Plynová pružina: Veci, ktoré by ste mohli chcieť vedieť

Abstrakt: Rotačná tuhosť flexibilného závesu s nulovou tuhosťou je približne nulová, čo prekonáva nedostatok, že bežné pružné závesy vyžadujú hnací moment a možno ju použiť na pružné uchopovače a iné polia. Ak vezmeme flexibilné závesy vnútorného a vonkajšieho krúžku pod pôsobením čistého krútiaceho momentu ako podsystém pozitívnej tuhosti, výskumný mechanizmus negatívnej tuhosti a zosúladenie kladnej a zápornej tuhosti môže vytvoriť flexibilný záves s nulovou tuhosťou. Navrhnite mechanizmus otáčania negatívnej tuhosti——Kľukový pružinový mechanizmus, modeloval a analyzoval jeho negatívne charakteristiky tuhosti; porovnávaním kladnej a zápornej tuhosti analyzoval vplyv konštrukčných parametrov kľukového pružinového mechanizmu na kvalitu nulovej tuhosti; navrhol lineárnu pružinu s prispôsobiteľnou tuhosťou a veľkosťou——Struna listových pružín v tvare diamantu, bol stanovený model tuhosti a bola vykonaná verifikácia simulácie konečných prvkov; nakoniec bol dokončený návrh, spracovanie a testovanie kompaktnej vzorky flexibilného závesu s nulovou tuhosťou. Výsledky testu ukázali, že: pri pôsobení čistého krútiaceho momentu,±18°V rozsahu uhlov otáčania je rotačná tuhosť flexibilného závesu s nulovou tuhosťou v priemere o 93 % nižšia ako u ohybných závesov s vnútorným a vonkajším prstencom. Skonštruovaný flexibilný pánt s nulovou tuhosťou má kompaktnú štruktúru a kvalitnú nulovú tuhosť; navrhovaný mechanizmus otáčania negatívnej tuhosti a lineárny Pružina má veľkú referenčnú hodnotu pre štúdium pružného mechanizmu.

0 predslov

Flexibilný pánt (ložisko)

^[1-2]

Spoliehajúc sa na elastickú deformáciu flexibilnej jednotky na prenos alebo premenu pohybu, sily a energie sa široko používa v presnom polohovaní a iných oblastiach. V porovnaní s tradičnými pevnými ložiskami dochádza pri otáčaní flexibilného závesu k vratnému momentu. Preto musí hnacia jednotka poskytovať výstupný krútiaci moment na pohon a udržiavať rotáciu flexibilného závesu. Flexibilný pánt s nulovou tuhosťou

^[3]

(Ohybový čap s nulovou tuhosťou, ZSFP) je flexibilný rotačný kĺb, ktorého rotačná tuhosť je približne nulová. Tento typ flexibilného závesu môže zostať v ľubovoľnej polohe v rozsahu zdvihu, známy tiež ako flexibilný záves so statickou rovnováhou

^[4]

, sa väčšinou používajú v oblastiach, ako sú flexibilné uchopovače.

Na základe modulárneho konštrukčného konceptu flexibilného mechanizmu možno celý systém flexibilných závesov s nulovou tuhosťou rozdeliť na dva podsystémy s kladnou a zápornou tuhosťou a systém nulovej tuhosti možno realizovať zosúladením kladnej a zápornej tuhosti.

^[5]

. Medzi nimi je podsystém pozitívnej tuhosti zvyčajne flexibilný záves s veľkým zdvihom, ako je napríklad pružný záves s krížovým jazýčkom

^[6-7]

, generalizovaný trojkrížový jazýčkový flexibilný záves

^[8-9]

a vnútorný a vonkajší prstencový pružný záves

^[10-11]

Atď. V súčasnosti sa výskumom ohybných pántov dosiahlo množstvo výsledkov, preto kľúčom k návrhu flexibilných pántov s nulovou tuhosťou je prispôsobenie vhodných modulov zápornej tuhosti pre flexibilné pánty[3].

Pružné pánty s vnútorným a vonkajším krúžkom (Ohybové čapy vnútorného a vonkajšieho krúžku, IORFP) majú vynikajúce vlastnosti z hľadiska tuhosti, presnosti a teplotného posunu. Modul zodpovedajúcej zápornej tuhosti poskytuje konštrukčnú metódu flexibilného závesu s nulovou tuhosťou a nakoniec dokončuje návrh, spracovanie vzorky a testovanie flexibilného závesu s nulovou tuhosťou.

