Raziskave fleksibilnega tečaja z ničelno togostjo, ki temelji na vzmetnem mehanizmu gonilke_Poznavanje tečajev

Povzetek: Rotacijska togost gibljivega tečaja z ničelno togostjo je približno enaka nič, kar odpravlja napako, da običajni gibljivi tečaji zahtevajo pogonski navor, in se lahko uporablja za gibljiva prijemala in druga področja. Če vzamemo prožne tečaje notranjega in zunanjega obroča pod delovanjem čistega navora kot podsistema pozitivne togosti, lahko raziskovalni mehanizem negativne togosti in ujemanje pozitivne in negativne togosti ustvarijo prilagodljiv tečaj ničelne togosti. Predlagajte rotacijski mehanizem negativne togosti——Mehanizem ročične vzmeti, modeliran in analiziran njegove negativne karakteristike togosti; z ujemanjem pozitivne in negativne togosti analizirali vpliv strukturnih parametrov ročično vzmetnega mehanizma na kakovost ničelne togosti; predlagal linearno vzmet s prilagodljivo togostjo in velikostjo——Vrvica listnate vzmeti v obliki diamanta, vzpostavljen je bil model togosti in izvedena verifikacija simulacije končnih elementov; končno so bili končani načrtovanje, obdelava in testiranje kompaktnega vzorca fleksibilnega tečaja brez togosti. Rezultati preskusa so pokazali, da: pod delovanjem čistega navora,±18°V območju vrtilnih kotov je rotacijska togost gibljivega tečaja z ničelno togostjo v povprečju za 93 % nižja kot pri gibljivih tečajih notranjega in zunanjega obroča. Konstruiran fleksibilen tečaj brez togosti ima kompaktno strukturo in visokokakovostno ničelno togost; predlagani rotacijski mehanizem z negativno togostjo in linearna Vzmet ima veliko referenčno vrednost za študij prožnega mehanizma.

0 predgovor

Fleksibilni tečaj (ležaj)

^[1-2]

Ker se zanaša na elastično deformacijo fleksibilne enote za prenos ali pretvorbo gibanja, sile in energije, se pogosto uporablja pri natančnem pozicioniranju in na drugih področjih. V primerjavi s tradicionalnimi togimi ležaji obstaja trenutek obnovitve, ko se upogljivi tečaj vrti. Zato mora pogonska enota zagotoviti izhodni navor za pogon in ohraniti vrtenje gibljivega tečaja. Prilagodljiv tečaj brez togosti

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) je upogljiv rotacijski sklep, katerega rotacijska togost je približno enaka nič. Ta vrsta prilagodljivega tečaja lahko ostane v katerem koli položaju znotraj območja giba, znan tudi kot prilagodljiv tečaj za statično ravnotežje

^[4]

, se večinoma uporabljajo na področjih, kot so fleksibilna prijemala.

Na podlagi modularnega koncepta zasnove fleksibilnega mehanizma je mogoče celoten sistem fleksibilnih tečajev brez togosti razdeliti na dva podsistema pozitivne in negativne togosti, sistem ničelne togosti pa je mogoče realizirati z ujemanjem pozitivne in negativne togosti.

^[5]

. Med njimi je podsistem pozitivne togosti običajno gibljiv tečaj z velikim hodom, kot je gibljiv tečaj s križnim trstom

^[6-7]

, posplošen trikrižni gibljivi tečaj

^[8-9]

in notranji in zunanji obročni fleksibilni tečaji

^[10-11]

Itd. Trenutno so raziskave o fleksibilnih tečajih dosegle veliko rezultatov, zato je ključ do oblikovanja fleksibilnih tečajev brez togosti ujemanje ustreznih modulov negativne togosti za fleksibilne tečaje [3].

Fleksibilni tečaji notranjega in zunanjega obroča (Inner and outer ring flexural pivots, IORFP) imajo odlične lastnosti glede togosti, natančnosti in temperaturnega premika. Ujemajoči se modul negativne togosti zagotavlja metodo konstrukcije fleksibilnega tečaja brez togosti in na koncu zaključi načrtovanje, obdelavo vzorcev in testiranje fleksibilnega tečaja brez togosti.

