Riċerka dwar Żero Ebusija Flessibbli Ċappetta Ibbażat fuq Crank Spring Mechanism_Hinge Għarfien 2

Astratt: L-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetta flessibbli b'ebusija żero hija bejn wieħed u ieħor żero, li jegħleb id-difett li ċ-ċappetti flessibbli ordinarji jeħtieġu torque tas-sewqan, u jistgħu jiġu applikati għal grippers flessibbli u oqsma oħra. Meta tieħu ċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra taħt l-azzjoni tat-torque pur bħala s-subsistema ta 'ebusija pożittiva, ir-riċerka Mekkaniżmu ta' ebusija negattiva u t-tqabbil ta 'ebusija pożittiva u negattiva jistgħu jibnu ċappetta flessibbli ta' ebusija żero. Ipproponi mekkaniżmu ta 'rotazzjoni ta' ebusija negattiva——Mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank, immudellat u analizzat il-karatteristiċi ta 'ebusija negattiva tiegħu; billi tqabbel ebusija pożittiva u negattiva, analizzat l-influwenza tal-parametri strutturali tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank fuq il-kwalità ta 'ebusija żero; ippropona rebbiegħa lineari b'ebusija u daqs customizable——Spag tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant, ġie stabbilit il-mudell ta' ebusija u twettqet il-verifika ta 'simulazzjoni ta' elementi finiti; finalment, tlestew id-disinn, l-ipproċessar u l-ittestjar ta 'kampjun ta' ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero kompatta. Ir-riżultati tat-test wrew li: taħt l-azzjoni tat-torque pur,±18°Fil-medda ta ' l-angoli ta ' rotazzjoni, l-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetta flessibbli ta ' l-ebusija żero hija 93% inqas minn dik taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta ' ġewwa u ta ' barra bħala medja. Iċ-ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero mibnija għandha struttura kompatta u ebusija żero ta' kwalità għolja; il-mekkaniżmu ta 'rotazzjoni ta' ebusija negattiva propost u l-lineari Ir-rebbiegħa għandha valur ta 'referenza kbir għall-istudju ta' mekkaniżmu flessibbli.

0 prefazju

Ċappetta flessibbli (bearing)

^[1-2]

Filwaqt li bbażat ruħha fuq id-deformazzjoni elastika tal-unità flessibbli biex tittrasmetti jew tikkonverti mozzjoni, forza u enerġija, intużat ħafna fil-pożizzjonament ta 'preċiżjoni u oqsma oħra. Meta mqabbel ma 'bearings riġidi tradizzjonali, hemm mument ta' restawr meta ċ-ċappetta flessibbli ddur. Għalhekk, l-unità tas-sewqan jeħtieġ li tipprovdi torque tal-ħruġ biex issuq u Żomm ir-rotazzjoni taċ-ċappetta flessibbli. Ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero

^[3]

(Żero ebusija flexural pivot, ZSFP) hija ġonta li jdur flessibbli li l-ebusija rotazzjonali tagħha hija bejn wieħed u ieħor żero. Dan it-tip ta 'ċappetta flessibbli jista' jibqa 'fi kwalunkwe pożizzjoni fil-medda tal-puplesija, magħrufa wkoll bħala ċappetta flessibbli tal-bilanċ statiku

^[4]

, huma l-aktar użati f'oqsma bħal grippers flessibbli.

Ibbażat fuq il-kunċett tad-disinn modulari tal-mekkaniżmu flessibbli, is-sistema sħiħa taċ-ċappetti flessibbli ta 'ebusija żero tista' tinqasam f'żewġ sottosistemi ta 'ebusija pożittiva u negattiva, u s-sistema ta' ebusija żero tista 'tiġi realizzata permezz tat-tqabbil ta' ebusija pożittiva u negattiva

^[5]

. Fosthom, is-subsistema ta 'ebusija pożittiva hija ġeneralment ċappetta flessibbli ta' stroke kbir, bħal ċappetta flessibbli ta 'cross-reed

^[6-7]

, Ċappetta flessibbli tal-qasab ta 'tliet salib ġeneralizzata

^[8-9]

u ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra

^[10-11]

Eċċ. Fil-preżent, ir-riċerka dwar iċ-ċappetti flessibbli kisbet ħafna riżultati, għalhekk, iċ-ċavetta biex tiddisinja ċappetti flessibbli b'ebusija żero hija li tqabbel moduli ta 'ebusija negattiva xierqa għal ċappetti flessibbli[3].

Ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra (Pernijiet flexural taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra, IORFP) għandhom karatteristiċi eċċellenti f'termini ta 'ebusija, preċiżjoni u drift tat-temperatura. Il-modulu ta 'ebusija negattiva li jaqbel jipprovdi l-metodu ta' kostruzzjoni taċ-ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero, u finalment, itemm id-disinn, l-ipproċessar tal-kampjun u l-ittestjar taċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero.