1 kľukový pružinový mechanizmus

1.1 Definícia negatívnej tuhosti

Všeobecná definícia tuhosti K je rýchlosť zmeny medzi zaťažením F znášaným pružným prvkom a zodpovedajúcou deformáciou dx

K= dF/dx (1)

Keď je prírastok zaťaženia pružného prvku opačný ako znamienko zodpovedajúceho prírastku deformácie, ide o zápornú tuhosť. Fyzicky záporná tuhosť zodpovedá statickej nestabilite pružného prvku

^[12]

.Významnú úlohu v oblasti pružnej statickej rovnováhy zohrávajú mechanizmy negatívnej tuhosti. Mechanizmy negatívnej tuhosti majú zvyčajne nasledujúce charakteristiky.

(1) Mechanizmus si vyhradzuje určité množstvo energie alebo podlieha určitej deformácii.

(2) Mechanizmus je v stave kritickej nestability.

(3) Keď je mechanizmus mierne narušený a opustí rovnovážnu polohu, môže uvoľniť väčšiu silu, ktorá je v rovnakom smere ako pohyb.

1.2 Konštrukčný princíp flexibilného závesu s nulovou tuhosťou

Flexibilný pánt s nulovou tuhosťou možno skonštruovať použitím pozitívneho a negatívneho prispôsobenia tuhosti a princíp je znázornený na obrázku 2.

(1) Pri pôsobení čistého krútiaceho momentu majú pružné závesy vnútorného a vonkajšieho prstenca približne lineárny vzťah krútiaceho momentu a uhla natočenia, ako je znázornené na obrázku 2a. Najmä, keď je priesečník umiestnený na 12,73 % dĺžky jazýčka, vzťah krútiaceho momentu a uhla rotácie je lineárny

^[11]

, v tomto čase vratný moment Mpivot (v smere hodinových ručičiek) flexibilného závesu súvisí s uhlom natočenia ložiskaθ(proti smeru hodinových ručičiek) vzťah je

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Vo vzorci je E modul pružnosti materiálu, L je dĺžka tŕstia a I je moment zotrvačnosti prierezu.

(2) Podľa modelu rotačnej tuhosti pružného závesu vnútorného a vonkajšieho prstenca je mechanizmus otáčania so zápornou tuhosťou prispôsobený a jeho záporné charakteristiky tuhosti sú znázornené na obrázku 2b.

(3) Vzhľadom na nestabilitu mechanizmu negatívnej tuhosti

^[12]

tuhosť pružného závesu s nulovou tuhosťou by mala byť približne nulová a väčšia ako nula, ako je znázornené na obrázku 2c.

1.3 Definícia kľukového pružinového mechanizmu

Podľa literatúry [4] môže byť pružný záves s nulovou tuhosťou skonštruovaný vložením vopred deformovanej pružiny medzi pohyblivé tuhé teleso a pevné tuhé teleso pružného závesu. Pre ohybný záves vnútorného a vonkajšieho prstenca znázornený na obr. 1 je medzi vnútorný krúžok a vonkajší krúžok vložená pružina, t. j. pružinový kľukový mechanizmus (SCM). S odkazom na kľukový posuvný mechanizmus znázornený na obrázku 3, súvisiace parametre kľukového pružinového mechanizmu sú znázornené na obrázku 4. Kľukovo-pružinový mechanizmus sa skladá z kľuky a pružiny (tuhosť nastavená ako k). počiatočný uhol je uhol medzi kľukou AB a základňou AC, keď pružina nie je deformovaná. R predstavuje dĺžku kľuky, l predstavuje základnú dĺžku a definuje pomer dĺžky kľuky ako pomer r k l, t.j. = r/l (0<<1).

Konštrukcia kľukovo-pružinového mechanizmu vyžaduje určenie 4 parametrov: základná dĺžka l, pomer dĺžky kľuky , počiatočný uhol a tuhosť pružiny K.

Deformácia kľukového pružinového mechanizmu pod silou je znázornená na obrázku 5a, v momente M

_&gama;

Pri činnosti sa kľuka pohybuje z počiatočnej polohy AB

_Beta

obrátiť sa na AB

_&gama;

, počas procesu otáčania, uhol kľuky vzhľadom k horizontálnej polohe

_&gama;

nazývaný uhol kľuky.

