Hulumtimi mbi menteshën fleksibël me ngurtësi zero bazuar në njohuritë e Mekanizmit të Pranvetës së Mainçes 2

Abstrakt: Ngurtësia rrotulluese e menteshës fleksibël me ngurtësi zero është afërsisht zero, e cila kapërcen defektin që menteshat e zakonshme fleksibël kërkojnë çift rrotullues lëvizës dhe mund të aplikohet në kapëse fleksibël dhe fusha të tjera. Marrja e menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme nën veprimin e çift rrotullues të pastër si nënsistemi i ngurtësisë pozitive, mekanizmi i ngurtësisë negative kërkimore dhe ngurtësia pozitive dhe negative që përputhen mund të ndërtojnë varen fleksibël me ngurtësi zero. Propozoni një mekanizëm të rrotullimit negativ të ngurtësisë——Mekanizmi i sustave me maniak, modeloi dhe analizoi karakteristikat e tij negative të ngurtësisë; duke përputhur ngurtësinë pozitive dhe negative, analizoi ndikimin e parametrave strukturorë të mekanizmit të sustave me manivalë në cilësinë e ngurtësisë zero; propozoi një sustë lineare me ngurtësi dhe madhësi të personalizueshme——Varg sustë gjethesh në formë diamanti, u vendos modeli i ngurtësisë dhe u krye verifikimi i simulimit të elementeve të fundme; më në fund, projektimi, përpunimi dhe testimi i një kampioni kompakt të menteshës fleksibël me ngurtësi zero u përfunduan. Rezultatet e provës treguan se: nën veprimin e çift rrotullues të pastër,±18°Në rangun e këndeve të rrotullimit, ngurtësia rrotulluese e menteshes fleksibël me ngurtësi zero është mesatarisht 93% më e ulët se ajo e menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme. Mentesha fleksibël e ndërtuar me ngurtësi zero ka një strukturë kompakte dhe zero ngurtësi me cilësi të lartë; mekanizmi i propozuar i rrotullimit të ngurtësisë negative dhe susta lineare ka vlerë të madhe referimi për studimin e mekanizmit fleksibël.

0 parathënie

Mentesha fleksibël (kushineta)

^[1-2]

Duke u mbështetur në deformimin elastik të njësisë fleksibël për të transmetuar ose konvertuar lëvizjen, forcën dhe energjinë, ajo është përdorur gjerësisht në pozicionimin e saktë dhe fusha të tjera. Krahasuar me kushinetat tradicionale të ngurtë, ka një moment rikuperimi kur mentesha fleksibël rrotullohet. Prandaj, njësia e makinës duhet të sigurojë çift rrotullues dalës për të lëvizur dhe të mbajë rrotullimin e menteshës fleksibël. Mentesha fleksibël me ngurtësi zero

^[3]

(Kështjella përkulëse me ngurtësi zero, ZSFP) është një bashkim rrotullues fleksibël, ngurtësia rrotulluese e të cilit është afërsisht zero. Ky lloj menteshë fleksibël mund të qëndrojë në çdo pozicion brenda intervalit të goditjes, i njohur gjithashtu si mentesha fleksibël e ekuilibrit statik

^[4]

, përdoren më së shumti në fusha të tilla si kapëse fleksibël.

Bazuar në konceptin e projektimit modular të mekanizmit fleksibël, i gjithë sistemi i menteshës fleksibël me ngurtësi zero mund të ndahet në dy nënsisteme të ngurtësisë pozitive dhe negative, dhe sistemi i ngurtësisë zero mund të realizohet përmes përputhjes së ngurtësisë pozitive dhe negative.

^[5]

. Midis tyre, nënsistemi i ngurtësisë pozitive është zakonisht një menteshë fleksibël me goditje të madhe, si p.sh.

^[6-7]

, mentesha fleksibël e përgjithësuar me kallam me tre të kryqëzuara

^[8-9]

dhe mentesha fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme

^[10-11]

Etj. Aktualisht, hulumtimi mbi menteshat fleksibël ka arritur shumë rezultate, prandaj, çelësi për të dizajnuar menteshat fleksibël me ngurtësi zero është të përputhen me modulet e përshtatshme të ngurtësisë negative për menteshat fleksibël[3].

Mentesha fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme (Rrumbullakët përkulës të unazës së brendshme dhe të jashtme, IORFP) kanë karakteristika të shkëlqyera për sa i përket ngurtësisë, saktësisë dhe zhvendosjes së temperaturës. Moduli i përputhjes së ngurtësisë negative ofron metodën e ndërtimit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero, dhe më në fund, përfundon projektimin, përpunimin e mostrës dhe testimin e menteshes fleksibël me ngurtësi zero.