1 mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank

1.1 Definizzjoni ta' ebusija negattiva

Id-definizzjoni ġenerali tal-ebusija K hija r-rata tal-bidla bejn it-tagħbija F li tinġarr mill-element elastiku u d-deformazzjoni korrispondenti dx

K= dF/dx (1)

Meta l-inkrement tat-tagħbija tal-element elastiku huwa oppost għas-sinjal tal-inkrement ta 'deformazzjoni korrispondenti, huwa ebusija negattiva. Fiżikament, l-ebusija negattiva tikkorrispondi għall-instabilità statika tal-element elastiku

^[12]

.Mekkaniżmi ta 'ebusija negattiva għandhom rwol importanti fil-qasam tal-bilanċ statiku flessibbli. Normalment, il-mekkaniżmi ta 'ebusija negattiva għandhom il-karatteristiċi li ġejjin.

(1) Il-mekkaniżmu jirriżerva ċertu ammont ta 'enerġija jew jgħaddi minn ċerta deformazzjoni.

(2) Il-mekkaniżmu jinsab fi stat kritiku ta 'instabilità.

(3) Meta l-mekkaniżmu jkun kemmxejn disturbat u jħalli l-pożizzjoni ta 'ekwilibriju, jista' jirrilaxxa forza akbar, li tkun fl-istess direzzjoni bħall-moviment.

1.2 Prinċipju ta 'kostruzzjoni ta' ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero

Iċ-ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero tista' tinbena bl-użu ta 'tqabbil ta' ebusija pożittiva u negattiva, u l-prinċipju huwa muri fil-Figura 2.

(1) Taħt l-azzjoni tat-torque pur, iċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra għandhom relazzjoni bejn l-angolu tat-torque-rotazzjoni bejn wieħed u ieħor lineari, kif muri fil-Figura 2a. Speċjalment, meta l-punt ta 'intersezzjoni jinsab f'12.73% tat-tul tal-qasab, ir-relazzjoni tal-angolu tat-torque-rotazzjoni hija lineari

^[11]

, f'dan iż-żmien, il-mument tar-restawr Mpivot (direzzjoni lejn l-arloġġ) taċ-ċappetta flessibbli huwa relatat mal-angolu tar-rotazzjoni tal-bearingθ(kontra l-arloġġ) ir-relazzjoni hija

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Fil-formula, E huwa l-modulu elastiku tal-materjal, L huwa t-tul tal-qasab, u I huwa l-mument ta 'inerzja tas-sezzjoni.

(2) Skont il-mudell tal-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra, il-mekkaniżmu li jdur tal-ebusija negattiva huwa mqabbel, u l-karatteristiċi ta 'ebusija negattiva tiegħu huma murija fil-Figura 2b.

(3) Fid-dawl tal-instabilità tal-mekkaniżmu ta 'ebusija negattiva

^[12]

, l-ebusija taċ-ċappetta flessibbli b'ebusija żero għandha tkun bejn wieħed u ieħor żero u akbar minn żero, kif muri fil-Figura 2c.

1.3 Definizzjoni tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank

Skont il-letteratura [4], jista 'jinbena ċappetta flessibbli b'ebusija żero billi tiġi introdotta rebbiegħa deformata minn qabel bejn il-korp riġidu li jiċċaqlaq u l-korp riġidu fiss taċ-ċappetta flessibbli. Għaċ-ċappetta flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra murija fil-FIG. 1, rebbiegħa hija introdotta bejn iċ-ċirku ta 'ġewwa u ċ-ċirku ta' barra, jiġifieri, mekkaniżmu ta 'molla-crank (SCM) huwa introdott. B'referenza għall-mekkaniżmu tal-krank slider muri fil-Figura 3, il-parametri relatati tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank huma murija fil-Figura 4. Il-mekkaniżmu tal-krank-molla huwa magħmul minn krank u molla (issettja l-ebusija bħala k). l-angolu inizjali huwa l-angolu inkluż bejn il-krank AB u l-bażi AC meta r-rebbiegħa ma tkunx deformata. R jirrappreżenta t-tul tal-krank, l jirrappreżenta t-tul tal-bażi, u jiddefinixxi l-proporzjon tat-tul tal-krank bħala l-proporzjon ta 'r għal l, I .e. = r/l (0<<1).

Il-kostruzzjoni tal-mekkaniżmu tal-krank-molla teħtieġ id-determinazzjoni ta '4 parametri: it-tul bażi l, il-proporzjon tat-tul tal-krank, l-angolu inizjali u l-ebusija tar-rebbiegħa K.

Id-deformazzjoni tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank taħt forza hija murija fil-Figura 5a, fil-mument M

_γ

Taħt l-azzjoni, il-krank jiċċaqlaq mill-pożizzjoni inizjali AB

_Beta

idur għand AB

_γ

, matul il-proċess ta 'rotazzjoni, l-angolu inkluż tal-krank relattiv għall-pożizzjoni orizzontali

_γ

imsejjaħ l-angolu tal-krank.

Analiżi kwalitattiva turi li l-krank idur minn AB (pożizzjoni inizjali, M & gamma; Żero) għal AB0 (“punt mejjet”post, M

_γ

huwa żero), il-mekkaniżmu tal-krank-molla għandu deformazzjoni b'karatteristiċi ta 'ebusija negattiva.