Kvalitatívna analýza ukazuje, že kľuka sa otáča z AB (počiatočná poloha, M & gama; nula) až AB0 (“mŕtvy bod”miesto, M

_&gama;

je nula), kľukovo-pružinový mechanizmus má deformáciu s negatívnymi charakteristikami tuhosti.

1.4 Vzťah medzi krútiacim momentom a uhlom natočenia kľukového pružinového mechanizmu

Na obr. 5, krútiaci moment M & gama; v smere hodinových ručičiek je kladný, uhol kľuky & gama; proti smeru hodinových ručičiek je kladné a momentové zaťaženie M je modelované a analyzované nižšie.

_&gama;

s uhlom kľuky

_&gama;

Vzťah medzi procesom modelovania je dimenzovaný.

Ako je znázornené na obrázku 5b, rovnica vyváženia krútiaceho momentu pre kľuku AB & gama je uvedená.

Vo vzorci F & gama; je vratná sila pružiny, d & gama; je F & gama; do bodu A. Predpokladajme, že vzťah posunu a zaťaženia pružiny je

Vo vzorci je K tuhosť pružiny (nie nevyhnutne konštantná hodnota),δ

x&gama;

je veľkosť deformácie pružiny (skrátená na kladnú),δ

x&gama;

=|B

_Beta

C| – |B

_&gama;

C|.

Simultánny typ (3) (5), moment M

_&gama;

s rohom

_&gama;

Vzťah je

1.5 Analýza negatívnych charakteristík tuhosti kľukovo-pružinového mechanizmu

Aby sa uľahčila analýza negatívnych charakteristík tuhosti kľukovo-pružinového mechanizmu (moment M

_&gama;

s rohom

_&gama;

vzťah), možno predpokladať, že pružina má lineárnu kladnú tuhosť, potom vzorec (4) možno prepísať ako

Vo vzorci je Kconst konštanta väčšia ako nula. Po určení veľkosti pružného závesu sa určí aj dĺžka l základne. Preto za predpokladu, že l je konštanta, vzorec (6) možno prepísať ako

kde Kconstl2 je konštanta väčšia ako nula a momentový koeficient m & gama; má rozmer jedna. Negatívne charakteristiky tuhosti mechanizmu kľuka-pružina možno získať analýzou vzťahu medzi koeficientom krútiaceho momentu m & gama; a uhol natočenia & gama.

Z rovnice (9) obrázok 6 ukazuje počiatočný uhol =π vzťah medzi m & gama; a pomer dĺžky kľuky a uhol natočenia & gama;, & isin;[0,1, 0,9],& gama;& isin;[0, π]. Obrázok 7 ukazuje vzťah medzi m & gama; a uhol natočenia & gama; pre = 0,2 a rôzne . Obrázok 8 zobrazuje =π Keď sa pod rôznymi , vzťah medzi m & gama; a uhol & gama.

Podľa definície kľukového pružinového mechanizmu (časť 1.3) a vzorca (9), keď k a l sú konštantné, m & gama; Súvisí len s uhlom & gama;, pomer dĺžky kľuky a počiatočný uhol kľuky .

(1) Ak a len vtedy & gama; sa rovná 0 aleboπ alebo ,m & gama; sa rovná nule; & gama; & isin;[0, ],m & gama; je väčší ako nula; & gama; & je v;[π],m & gama; menej ako nula. & isin;[0, ],m & gama; je väčší ako nula; & gama;& je v;[π],m & gama; menej ako nula.

(2) & gama; Keď [0, ], uhol otočenia & gama; zvyšuje, m & gama; sa zväčšuje od nuly po uhol inflexného bodu & gama;0 nadobúda maximálnu hodnotu m & gama;max a potom postupne klesá.

(3) Záporný rozsah charakteristiky tuhosti kľukového pružinového mechanizmu: & gama;& isin;[0, & gama;0], v tomto čase & gama; sa zvyšuje (proti smeru hodinových ručičiek) a krútiaci moment M & gama; zvyšuje (v smere hodinových ručičiek). Uhol inflexného bodu & gama;0 je maximálny uhol natočenia negatívnej charakteristiky tuhosti kľukovo-pružinového mechanizmu a & gama;0 & isin;[0, ];m & gama;max je maximálny záporný momentový koeficient. Dané a , odvodením rovnice (9) sa získa & gama;0

(4) čím väčší je počiatočný uhol, & gama; väčšia 0, m

_&gama;max

väčší.