1 ročično vzmetni mehanizem

1.1 Opredelitev negativne togosti

Splošna definicija togosti K je stopnja spremembe med obremenitvijo F, ki jo nosi elastični element, in ustrezno deformacijo dx

K= dF/dx (1)

Kadar je prirast obremenitve elastičnega elementa nasproten predznaku ustreznega deformacijskega prirastka, je to negativna togost. Fizično negativna togost ustreza statični nestabilnosti elastičnega elementa

^[12]

.Mehanizmi negativne togosti igrajo pomembno vlogo na področju fleksibilnega statičnega ravnovesja. Običajno imajo mehanizmi negativne togosti naslednje značilnosti.

(1) Mehanizem zadrži določeno količino energije ali je podvržen določeni deformaciji.

(2) Mehanizem je v stanju kritične nestabilnosti.

(3) Ko je mehanizem rahlo moten in zapusti ravnotežni položaj, lahko sprosti večjo silo, ki je v isti smeri kot gibanje.

1.2 Načelo konstrukcije fleksibilnega tečaja brez togosti

Prilagodljiv tečaj brez togosti je mogoče izdelati z uporabo pozitivnega in negativnega ujemanja togosti, princip pa je prikazan na sliki 2.

(1) Pod delovanjem čistega navora imata upogljivi tečaji notranjega in zunanjega obroča približno linearno razmerje kot navora in vrtenja, kot je prikazano na sliki 2a. Zlasti, ko se presečišče nahaja na 12,73 % dolžine jezde, je razmerje kot navora in vrtenja linearno

^[11]

, v tem času je obnovitveni moment Mpivot (smer urinega kazalca) fleksibilnega tečaja povezan s kotom vrtenja ležajaθ(v nasprotni smeri urinega kazalca) razmerje je

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

V formuli je E elastični modul materiala, L je dolžina trsta, I pa vztrajnostni moment preseka.

(2) V skladu z modelom rotacijske togosti gibljivih tečajev notranjega in zunanjega obroča se rotacijski mehanizem negativne togosti ujema, njegove karakteristike negativne togosti pa so prikazane na sliki 2b.

(3) Glede na nestabilnost mehanizma negativne togosti

^[12]

, mora biti togost upogljivega tečaja z ničelno togostjo približno nič in večja od nič, kot je prikazano na sliki 2c.

1.3 Opredelitev ročično vzmetnega mehanizma

Glede na literaturo [4] je mogoče gibljivi tečaj z ničelno togostjo izdelati z uvedbo predhodno deformirane vzmeti med gibljivo togo telo in fiksno togo telo gibljivega tečaja. Za gibljivi tečaj notranjega in zunanjega obroča, prikazan na sl. 1 je med notranjim obročem in zunanjim obročem uvedena vzmet, tj. uveden je vzmetno-ročični mehanizem (SCM). Glede na drsni mehanizem ročične gredi, prikazan na sliki 3, so povezani parametri vzmetnega mehanizma ročične gredi prikazani na sliki 4. Mehanizem ročična vzmet je sestavljen iz ročične gredi in vzmeti (nastavite togost kot k). začetni kot je vključeni kot med ročico AB in osnovo AC, ko vzmet ni deformirana. R predstavlja dolžino gonilke, l predstavlja osnovno dolžino in definira razmerje dolžine ročice kot razmerje med r in l, tj. = r/l (0<<1).

Konstrukcija ročično-vzmetnega mehanizma zahteva določitev 4 parametrov: osnovne dolžine l, razmerja dolžine ročične gredi, začetnega kota in togosti vzmeti K.

Deformacija mehanizma ročične vzmeti pod silo je prikazana na sliki 5a, v trenutku M

_&gama;

Pod delovanjem se gonilka premakne iz začetnega položaja AB

_Beta

obrnite se na AB

_&gama;

, med postopkom vrtenja, vključeni kot gonilke glede na vodoravni položaj

_&gama;

imenovan kot ročične gredi.