1.4 Ir-relazzjoni bejn it-torque u l-angolu ta 'rotazzjoni tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank

Fil-Fig. 5, it-torque M & gamma; lejn l-arloġġ huwa pożittiv, l-angolu tal-krank & gamma; kontra l-arloġġ huwa pożittiv, u t-tagħbija tal-mument M hija mmudellata u analizzata hawn taħt.

_γ

b'angolu tal-krank

_γ

Ir-relazzjoni bejn il-proċess tal-immudellar hija dimensjonata.

Kif muri fil-Figura 5b, l-ekwazzjoni tal-bilanċ tat-torque għall-crank AB & gamma hija elenkata.

Fil-formula, F & gamma; hija l-forza tar-restawr tar-rebbiegħa, d & gamma; hija F & gamma; sal-punt A. Assumi li r-relazzjoni ta 'spostament-tagħbija tar-rebbiegħa hija

Fil-formula, K hija l-ebusija tar-rebbiegħa (mhux neċessarjament valur kostanti),δ

xγ

huwa l-ammont ta 'deformazzjoni tar-rebbiegħa (imqassar għal pożittiv),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Tip simultanju (3)(5), mument M

_γ

bil-kantuniera

_γ

Ir-relazzjoni hija

1.5 Analiżi tal-karatteristiċi ta 'ebusija negattiva tal-mekkaniżmu tal-krank-molla

Sabiex tiġi ffaċilitata l-analiżi tal-karatteristiċi negattivi tal-ebusija tal-mekkaniżmu tal-krank-molla (il-mument M

_γ

bil-kantuniera

_γ

relazzjoni), wieħed jista’ jassumi li r-rebbiegħa għandha ebusija pożittiva lineari, allura l-formula (4) tista’ tinkiteb mill-ġdid bħala

Fil-formula, Kconst hija kostanti akbar minn żero. Wara li jiġi ddeterminat id-daqs taċ-ċappetta flessibbli, jiġi determinat ukoll it-tul l tal-bażi. Għalhekk, jekk wieħed jassumi li l hija kostanti, il-formula (6) tista' tinkiteb mill-ġdid bħala

fejn Kconstl2 hija kostanti akbar minn żero, u l-koeffiċjent tal-mument m & gamma; għandu dimensjoni ta’ wieħed. Il-karatteristiċi negattivi tal-ebusija tal-mekkaniżmu tal-krank-molla jistgħu jinkisbu billi tiġi analizzata r-relazzjoni bejn il-koeffiċjent tat-torque m & gamma; u l-angolu tar-rotazzjoni & gamma.

Mill-ekwazzjoni (9), il-Figura 6 turi l-angolu inizjali =π relazzjoni bejn m & gamma; u l-proporzjon tat-tul tal-krank u l-angolu tar-rotazzjoni & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& isin;[0, π]. Figura 7 turi r-relazzjoni bejn m & gamma; u angolu ta 'rotazzjoni & gamma; għal = 0.2 u differenti . Figura 8 turi =π Meta, taħt differenti , ir-relazzjoni bejn m & gamma; u l-angolu & gamma.

Skont id-definizzjoni tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank (taqsima 1.3) u l-formula (9), meta k u l huma kostanti, m & gamma; Relatati biss mal-angolu & gamma;, proporzjon tat-tul tal-krank u angolu inizjali tal-krank .

(1) Jekk u biss jekk & gamma; hija ugwali għal 0 jewπ jew ,m & gamma; huwa ugwali għal żero; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; huwa akbar minn żero; & gamma; & isin;[π],m & gamma; inqas minn żero. & isin;[0, ],m & gamma; huwa akbar minn żero; & gamma;& isin;[π],m & gamma; inqas minn żero.

(2) & gamma; Meta [0, ], l-angolu tar-rotazzjoni & gamma; żidiet, m & gamma; jiżdied minn żero għall-angolu tal-punt tal-inflessjoni & gamma;0 jieħu l-valur massimu m & gamma;max, u mbagħad jonqos gradwalment.

(3) Il-firxa karatteristika ta 'ebusija negattiva tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], f'dan iż-żmien & gamma; jiżdied (kontra l-arloġġ), u t-torque M & gamma; żidiet (minn l-arloġġ). L-angolu tal-punt tal-inflezzjoni & gamma;0 huwa l-angolu ta 'rotazzjoni massimu tal-karatteristika ta' ebusija negattiva tal-mekkaniżmu tal-krank-molla u & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max huwa l-koeffiċjent massimu tal-mument negattiv. Minħabba u , Id-derivazzjoni tal-ekwazzjoni (9) tagħti & gamma;0

(4) iktar ma jkun kbir l-angolu inizjali, & gamma; l-akbar 0, m

_γmass

akbar.

(5) iktar ma jkun kbir il-proporzjon tat-tul, & gamma; l-iżgħar 0, m

_γmass

akbar.

B'mod partikolari, =πIl-karatteristiċi negattivi tal-ebusija tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank huma l-aħjar (il-firxa tal-angolu tal-ebusija negattiva hija kbira, u t-torque li jista 'jiġi pprovdut huwa kbir). =πFl-istess ħin, taħt kundizzjonijiet differenti, l-angolu massimu ta 'rotazzjoni & gamma tal-karatteristika ta 'ebusija negattiva tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank; 0 u l-koeffiċjent tat-torque negattiv massimu m & gamma; Max huwa elenkat fit-tabella 1.