1 mekanizëm sustë me maniak

1.1 Përkufizimi i ngurtësisë negative

Përkufizimi i përgjithshëm i ngurtësisë K është shkalla e ndryshimit ndërmjet ngarkesës F të përballuar nga elementi elastik dhe deformimit përkatës dx

K= dF/dx (1)

Kur rritja e ngarkesës së elementit elastik është e kundërt me shenjën e rritjes përkatëse të deformimit, është ngurtësi negative. Fizikisht, ngurtësia negative korrespondon me paqëndrueshmërinë statike të elementit elastik

^[12]

.Mekanizmat e ngurtësisë negative luajnë një rol të rëndësishëm në fushën e ekuilibrit statik fleksibël. Zakonisht, mekanizmat e ngurtësisë negative kanë karakteristikat e mëposhtme.

(1) Mekanizmi rezervon një sasi të caktuar energjie ose i nënshtrohet një deformimi të caktuar.

(2) Mekanizmi është në gjendje kritike të paqëndrueshmërisë.

(3) Kur mekanizmi është paksa i shqetësuar dhe largohet nga pozicioni i ekuilibrit, ai mund të lëshojë një forcë më të madhe, e cila është në të njëjtin drejtim me lëvizjen.

1.2 Parimi i ndërtimit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero

Mentesha fleksibël me ngurtësi zero mund të ndërtohet duke përdorur përputhjen e ngurtësisë pozitive dhe negative, dhe parimi tregohet në Figurën 2.

(1) Nën veprimin e çift rrotullues të pastër, menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme kanë një marrëdhënie afërsisht lineare çift rrotullues-këndi rrotullimi, siç tregohet në figurën 2a. Sidomos, kur pika e kryqëzimit është e vendosur në 12.73% të gjatësisë së kallamit, marrëdhënia e këndit çift rrotullues është lineare

^[11]

, në këtë kohë, momenti i rivendosjes Mpivot (drejtimi në drejtim të akrepave të orës) i menteshës fleksibël lidhet me këndin e rrotullimit të kushinetaveθ(në drejtim të kundërt) marrëdhënia është

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Në formulë, E është moduli elastik i materialit, L është gjatësia e kallamit dhe I është momenti i inercisë së seksionit.

(2) Sipas modelit të ngurtësisë rrotulluese të menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme, mekanizmi rrotullues i ngurtësisë negative përputhet dhe karakteristikat e tij të ngurtësisë negative tregohen në figurën 2b.

(3) Në funksion të paqëndrueshmërisë së mekanizmit të ngurtësisë negative

^[12]

, ngurtësia e menteshës fleksibël me ngurtësi zero duhet të jetë afërsisht zero dhe më e madhe se zero, siç tregohet në figurën 2c.

1.3 Përkufizimi i mekanizmit të sustës me maniak

Sipas literaturës [4], një menteshë fleksibël me ngurtësi zero mund të ndërtohet duke futur një susta të para-deformuar midis trupit të ngurtë në lëvizje dhe trupit të ngurtë të fiksuar të menteshës fleksibël. Për menteshën fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme të paraqitur në FIG. 1, një sustë futet midis unazës së brendshme dhe unazës së jashtme, d.m.th., futet një mekanizëm i fiksimit të pranverës (SCM). Duke iu referuar mekanizmit të rrëshqitësit të fiksimit të paraqitur në Figurën 3, parametrat përkatës të mekanizmit të sustave të fiksimit tregohen në Figurën 4. Mekanizmi me maniçe-sustë përbëhet nga një maniçe dhe një susta (ngurtësinë e vendosë si k). këndi fillestar është këndi i përfshirë midis manivelit AB dhe bazës AC kur susta nuk është e deformuar. R përfaqëson gjatësinë e fiksimit, l përfaqëson gjatësinë e bazës dhe përcakton raportin e gjatësisë së manivelit si raport nga r me l, I .e. = r/l (0<<1).

Ndërtimi i mekanizmit me maniçe-sustë kërkon përcaktimin e 4 parametrave: gjatësia e bazës l, raporti i gjatësisë së fiksimit, këndi fillestar dhe ngurtësia e sustës K.

Deformimi i mekanizmit të sustës së fiksimit nën forcë është paraqitur në figurën 5a, në momentin M

_&gama;

Nën veprim, fiksimi lëviz nga pozicioni fillestar AB

_Beta

kthehu te AB

_&gama;

, gjatë procesit të rrotullimit, këndi i përfshirë i fiksimit në lidhje me pozicionin horizontal

_&gama;

quhet këndi i fiksimit.

Analiza cilësore tregon se fiksimi rrotullohet nga AB (pozicioni fillestar, M & gama; Zero) në AB0 (“pikë e vdekur”vendndodhja, M

_&gama;

është zero), mekanizmi me manivë-sustë ka një deformim me karakteristika negative të ngurtësisë.