Kvalitativna analiza kaže, da se gonilka vrti iz AB (začetni položaj, M & gama; nič) do AB0 (“mrtva točka”lokacija, M

_&gama;

je nič), ima vzmetni mehanizem deformacijo z negativnimi karakteristikami togosti.

1.4 Razmerje med vrtilnim momentom in vrtilnim kotom mehanizma ročične vzmeti

Na sl. 5, navor M & gama; v smeri urinega kazalca je pozitiven kot ročične gredi & gama; v nasprotni smeri urinega kazalca je pozitiven, trenutna obremenitev M pa je modelirana in analizirana spodaj.

_&gama;

z ročičnim kotom

_&gama;

Razmerje med procesom modeliranja je dimenzionirano.

Kot je prikazano na sliki 5b, enačba ravnovesja navora za gonilko AB & gama je navedena.

V formuli F & gama; je povratna sila vzmeti, d & gama; je F & gama; do točke A. Predpostavimo, da je razmerje premik-obremenitev vzmeti

V formuli je K togost vzmeti (ni nujno konstantna vrednost),δ

x&gama;

je količina deformacije vzmeti (skrajšana na pozitivno),δ

x&gama;

=|B

_Beta

C| – |B

_&gama;

C|.

Simultani tip (3)(5), moment M

_&gama;

z vogalom

_&gama;

Razmerje je

1.5 Analiza negativnih togostnih karakteristik ročično-vzmetnega mehanizma

Da bi olajšali analizo negativnih karakteristik togosti ročično-vzmetnega mehanizma (moment M

_&gama;

z vogalom

_&gama;

razmerje), se lahko domneva, da ima vzmet linearno pozitivno togost, potem lahko formulo (4) prepišemo kot

V formuli je Kconst konstanta, večja od nič. Po določitvi velikosti gibljivega tečaja se določi tudi dolžina l podnožja. Zato lahko formulo (6) ob predpostavki, da je l konstanta, prepišemo kot

kjer je Kconstl2 konstanta, večja od nič, in momentni koeficient m & gama; ima dimenzijo ena. Negativne karakteristike togosti ročično-vzmetnega mehanizma je mogoče dobiti z analizo razmerja med koeficientom navora m & gama; in kot vrtenja & gama.

Iz enačbe (9) je na sliki 6 prikazan začetni kot =π odnos med m & gama; ter razmerje dolžine gonilke in kot vrtenja & gama;, & isin; [0,1, 0,9],& gama;& isin;[0, π]. Slika 7 prikazuje razmerje med m & gama; in kot vrtenja & gama; za = 0,2 in različno. Slika 8 prikazuje =π Ko je pod različnimi razmerje med m & gama; in kot & gama.

V skladu z definicijo ročičnega vzmetnega mehanizma (oddelek 1.3) in formulo (9), ko sta k in l konstantna, m & gama; Samo v povezavi s kotom & gama;, razmerje dolžine gonilke in začetni kot gonilke.

(1) Če in samo če & gama; je enaka 0 ozπ ali m & gama; je enak nič; & gama; & isin;[0, ],m & gama; je večja od nič; & gama; & isin;[π],m & gama; manj kot nič. & isin;[0, ],m & gama; je večja od nič; & gama;& isin;[π],m & gama; manj kot nič.

(2) & gama; Ko je [0, ], kot vrtenja & gama; poveča, m & gama; narašča od nič do kota prevojne točke & gamma;0 zavzame največjo vrednost m & gamma;max in nato postopoma pada.

(3) Značilno območje negativne togosti ročično vzmetnega mehanizma: & gama;& isin;[0, & gamma;0], v tem trenutku & gama; poveča (v nasprotni smeri urinega kazalca) in navor M & gama; poveča (v smeri urinega kazalca). Kot prevojne točke & gama; 0 je največji rotacijski kot negativne togosti, ki je značilna za vzmetni mehanizem ročične gredi in & gama;0 & isin; [0, ]; m & gamma;max je največji koeficient negativnega momenta. Glede na in izpeljava enačbe (9) daje & gama;0

(4) večji kot je začetni kot, & gama; večji 0, m

_&gama;maks

večji.