2 Kostruzzjoni ta 'ċappetta flessibbli mingħajr ebusija

It-tqabbil ta 'ebusija pożittiva u negattiva tal-2.1 huwa muri fil-Figura 9, n (n 2) gruppi ta' mekkaniżmi paralleli tar-rebbiegħa tal-krank huma mqassma b'mod uniformi madwar iċ-ċirkonferenza, li jiffurmaw mekkaniżmu ta 'ebusija negattiv imqabbel maċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta' ġewwa u ta 'barra.

Bl-użu taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra bħala s-subsistema ta 'ebusija pożittiva, ibni ċappetta flessibbli ta' ebusija żero. Sabiex tikseb ebusija żero, qabbel l-ebusija pożittiva u negattiva

simultanja (2), (3), (6), (11), u & gamma;=θ, it-tagħbija F & gamma tar-rebbiegħa tista 'tinkiseb; u l-ispostamentδIr-relazzjoni ta 'x & gamma; huwa

Skont it-taqsima 1.5, il-firxa tal-angolu tal-ebusija negattiva tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] u & gamma;0 & isin;[0, ], il-puplesija taċ-ċappetta flessibbli ebusija żero għandha tkun inqas minn & gamma;0, I .e. ir-rebbiegħa hija dejjem fi stat deformat (δxγ≠0). Il-firxa ta 'rotazzjoni taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta' ġewwa u ta 'barra hija±0.35 rad(±20°), tissimplifika l-funzjonijiet trigonometriċi sin & gamma; u cos & gamma; kif ġej

Wara s-simplifikazzjoni, ir-relazzjoni tat-tagħbija-spostament tar-rebbiegħa

2.2 Analiżi ta 'żbalji ta' mudell ta 'tqabbil ta' ebusija pożittiva u negattiva

Evalwa l-iżball ikkawżat mit-trattament simplifikat tal-ekwazzjoni (13). Skont il-parametri tal-ipproċessar attwali ta 'ċappetta flessibbli ta' ebusija żero (Taqsima 4.2): n = 3,l = 40mm, =π, = 0.2,E = 73 GPa; Id-dimensjonijiet taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra qasab taċ-ċappetta flessibbli L = 46mm,T = 0.3mm,W = 9.4mm; Il-formuli ta 'tqabbil (12) u (14) jissimplifikaw ir-relazzjoni tal-ispostament tat-tagħbija u l-iżball relattiv tal-molol ta' quddiem u ta 'wara kif muri fil-Figuri 10a u 10b rispettivament.

Kif muri fil-Figura 10, & gamma; huwa inqas minn 0.35 rad (20°), l-iżball relattiv ikkawżat mit-trattament simplifikat għall-kurva tat-tagħbija-spostament ma jaqbiżx it-2.0%, u l-formula

It-trattament simplifikat ta '(13) jista' jintuża biex jinbnew ċappetti flessibbli ta 'ebusija żero.

2.3 Karatteristiċi ta 'ebusija tar-rebbiegħa

Jekk wieħed jassumi li l-ebusija tar-rebbiegħa hija K, l-istess (3), (6), (14)

Skont il-parametri tal-ipproċessar attwali ta 'ċappetta flessibbli ta' ebusija żero (Taqsima 4.2), il-kurva tal-bidla tal-ebusija tar-rebbiegħa K b'angolu & gamma; jidher fil-Figura 11. B’mod partikolari, meta & gamma;= 0, K jieħu l-valur minimu.

Għall-konvenjenza tad-disinn u l-ipproċessar, ir-rebbiegħa tadotta rebbiegħa ta 'ebusija pożittiva lineari, u l-ebusija hija Kconst. Fil-puplesija kollha, jekk l-ebusija totali taċ-ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero hija akbar minn jew ugwali għal żero, Kconst għandu jieħu l-valur minimu ta' K

L-ekwazzjoni (16) hija l-valur tal-ebusija tar-rebbiegħa tal-ebusija pożittiva lineari meta tinbena ċ-ċappetta flessibbli tal-ebusija żero. 2.4 Analiżi tal-kwalità ta' ebusija żero Ir-relazzjoni tat-tagħbija u l-ispostament taċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero mibnija hija

Formula simultanja (2), (8), (16) tista' tinkiseb

Sabiex tiġi evalwata l-kwalità ta 'ebusija żero, il-firxa ta' tnaqqis ta 'ebusija ta' ċappetta flessibbli qabel u wara li żżid il-modulu ta 'ebusija negattiva hija definita bħala l-koeffiċjent ta' kwalità ta 'ebusija żeroη

η L-eqreb ta '100%, l-ogħla kwalità ta' ebusija żero. Figura 12 hija 1-η Relazzjoni mal-proporzjon tat-tul tal-krank u l-angolu inizjali η Huwa indipendenti min-numru n ta 'mekkaniżmi paralleli tal-krank-molla u t-tul l tal-bażi, iżda biss relatat mal-proporzjon tat-tul tal-krank, l-angolu ta' rotazzjoni & gamma; u l-angolu inizjali .