1.4 Marrëdhënia midis çift rrotullues dhe këndit të rrotullimit të mekanizmit të sustës me maniak

Në Fig. 5, çift rrotullimi M & gama; në drejtim të akrepave të orës është pozitiv, këndi i fiksimit & gama; Në të kundërt të akrepave të orës është pozitive, dhe ngarkesa e momentit M është modeluar dhe analizuar më poshtë.

_&gama;

me kënd të fiksimit

_&gama;

Marrëdhënia ndërmjet procesit të modelimit është e dimensionuar.

Siç tregohet në figurën 5b, ekuacioni i bilancit të çift rrotullues për fiksimin AB & është renditur gama.

Në formulë, F & gama; është forca rivendosëse e sustës, d & gama; është F & gama; te pika A. Supozojmë se lidhja zhvendosje-ngarkesë e sustës është

Në formulë, K është ngurtësia e sustës (jo domosdoshmërisht një vlerë konstante),δ

x&gama;

është sasia e deformimit të sustës (e shkurtuar në pozitive),δ

x&gama;

=|B

_Beta

C| – |B

_&gama;

C|.

Lloji i njëkohshëm (3) (5), momenti M

_&gama;

me qoshe

_&gama;

Marrëdhënia është

1.5 Analiza e karakteristikave negative të ngurtësisë së mekanizmit me manivë-sustë

Në mënyrë që të lehtësohet analiza e karakteristikave negative të ngurtësisë së mekanizmit me fiksim-sustë (momenti M

_&gama;

me qoshe

_&gama;

marrëdhënie), mund të supozohet se susta ka një ngurtësi pozitive lineare, atëherë formula (4) mund të rishkruhet si

Në formulë, Kconst është një konstante më e madhe se zero. Pasi të përcaktohet madhësia e menteshës fleksibël, përcaktohet edhe gjatësia l e bazës. Prandaj, duke supozuar se l është një konstante, formula (6) mund të rishkruhet si

ku Kconstl2 është një konstante më e madhe se zero, dhe koeficienti i momentit m & gama; ka një dimension prej një. Karakteristikat negative të ngurtësisë së mekanizmit me maniak-sustë mund të merren duke analizuar marrëdhënien midis koeficientit të çift rrotullues m & gama; dhe këndi i rrotullimit & gama.

Nga ekuacioni (9), Figura 6 tregon këndin fillestar =π marrëdhëniet ndërmjet m & gama; dhe raporti i gjatësisë së manivelit dhe këndi i rrotullimit & gama;, & isin;[0.1, 0.9],& gama;& isin;[0, π]. Figura 7 tregon marrëdhënien ndërmjet m & gama; dhe këndi i rrotullimit & gama; për = 0.2 dhe të ndryshme. Figura 8 tregon =π Kur, nën të ndryshme , marrëdhënia ndërmjet m & gama; dhe këndi & gama.

Sipas përkufizimit të mekanizmit të sustës me manivan (seksioni 1.3) dhe formulës (9), kur k dhe l janë konstante, m & gama; E lidhur vetëm me këndin & gama;, raporti i gjatësisë së manivelit dhe këndi fillestar i fiksimit .

(1) Nëse dhe vetëm nëse & gama; është e barabartë me 0 oseπ ose , m & gama; është e barabartë me zero; & gama; & isin;[0, ],m & gama; është më i madh se zero; & gama; & është në;[π], m & gama; më pak se zero. & isin;[0, ],m & gama; është më i madh se zero; & gama;& është në;[π], m & gama; më pak se zero.

(2) & gama; Kur [0, ], këndi i rrotullimit & gama; rritet, m & gama; rritet nga zero në këndin e pikës së përkuljes & gama;0 merr vlerën maksimale m & gama;max, dhe pastaj gradualisht zvogëlohet.

(3) Gama karakteristike e ngurtësisë negative të mekanizmit të sustës me maniak: & gama;& isin;[0, & gama;0], në këtë kohë & gama; rritet (në drejtim të kundërt të akrepave të orës), dhe çift rrotullimi M & gama; rritet (në drejtim të akrepave të orës). Këndi i pikës së përkuljes & gama;0 është këndi maksimal i rrotullimit të ngurtësisë negative karakteristikë e mekanizmit me maniak-sustë dhe & gama;0 & isin;[0, ];m & gama; max është koeficienti maksimal i momentit negativ. Jepet dhe , derivimi i ekuacionit (9) jep & gama;0

(4) sa më i madh të jetë këndi fillestar, & gama; sa më e madhe 0, m

_&gama;maks

më i madh.