(5) večje kot je razmerje dolžine, & gama; manjša 0, m

_&gama;maks

večji.

Zlasti =πKarakteristike negativne togosti mehanizma ročične vzmeti so najboljše (razpon kota negativne togosti je velik in navor, ki ga je mogoče zagotoviti, je velik). =πIstočasno, pod različnimi pogoji, največji kot vrtenja & gama negativne togosti, značilne za ročično vzmetni mehanizem; 0 in največji negativni koeficient navora m & gama; Max je naveden v tabeli 1.

2 Konstrukcija fleksibilnega tečaja brez togosti

Ujemanje pozitivne in negativne togosti 2.1 je prikazano na sliki 9, n (n 2) skupin vzporednih vzmetnih mehanizmov ročične gredi je enakomerno porazdeljenih po obodu in tvori mehanizem negativne togosti, ki se ujema z notranjim in zunanjim obročem upogljivih tečajev.

Z uporabo gibljivih tečajev notranjega in zunanjega obroča kot podsistema pozitivne togosti izdelajte gibljiv tečaj brez togosti. Da bi dosegli ničelno togost, uskladite pozitivno in negativno togost

sočasno (2), (3), (6), (11) in & gama;=θ, obremenitev F & gama vzmeti je mogoče dobiti; in premikδRazmerje x & gama; je

V skladu z oddelkom 1.5 območje kota negativne togosti mehanizma ročične vzmeti: & gama;& isin;[0, & gama;0] in & gama;0 & isin;[0, ], mora biti hod upogljivega tečaja ničelne togosti manjši od & gama;0, jaz .e. vzmet je vedno v deformiranem stanju (δx&gama;≠0). Območje vrtenja gibljivih tečajev notranjega in zunanjega obroča je±0,35 rad(±20°), poenostavite trigonometrične funkcije sin & gama; in cos & gama; kot sledi

Po poenostavitvi razmerje obremenitev-premik vzmeti

2.2 Analiza napak pozitivnega in negativnega modela ujemanja togosti

Ocenite napako, ki jo povzroči poenostavljena obravnava enačbe (13). V skladu z dejanskimi parametri obdelave fleksibilnega tečaja ničelne togosti (oddelek 4.2): n = 3,l = 40 mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; Dimenzije notranjega in zunanjega obroča gibljivega tečaja jezdeca L = 46 mm, T = 0,3 mm, Š = 9,4 mm; Primerjalni formuli (12) in (14) poenostavljata razmerje premika obremenitve in relativno napako sprednjih in zadnjih vzmeti, kot je prikazano na slikah 10a oziroma 10b.

Kot je prikazano na sliki 10, & gama; je manj kot 0,35 rad (20°), relativna napaka, ki jo povzroči poenostavljena obravnava krivulje obremenitev-premik, ne presega 2,0 % in formula

Poenostavljeno obravnavo (13) je mogoče uporabiti za izdelavo upogljivih tečajev brez togosti.

2.3 Značilnosti togosti vzmeti

Ob predpostavki, da je togost vzmeti K, sočasno (3), (6), (14)

V skladu z dejanskimi parametri obdelave fleksibilnega tečaja ničelne togosti (oddelek 4.2) je krivulja spremembe togosti vzmeti K s kotom & gama; je prikazano na sliki 11. Še posebej, ko & gamma;= 0, K ima najmanjšo vrednost.

Za udobje oblikovanja in obdelave ima vzmet linearno vzmet s pozitivno togostjo, togost pa je Kconst. V celotnem gibu, če je skupna togost upogljivega tečaja z ničelno togostjo večja ali enaka nič, mora Kconst imeti najmanjšo vrednost K

Enačba (16) je vrednost togosti linearne vzmeti pozitivne togosti pri izdelavi upogljivega tečaja ničelne togosti. 2.4 Analiza kakovosti ničelne togosti Razmerje med obremenitvijo in premikom konstruiranega fleksibilnega tečaja brez togosti je

Dobimo lahko istočasno formulo (2), (8), (16).