(1) L-angolu inizjali jiżdied u l-kwalità ta 'ebusija żero titjieb.

(2) Il-proporzjon tat-tul jiżdied u l-kwalità ta 'ebusija żero tonqos.

(3) Angolu & gamma; żidiet, il-kwalità ta 'ebusija żero tonqos.

Sabiex tittejjeb il-kwalità ta 'ebusija żero taċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero, l-angolu inizjali għandu jieħu valur akbar; il-proporzjon tat-tul tal-krank għandu jkun żgħir kemm jista 'jkun. Fl-istess ħin, skont ir-riżultati tal-analiżi fit-Taqsima 1.5, jekk tkun żgħira wisq, il-kapaċità tal-mekkaniżmu tal-krank-molla li jipprovdi ebusija negattiva tkun dgħajfa. Sabiex tittejjeb il-kwalità ta ' l-ebusija żero taċ-ċappetta flessibbli ta ' l-ebusija żero, l-angolu inizjali =π, proporzjon tat-tul tal-krank = 0.2, jiġifieri, il-parametri attwali tal-ipproċessar tat-taqsima 4.2 ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero.

Skont il-parametri attwali tal-ipproċessar taċ-ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero (Taqsima 4.2), ir-relazzjoni tat-torque-angolu bejn iċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta' ġewwa u ta 'barra u ċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero hija murija fil-Figura 13; it-tnaqqis fl-ebusija huwa l-koeffiċjent ta 'kwalità ta' ebusija żeroηIr-relazzjoni mal-kantuniera & gamma; jidher fil-Figura 14. Permezz tal-Figura 14: F'0.35 rad (20°) firxa ta 'rotazzjoni, l-ebusija taċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero titnaqqas b'medja ta '97%; 0.26 rad(15°) kantunieri, huwa mnaqqas b'95%.

3 Disinn tar-rebbiegħa ta 'ebusija pożittiva lineari

Il-kostruzzjoni ta 'ċappetta flessibbli ta' ebusija żero hija ġeneralment wara li d-daqs u l-ebusija taċ-ċappetta flessibbli jiġu determinati, u mbagħad l-ebusija tar-rebbiegħa fil-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank hija maqluba, għalhekk ir-rekwiżiti ta 'ebusija u daqs tar-rebbiegħa huma relattivament stretti. Barra minn hekk, l-angolu inizjali =π, mill-Figura 5a, matul ir-rotazzjoni taċ-ċappetta flessibbli mingħajr ebusija, ir-rebbiegħa hija dejjem fi stat kompressat, jiġifieri“Rebbiegħa tal-kompressjoni”.

L-ebusija u d-daqs tal-molol tal-kompressjoni tradizzjonali huma diffiċli biex jiġu personalizzati b'mod preċiż, u mekkaniżmu ta 'gwida huwa spiss meħtieġ fl-applikazzjonijiet. Għalhekk, hija proposta rebbiegħa li l-ebusija u d-daqs tagħha jistgħu jiġu personalizzati——Spag tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant. Is-sekwenza tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant (Figura 15) hija magħmula minn molol tal-weraq multipli f'forma ta' djamant konnessi f'serje. Għandu l-karatteristiċi ta 'disinn strutturali ħieles u grad għoli ta' customization. It-teknoloġija tal-ipproċessar tagħha hija konsistenti ma 'dik taċ-ċappetti flessibbli, u t-tnejn huma pproċessati permezz ta' qtugħ ta 'wajer ta' preċiżjoni.

3.1 Mudell ta 'spostament tat-tagħbija ta' spag tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant

Minħabba s-simetrija tar-rebbiegħa tal-weraq rombiku, rebbiegħa waħda biss trid tkun soġġetta għal analiżi tal-istress, kif muri fil-Figura 16. α huwa l-angolu bejn il-qasab u l-orizzontali, it-tul, il-wisa 'u l-ħxuna tal-qasab huma Ld, Wd, Td rispettivament, f hija t-tagħbija unifikata dimensjonali fuq ir-rebbiegħa tal-weraq tar-rombus,δy hija d-deformazzjoni tar-rebbiegħa rhombic tal-weraq fid-direzzjoni y, forza fy u mument m huma tagħbijiet ekwivalenti fuq it-tarf ta 'qasab wieħed, fv u fw huma forzi komponenti ta' fy fis-sistema ta 'koordinati wov.

Skont it-teorija tad-deformazzjoni tar-raġġ tal-AWTAR[13], ir-relazzjoni tat-tagħbija-spostament unifikata dimensjonali ta' qasab wieħed

Minħabba r-relazzjoni ta 'restrizzjoni tal-korp riġidu fuq il-qasab, l-angolu tat-tarf tal-qasab qabel u wara d-deformazzjoni huwa żero, jiġifieriθ = 0. Simultanju (20)(22)

L-ekwazzjoni (23) hija l-mudell ta 'unifikazzjoni dimensjonali ta' spostament tat-tagħbija tar-rebbiegħa tal-weraq rombiku. Molol tal-weraq rhombic n2 huma konnessi f'serje, u l-mudell tat-tagħbija-spostament tiegħu huwa

Mill-formula (24), metaαMeta d huwa żgħir, l-ebusija tas-sekwenza tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant hija bejn wieħed u ieħor lineari taħt dimensjonijiet tipiċi u tagħbijiet tipiċi.