(5) sa më i madh të jetë raporti i gjatësisë, & gama; sa më e vogël 0, m

_&gama;maks

më i madh.

Në veçanti, =πKarakteristikat negative të ngurtësisë së mekanizmit të sustave me maniak janë më të mirat (diapazoni i këndit negativ të ngurtësisë është i madh dhe çift rrotullimi që mund të sigurohet është i madh). =πNë të njëjtën kohë, në kushte të ndryshme, këndi maksimal i rrotullimit & gama e ngurtësisë negative karakteristike e mekanizmit të sustës me maniak; 0 dhe koeficienti maksimal negativ i rrotullimit m & gama; Max është renditur në tabelën 1.

2 Ndërtimi i menteshës fleksibël me ngurtësi zero

Përputhja e ngurtësisë pozitive dhe negative të 2.1 tregohet në Figurën 9, n(n 2) grupet e mekanizmave paralele të sustës me manivalë janë të shpërndarë në mënyrë të barabartë rreth perimetrit, duke formuar një mekanizëm negativ të ngurtësisë të përputhur me menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme.

Duke përdorur menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme si nënsistem të ngurtësisë pozitive, ndërtoni një menteshë fleksibël me ngurtësi zero. Për të arritur ngurtësi zero, përputhni ngurtësinë pozitive dhe negative

të njëkohshme (2), (3), (6), (11) dhe & gama;=θ, ngarkesa F & mund të merret gama e pranverës; dhe zhvendosjaδMarrëdhënia e x & gama; është

Sipas seksionit 1.5, diapazoni i këndit negativ të ngurtësisë së mekanizmit të sustës me maniak: & gama;& isin;[0, & gama;0] dhe & gama;0 & isin;[0, ], goditja e menteshës fleksibël me ngurtësi zero duhet të jetë më e vogël se & gama;0, I .e. susta është gjithmonë në gjendje të deformuar (δx&gama;≠0). Gama e rrotullimit të menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme është±0,35 rad(±20°), thjeshtojnë funksionet trigonometrike sin & gama; dhe cos & gama; si në vazhdim

Pas thjeshtimit, marrëdhënia ngarkesë-zhvendosje e sustës

2.2 Analiza e gabimit të modelit të përputhjes së ngurtësisë pozitive dhe negative

Vlerësoni gabimin e shkaktuar nga trajtimi i thjeshtuar i ekuacionit (13). Sipas parametrave aktualë të përpunimit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero (Seksioni 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; Dimensionet e kallamit fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme L = 46 mm, T = 0,3 mm, W = 9,4 mm; Formulat e krahasimit (12) dhe (14) thjeshtojnë marrëdhënien e zhvendosjes së ngarkesës dhe gabimin relativ të sustave të përparme dhe të pasme siç tregohet respektivisht në figurat 10a dhe 10b.

Siç tregohet në figurën 10, & gama; është më pak se 0,35 rad (20°), gabimi relativ i shkaktuar nga trajtimi i thjeshtuar ndaj kurbës ngarkesë-zhvendosje nuk kalon 2,0%, dhe formula

Trajtimi i thjeshtuar i (13) mund të përdoret për të ndërtuar mentesha fleksibël me ngurtësi zero.

2.3 Karakteristikat e ngurtësisë së sustës

Duke supozuar se ngurtësia e sustës është K, e njëkohshme (3), (6), (14)

Sipas parametrave aktualë të përpunimit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero (Seksioni 4.2), kurba e ndryshimit të ngurtësisë së sustës K me kënd & gama; është paraqitur në figurën 11. Në veçanti, kur & gama;= 0, K merr vlerën minimale.

Për lehtësinë e projektimit dhe përpunimit, susta miraton një pranverë të ngurtësimit pozitiv linear, dhe ngurtësia është Kconst. Në të gjithë goditjen, nëse ngurtësia totale e menteshës fleksibël me ngurtësi zero është më e madhe ose e barabartë me zero, Kconst duhet të marrë vlerën minimale të K

Ekuacioni (16) është vlera e ngurtësisë së sustës lineare të ngurtësisë pozitive kur ndërtohet mentesha fleksibël me ngurtësi zero. 2.4 Analiza e cilësisë së ngurtësimit zero Marrëdhënia ngarkesë-zhvendosje e menteshës fleksibël të ndërtuar me ngurtësi zero është

Mund të merret formula e njëkohshme (2), (8), (16).