Da bi ocenili kakovost ničelne togosti, je območje zmanjšanja togosti fleksibilnega tečaja pred in po dodajanju modula negativne togosti opredeljeno kot koeficient kakovosti ničelne togostiη

η Bližje kot je 100 %, večja je kakovost ničelne togosti. Slika 12 je 1-η Povezava z razmerjem dolžine gonilke in začetnim kotom η Neodvisen je od števila n vzporednih ročično-vzmetnih mehanizmov in dolžine l osnove, ampak je povezan samo z razmerjem dolžine ročične gredi, kotom vrtenja & gama; in začetni kot.

(1) Začetni kot se poveča in kakovost ničelne togosti se izboljša.

(2) Razmerje dolžine se poveča in kakovost ničelne togosti se zmanjša.

(3) Kot & gama; poveča, kakovost ničelne togosti se zmanjša.

Da bi izboljšali kakovost ničelne togosti fleksibilnega tečaja ničelne togosti, mora imeti začetni kot večjo vrednost; razmerje dolžine gonilke mora biti čim manjše. Hkrati bo glede na rezultate analize v razdelku 1.5, če je premajhen, sposobnost ročično-vzmetnega mehanizma, da zagotovi negativno togost, šibka. Da bi izboljšali kakovost ničelne togosti fleksibilnega tečaja ničelne togosti, je začetni kot =π, razmerje dolžine gonilke = 0,2, to so dejanski parametri obdelave fleksibilnega tečaja ničelne togosti oddelka 4.2.

Glede na dejanske parametre obdelave upogljivega tečaja brez togosti (oddelek 4.2) je razmerje navora in kota med upogljivim tečajem notranjega in zunanjega obroča ter upogljivim tečajem brez togosti prikazano na sliki 13; zmanjšanje togosti je koeficient kakovosti ničelne togostiηRazmerje z vogalom & gama; je prikazano na sliki 14. S sliko 14: V 0,35 rad (20°) območje vrtenja se togost fleksibilnega tečaja brez togosti zmanjša v povprečju za 97 %; 0,26 rad(15°) kotov, se zmanjša za 95 %.

3 Zasnova linearne vzmeti pozitivne togosti

Konstrukcija fleksibilnega tečaja z ničelno togostjo je običajno po določitvi velikosti in togosti fleksibilnega tečaja, nato pa se togost vzmeti v vzmetnem mehanizmu ročične gredi obrne, tako da so zahteve glede togosti in velikosti vzmeti relativno stroge. Poleg tega je začetni kot =πna sliki 5a je med vrtenjem gibljivega tečaja ničelne togosti vzmet vedno v stisnjenem stanju, tj.“Tlačna vzmet”.

Trdoto in velikost tradicionalnih kompresijskih vzmeti je težko natančno prilagoditi, zato je v aplikacijah pogosto potreben vodilni mehanizem. Zato je predlagana vzmet, katere togost in velikost je mogoče prilagoditi——Vrvica z listnato vzmetjo v obliki diamanta. Nit listnate vzmeti v obliki diamanta (slika 15) je sestavljena iz več zaporedno povezanih listnatih vzmeti v obliki diamanta. Ima značilnosti prostega strukturnega oblikovanja in visoko stopnjo prilagajanja. Njegova tehnologija obdelave je skladna s tehnologijo fleksibilnih tečajev, oba pa sta obdelana z natančnim rezanjem žice.

3.1 Model obremenitve in premika niza listnate vzmeti v obliki diamanta

Zaradi simetrije rombaste listnate vzmeti je treba samo eno listnato vzmet podvrči analizi napetosti, kot je prikazano na sliki 16. α je kot med jezičkom in horizontalo, dolžina, širina in debelina jezička so Ld, Wd, Td, f je dimenzijsko enotna obremenitev na rombasto listnato vzmet,δy je deformacija rombaste listnate vzmeti v smeri y, sila fy in moment m sta ekvivalentni obremenitvi na koncu enojnega jezička, fv in fw sta komponenti sile fy v wov koordinatnem sistemu.

