: panjang tapak l, nisbah panjang engkol, sudut awal dan kekukuhan spring K.

Ubah bentuk mekanisme spring engkol di bawah daya ditunjukkan dalam Rajah 5a, pada masa ini M

_γ

Di bawah tindakan itu, engkol bergerak dari kedudukan awal AB

_Beta

beralih kepada AB

_γ

, semasa proses putaran, sudut engkol yang disertakan berbanding kedudukan mendatar

_γ

dipanggil sudut engkol.

Analisis kualitatif menunjukkan bahawa engkol berputar dari AB (kedudukan awal, M & gamma; Sifar) kepada AB0 (“titik mati”lokasi, M

_γ

adalah sifar), mekanisme engkol-spring mempunyai ubah bentuk dengan ciri kekakuan negatif.

1.4 Hubungan antara tork dan sudut putaran mekanisme spring engkol

Dalam Rajah. 5, tork M & gamma; mengikut arah jam adalah positif, sudut engkol & gamma; lawan jam adalah positif, dan beban momen M dimodelkan dan dianalisis di bawah.

_γ

dengan sudut engkol

_γ

Hubungan antara proses pemodelan adalah berdimensi.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5b, persamaan imbangan tork untuk engkol AB & gamma disenaraikan.

Dalam formula, F & gamma; ialah daya pemulihan spring, d & gamma; ialah F & gamma; ke titik A. Andaikan bahawa hubungan sesaran-beban spring ialah

Dalam formula, K ialah kekakuan spring (tidak semestinya nilai tetap),δ

xγ

ialah jumlah ubah bentuk spring (dipendekkan kepada positif),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Jenis serentak (3)(5), momen M

_γ

dengan sudut

_γ

Hubungan itu adalah

1.5 Analisis ciri-ciri kekakuan negatif mekanisme engkol-spring

Untuk memudahkan analisis ciri-ciri kekakuan negatif mekanisme engkol-spring (momen M

_γ

dengan sudut

_γ

hubungan), boleh diandaikan bahawa spring mempunyai kekakuan positif linear, maka formula (4) boleh ditulis semula sebagai

Dalam formula, Kconst ialah pemalar lebih besar daripada sifar. Selepas saiz engsel fleksibel ditentukan, panjang l tapak juga ditentukan. Oleh itu, dengan mengandaikan bahawa l ialah pemalar, formula (6) boleh ditulis semula sebagai

di mana Kconstl2 ialah pemalar lebih besar daripada sifar, dan pekali momen m & gamma; mempunyai dimensi satu. Ciri-ciri kekukuhan negatif mekanisme engkol-spring boleh diperolehi dengan menganalisis hubungan antara pekali tork m & gamma; dan sudut putaran & gamma.

Daripada persamaan (9), Rajah 6 menunjukkan sudut awal =π hubungan antara m & gamma; dan nisbah panjang engkol dan sudut putaran & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& isin;[0, π]. Rajah 7 menunjukkan hubungan antara m & gamma; dan sudut putaran & gamma; untuk = 0.2 dan berbeza . Rajah 8 menunjukkan =π Apabila, di bawah berbeza, hubungan antara m & gamma; dan sudut & gamma.

Mengikut definisi mekanisme spring engkol (bahagian 1.3) dan formula (9), apabila k dan l adalah malar, m & gamma; Hanya berkaitan dengan sudut & gamma;, nisbah panjang engkol dan sudut awal engkol .

(1) Jika dan hanya jika & gamma; adalah sama dengan 0 atauπ atau ,m & gamma; adalah sama dengan sifar; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; adalah lebih besar daripada sifar; & gamma; & adalah dalam;[π],m & gamma; kurang daripada sifar. & isin;[0, ],m & gamma; adalah lebih besar daripada sifar; & gamma;& adalah dalam;[π],m & gamma; kurang daripada sifar.

(2) & gamma; Apabila [0, ], sudut putaran & gamma; meningkat, m & gamma; meningkat daripada sifar ke sudut titik infleksi & gamma;0 mengambil nilai maksimum m & gamma;max, dan kemudian berkurangan secara beransur-ansur.