Për të vlerësuar cilësinë e ngurtësisë zero, diapazoni i reduktimit të ngurtësisë fleksibël të menteshës para dhe pas shtimit të modulit të ngurtësisë negative përcaktohet si koeficienti i cilësisë së ngurtësisë zero.η

η Sa më afër 100%, aq më e lartë është cilësia e ngurtësisë zero. Figura 12 është 1-η Lidhja me raportin e gjatësisë së fiksimit dhe këndit fillestar η Ai është i pavarur nga numri n i mekanizmave paralelë me maniçe-sustë dhe gjatësia l e bazës, por lidhet vetëm me raportin e gjatësisë së fiksimit, këndin e rrotullimit & gama; dhe këndi fillestar.

(1) Këndi fillestar rritet dhe cilësia e ngurtësisë zero përmirësohet.

(2) Raporti i gjatësisë rritet dhe cilësia e ngurtësisë zero zvogëlohet.

(3) Këndi & gama; rritet, cilësia e ngurtësisë zero ulet.

Për të përmirësuar cilësinë e ngurtësisë zero të menteshës fleksibël me ngurtësi zero, këndi fillestar duhet të marrë një vlerë më të madhe; raporti i gjatësisë së fiksimit duhet të jetë sa më i vogël që të jetë e mundur. Në të njëjtën kohë, sipas rezultateve të analizës në seksionin 1.5, nëse është shumë i vogël, aftësia e mekanizmit të sustës me manivë për të siguruar ngurtësi negative do të jetë e dobët. Për të përmirësuar cilësinë e ngurtësisë zero të menteshës fleksibël me ngurtësi zero, këndi fillestar =π, raporti i gjatësisë së fiksimit = 0,2, domethënë parametrat aktualë të përpunimit të seksionit 4.2 mentesha fleksibël me ngurtësi zero.

Sipas parametrave aktualë të përpunimit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero (Seksioni 4.2), lidhja çift rrotullues-këndor ndërmjet menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme dhe menteshën fleksibël me ngurtësi zero është paraqitur në Figurën 13; ulja e ngurtësisë është koeficienti i cilësisë së ngurtësisë zeroηMarrëdhënia me këndin & gama; është paraqitur në figurën 14. Nga Figura 14: Në 0,35 rad (20°) diapazoni i rrotullimit, ngurtësia e menteshës fleksibël me ngurtësi zero zvogëlohet mesatarisht me 97%; 0,26 rad(15°) kënde, është ulur me 95%.

3 Projektimi i sustës lineare me ngurtësi pozitive

Ndërtimi i menteshës fleksibël me ngurtësi zero zakonisht bëhet pasi të përcaktohen madhësia dhe ngurtësia e menteshës fleksibël, dhe më pas ngurtësia e sustës në mekanizmin e sustës së fiksimit ndryshon, kështu që kërkesat për ngurtësinë dhe madhësinë e sustës janë relativisht strikte. Përveç kësaj, këndi fillestar =π, nga Figura 5a, gjatë rrotullimit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero, susta është gjithmonë në një gjendje të ngjeshur, d.m.th.“Susta e ngjeshjes”.

Ngurtësia dhe madhësia e sustave tradicionale të ngjeshjes janë të vështira për t'u përshtatur saktësisht dhe shpesh kërkohet një mekanizëm udhëzues në aplikime. Prandaj, propozohet një susta, ngurtësia dhe madhësia e së cilës mund të personalizohen——Varg me gjethe në formë diamanti. Vargu i sustës me gjethe në formë diamanti (Figura 15) përbëhet nga susta të shumta gjethesh në formë diamanti të lidhur në seri. Ka karakteristikat e dizajnit strukturor të lirë dhe shkallës së lartë të personalizimit. Teknologjia e tij e përpunimit është në përputhje me atë të menteshave fleksibël dhe të dyja përpunohen me prerje precize teli.

3.1 Modeli i zhvendosjes së ngarkesës së vargut të sustave me gjethe në formë diamanti

Për shkak të simetrisë së sustës së gjetheve rombike, vetëm një burim gjethesh duhet t'i nënshtrohet analizës së stresit, siç tregohet në figurën 16. α është këndi ndërmjet kallamit dhe horizontales, gjatësia, gjerësia dhe trashësia e kallamit janë përkatësisht Ld, Wd, Td, f është ngarkesa e unifikuar dimensionalisht në sustën e gjetheve të rombit,δy është deformimi i sustës së gjetheve rombike në drejtimin y, forca fy dhe momenti m janë ngarkesa ekuivalente në fundin e një kallami të vetëm, fv dhe fw janë forca përbërëse të fy në sistemin koordinativ wov.