(5) čím väčší je pomer dĺžky, & gama; menšia 0, m

_&gama;max

väčší.

Najmä =πNegatívne charakteristiky tuhosti kľukového pružinového mechanizmu sú najlepšie (negatívny rozsah uhla tuhosti je veľký a krútiaci moment, ktorý možno poskytnúť, je veľký). =πSúčasne, za rôznych podmienok, maximálny uhol natočenia & gama zápornej charakteristiky tuhosti kľukového pružinového mechanizmu; 0 a maximálny záporný súčiniteľ krútiaceho momentu m & gama; Max je uvedený v tabuľke 1.

2 Konštrukcia flexibilného závesu s nulovou tuhosťou

Zosúladenie kladnej a zápornej tuhosti 2.1 je znázornené na obrázku 9, n(n 2) skupín paralelných kľukových pružinových mechanizmov je rovnomerne rozmiestnených po obvode, čím vytvára mechanizmus zápornej tuhosti prispôsobený pružným pántom vnútorného a vonkajšieho prstenca.

Pomocou flexibilných závesov vnútorného a vonkajšieho prstenca ako podsystému pozitívnej tuhosti vytvorte pružný záves s nulovou tuhosťou. Aby ste dosiahli nulovú tuhosť, priraďte kladnú a zápornú tuhosť

simultánne (2), (3), (6), (11) a & gama;=θ, zaťaženie F & možno získať gama pružiny; a posunutieδVzťah x & gama; je

Podľa časti 1.5 rozsah negatívneho uhla tuhosti kľukového pružinového mechanizmu: & gama;& isin;[0, & gama;0] a & gama;0 & isin;[0, ], zdvih pružného závesu s nulovou tuhosťou musí byť menší ako & gama;0, t.j. pružina je vždy v deformovanom stave (δx&gama;≠0). Rozsah otáčania flexibilných závesov vnútorného a vonkajšieho prstenca je±0,35 rad(±20°), zjednodušiť goniometrické funkcie sin & gama; a cos & gama; nasledovne

Po zjednodušení vzťah zaťaženie-posunutie pružiny

2.2 Chybová analýza pozitívneho a negatívneho modelu prispôsobenia tuhosti

Vyhodnoťte chybu spôsobenú zjednodušeným spracovaním rovnice (13). Podľa skutočných parametrov spracovania flexibilného závesu s nulovou tuhosťou (časť 4.2):n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; Rozmery pružného závesu vnútorného a vonkajšieho prstenca L = 46 mm, T = 0,3 mm, Š = 9,4 mm; Porovnávacie vzorce (12) a (14) zjednodušujú vzťah medzi zaťažením a posunutím a relatívnu chybu prednej a zadnej pružiny, ako je znázornené na obrázkoch 10a a 10b.

Ako je znázornené na obrázku 10, & gama; je menej ako 0,35 rad (20°), relatívna chyba spôsobená zjednodušeným spracovaním ku krivke zaťaženia a posunutia nepresahuje 2,0 % a vzorec

Zjednodušenú úpravu podľa (13) možno použiť na konštrukciu flexibilných pántov s nulovou tuhosťou.

2.3 Charakteristika tuhosti pružiny

Za predpokladu, že tuhosť pružiny je K, súčasné (3), (6), (14)

Podľa skutočných parametrov spracovania pružného závesu s nulovou tuhosťou (časť 4.2) sa krivka zmeny tuhosti pružiny K s uhlom & gama; je znázornené na obrázku 11. Najmä vtedy, keď & gama;= 0, K má minimálnu hodnotu.

Pre pohodlie dizajnu a spracovania používa pružina lineárnu pružinu s kladnou tuhosťou a tuhosť je Kconst. V celom zdvihu, ak je celková tuhosť flexibilného závesu s nulovou tuhosťou väčšia alebo rovná nule, Kconst by mal mať minimálnu hodnotu K

Rovnica (16) je hodnota tuhosti lineárnej kladnej pružiny tuhosti pri konštrukcii pružného závesu s nulovou tuhosťou. 2.4 Analýza kvality nulovej tuhosti Vzťah zaťaženia a posunutia skonštruovaného pružného závesu s nulovou tuhosťou je

Je možné získať simultánny vzorec (2), (8), (16).

