Abstrak: The stiffness rotational tina enol-stiffness hinge fléksibel kira enol, nu overcomes cacad nu hinges fléksibel biasa merlukeun torsi nyetir, sarta bisa dilarapkeun ka grippers fléksibel jeung widang lianna. Nyandak ring jero sarta luar hinges fléksibel dina aksi torsi murni salaku subsistem stiffness positif, panalungtikan mékanisme stiffness négatip tur cocog stiffness positif jeung negatif bisa ngawangun enol stiffness hinge fléksibel. Ngajukeun mékanisme rotasi stiffness négatip——Mékanisme crank spring, dimodelkeun sareng dianalisis karakteristik kaku négatip na; ku cocog stiffness positif jeung negatif, dianalisis pangaruh parameter struktural mékanisme spring engkol on kualitas stiffness enol; ngajukeun cinyusu linier kalawan stiffness customizable sarta ukuran——String spring daun ngawangun inten, modél stiffness diadegkeun sareng verifikasi simulasi unsur terhingga dilaksanakeun; tungtungna, rarancang, ngolah jeung nguji sampel hinge fléksibel enol-stiffness kompak réngsé. Hasil tés nunjukkeun yén: dina aksi torsi murni,±18°Dina rentang sudut rotasi, stiffness rotational engsel fléksibel enol-stiffness nyaeta 93% leuwih handap tina engsel fléksibel ring jero jeung luar rata-rata. hinge fléksibel enol-stiffness diwangun boga struktur kompak jeung kualitas luhur enol-stiffness; mékanisme rotasi négatip-stiffness diusulkeun sarta linier cinyusu boga nilai rujukan gede pikeun ulikan mékanisme fléksibel.

0 bubuka

Engsel fleksibel (bearing)

^[1-2]

Ngandelkeun deformasi elastis sahiji unit fléksibel pikeun ngirimkeun atawa ngarobah gerak, gaya jeung énergi, éta geus loba dipaké dina positioning precision jeung widang lianna. Dibandingkeun sareng bantalan kaku tradisional, aya waktos malikkeun nalika engsel fleksibel berputar. Ku alatan éta, unit drive perlu nyadiakeun torsi kaluaran ngajalankeun sarta Tetep rotasi hinge fléksibel. Nol stiffness engsel fléksibel

^[3]

(Zero stiffness flexural pivot, ZSFP) nyaéta gabungan rotary fléksibel anu kaku rotasi kira-kira nol. Jinis engsel fléksibel ieu tiasa cicing dina posisi naon waé dina rentang stroke, ogé katelah engsel fleksibel kasaimbangan statik.

^[4]

, anu lolobana dipaké dina widang kayaning grippers fléksibel.

Dumasar kana konsép desain modular mékanisme fléksibel, sakabéh sistem hinge fléksibel enol-stiffness bisa dibagi jadi dua subsistem of stiffness positif jeung negatif, sarta sistem enol-stiffness bisa direalisasikeun ngaliwatan cocog tina stiffness positif jeung negatif.

^[5]

. Di antarana, subsistem stiffness positif biasana mangrupa engsel fléksibel-stroke badag, kayaning hinge fléksibel cross-reed.

^[6-7]

, digeneralisasikeun tilu-cross Reed hinge fléksibel

^[8-9]

sarta jero sarta luar ring fléksibel hinges

^[10-11]

Ssb. Ayeuna, panalungtikan ngeunaan hinges fléksibel geus kahontal loba hasil, ku kituna, konci pikeun ngararancang hinges fléksibel enol-stiffness nyaéta pikeun cocog modul stiffness négatip cocog pikeun hinges fléksibel[3].

Jero jeung luar ring fléksibel hinges (Batin jeung luar ring flexural pivots, IORFP) boga ciri alus teuing dina watesan stiffness, precision jeung hawa drift. The cocog modul stiffness négatip nyadiakeun metoda konstruksi tina hinge fléksibel enol-stiffness, sarta tungtungna, nyampurnakeun desain, processing sampel sarta nguji tina enol-stiffness hinge fléksibel.