Sipas teorisë së deformimit të rrezes të AWTAR[13], lidhja e unifikuar dimensionalisht ngarkesë-zhvendosje e kallamit të vetëm

Për shkak të marrëdhënies së kufizimit të trupit të ngurtë në kallam, këndi fundor i kallamit para dhe pas deformimit është zero, d.m.th.θ = 0. Njëkohësisht (20) (22)

Ekuacioni (23) është modeli i unifikimit dimensional të ngarkesës dhe zhvendosjes së sustës me gjethe rombike. n2 susta me gjethe rombike janë të lidhura në seri, dhe modeli i tij i zhvendosjes së ngarkesës është

Nga formula (24), kurαKur d është i vogël, ngurtësia e vargut të sustës së gjetheve në formë diamanti është afërsisht lineare nën dimensionet tipike dhe ngarkesat tipike.

3.2 Verifikimi i modelit simulues me elemente të fundme

Është kryer verifikimi i simulimit të elementeve të fundme të modelit të ngarkesës-zhvendosjes së sustës gjethesore në formë diamanti. Duke përdorur ANSYS Mechanical APDL 15.0, parametrat e simulimit tregohen në tabelën 2, dhe një presion prej 8 N aplikohet në sustën e gjetheve në formë diamanti.

Krahasimi midis rezultateve të modelit dhe rezultateve të simulimit të marrëdhënies ngarkesë-zhvendosje të pranverës së gjetheve të rombit është paraqitur në Fig. 17 (dimensionim). Për katër susta me gjethe romb me kënde të ndryshme pjerrësie, gabimi relativ midis rezultateve të simulimit të modelit dhe elementeve të fundme nuk kalon 1.5%. Vlefshmëria dhe saktësia e modelit (24) është verifikuar.

4 Projektimi dhe testimi i menteshës fleksibël me ngurtësi zero

4.1 Dizajni i parametrave të menteshës fleksibël me ngurtësi zero

Për të projektuar një menteshë fleksibël me ngurtësi zero, parametrat e projektimit të menteshës fleksibël duhet të përcaktohen së pari sipas kushteve të shërbimit, dhe më pas parametrat përkatës të mekanizmit të sustave të fiksimit duhet të llogariten anasjelltas.

4.1.1 Parametrat fleksibël të menteshës

Pika e kryqëzimit të menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme ndodhet në 12.73% të gjatësisë së kallamit dhe parametrat e saj tregohen në tabelën 3. Duke zëvendësuar ekuacionin (2), marrëdhënia e këndit çift rrotullues të menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme është

4.1.2 Parametrat e mekanizmit të ngurtësisë negative

Siç tregohet në fig. 18, duke marrë numrin n të mekanizmave të sustës me maniak paralelisht si 3, gjatësia l = 40 mm përcaktohet nga madhësia e menteshës fleksibël. sipas përfundimit të seksionit 2.4, këndi fillestar =π, raporti i gjatësisë së fiksimit = 0,2. Sipas ekuacionit (16), ngurtësia e sustës (I .e. vargu i pranverës me gjethe diamanti) është Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Parametrat e vargut të pranverës me gjethe diamanti

nga l = 40 mm, =π, = 0,2, gjatësia origjinale e sustës është 48 mm, dhe deformimi maksimal (& gama;= 0) është 16 mm. Për shkak të kufizimeve strukturore, është e vështirë për një sustë me gjethe të vetme romb të prodhojë një deformim kaq të madh. Duke përdorur katër susta me gjethe romb në seri (n2 = 4), ngurtësia e një suste me gjethe romb është

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

Sipas madhësisë së mekanizmit të ngurtësisë negative (Figura 18), duke pasur parasysh gjatësinë, gjerësinë dhe këndin e prirjes së kallamit të sustës së gjetheve në formë diamanti, kallami mund të nxirret nga formula (23) dhe formula e ngurtësisë (27) të Trashësia e sustës së gjethes në formë diamanti. Parametrat strukturorë të burimeve të gjetheve të rombit janë renditur në Tabelën 4.

sipërfaqe4

Në përmbledhje, parametrat e menteshës fleksibël me ngurtësi zero bazuar në mekanizmin e sustës së fiksimit janë përcaktuar të gjithë, siç tregohet në Tabelën 3 dhe Tabelën 4.

4.2 Projektimi dhe përpunimi i kampionit të menteshës fleksibël me ngurtësi zero Referojuni literaturës [8] për metodën e përpunimit dhe testimit të menteshës fleksibël. Mentesha fleksibël me ngurtësi zero përbëhet nga një mekanizëm ngurtësie negative dhe një menteshë fleksibël e unazës së brendshme dhe të jashtme paralelisht. Dizajni strukturor është paraqitur në Figurën 19.

Si menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme, ashtu edhe vargjet e sustave me gjethe në formë diamanti përpunohen me mjete precize makine prerëse teli. Mentesha fleksibël e unazës së brendshme dhe të jashtme përpunohen dhe montohen në shtresa. Figura 20 është fotografia fizike e tre grupeve të vargjeve të pranverës me gjethe në formë diamanti dhe Figura 21 është ngurtësia zero e montuar Pamja fizike e kampionit fleksibël të menteshës.