(3) Julat ciri kekakuan negatif mekanisme spring engkol: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], pada masa ini & gamma; meningkat (lawan arah jam), dan tork M & gamma; bertambah (mengikut arah jam). Sudut titik infleksi & gamma;0 ialah sudut putaran maksimum bagi ciri kekakuan negatif mekanisme engkol-spring dan & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max ialah pekali momen negatif maksimum. Diberi dan , terbitan persamaan (9) menghasilkan & gamma;0

(4) semakin besar sudut awal, & gamma; yang lebih besar 0, m

_γmaks

lebih besar.

(5) semakin besar nisbah panjang, & gamma; yang lebih kecil 0, m

_γmaks

lebih besar.

Khususnya, =πCiri-ciri kekakuan negatif mekanisme spring engkol adalah yang terbaik (julat sudut kekakuan negatif adalah besar, dan tork yang boleh disediakan adalah besar). =πPada masa yang sama, di bawah keadaan yang berbeza, sudut putaran maksimum & gamma ciri kekakuan negatif mekanisme spring engkol; 0 dan pekali tork negatif maksimum m & gamma; Maks disenaraikan dalam jadual 1.

2 Pembinaan engsel fleksibel kekukuhan sifar

Padanan kekukuhan positif dan negatif 2.1 ditunjukkan dalam Rajah 9, n(n 2) kumpulan mekanisme spring engkol selari diagihkan sama rata di sekeliling lilitan, membentuk mekanisme kekakuan negatif dipadankan dengan engsel fleksibel gelang dalam dan luar.

Menggunakan engsel fleksibel gelang dalam dan luar sebagai subsistem kekakuan positif, bina engsel fleksibel kekakuan sifar. Untuk mencapai kekakuan sifar, padankan kekakuan positif dan negatif

serentak (2), (3), (6), (11), dan & gamma;=θ, beban F & gamma musim bunga boleh diperolehi; dan anjakanδHubungan x & gamma; ialah

Menurut bahagian 1.5, julat sudut kekakuan negatif mekanisme spring engkol: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] dan & gamma;0 & isin;[0, ], lejang engsel fleksibel kekukuhan sifar hendaklah kurang daripada & gamma;0, I .e. spring sentiasa dalam keadaan cacat (δxγ≠0). Julat putaran engsel boleh lentur gelang dalam dan luar ialah±0.35 rad(±20°), permudahkan fungsi trigonometri sin & gamma; dan cos & gamma; seperti berikut

Selepas pemudahan, hubungan beban-anjakan spring

2.2 Analisis ralat model padanan kekukuhan positif dan negatif

Nilaikan ralat yang disebabkan oleh perlakuan dipermudahkan persamaan (13). Mengikut parameter pemprosesan sebenar engsel fleksibel kekukuhan sifar (Bahagian 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0.2,E = 73 GPa; Dimensi buluh engsel fleksibel gelang dalam dan luar L = 46mm,T = 0.3mm,W = 9.4mm; Formula perbandingan (12) dan (14) memudahkan perhubungan anjakan beban dan ralat relatif spring hadapan dan belakang seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10a dan 10b masing-masing.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10, & gamma; adalah kurang daripada 0.35 rad (20°), ralat relatif yang disebabkan oleh rawatan dipermudahkan kepada lengkung anjakan beban tidak melebihi 2.0%, dan formula

Rawatan ringkas (13) boleh digunakan untuk membina engsel fleksibel kekukuhan sifar.

2.3 Ciri-ciri kekakuan spring

Dengan mengandaikan kekakuan spring ialah K, serentak (3), (6), (14)

Mengikut parameter pemprosesan sebenar engsel fleksibel kekukuhan sifar (Bahagian 4.2), lengkung perubahan kekakuan spring K dengan sudut & gamma; ditunjukkan dalam Rajah 11. Khususnya, apabila & gamma;= 0, K mengambil nilai minimum.

Untuk kemudahan reka bentuk dan pemprosesan, spring menggunakan spring kekakuan positif linear, dan kekakuan ialah Kconst. Dalam keseluruhan lejang, jika jumlah kekakuan engsel fleksibel kekakuan sifar adalah lebih besar daripada atau sama dengan sifar, Kconst harus mengambil nilai minimum K

Persamaan (16) ialah nilai kekukuhan spring kekakuan positif linear apabila membina engsel fleksibel kekukuhan sifar. 2.4 Analisis kualiti sifar kekakuan Hubungan beban-anjakan bagi engsel fleksibel kekakuan sifar yang dibina adalah

Formula serentak (2), (8), (16) boleh diperolehi

Untuk menilai kualiti kekakuan sifar, julat pengurangan kekakuan engsel fleksibel sebelum dan selepas menambah modul kekakuan negatif ditakrifkan sebagai pekali kualiti kekakuan sifar.η

η Semakin hampir kepada 100%, semakin tinggi kualiti kekakuan sifar. Rajah 12 ialah 1-η Hubungan dengan nisbah panjang engkol dan sudut awal η Ia bebas daripada bilangan n mekanisme engkol-spring selari dan panjang l tapak, tetapi hanya berkaitan dengan nisbah panjang engkol , sudut putaran & gamma; dan sudut awal.