Aby bolo možné vyhodnotiť kvalitu nulovej tuhosti, rozsah zníženia tuhosti pružného závesu pred a po pridaní modulu negatívnej tuhosti je definovaný ako koeficient kvality nulovej tuhosti.η

η Čím bližšie k 100 %, tým vyššia je kvalita nulovej tuhosti. Obrázok 12 je 1-η Vzťah k pomeru dĺžky kľuky a počiatočného uhla η Je nezávislý od počtu n paralelných kľukových pružinových mechanizmov a dĺžky l základne, ale súvisí len s pomerom dĺžky kľuky , uhlom natočenia & gama; a počiatočný uhol.

(1) Počiatočný uhol sa zväčší a kvalita nulovej tuhosti sa zlepší.

(2) Pomer dĺžky sa zvyšuje a kvalita nulovej tuhosti klesá.

(3) Uhol & gama; zvyšuje, nulová kvalita tuhosti klesá.

Aby sa zlepšila kvalita nulovej tuhosti flexibilného závesu s nulovou tuhosťou, počiatočný uhol by mal mať väčšiu hodnotu; pomer dĺžky kľuky by mal byť čo najmenší. Súčasne, podľa výsledkov analýzy v časti 1.5, ak je príliš malý, schopnosť mechanizmu kľuka-pružina poskytnúť negatívnu tuhosť bude slabá. Aby sa zlepšila kvalita nulovej tuhosti flexibilného závesu s nulovou tuhosťou, počiatočný uhol =πpomer dĺžky kľuky = 0,2, to znamená skutočné parametre spracovania sekcie 4.2 s nulovou tuhosťou pružného závesu.

Podľa skutočných parametrov spracovania pružného závesu s nulovou tuhosťou (časť 4.2) je vzťah krútiaceho momentu a uhla medzi pružnými závesmi vnútorného a vonkajšieho prstenca a pružným závesom s nulovou tuhosťou znázornený na obrázku 13; pokles tuhosti je koeficient kvality nulovej tuhostiηVzťah s rohom & gama; je znázornené na obrázku 14. Podľa obrázku 14: V 0,35 rad (20°) rozsah otáčania, tuhosť flexibilného závesu s nulovou tuhosťou sa zníži v priemere o 97 %; 0,26 rad(15°) rohoch sa zníži o 95 %.

3 Návrh lineárnej pružiny s kladnou tuhosťou

Konštrukcia pružného závesu s nulovou tuhosťou je zvyčajne po určení veľkosti a tuhosti pružného závesu a potom sa tuhosť pružiny v kľukovom pružinovom mechanizme obráti, takže požiadavky na tuhosť a veľkosť pružiny sú pomerne prísne. Okrem toho počiatočný uhol =π5a, počas otáčania ohybného závesu s nulovou tuhosťou je pružina vždy v stlačenom stave, tj.“Prítlačná pružina”.

Tuhosť a veľkosť tradičných tlačných pružín je ťažké presne prispôsobiť a v aplikáciách sa často vyžaduje vodiaci mechanizmus. Preto sa navrhuje pružina, ktorej tuhosť a veľkosť je možné prispôsobiť——Šnúrka listovej pružiny v tvare diamantu. Struna listových pružín v tvare diamantu (obrázok 15) sa skladá z viacerých listových pružín v tvare diamantu zapojených do série. Má vlastnosti voľného konštrukčného dizajnu a vysoký stupeň prispôsobenia. Jeho technológia spracovania je v súlade s technológiou flexibilných pántov a obe sú spracované presným rezaním drôtom.

3.1 Záťažovo-výtlakový model výpletu listových pružín v tvare diamantu

Kvôli symetrii kosoštvorcovej listovej pružiny je potrebné podrobiť napäťovej analýze iba jednu listovú pružinu, ako je znázornené na obrázku 16. α je uhol medzi tŕstom a horizontálou, dĺžka, šírka a hrúbka lúča sú Ld, Wd, Td, f je rozmerovo jednotné zaťaženie kosoštvorcovej listovej pružiny,δy je deformácia kosoštvorcovej listovej pružiny v smere y, sila fy a moment m sú ekvivalentné zaťaženia na konci jedného jazýčka, fv a fw sú zložky sily fy v súradnicovom systéme wov.