4.3 Platforma e provës së ngurtësisë rrotulluese të menteshës fleksibël me ngurtësi zero Referuar metodës së provës së ngurtësisë rrotulluese në [8], është ndërtuar platforma e provës së ngurtësisë rrotulluese e menteshës fleksibël me ngurtësi zero, siç tregohet në figurën 22.

4.4 Përpunimi eksperimental i të dhënave dhe analiza e gabimeve

Ngurtësia rrotulluese e menteshave fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme dhe menteshave fleksibël me ngurtësi zero u testua në platformën e provës dhe rezultatet e testimit tregohen në Figurën 23. Llogaritni dhe vizatoni lakoren e cilësisë së ngurtësimit zero të menteshës fleksibël me ngurtësi zero sipas formulës (19), siç tregohet në Fig. 24.

Rezultatet e provës tregojnë se ngurtësia rrotulluese e menteshës fleksibël me ngurtësi zero është afër zeros. Krahasuar me menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme, mentesha fleksibël me ngurtësi zero±0,31 rad(18°) ngurtësia u reduktua me një mesatare prej 93%; 0,26 rad (15°), ngurtësia zvogëlohet me 90%.

Siç tregohet në figurat 23 dhe 24, ekziston ende një hendek i caktuar midis rezultateve të testit të cilësisë së ngurtësisë zero dhe rezultateve të modelit teorik (gabimi relativ është më pak se 15%), dhe arsyet kryesore për gabimin janë si më poshtë.

(1) Gabimi i modelit i shkaktuar nga thjeshtimi i funksioneve trigonometrike.

(2) Fërkimi. Ka fërkime ndërmjet vargut të pranverës së gjetheve të diamantit dhe boshtit të montimit.

(3) Gabim në përpunim. Ka gabime në madhësinë aktuale të kallamit, etj.

(4) Gabim montimi. Hendeku midis vrimës së instalimit të vargut të pranverës së gjetheve në formë diamanti dhe boshtit, hendekut të instalimit të pajisjes së platformës së provës, etj.

4.5 Krahasimi i performancës me një menteshë tipike fleksibël me ngurtësi zero Në literaturën [4], një menteshë fleksibël me ngurtësi zero ZSFP_CAFP u ndërtua duke përdorur një strumbullar përkulës të tërthortë (CAFP), siç tregohet në Figurën 25.

Krahasimi i menteshës fleksibël me ngurtësi zero ZSFP_IORFP (Fig. 21) dhe ZSFP_CAFP (Fig. 25) i ndërtuar duke përdorur menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme

(1) ZSFP_IORFP, struktura është më kompakte.

(2) Gama e këndit të ZSFP_IORFP është e vogël. Gama e qosheve kufizohet nga diapazoni i qosheve të vetë menteshës fleksibël; diapazoni i këndit të ZSFP_CAFP80°, rreze qoshe ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°Në gamën e qosheve, ZSFP_IORFP ka cilësi më të lartë të ngurtësisë zero. Ngurtësia mesatare e ZSFP_CAFP zvogëlohet me 87%, dhe ngurtësia mesatare e ZSFP_IORFP zvogëlohet me 93%.

5 përfundimi

Duke marrë menteshën fleksibël të unazave të brendshme dhe të jashtme nën çift rrotullues të pastër si nënsistemin e ngurtësisë pozitive, puna e mëposhtme është bërë për të ndërtuar një menteshë fleksibël me ngurtësi zero.

(1) Propozoni një mekanizëm të rrotullimit negativ të ngurtësisë——Për mekanizmin e sustës me maniak, u krijua një model (Formula (6)) për të analizuar ndikimin e parametrave strukturorë në karakteristikat e tij negative të ngurtësisë dhe u dha diapazoni i karakteristikave të tij negative të ngurtësisë (Tabela 1).

(2) Duke përputhur ngurtësinë pozitive dhe negative, përftohen karakteristikat e ngurtësisë së sustës në mekanizmin e sustës me maniak (Ekuacioni (16)) dhe është krijuar modeli (Ekuacioni (19)) për të analizuar efektin e parametrave strukturorë i mekanizmit të sustës së fiksimit në cilësinë e ngurtësisë zero të menteshës fleksibël me ngurtësi zero Ndikimi, teorikisht, brenda goditjes së disponueshme të menteshës fleksibël të unazave të brendshme dhe të jashtme (±20°), ulja mesatare e ngurtësisë mund të arrijë në 97%.

(3) Propozoni një ngurtësi të personalizueshme“pranverë”——Një varg sustë gjethesh në formë diamanti u krijua për të vendosur modelin e tij të ngurtësisë (Ekuacioni (23)) dhe u verifikua me metodën e elementeve të fundme.