3.2 Verifika ta' simulazzjoni ta' elementi finiti tal-mudell

Il-verifika ta 'simulazzjoni ta' elementi finiti tal-mudell ta 'spostament tat-tagħbija tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta' djamant titwettaq. Bl-użu ta 'ANSYS Mechanical APDL 15.0, il-parametri ta' simulazzjoni huma murija fit-Tabella 2, u pressjoni ta '8 N hija applikata għar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta' djamant.

It-tqabbil bejn ir-riżultati tal-mudell u r-riżultati tas-simulazzjoni tar-relazzjoni tat-tagħbija u l-ispostament tar-rebbiegħa tal-weraq tar-rombus jidher fil-Fig. 17 (dimensjonalizzazzjoni). Għal erba 'molol tal-weraq tar-rombus b'angoli ta' inklinazzjoni differenti, l-iżball relattiv bejn il-mudell u r-riżultati ta 'simulazzjoni ta' elementi finiti ma jaqbiżx 1.5%. Il-validità u l-eżattezza tal-mudell (24) ġew ivverifikati.

4 Disinn u test ta 'ċappetta flessibbli mingħajr ebusija

4.1 Disinn tal-parametri ta 'ċappetta flessibbli ta' ebusija żero

Biex tiddisinja ċappetta flessibbli b'ebusija żero, il-parametri tad-disinn taċ-ċappetta flessibbli għandhom jiġu determinati l-ewwel skont il-kundizzjonijiet tas-servizz, u mbagħad il-parametri rilevanti tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank għandhom jiġu kkalkulati b'mod invers.

4.1.1 Parametri taċ-ċappetta flessibbli

Il-punt ta 'intersezzjoni taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta' ġewwa u ta 'barra jinsab f'12.73% tat-tul tal-qasab, u l-parametri tiegħu huma murija fit-Tabella 3. Is-sostituzzjoni fl-ekwazzjoni (2), ir-relazzjoni tal-angolu tat-torque-rotazzjoni taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra hija

4.1.2 Parametri tal-mekkaniżmu ta' ebusija negattiva

Kif muri fil-fig. 18, filwaqt li n-numru n ta 'mekkaniżmi tar-rebbiegħa tal-krank b'mod parallel bħala 3, it-tul l = 40 mm huwa determinat mid-daqs taċ-ċappetta flessibbli. skond il-konklużjoni tat-taqsima 2.4, l-angolu inizjali =π, proporzjon tat-tul tal-krank = 0.2. Skont l-ekwazzjoni (16), l-ebusija tar-rebbiegħa (I .e. spaga tar-rebbiegħa tal-weraq tad-djamanti) hija Kconst = 558.81 N/m (26)

4.1.3 Parametri tas-sekwenza tar-rebbiegħa tal-weraq tad-djamanti

minn l = 40mm, =π, = 0.2, it-tul oriġinali tar-rebbiegħa huwa 48mm, u d-deformazzjoni massima (& gamma;= 0) huwa 16mm. Minħabba limitazzjonijiet strutturali, huwa diffiċli li rebbiegħa waħda tal-weraq tar-rombus tipproduċi deformazzjoni daqshekk kbira. Bl-użu ta’ erba’ molol tal-weraq tar-rombus f’serje (n2 = 4), l-ebusija ta’ molol tal-weraq tar-rombus waħda hija

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

Skont id-daqs tal-mekkaniżmu ta 'ebusija negattiva (Figura 18), minħabba t-tul tal-qasab, il-wisa' u l-angolu tal-inklinazzjoni tal-qasab tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant, il-qasba tista' tiġi dedotta mill-formula (23) u l-formula tal-ebusija (27) ta ' ir-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant Ħxuna. Il-parametri strutturali tal-molol tal-weraq tar-rombus huma elenkati fit-Tabella 4.

wiċċ4

Fil-qosor, il-parametri taċ-ċappetta flessibbli b'ebusija żero bbażati fuq il-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank kollha ġew determinati, kif muri fit-Tabella 3 u t-Tabella 4.

4.2 Disinn u pproċessar tal-kampjun taċ-ċappetta flessibbli bla ebusija Irreferi għal-letteratura [8] għall-metodu tal-ipproċessar u l-ittestjar taċ-ċappetta flessibbli. Iċ-ċappetta flessibbli mingħajr ebusija hija magħmula minn mekkaniżmu ta 'ebusija negattiva u ċappetta flessibbli taċ-ċirku ta' ġewwa u ta 'barra b'mod parallel. Id-disinn strutturali huwa muri fil-Figura 19.