1 mékanisme spring engkol

1.1 Harti stiffness négatip

Definisi umum stiffness K nyaéta laju robah antara beban F ditanggung ku unsur elastis jeung deformasi pakait dx.

K = dF/dx (1)

Nalika naékna beban unsur elastis sabalikna tina tanda paningkatan deformasi anu saluyu, éta kaku négatip. Fisik, stiffness négatip pakait jeung instability statik unsur elastis

^[12]

Mékanisme stiffness négatip maénkeun peran penting dina widang kasaimbangan statik fléksibel. Biasana, mékanisme stiffness négatip gaduh ciri di handap ieu.

(1) Mékanisme cadangan sajumlah énergi atanapi ngalaman deformasi anu tangtu.

(2) mékanisme aya dina kaayaan instability kritis.

(3) Nalika mékanisme rada kaganggu sareng ninggalkeun posisi kasatimbangan, éta tiasa ngabebaskeun kakuatan anu langkung ageung, anu aya dina arah anu sami sareng gerakan.

1.2 Prinsip konstruksi enol-stiffness engsel fléksibel

Engsel fléksibel nol-stiffness bisa diwangun ku cara maké cocog stiffness positif jeung negatif, sarta prinsipna ditémbongkeun dina Gambar 2.

(1) Dina aksi torsi murni, engsel fléksibel ring jero sareng luar gaduh hubungan sudut torsi-rotasi linier, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2a. Utamana, nalika titik simpang perenahna di 12,73% tina panjang reed, hubungan sudut torsi-rotasi linier.

^[11]

, Dina waktu ieu, momen mulangkeun Mpivot (arah jarum jam) tina hinge fléksibel patali jeung sudut rotasi bearingθ(lawan arah jarum jam) hubungan téh

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Dina rumus, E nyaéta modulus elastis bahan, L nyaéta panjang reed, sareng I nyaéta momen inersia bagian.

(2) Nurutkeun kana model stiffness rotational tina hinges fléksibel ring jero jeung luar, mékanisme puteran stiffness négatip ieu loyog, sarta ciri stiffness négatip na ditémbongkeun dina Gambar 2b.

(3) Dina panempoan instability mékanisme stiffness négatip

^[12]

, stiffness tina engsel fléksibel nol-stiffness kudu kira enol jeung leuwih gede ti enol, sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 2c.

1.3 Harti mékanisme crank spring

Numutkeun literatur [4], hiji engsel fléksibel nol-stiffness bisa diwangun ku ngawanohkeun cinyusu pre-deformed antara awak kaku pindah jeung awak kaku tetep hinge fléksibel. Pikeun ring jero jeung luar hinge fléksibel ditémbongkeun dina Gbr. 1, cinyusu diwanohkeun antara ring jero jeung cingcin luar, nyaéta mékanisme spring-engkol (SCM) diwanohkeun. Ngarujuk kana mékanisme geser engkol ditémbongkeun dina Gambar 3, parameter patali mékanisme spring engkol ditémbongkeun dina Gambar 4. Mékanisme crank-spring diwangun ku engkol jeung spring (set stiffness sakumaha k). sudut awal nyaéta sudut kaasup antara engkol AB jeung dasar AC nalika cinyusu teu cacad. R ngagambarkeun panjang engkol, l ngagambarkeun panjang dasar, sarta ngahartikeun babandingan panjang engkol salaku babandingan r ka l, I.e. = r/l (0<<1).

Pangwangunan mékanisme crank-spring merlukeun tekad 4 parameter: panjang dasar l, rasio panjang engkol, sudut awal jeung spring stiffness K.

Deformasi mékanisme spring engkol dina gaya ditémbongkeun dina Gambar 5a, dina momen M

_γ

Dina aksi, engkol pindah ti posisi awal AB

_Béta

balik ka AB

_γ

, Salila prosés rotasi, kaasup sudut engkol relatif ka posisi horizontal

_γ

disebut sudut engkol.