(1) Sudut awal bertambah dan kualiti kekakuan sifar bertambah baik.

(2) Nisbah panjang meningkat dan kualiti kekakuan sifar berkurangan.

(3) Sudut & gamma; meningkat, kualiti kekakuan sifar berkurangan.

Untuk meningkatkan kualiti kekakuan sifar engsel fleksibel kekakuan sifar, sudut awal harus mengambil nilai yang lebih besar; nisbah panjang engkol hendaklah sekecil mungkin. Pada masa yang sama, menurut keputusan analisis dalam Bahagian 1.5, jika terlalu kecil, keupayaan mekanisme crank-spring untuk memberikan kekakuan negatif akan menjadi lemah. Untuk meningkatkan kualiti kekakuan sifar engsel fleksibel kekakuan sifar, sudut awal =π, nisbah panjang engkol = 0.2, iaitu, parameter pemprosesan sebenar bahagian 4.2 kekakuan sifar engsel fleksibel.

Mengikut parameter pemprosesan sebenar engsel fleksibel kekakuan sifar (Bahagian 4.2), hubungan sudut tork antara engsel fleksibel gelang dalam dan luar dan engsel fleksibel kekakuan sifar ditunjukkan dalam Rajah 13; penurunan kekakuan ialah pekali kualiti kekakuan sifarηHubungan dengan sudut & gamma; ditunjukkan dalam Rajah 14. Mengikut Rajah 14: Dalam 0.35 rad (20°) julat putaran, kekakuan engsel fleksibel kekakuan sifar dikurangkan dengan purata 97%; 0.26 rad(15°) sudut, ia dikurangkan sebanyak 95%.

3 Reka bentuk spring kekakuan positif linear

Pembinaan engsel fleksibel kekakuan sifar biasanya selepas saiz dan kekakuan engsel fleksibel ditentukan, dan kemudian kekakuan spring dalam mekanisme spring engkol diterbalikkan, jadi keperluan kekakuan dan saiz spring adalah agak ketat. Selain itu, sudut awal =π, daripada Rajah 5a, semasa putaran engsel fleksibel kekakuan sifar, spring sentiasa dalam keadaan termampat, iaitu“Spring mampatan”.

Kekakuan dan saiz mata air mampatan tradisional sukar untuk disesuaikan dengan tepat, dan mekanisme panduan sering diperlukan dalam aplikasi. Oleh itu, spring yang kekakuan dan saiznya boleh disesuaikan dicadangkan——Tali spring daun berbentuk berlian. Rentetan spring daun berbentuk berlian (Rajah 15) terdiri daripada pelbagai spring daun berbentuk berlian yang disambung secara bersiri. Ia mempunyai ciri-ciri reka bentuk struktur percuma dan tahap penyesuaian yang tinggi. Teknologi pemprosesannya adalah konsisten dengan engsel fleksibel, dan kedua-duanya diproses dengan pemotongan wayar ketepatan.

3.1 Model anjakan beban tali spring daun berbentuk berlian

Disebabkan oleh simetri spring daun belah ketupat, hanya satu spring daun perlu tertakluk kepada analisis tegasan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 16. α ialah sudut antara buluh dan melintang, panjang, lebar dan ketebalan buluh masing-masing adalah Ld, Wd, Td, f ialah beban bersatu secara dimensi pada spring daun rombus,δy ialah ubah bentuk spring daun belah ketupat ke arah y, daya fy dan momen m ialah beban setara pada hujung buluh tunggal, fv dan fw ialah daya komponen fy dalam sistem koordinat wov.