Kemm iċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa kif ukoll ta' barra u kordi tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant huma pproċessati minn għodod tal-magni tal-qtugħ tal-wajer ta' preċiżjoni. Iċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra huma pproċessati u mmuntati fi saffi. Il-Figura 20 hija l-istampa fiżika ta 'tliet settijiet ta' kordi tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant, u l-Figura 21 hija l-ebusija żero immuntata L-istampa fiżika tal-kampjun taċ-ċappetta flessibbli.

4.3 Il-pjattaforma tat-test tal-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetta flessibbli b'ebusija żero B'referenza għall-metodu tat-test tal-ebusija rotazzjonali fi [8], il-pjattaforma tat-test tal-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetta flessibbli b'ebusija żero hija mibnija, kif muri fil-Figura 22.

4.4 Ipproċessar tad-dejta sperimentali u analiżi tal-iżbalji

L-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra u ċ-ċappetti flessibbli ta 'ebusija żero ġiet ittestjata fuq il-pjattaforma tat-test, u r-riżultati tat-test huma murija fil-Figura 23. Ikkalkula u iġbed il-kurva tal-kwalità ta 'ebusija żero taċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero skond il-formula (19), kif muri fil-Fig. 24.

Ir-riżultati tat-test juru li l-ebusija rotazzjonali taċ-ċappetta flessibbli b'ebusija żero hija qrib iż-żero. Meta mqabbel maċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra, iċ-ċappetta flessibbli mingħajr ebusija±0.31 rad(18°) l-ebusija tnaqqset b'medja ta' 93 %; 0.26 rad (15°), l-ebusija titnaqqas b'90%.

Kif muri fil-Figuri 23 u 24, għad hemm ċertu vojt bejn ir-riżultati tat-test tal-kwalità ta 'ebusija żero u r-riżultati tal-mudell teoretiku (l-iżball relattiv huwa inqas minn 15%), u r-raġunijiet ewlenin għall-iżball huma kif ġej.

(1) L-iżball tal-mudell ikkawżat mis-simplifikazzjoni tal-funzjonijiet trigonometriċi.

(2) Frizzjoni. Hemm frizzjoni bejn is-sekwenza tar-rebbiegħa tal-weraq tad-djamanti u x-xaft tal-immuntar.

(3) Żball fl-ipproċessar. Hemm żbalji fid-daqs attwali tal-qasab, eċċ.

(4) Żball fl-assemblaġġ. Id-distakk bejn it-toqba tal-installazzjoni tas-sekwenza tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant u x-xaft, id-distakk tal-installazzjoni tal-apparat tal-pjattaforma tat-test, eċċ.

4.5 Tqabbil tal-prestazzjoni ma 'ċappetta flessibbli ta' ebusija żero tipika Fil-letteratura [4], inbniet ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero ZSFP_CAFP bl-użu ta' pern flexural cross-axis (CAFP), kif muri fil-Figura 25.

Tqabbil taċ-ċappetta flessibbli bla ebusija ZSFP_IORFP (Fig. 21) u ZSFP_CAFP (Fig. 25) mibnija bl-użu taċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra

(1) ZSFP_IORFP, l-istruttura hija aktar kompatta.

(2) Il-firxa tal-kantunieri ta 'ZSFP_IORFP hija żgħira. Il-firxa tal-kantuniera hija limitata mill-firxa tal-kantuniera taċ-ċappetta flessibbli nnifisha; il-firxa tal-kantuniera ta 'ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP firxa kantuniera40°.

(3) ±18°Fil-firxa tal-kantunieri, ZSFP_IORFP għandu kwalità ogħla ta 'ebusija żero. L-ebusija medja ta 'ZSFP_CAFP titnaqqas b'87%, u l-ebusija medja ta' ZSFP_IORFP titnaqqas b'93%.

5 konklużjoni

Filwaqt li ċ-ċappetta flessibbli taċ-ċrieki ta 'ġewwa u ta' barra taħt it-torque pur bħala s-subsistema ta 'ebusija pożittiva, sar ix-xogħol li ġej sabiex tinbena ċappetta flessibbli ta' ebusija żero.

(1) Ipproponi mekkaniżmu ta 'rotazzjoni ta' ebusija negattiva——Għall-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank, ġie stabbilit mudell (Formula (6)) biex janalizza l-influwenza tal-parametri strutturali fuq il-karatteristiċi ta 'ebusija negattiva tiegħu, u ngħatat il-firxa tal-karatteristiċi ta' ebusija negattiva tagħha (Tabella 1).

(2) Billi tqabbel l-ebusija pożittiva u negattiva, il-karatteristiċi ta 'ebusija tar-rebbiegħa fil-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank (Ekwazzjoni (16)) huma miksuba, u l-mudell (Ekwazzjoni (19)) huwa stabbilit biex janalizza l-effett tal-parametri strutturali tal-mekkaniżmu tar-rebbiegħa tal-krank fuq il-kwalità ta 'ebusija żero taċ-ċappetta flessibbli ta' ebusija żero Influwenza, teoretikament, fi ħdan il-puplesija disponibbli taċ-ċappetta flessibbli taċ-ċrieki ta 'ġewwa u ta' barra (±20°), it-tnaqqis medju fl-ebusija jista 'jilħaq 97%.