Analisis kualitatif nunjukkeun yén engkol muter ti AB (posisi awal, M & gamma; Nol) nepi ka AB0 (“titik maot”lokasi, M

_γ

nyaeta nol), mékanisme crank-spring boga deformasi jeung ciri stiffness négatip.

1.4 Hubungan antara torsi jeung sudut rotasi mékanisme spring engkol

Dina Gbr. 5, torsi M & gamma; jarum jam positif, sudut engkol & gamma; counterclockwise positif, jeung beban momen M dimodelkeun jeung dianalisis handap.

_γ

kalawan sudut engkol

_γ

Hubungan antara prosés modeling geus dimensioned.

Ditémbongkeun saperti dina Gambar 5b, persamaan kasaimbangan torsi pikeun engkol AB & gamma didaptarkeun.

Dina rumus, F & gamma; nyaéta gaya malikkeun cinyusu, d & gamma; nyaéta F & gamma; ka titik A. Anggap yén hubungan kapindahan-beban cinyusu nyaéta

Dina rumus, K nyaéta spring stiffness (teu merta nilai konstan),δ

xγ

nyaéta jumlah deformasi cinyusu (disingget jadi positif),δ

xγ

=|B

_Béta

C| – |B

_γ

C|.

Tipe simultaneous (3)(5), momen M

_γ

kalawan sudut

_γ

Hubungan téh

1.5 Analisis karakteristik stiffness négatip tina mékanisme crank-spring

Pikeun mempermudah analisa karakteristik stiffness négatip tina mékanisme crank-spring (moment M

_γ

kalawan sudut

_γ

hubunganana), bisa jadi dianggap yén cinyusu ngabogaan linier positif stiffness, lajeng rumus (4) bisa ditulis deui jadi

Dina rumus, Kconst mangrupakeun konstanta leuwih gede ti enol. Saatos ukuran hinge fléksibel ditangtukeun, panjang l dasarna ogé ditangtukeun. Ku alatan éta, asumsina l nyaéta konstanta, rumus (6) bisa ditulis deui jadi

dimana Kconstl2 mangrupakeun konstanta leuwih gede ti enol, sarta koefisien momen m & gamma; ngabogaan diménsi hiji. Karakteristik stiffness négatip tina mékanisme crank-spring tiasa didapet ku analisa hubungan antara koefisien torsi m & gamma; jeung sudut rotasi & gamma.

Tina persamaan (9), Gambar 6 nembongkeun sudut awal =π hubungan antara m & gamma; jeung rasio panjang engkol jeung sudut rotasi & gamma;, & isin;[0.1, 0.9],& gamma;& isin;[0, π]. Gambar 7 nembongkeun hubungan antara m & gamma; jeung sudut rotasi & gamma; pikeun = 0,2 sarta béda. angka 8 nembongkeun =π Nalika, dina béda, hubungan antara m & gamma; jeung sudut & gamma.

Nurutkeun kana harti mékanisme crank spring (bagian 1.3) jeung rumus (9), lamun k jeung l konstan, m & gamma; Ngan patali jeung sudut & gamma;, babandingan panjang engkol jeung sudut awal engkol.

(1) Lamun jeung ngan lamun & gamma; sarua jeung 0 atawaπ atawa ,m & gamma; sarua jeung nol; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; leuwih gede ti enol; & gamma; & isin;[π],m & gamma; kirang ti nol. & isin;[0, ],m & gamma; leuwih gede ti enol; & gamma;& isin;[π],m & gamma; kirang ti nol.

(2) & gamma; Nalika [0, ], sudut rotasi & gamma; nambahan, m & gamma; naek ti enol ka sudut titik inflection & gamma;0 nyokot nilai maksimum m & gamma;max, teras laun-laun turun.