Podľa teórie deformácie lúča AWTAR[13] je rozmerovo zjednotený vzťah medzi zaťažením a posunutím jedného jazýčka

V dôsledku obmedzujúceho vzťahu tuhého telesa na jazýčku je koncový uhol jazýčka pred a po deformácii nulový, tj.θ = 0. Simultánne (20) (22)

Rovnica (23) predstavuje rozmerový model zjednotenia zaťaženia a posunu kosoštvorcovej listovej pružiny. n2 kosoštvorcových listových pružín sú zapojené do série a ich zaťažovo-posuvný model je

Zo vzorca (24), kedyαKeď je d malé, tuhosť kosoštvorcovej listovej pružiny je pri typických rozmeroch a typických zaťaženiach približne lineárna.

3.2 Verifikácia modelu simuláciou konečných prvkov

Vykonáva sa simulačné overenie modelu zaťaženia a posunu kosoštvorcovej listovej pružiny metódou konečných prvkov. Pomocou ANSYS Mechanical APDL 15.0 sú parametre simulácie uvedené v tabuľke 2 a na listovú pružinu v tvare diamantu sa aplikuje tlak 8 N.

Porovnanie medzi výsledkami modelu a výsledkami simulácie vzťahu zaťaženie-posunutie kosoštvorcovej listovej pružiny je znázornené na obr. 17 (dimenzionizácia). Pre štyri kosoštvorcové listové pružiny s rôznymi uhlami sklonu nepresahuje relatívna chyba medzi modelom a výsledkami simulácie konečných prvkov 1,5 %. Platnosť a presnosť modelu (24) bola overená.

4 Návrh a test flexibilného závesu s nulovou tuhosťou

4.1 Návrh parametrov flexibilného závesu s nulovou tuhosťou

Pre návrh pružného závesu s nulovou tuhosťou je potrebné najskôr určiť konštrukčné parametre pružného závesu podľa prevádzkových podmienok a následne inverzne vypočítať príslušné parametre kľukového pružinového mechanizmu.

4.1.1 Parametre flexibilného pántu

Priesečník ohybných závesov vnútorného a vonkajšieho prstenca sa nachádza na 12,73 % dĺžky jazýčka a jeho parametre sú uvedené v tabuľke 3. Dosadením do rovnice (2) je vzťah krútiaceho momentu a uhla natočenia vnútorného a vonkajšieho prstenca pružných pántov je

4.1.2 Záporné parametre mechanizmu tuhosti

Ako je znázornené na obr. 18, ak vezmeme počet n kľukových pružinových mechanizmov paralelne k 3, dĺžka l = 40 mm je určená veľkosťou pružného závesu. podľa záveru časti 2.4 počiatočný uhol =π, pomer dĺžky kľuky = 0,2. Podľa rovnice (16) tuhosť pružiny (t.j. struna diamantovej listovej pružiny) je Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Parametre výpletu diamantovej listovej pružiny

o l = 40 mm, =π, = 0,2, pôvodná dĺžka pružiny je 48 mm a maximálna deformácia (& gama;= 0) je 16 mm. Kvôli konštrukčným obmedzeniam je pre jednu kosoštvorcovú listovú pružinu ťažké vytvoriť takú veľkú deformáciu. Pri použití štyroch kosoštvorcových listových pružín v sérii (n2 = 4) je tuhosť jednej kosoštvorcovej listovej pružiny

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

Podľa veľkosti mechanizmu negatívnej tuhosti (obrázok 18), vzhľadom na dĺžku, šírku a uhol sklonu lúča listovej pružiny v tvare diamantu, možno jazýček odvodiť zo vzorca (23) a vzorca tuhosti (27) hrúbka listovej pružiny v tvare diamantu. Štrukturálne parametre kosoštvorcových listových pružín sú uvedené v tabuľke 4.

povrch4

Stručne povedané, všetky parametre flexibilného závesu s nulovou tuhosťou na základe kľukového pružinového mechanizmu boli stanovené, ako je uvedené v tabuľke 3 a tabuľke 4.