(3) Ipproponi ebusija customizable“rebbiegħa”——Ġiet stabbilita spaga tar-rebbiegħa tal-weraq f'forma ta 'djamant biex tistabbilixxi l-mudell ta' ebusija tagħha (Ekwazzjoni (23)) u vverifikata bil-metodu ta 'elementi finiti.

(4) Temm id-disinn, l-ipproċessar u l-ittestjar ta 'kampjun ta' ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero kompatta. Ir-riżultati tat-test juru li: taħt l-azzjoni tat-torque pur, il-36°Fil-firxa ta 'angoli ta' rotazzjoni, meta mqabbla maċ-ċappetti flessibbli taċ-ċirku ta 'ġewwa u ta' barra, l-ebusija taċ-ċappetta flessibbli mingħajr ebusija titnaqqas b'93% bħala medja.

Iċ-ċappetta flessibbli ta 'ebusija żero mibnija hija biss taħt l-azzjoni ta' torque pur, li tista 'tirrealizza“ebusija żero”, mingħajr ma jiġi kkunsidrat il-każ li jġorru kundizzjonijiet ta 'tagħbija kumplessi. Għalhekk, il-kostruzzjoni ta 'ċappetti flessibbli ta' ebusija żero taħt kundizzjonijiet ta 'tagħbija kumplessi hija l-fokus ta' aktar riċerka. Barra minn hekk, it-tnaqqis tal-frizzjoni li teżisti matul il-moviment ta 'ċappetti flessibbli ta' ebusija żero hija direzzjoni ta 'ottimizzazzjoni importanti għal ċappetti flessibbli ta' ebusija żero.

referenzi

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, eċċ. Progress tar-riċerka dwar metodi ta' disinn ta' mekkaniżmu ta' ċappetta flessibbli[J]. Ġurnal Ċiniż tal-Inġinerija Mekkanika, 2010, 46(13):2-13. Y u jin champion, PEI X U, BIS call, ETA up. Metodu ta' Disinn ta' l-istat ta' l-arti għall-Mekkaniżmi tal-Flessjoni[J]. Ġurnal tal-Inġinerija Mekkanika, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Disinn ta' Konferenzi Internazzjonali ta' Inġinerija tad-Disinn ta' Disinn tal-ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Approċċ mhux dimensjonali għall-ibbilanċjar statiku ta' flexures rotazzjonali[J]. Mekkaniżmu & Theorija tal-Magni, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Blokki ta' Bini ta' Ebusija Negattiva għal Mekkaniżmi Konformi Ibbilanċjati Statikament: Disinn u Ittestjar[J]. Ġurnal tal-Mekkaniżmi & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. L-immudellar tal-pernijiet flexural cross-axis[J]. Il-mekkaniżmu u t-teorija tal-magni, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Il-proprjetajiet tal-pernijiet tal-flexure crossed u l-influwenza tal-punt li fih l-istrippi jaqsmu[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Disinn u esperiment ta' pernijiet ġeneralizzati ta' flexure triple-cross-molla applikati għall-istrumenti ultra-preċiżjoni[J]. Reviżjoni ta’ Strumenti Xjentifiċi, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, eċċ. Riċerka dwar il-karatteristiċi tal-ebusija tar-rotazzjoni taċ-ċappetta flessibbli tal-qasab bi tliet salib ġeneralizzata[J]. Ġurnal Ċiniż tal-Inġinerija Mekkanika, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I kelma, l IU Lang, vuċi BIS, ETA. Karatterizzazzjoni ta' Ebusija Rotazzjonali ta' Pivoti tal-Flessjoni Ġeneralizzati Triple-cross-molla [J]. Ġurnal tal-Inġinerija Mekkanika, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Riċerka ta' Tqabbil tal-Prestazzjoni tal-Istruttura tat-Topoloġija tal-Pivoti tal-Flessjoni Cross-Spring[C]// ASME 2014 Konferenzi Tekniċi Internazzjonali tad-Disinn tal-Inġinerija u Kompjuters u Informazzjoni fil-Konferenza tal-Inġinerija, Awissu 17–20, 2014, Buffalo, New York, l-Istati Uniti. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Karatteristiċi ta 'ebusija ta' ġewwa–pernijiet tal-flessituri taċ-ċirku ta' barra applikati għall-istrumenti ta' preċiżjoni ultra[J]. ARKIVJU Proċedimenti tal-Istituzzjoni tal-Inġiniera Mekkanika Parti C Ġurnal tax-Xjenza tal-Inġinerija Mekkanika 1989-1996 (vols 203-210), 2017: 095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriterji għall-Ibbilanċjar Statiku ta' Mekkaniżmi Konformi[C]// ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Awissu 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Mudell ta 'restrizzjoni ġeneralizzata għal flexures ta' raġġ bidimensjonali: Formulazzjoni ta 'enerġija ta' strain mhux lineari [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Dwar l-awtur: Bi Shusheng (awtur korrispondenti), raġel, imwieled fl-1966, tabib, professur, superviżur dottorat. Id-direzzjoni ewlenija tar-riċerka tiegħu hija mekkaniżmu kompletament flessibbli u robot bijonika.