Menurut teori ubah bentuk rasuk AWTAR[13], hubungan beban-anjakan bersatu secara dimensi bagi buluh tunggal

Disebabkan oleh hubungan kekangan badan tegar pada buluh, sudut hujung buluh sebelum dan selepas ubah bentuk adalah sifar, iaituθ = 0. Serentak (20)(22)

Persamaan (23) ialah model penyatuan dimensi anjakan beban bagi spring daun belah ketupat. n2 mata air daun belah ketupat disambung secara bersiri, dan model anjakan bebannya ialah

Daripada formula (24), bilaαApabila d kecil, kekakuan rentetan spring daun berbentuk berlian adalah lebih kurang linear di bawah dimensi biasa dan beban biasa.

3.2 Pengesahan simulasi unsur terhingga model

Pengesahan simulasi unsur terhingga model anjakan beban bagi spring daun berbentuk berlian dijalankan. Menggunakan ANSYS Mechanical APDL 15.0, parameter simulasi ditunjukkan dalam Jadual 2, dan tekanan 8 N dikenakan pada spring daun berbentuk berlian.

Perbandingan antara keputusan model dan hasil simulasi perhubungan beban-anjakan spring daun rombus ditunjukkan dalam Rajah. 17 (pendimensian). Bagi empat mata air daun rombus dengan sudut kecondongan yang berbeza, ralat relatif antara model dan hasil simulasi unsur terhingga tidak melebihi 1.5%. Kesahihan dan ketepatan model (24) telah disahkan.

4 Reka bentuk dan ujian engsel fleksibel kekukuhan sifar

4.1 Reka bentuk parameter engsel fleksibel kekukuhan sifar

Untuk mereka bentuk engsel fleksibel kekakuan sifar, parameter reka bentuk engsel fleksibel hendaklah ditentukan mengikut keadaan perkhidmatan terlebih dahulu, dan kemudian parameter yang berkaitan bagi mekanisme spring engkol hendaklah dikira secara songsang.

4.1.1 Parameter engsel fleksibel

Titik persilangan engsel boleh lentur gelang dalam dan luar terletak pada 12.73% daripada panjang buluh, dan parameternya ditunjukkan dalam Jadual 3. Menggantikan kepada persamaan (2), hubungan sudut tork-putaran bagi engsel boleh lentur gelang dalam dan luar ialah

4.1.2 Parameter mekanisme kekakuan negatif

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah. 18, dengan mengambil nombor n mekanisme spring engkol selari sebagai 3, panjang l = 40 mm ditentukan oleh saiz engsel fleksibel. mengikut kesimpulan bahagian 2.4, sudut awal =π, nisbah panjang engkol = 0.2. Menurut persamaan (16), kekakuan spring (I .e. rentetan spring daun berlian) ialah Kconst = 558.81 N/m (26)

4.1.3 Parameter tali spring daun berlian

oleh l = 40mm, =π, = 0.2, panjang asal spring ialah 48mm, dan ubah bentuk maksimum (& gamma;= 0) ialah 16mm. Disebabkan oleh batasan struktur, adalah sukar untuk satu spring daun rombus menghasilkan ubah bentuk yang begitu besar. Menggunakan empat mata air daun ketupat secara bersiri (n2 = 4), kekakuan satu mata air daun ketupat ialah

Kd=4Kconst=2235.2 N/m (27)

Mengikut saiz mekanisme kekakuan negatif (Rajah 18), memandangkan panjang buluh, lebar dan sudut kecondongan buluh spring daun berbentuk berlian, buluh boleh disimpulkan daripada formula (23) dan formula kekakuan (27) daripada spring daun berbentuk berlian Ketebalan. Parameter struktur mata air daun rombus disenaraikan dalam Jadual 4.

permukaan4

Secara ringkasnya, parameter engsel fleksibel kekukuhan sifar berdasarkan mekanisme spring engkol semuanya telah ditentukan, seperti ditunjukkan dalam Jadual 3 dan Jadual 4.

4.2 Reka bentuk dan pemprosesan sampel engsel fleksibel kekakuan sifar Rujuk literatur [8] untuk kaedah pemprosesan dan ujian engsel fleksibel. Engsel fleksibel kekakuan sifar terdiri daripada mekanisme kekakuan negatif dan engsel fleksibel gelang dalam dan luar secara selari. Reka bentuk struktur ditunjukkan dalam Rajah 19.