V skladu s teorijo deformacije žarka AWTAR [13] je dimenzijsko enotno razmerje obremenitev-premik enojnega trsta

Zaradi prisilnega razmerja togega telesa na jeziček je končni kot jezička pred in po deformaciji enak nič, tj.θ = 0. Istočasno (20) (22)

Enačba (23) je model dimenzijskega poenotenja obremenitve in premika rombaste listnate vzmeti. n2 rombaste listnate vzmeti so povezane zaporedno, njegov model obremenitve in premika je

Iz formule (24), koαKo je d majhen, je togost niza listnate vzmeti v obliki diamanta približno linearna pri tipičnih dimenzijah in tipičnih obremenitvah.

3.2 Verifikacija modela s simulacijo končnih elementov

Izvedena je verifikacija modela obremenitev-premik diamantne listnate vzmeti s simulacijo končnih elementov. Z uporabo ANSYS Mechanical APDL 15.0 so simulacijski parametri prikazani v tabeli 2, na listnato vzmet v obliki diamanta pa je uporabljen pritisk 8 N.

Primerjava med rezultati modela in rezultati simulacije razmerja med obremenitvijo in premikom rombaste listnate vzmeti je prikazana na sl. 17 (dimenzionalizacija). Za štiri rombaste listnate vzmeti z različnimi naklonskimi koti relativna napaka med modelom in rezultati simulacije končnih elementov ne presega 1,5 %. Veljavnost in točnost modela (24) je bila preverjena.

4 Zasnova in preizkus fleksibilnega tečaja brez togosti

4.1 Zasnova parametrov fleksibilnega tečaja brez togosti

Za načrtovanje fleksibilnega tečaja brez togosti je treba najprej določiti konstrukcijske parametre fleksibilnega tečaja glede na pogoje uporabe, nato pa je treba izračunati ustrezne parametre vzmetnega mehanizma ročične gredi obratno.

4.1.1 Parametri prilagodljivega tečaja

Presečišče gibljivih tečajev notranjega in zunanjega obroča se nahaja na 12,73 % dolžine reeda, njeni parametri pa so prikazani v tabeli 3. Če nadomestimo v enačbo (2), je razmerje med kotom vrtenja notranjega in zunanjega obroča fleksibilnih tečajev

4.1.2 Parametri mehanizma negativne togosti

Kot je prikazano na sl. 18, pri čemer je število n mehanizmov ročične vzmeti vzporedno 3, dolžina l = 40 mm je določena z velikostjo gibljivega tečaja. glede na zaključek razdelka 2.4 je začetni kot =π, razmerje dolžine gonilke = 0,2. V skladu z enačbo (16) je togost vzmeti (tj. niz diamantne listnate vzmeti) je Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Parametri strune diamantne listnate vzmeti

z l = 40 mm, =π, = 0,2, prvotna dolžina vzmeti je 48 mm, največja deformacija (& gama;= 0) je 16 mm. Zaradi strukturnih omejitev je težko, da ena rombasta listnata vzmet povzroči tako veliko deformacijo. Če uporabimo štiri zaporedne rombaste listnate vzmeti (n2 = 4), je togost ene same rombaste listnate vzmeti

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

Glede na velikost mehanizma negativne togosti (slika 18), glede na dolžino, širino in kot naklona jezde diamantno oblikovane listnate vzmeti, se jezlo lahko izpelje iz formule (23) in formule za togost (27) listnata vzmet v obliki diamanta Deb. Strukturni parametri listnatih vzmeti romba so navedeni v tabeli 4.

površino4

Če povzamemo, vsi parametri fleksibilnega tečaja brez togosti, ki temelji na mehanizmu ročične vzmeti, so bili določeni, kot je prikazano v tabeli 3 in tabeli 4.

4.2 Načrtovanje in obdelava vzorca gibljivega tečaja brez togosti Glejte literaturo [8] za metodo obdelave in testiranja gibljivega tečaja. Fleksibilni tečaj brez togosti je sestavljen iz mehanizma z negativno togostjo ter vzporednega notranjega in zunanjega obročastega fleksibilnega tečaja. Strukturna zasnova je prikazana na sliki 19.