(4) Përfundoi projektimin, përpunimin dhe testimin e një kampioni kompakt të menteshës fleksibël me ngurtësi zero. Rezultatet e provës tregojnë se: nën veprimin e çift rrotullues të pastër,36°Në rangun e këndeve të rrotullimit, krahasuar me menteshat fleksibël të unazës së brendshme dhe të jashtme, ngurtësia e menteshes fleksibël me ngurtësi zero zvogëlohet mesatarisht me 93%.

Mentesha fleksibël e ndërtuar me ngurtësi zero është vetëm nën veprimin e çift rrotullues të pastër, i cili mund të realizojë“ngurtësi zero”, pa marrë parasysh rastin e mbajtjes së kushteve komplekse të ngarkimit. Prandaj, ndërtimi i menteshave fleksibël me ngurtësi zero në kushte komplekse ngarkese është fokusi i kërkimeve të mëtejshme. Përveç kësaj, reduktimi i fërkimit që ekziston gjatë lëvizjes së menteshave fleksibël me ngurtësi zero është një drejtim i rëndësishëm optimizimi për menteshat fleksibël me ngurtësi zero.

referencat

[1] HOWELL L L. Mekanizmat në përputhje[M]. Nju Jork: John Wiley&Sons, Inc, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng etj. Progresi i kërkimit mbi metodat e projektimit të mekanizmit fleksibël të menteshave[J]. Gazeta Kineze e Inxhinierisë Mekanike, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin kampion, PEI X U, BIS thirrje, ETA lart. Metoda më e avancuar e projektimit për mekanizmat e përkuljes[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Projektimi i një nyjeje të përputhshme me ngurtësi zero të përgjithshme[C]// Konferencat Ndërkombëtare të Inxhinierisë së Dizajnit ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM E G, Howell L L. Qasje jo-dimensionale për balancimin statik të përkuljeve rrotulluese[J]. Mekanizmi & Teoria e Makinerisë, 2015, 84 (84): 90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, etj. Blloqe ndërtimi të ngurtësisë negative për mekanizmat e pajtueshëm statikisht të balancuara: Projektimi dhe testimi[J]. Gazeta e Mekanizmave & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Modelimi i strumbullarëve përkulës me bosht tërthor[J]. Mekanizmi dhe teoria e makinës, 2002, 37 (5): 461-476.

[7] WITTRICK W H. Vetitë e strumbullarëve të përkuljes së kryqëzuar dhe ndikimi i pikës në të cilën kryqëzohen shiritat[J]. Tremujori Aeronautical, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Dizajnimi dhe eksperimenti i strumbullarëve të përkulur të gjeneralizuar të trefishtë të kryqëzuar të aplikuar në instrumentet ultra precize [J]. Review of Scientific Instruments, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng etj. Hulumtimi mbi karakteristikat e ngurtësisë rrotulluese të menteshës fleksibël të përgjithësuar me tre të kryqëzuara [J]. Gazeta Kineze e Inxhinierisë Mekanike, 2015, 51 (13): 189-195.

yang Q I fjalë, l IU Lang, zë BIS, ETA. Karakterizimi i ngurtësisë rrotulluese të strumbullarëve të përkulur të përgjithësuar të trefishtë të kryqëzuar[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Hulumtimi i Krahasimit të Performancës së Strukturës së Topologjisë së Pivotave Flexural Cross-Spring[C]// ASME 2014 Konferenca Ndërkombëtare Teknike të Inxhinierisë së Dizajnit dhe Konferenca e Kompjuterëve dhe Informacionit në Inxhinieri, gusht 17–20, 2014, Buffalo, Nju Jork, SHBA. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Karakteristikat e ngurtësisë së brendshme–strumbullarët e përkuljes së unazës së jashtme të aplikuara në instrumentet ultra precize[J]. ARCHIV Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Pjesa C Journal of Mechanical Engineering Science 1989-1996 (vols 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriteret për Balancimin Statik të Mekanizmave të Përputhshëm[C]// ASME 2010 Konferencat Teknike Ndërkombëtare të Inxhinierisë së Dizajnit dhe Konferenca e Kompjuterëve dhe Informacionit në Inxhinieri, gusht 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Një model i përgjithësuar i kufizimeve për përkuljet e rrezeve dy-dimensionale: Formulimi i energjisë jolineare të sforcimit [J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132: 81009.

Rreth autorit: Bi Shusheng (autor korrespondues), mashkull, lindur më 1966, mjek, profesor, mbikëqyrës doktorature. Drejtimi i tij kryesor i kërkimit është mekanizmi plotësisht fleksibël dhe roboti bionik.