Kedua-dua engsel boleh lentur gelang dalam dan luar serta rentetan spring daun berbentuk berlian diproses oleh peralatan mesin pemotong wayar yang tepat. Engsel fleksibel cincin dalam dan luar diproses dan dipasang dalam lapisan. Rajah 20 ialah gambar fizikal bagi tiga set rentetan spring daun berbentuk berlian, dan Rajah 21 ialah kekakuan sifar yang dipasang Gambar fizikal bagi sampel engsel fleksibel.

4.3 Platform ujian kekakuan putaran bagi engsel fleksibel kekakuan sifar Merujuk kepada kaedah ujian kekakuan putaran dalam [8], platform ujian kekakuan putaran bagi engsel fleksibel kekakuan sifar dibina, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 22.

4.4 Pemprosesan data eksperimen dan analisis ralat

Kekakuan putaran engsel fleksibel gelang dalam dan luar dan engsel fleksibel kekakuan sifar telah diuji pada platform ujian, dan keputusan ujian ditunjukkan dalam Rajah 23. Kira dan lukis lengkung kualiti kekakuan sifar bagi engsel fleksibel kekakuan sifar mengikut formula (19), seperti ditunjukkan dalam Rajah. 24.

Keputusan ujian menunjukkan bahawa kekakuan putaran engsel fleksibel kekakuan sifar adalah hampir kepada sifar. Berbanding dengan engsel fleksibel cincin dalam dan luar, engsel fleksibel kekakuan sifar±0.31 rad(18°) kekakuan dikurangkan dengan purata 93%; 0.26 rad (15°), kekakuan dikurangkan sebanyak 90%.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 23 dan 24, masih terdapat jurang tertentu antara keputusan ujian kualiti kekakuan sifar dan keputusan model teori (ralat relatif kurang daripada 15%), dan sebab utama ralat adalah seperti berikut.

(1) Kesilapan model yang disebabkan oleh penyederhanaan fungsi trigonometri.

(2) Geseran. Terdapat geseran antara tali spring daun berlian dan aci pelekap.

(3) Ralat pemprosesan. Terdapat ralat dalam saiz sebenar buluh, dsb.

(4) Ralat pemasangan. Jurang antara lubang pemasangan rentetan spring daun berbentuk berlian dan aci, jurang pemasangan peranti platform ujian, dsb.

4.5 Perbandingan prestasi dengan engsel fleksibel kekakuan sifar biasa Dalam literatur [4], engsel fleksibel kekakuan sifar ZSFP_CAFP telah dibina menggunakan pangsi lentur paksi silang (CAFP), seperti ditunjukkan dalam Rajah 25.

Perbandingan engsel fleksibel kekakuan sifar ZSFP_IORFP (Gamb. 21) dan ZSFP_CAFP (Gamb. 25) dibina menggunakan engsel boleh lentur gelang dalam dan luar

(1) ZSFP_IORFP, strukturnya lebih padat.

(2) Julat sudut ZSFP_IORFP adalah kecil. Julat sudut dihadkan oleh julat sudut engsel fleksibel itu sendiri; julat sudut ZSFP_CAFP80°, julat sudut ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°Dalam julat sudut, ZSFP_IORFP mempunyai kualiti sifar kekakuan yang lebih tinggi. Purata kekakuan ZSFP_CAFP dikurangkan sebanyak 87% dan purata kekakuan ZSFP_IORFP dikurangkan sebanyak 93%.

5 kesimpulan

Mengambil engsel fleksibel gelang dalam dan luar di bawah tork tulen sebagai subsistem kekakuan positif, kerja berikut telah dilakukan untuk membina engsel fleksibel kekakuan sifar.

(1) Cadangkan mekanisme putaran kekakuan negatif——Untuk mekanisme spring engkol, model (Formula (6)) telah ditubuhkan untuk menganalisis pengaruh parameter struktur ke atas ciri kekukuhan negatifnya, dan julat ciri kekukuhan negatifnya diberikan (Jadual 1).

(2) Dengan memadankan kekukuhan positif dan negatif, ciri-ciri kekukuhan spring dalam mekanisme spring engkol (Persamaan (16)) diperolehi, dan model (Persamaan (19)) diwujudkan untuk menganalisis kesan parameter struktur. mekanisme spring engkol pada kualiti kekakuan sifar bagi engsel fleksibel kekakuan sifar Pengaruh, secara teori, dalam lejang yang tersedia bagi engsel fleksibel gelang dalam dan luar (±20°), purata pengurangan kekakuan boleh mencapai 97%.