Fleksibilni tečaji notranjega in zunanjega obroča ter nizi listnatih vzmeti v obliki diamanta so obdelani z natančnimi strojnimi orodji za rezanje žice. Fleksibilni tečaji notranjega in zunanjega obroča so obdelani in sestavljeni v plasteh. Slika 20 je fizična slika treh sklopov nizov listnatih vzmeti v obliki diamanta, slika 21 pa je sestavljena ničelna togost Fizična slika vzorca gibljivega tečaja.

4.3 Platforma za preskušanje rotacijske togosti gibljivega tečaja brez togosti Glede na metodo preskusa rotacijske togosti iz [8] je izdelana platforma za preskušanje rotacijske togosti gibljivega tečaja brez togosti, kot je prikazano na sliki 22.

4.4 Eksperimentalna obdelava podatkov in analiza napak

Rotacijska togost gibljivih tečajev notranjega in zunanjega obroča ter gibljivih tečajev brez togosti je bila testirana na preskusni platformi, rezultati preskusa pa so prikazani na sliki 23. Izračunajte in narišite krivuljo kakovosti ničelne togosti fleksibilnega tečaja brez togosti v skladu s formulo (19), kot je prikazano na sliki. 24.

Rezultati preskusa kažejo, da je rotacijska togost fleksibilnega tečaja z ničelno togostjo blizu ničle. V primerjavi s fleksibilnimi tečaji notranjega in zunanjega obroča je fleksibilni tečaj brez togosti±0,31 rad(18°) togost se je v povprečju zmanjšala za 93 %; 0,26 rad (15°), se togost zmanjša za 90 %.

Kot je prikazano na slikah 23 in 24, še vedno obstaja določen razkorak med rezultati preskusa kakovosti ničelne togosti in rezultati teoretičnega modela (relativna napaka je manjša od 15 %), glavni razlogi za napako pa so naslednji.

(1) Napaka modela, ki jo povzroča poenostavitev trigonometričnih funkcij.

(2) Trenje. Med vrvico diamantne listne vzmeti in pritrdilno gredjo je trenje.

(3) Napaka pri obdelavi. Obstajajo napake v dejanski velikosti trsta itd.

(4) Napaka pri sestavljanju. Reža med namestitveno luknjo niza listnate vzmeti v obliki diamanta in gredjo, namestitvena reža naprave za preskusno ploščad itd.

4.5 Primerjava zmogljivosti s tipičnim upogljivim tečajem brez togosti V literaturi [4] je bil fleksibilni tečaj ZSFP_CAFP z ničelno togostjo izdelan z uporabo prečno-osnega upogibnega tečaja (CAFP), kot je prikazano na sliki 25.

Primerjava fleksibilnega tečaja z ničelno togostjo ZSFP_IORFP (sl. 21) in ZSFP_CAFP (sl. 25), izdelan z uporabo notranjih in zunanjih obročnih fleksibilnih tečajev

(1) ZSFP_IORFP, struktura je bolj kompaktna.

(2) Razpon kota ZSFP_IORFP je majhen. Razpon kota je omejen z obsegom kota samega fleksibilnega tečaja; kotni obseg ZSFP_CAFP80°, območje kotov ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°V območju kotov ima ZSFP_IORFP višjo kakovost ničelne togosti. Povprečna togost ZSFP_CAFP se zmanjša za 87 %, povprečna togost ZSFP_IORFP pa se zmanjša za 93 %.

5 sklep

Če vzamemo gibljivi tečaj notranjega in zunanjega obroča pod čistim navorom kot podsistem pozitivne togosti, je bilo opravljeno naslednje delo, da bi izdelali gibljiv tečaj brez togosti.

(1) Predlagajte rotacijski mehanizem negativne togosti——Za ročično vzmetni mehanizem je bil vzpostavljen model (formula (6)) za analizo vpliva strukturnih parametrov na njegove negativne togostne karakteristike in podan je bil obseg njegovih negativnih togostnih karakteristik (tabela 1).