4.2 Návrh a spracovanie vzorky pružného závesu s nulovou tuhosťou Spôsob spracovania a testovania pružného závesu nájdete v literatúre [8]. Flexibilný pánt s nulovou tuhosťou sa skladá z mechanizmu negatívnej tuhosti a vnútorného a vonkajšieho kruhového flexibilného pántu paralelne. Konštrukčný návrh je znázornený na obrázku 19.

Pružné závesy vnútorného aj vonkajšieho prstenca a struny listových pružín v tvare diamantu sú spracované presnými obrábacími strojmi na rezanie drôtom. Pružné závesy vnútorného a vonkajšieho prstenca sú spracované a zostavené vo vrstvách. Obrázok 20 je fyzický obrázok troch sád strún listových pružín v tvare kosoštvorca a obrázok 21 je zostavená nulová tuhosť. Fyzický obrázok vzorky flexibilného závesu.

4.3 Platforma na testovanie rotačnej tuhosti flexibilného závesu s nulovou tuhosťou S odkazom na metódu testovania rotačnej tuhosti v [8] je postavená platforma na testovanie rotačnej tuhosti flexibilného závesu s nulovou tuhosťou, ako je znázornené na obrázku 22.

4.4 Experimentálne spracovanie údajov a analýza chýb

Rotačná tuhosť vnútorného a vonkajšieho prstencového flexibilného závesu a flexibilného závesu s nulovou tuhosťou bola testovaná na testovacej platforme a výsledky testu sú znázornené na obrázku 23. Vypočítajte a nakreslite krivku kvality nulovej tuhosti flexibilného závesu s nulovou tuhosťou podľa vzorca (19), ako je znázornené na obr. 24.

Výsledky testu ukazujú, že rotačná tuhosť flexibilného závesu s nulovou tuhosťou je blízka nule. V porovnaní s vnútorným a vonkajším prstencovým flexibilným závesom je flexibilný záves s nulovou tuhosťou±0,31 rad(18°) tuhosť sa znížila v priemere o 93 %; 0,26 rad (15°), tuhosť sa zníži o 90 %.

Ako je znázornené na obrázkoch 23 a 24, stále existuje určitá medzera medzi výsledkami testu kvality nulovej tuhosti a výsledkami teoretického modelu (relatívna chyba je menšia ako 15 %) a hlavné príčiny chyby sú nasledovné.

(1) Chyba modelu spôsobená zjednodušením goniometrických funkcií.

(2) Trenie. Medzi reťazou diamantovej listovej pružiny a montážnym hriadeľom dochádza k treniu.

(3) Chyba spracovania. Existujú chyby v skutočnej veľkosti rákosia atď.

(4) Chyba montáže. Medzera medzi inštalačným otvorom reťaze listovej pružiny v tvare diamantu a hriadeľom, inštalačná medzera zariadenia testovacej plošiny atď.

4.5 Porovnanie výkonu s typickým flexibilným závesom s nulovou tuhosťou V literatúre [4] bol flexibilný záves s nulovou tuhosťou ZSFP_CAFP skonštruovaný pomocou ohybového čapu s krížovou osou (CAFP), ako je znázornené na obrázku 25.

Porovnanie flexibilného pántu s nulovou tuhosťou ZSFP_IORFP (obr. 21) a ZSFP_CAFP (obr. 25) skonštruované pomocou pružných pántov vnútorného a vonkajšieho prstenca

(1) ZSFP_IORFP, štruktúra je kompaktnejšia.

(2) Rohový rozsah ZSFP_IORFP je malý. Rozsah rohov je obmedzený rozsahom rohov samotného flexibilného závesu; rohový rozsah ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP rohový rozsah40°.

(3) ±18°V rozsahu rohov má ZSFP_IORFP vyššiu kvalitu nulovej tuhosti. Priemerná tuhosť ZSFP_CAFP je znížená o 87 % a priemerná tuhosť ZSFP_IORFP je znížená o 93 %.

5 záver

Pri použití pružného závesu vnútorného a vonkajšieho krúžku pod čistým krútiacim momentom ako podsystému pozitívnej tuhosti bola vykonaná nasledujúca práca s cieľom skonštruovať flexibilný záves s nulovou tuhosťou.

(1) Navrhnite mechanizmus otáčania zápornej tuhosti——Pre kľukový pružinový mechanizmus bol vytvorený model (vzorec (6)) na analýzu vplyvu konštrukčných parametrov na jeho negatívne charakteristiky tuhosti a bol uvedený rozsah jeho negatívnych charakteristík tuhosti (tabuľka 1).