(3) Cadangkan kekakuan yang boleh disesuaikan“Musim bunga”——Rentetan spring daun berbentuk berlian telah diwujudkan untuk mewujudkan model kekukuhannya (Persamaan (23)) dan disahkan dengan kaedah unsur terhingga.

(4) Menyelesaikan reka bentuk, pemprosesan dan ujian sampel engsel fleksibel kekukuhan sifar padat. Keputusan ujian menunjukkan bahawa: di bawah tindakan tork tulen, yang36°Dalam julat sudut putaran, berbanding dengan engsel fleksibel gelang dalam dan luar, kekakuan engsel fleksibel kekakuan sifar dikurangkan sebanyak 93% secara purata.

Engsel fleksibel kekakuan sifar yang dibina hanya di bawah tindakan tork tulen, yang boleh merealisasikan“kekakuan sifar”, tanpa mengambil kira kes menanggung keadaan pemuatan yang kompleks. Oleh itu, pembinaan engsel fleksibel kekakuan sifar di bawah keadaan beban yang kompleks adalah tumpuan penyelidikan lanjut. Di samping itu, mengurangkan geseran yang wujud semasa pergerakan engsel fleksibel kekakuan sifar adalah arah pengoptimuman penting untuk engsel fleksibel kekakuan sifar.

rujukan

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, dll. Kemajuan penyelidikan mengenai kaedah reka bentuk mekanisme engsel fleksibel[J]. Jurnal Kejuruteraan Mekanikal Cina, 2010, 46(13):2-13. Y u jin juara, PEI X U, BIS call, ETA up. Kaedah Reka Bentuk terkini untuk Mekanisme Lentur[J]. Jurnal Kejuruteraan Mekanikal, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Reka Bentuk Gabungan Pematuhan Sifar Kekakuan Generik[C]// Persidangan Kejuruteraan Reka Bentuk Antarabangsa ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Pendekatan bukan dimensi untuk pengimbangan statik lentur putaran[J]. Mekanisme & Teori Mesin, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Blok Binaan Kekakuan Negatif untuk Mekanisme Pematuhan Seimbang Statik: Reka Bentuk dan Pengujian[J]. Jurnal Mekanisme & Robotik, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Pemodelan pangsi lentur paksi silang [J]. Mekanisme dan teori mesin, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Sifat-sifat pangsi lentur bersilang dan pengaruh titik di mana jalur bersilang [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Reka bentuk dan eksperimen pangsi lentur tiga-rentas-spring umum yang digunakan pada instrumen ultra-ketepatan[J]. Semakan Instrumen Saintifik, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, dll. Penyelidikan tentang ciri kekakuan putaran engsel fleksibel buluh tiga silang umum [J]. Jurnal Kejuruteraan Mekanikal Cina, 2015, 51(13): 189-195.

perkataan yang Q I, l IU Lang, suara BIS, ETA. Pencirian Kekakuan Putaran bagi Pangsi Lentur Tiga-rentas-spring Umum [J]. Jurnal Kejuruteraan Mekanikal, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Penyelidikan Perbandingan Prestasi Struktur Topologi Cross-Spring Flexural Pivots[C]// ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Ogos 17–20, 2014, Buffalo, New York, Amerika Syarikat. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Ciri-ciri kekakuan dalaman–pangsi lentur gelang luar digunakan pada instrumen ultra-ketepatan[J]. ARKIB Prosiding Institusi Jurutera Mekanikal Bahagian C Jurnal Sains Kejuruteraan Mekanikal 1989-1996 (jilid 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriteria untuk Pengimbangan Statik Mekanisme Pematuhan[C]// Persidangan Teknikal Kejuruteraan Reka Bentuk Antarabangsa ASME 2010 dan Komputer dan Maklumat dalam Persidangan Kejuruteraan, Ogos 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Model kekangan umum untuk lenturan rasuk dua dimensi: Formulasi tenaga terikan tak linear[J]. Jurnal Reka Bentuk Mekanikal, 2010, 132: 81009.

Mengenai pengarang: Bi Shusheng (pengarang yang sepadan), lelaki, lahir pada tahun 1966, doktor, profesor, penyelia kedoktoran. Arah penyelidikan utamanya ialah mekanisme fleksibel sepenuhnya dan robot bionik.