(2) Z ujemanjem pozitivnih in negativnih togosti se pridobijo karakteristike togosti vzmeti v vzmetnem mehanizmu ročične gredi (Enačba (16)) in vzpostavljen je model (Enačba (19)) za analizo učinka strukturnih parametrov vzmetnega mehanizma ročične gredi na kakovost ničelne togosti gibljivega tečaja z ničelno togostjo Vpliv, teoretično, znotraj razpoložljivega giba gibljivega tečaja notranjega in zunanjega obroča (±20°), povprečno zmanjšanje togosti lahko doseže 97 %.

(3) Predlagajte prilagodljivo togost“pomlad”——Vzpostavljena je bila vrvica listnate vzmeti v obliki diamanta, da se določi njen model togosti (enačba (23)) in preverjena z metodo končnih elementov.

(4) Dokončano načrtovanje, obdelava in testiranje vzorca kompaktnega upogljivega tečaja brez togosti. Rezultati testa kažejo, da: pod delovanjem čistega navora,36°V območju kotov zasuka se v primerjavi s fleksibilnimi tečaji notranjega in zunanjega obroča togost fleksibilnega tečaja brez togosti v povprečju zmanjša za 93 %.

Zgrajen fleksibilen tečaj brez togosti je samo pod delovanjem čistega navora, ki lahko realizira“ničelna togost”, brez upoštevanja primera zapletenih pogojev obremenitve ležaja. Zato je konstrukcija fleksibilnih tečajev brez togosti v kompleksnih pogojih obremenitve v središču nadaljnjih raziskav. Poleg tega je zmanjšanje trenja, ki obstaja med premikanjem upogljivih tečajev brez togosti, pomembna smer optimizacije za prilagodljive tečaje brez togosti.

reference

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng itd. Napredek raziskav o metodah načrtovanja fleksibilnega tečajnega mehanizma [J]. Kitajski časopis za strojništvo, 2010, 46(13):2-13. Prvak Y u jin, PEI X U, klic BIS, ETA gor. Najsodobnejša metoda načrtovanja upogibnih mehanizmov [J]. Strojniški vestnik, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Zasnova splošnega spoja, skladnega z ničelno togostjo[C]// Mednarodne konference inženiringa ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Brezdimenzionalni pristop za statično uravnoteženje rotacijskih upogibov [J]. Mehanizem & Teorija strojev, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, et al. Gradniki negativne togosti za statično uravnotežene skladne mehanizme: načrtovanje in testiranje [J]. Revija za mehanizme & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Modeliranje prečno-osnih upogibnih tečajev [J]. Mechanism and machine theory, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Lastnosti križanih upogibnih vrtišč in vpliv točke križanja trakov [J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, jang Q, ETA. Zasnova in poskus splošnih upogibnih vrtišč s trojno navzkrižno vzmetjo, ki se uporabljajo za ultra-natančne instrumente [J]. Pregled znanstvenih instrumentov, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng itd. Raziskave značilnosti rotacijske togosti posplošenega trikrižnega gibljivega tečaja [J]. Kitajski časopis za strojništvo, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I beseda, l IU Lang, BIS glas, ETA. Karakterizacija rotacijske togosti posplošenih upogibnih vrtišč s trojno prečno vzmetjo [J]. Strojniški vestnik, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Raziskava primerjave zmogljivosti topološke strukture navzkrižno-vzmetnih upogibnih vrtišč [C]// ASME 2014 Mednarodne tehnične konference o načrtovanju in konferenca Računalniki in informacije v inženirstvu, avgust 17–20., 2014, Buffalo, New York, ZDA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, jang Q. Lastnosti togosti notranjega–upogibna vrtišča zunanjega obroča, uporabljena za ultra precizne instrumente [J]. ARHIV 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. Merila za statično uravnoteženje skladnih mehanizmov[C]// ASME 2010 Mednarodne tehnične konference o načrtovanju in konferenca Računalniki in informacije v inženirstvu, avgust 15–18. 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Posplošen model omejitev za dvodimenzionalne upogibe nosilca: nelinearna formulacija energije deformacije [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

O avtorju: Bi Shusheng (odgovarjajoči avtor), moški, rojen leta 1966, doktor, profesor, doktorski mentor. Njegova glavna raziskovalna smer je popolnoma fleksibilni mehanizem in bionični robot.