(2) Zosúladením kladných a záporných tuhostí sa získajú charakteristiky tuhosti pružiny v kľukovom pružinovom mechanizme (Rovnica (16)) a vytvorí sa model (Rovnica (19)) na analýzu vplyvu konštrukčných parametrov. kľukového pružinového mechanizmu na kvalitu nulovej tuhosti pružného závesu s nulovou tuhosťou Vplyv teoreticky v rámci dostupného zdvihu pružného závesu vnútorného a vonkajšieho krúžku (±20°), priemerné zníženie tuhosti môže dosiahnuť 97%.

(3) Navrhnite prispôsobiteľnú tuhosť“jar”——Na stanovenie modelu tuhosti (Rovnica (23)) bola vytvorená reťaz listových pružín v tvare diamantu a overená metódou konečných prvkov.

(4) Dokončili návrh, spracovanie a testovanie kompaktnej vzorky flexibilného závesu s nulovou tuhosťou. Výsledky testov ukazujú, že: pri pôsobení čistého krútiaceho momentu36°V rozsahu uhlov natočenia v porovnaní s vnútorným a vonkajším prstencovým pružným závesom je tuhosť flexibilného závesu s nulovou tuhosťou znížená v priemere o 93 %.

Skonštruovaný flexibilný pánt s nulovou tuhosťou je pôsobený iba čistým krútiacim momentom, ktorý je možné realizovať“nulová tuhosť”bez zohľadnenia prípadu znášania zložitých zaťažovacích podmienok. Preto je konštrukcia flexibilných závesov s nulovou tuhosťou pri zložitých podmienkach zaťaženia stredobodom ďalšieho výskumu. Okrem toho, zníženie trenia, ktoré existuje počas pohybu flexibilných pántov s nulovou tuhosťou, je dôležitým optimalizačným smerom pre flexibilné pánty s nulovou tuhosťou.

referencie

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng atď. Pokrok vo výskume metód navrhovania flexibilného kĺbového mechanizmu[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin šampión, PEI X U, hovor BIS, ETA up. Najnovšie metódy navrhovania mechanizmov ohybu[J]. Časopis pre strojárstvo, 2010, 46 (13): 2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Návrh generického spoja vyhovujúceho nulovej tuhosti[C]// ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E. G., Howell L. L. Bezrozmerný prístup pre statické vyváženie rotačných ohybov[J]. Mechanizmus & Teória strojov, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, a kol. Stavebné bloky zápornej tuhosti pre staticky vyvážené vyhovujúce mechanizmy: Návrh a testovanie[J]. Journal of Mechanisms & Robotika, 2010, 2 (4): 041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Modelovanie priečnych ohybových čapov[J]. Mechanizmus a teória strojov, 2002, 37 (5): 461-476.

[7] WITTRICK W H. Vlastnosti skrížených ohybových čapov a vplyv bodu, v ktorom sa pásy krížia[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, jang Q, ETA. Návrh a experiment zovšeobecnených ohybových čapov s trojitou krížovou pružinou aplikovaných na ultra presné prístroje[J]. Prehľad vedeckých prístrojov, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng atď. Výskum charakteristík rotačnej tuhosti zovšeobecneného trojkrížového pružného závesu[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51 (13): 189-195.

jang Q I slovo, l IU Lang, hlas BIS, ETA. Charakterizácia rotačnej tuhosti zovšeobecnených trojpružinových ohybových ohybov[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Výskum výkonnosti Porovnanie topologickej štruktúry ohybových čapov s priečnymi pružinami[C]// ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, august 17–20, 2014, Buffalo, New York, USA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, jang Q. Charakteristiky tuhosti vnútra–ohybové čapy vonkajšieho prstenca aplikované na ultra presné prístroje[J]. ARCHÍV Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (vols 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kritériá pre statické vyváženie vyhovujúcich mechanizmov[C]// ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, august 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Zovšeobecnený model obmedzení pre dvojrozmerné ohyby nosníka: Formulácia nelineárnej deformačnej energie[J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

O autorovi: Bi Shusheng (korešpondent), muž, narodený v roku 1966, lekár, profesor, školiteľ. Jeho hlavným výskumným smerom je plne flexibilný mechanizmus a bionický robot.