(3) Rentang karakteristik stiffness négatip tina mékanisme spring engkol: & gamma;& isin;[0, & gamma; 0], ayeuna & gamma; nambahan (lawan arah jarum jam), sarta torsi M & gamma; nambahan (searah jarum jam). Sudut titik infleksi & gamma; 0 nyaéta sudut rotasi maksimum karakteristik stiffness négatip tina mékanisme crank-spring jeung & gamma;0 & isin;[0,];m & gamma;max nyaéta koéfisién momen négatip maksimum. Dibikeun na, turunan tina persamaan (9) ngahasilkeun & gamma;0

(4) beuki gedé sudut awalna, & gamma; nu leuwih gede 0, m

_{γ max}

gedé.

(5) gedé babandingan panjangna, & gamma; leutik 0, m

_{γ max}

gedé.

Khususna, =πKarakteristik stiffness négatip tina mékanisme spring engkol anu pangalusna (kisaran sudut stiffness négatip badag, sarta torsi nu bisa disadiakeun badag). =πDina waktu nu sarua, dina kaayaan béda, sudut rotasi maksimum & gamma tina karakteristik stiffness négatip tina mékanisme spring engkol; 0 jeung koefisien torsi négatip maksimum m & gamma; Max didaptarkeun dina tabel 1.

2 Pangwangunan engsel fléksibel nol-stiffness

Cocog jeung stiffness positif jeung negatif tina 2.1 ditémbongkeun dina Gambar 9, n (n 2) grup mékanisme cinyusu engkol paralel disebarkeun merata sabudeureun kuriling, ngabentuk mékanisme stiffness négatip loyog jeung hinges fléksibel ring jero sarta luar.

Ngagunakeun hinges fléksibel ring jero jeung luar salaku subsistem stiffness positif, ngawangun hiji engsel fléksibel nol-stiffness. Dina raraga ngahontal enol stiffness, cocog stiffness positif jeung negatif

sakaligus (2), (3), (6), (11), jeung & gamma;=θ, beban F & gamma cinyusu tiasa didapet; jeung kapindahanδHubungan x & gamma; nyaeta

Numutkeun bagian 1.5, rentang sudut stiffness négatip tina mékanisme spring engkol: & gamma;& isin;[0, & gamma; 0] jeung & gamma;0 & isin;[0, ], stroke tina enol stiffness hinge fléksibel kedah kirang ti & gamma; 0, i.e. cinyusu sok dina kaayaan cacad (δxγ≠0). Rentang rotasi tina ring jero jeung luar hinges fléksibel nyaéta±0,35 rad (±20°), nyederhanakeun fungsi trigonometri sin & gamma; jeung cos & gamma; sukamaha kieu

Saatos nyederhanakeun, hubungan beban-pindahan cinyusu

2.2 Analisis kasalahan model cocog stiffness positif jeung negatif

Evaluate kasalahan disababkeun ku perlakuan saderhana tina persamaan (13). Nurutkeun kana parameter processing sabenerna enol stiffness hinge fléksibel (Bagian 4.2): n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2, E = 73 GPa; Diménsi tina ring jero jeung luar fléksibel hinge Reed L = 46mm, T = 0.3mm, W = 9.4mm; Rumus babandingan (12) jeung (14) simplify hubungan kapindahan beban jeung kasalahan relatif tina cinyusu hareup jeung pungkur ditémbongkeun saperti dina Gambar 10a jeung 10b mungguh.

Ditémbongkeun saperti dina Gambar 10, & gamma; kirang ti 0,35 rad (20°), kasalahan relatif disababkeun ku perlakuan disederhanakeun kana kurva beban-pindahan henteu ngaleuwihan 2,0%, sarta rumus

Perlakuan saderhana tina (13) bisa dipaké pikeun ngawangun hinges fléksibel nol-stiffness.

2.3 Ciri stiffness tina cinyusu

Anggap kaku cinyusu nyaéta K, sakaligus (3), (6), (14)

Nurutkeun kana parameter processing sabenerna enol stiffness hinge fléksibel (Bagian 4.2), kurva robah spring stiffness K kalawan sudut & gamma; ditémbongkeun dina Gambar 11. Hususna, nalika & gamma;= 0, K nyokot nilai minimum.

Pikeun genah rarancang jeung ngolah, cinyusu adopts cinyusu stiffness positif linier, sarta stiffness nyaeta Kconst. Dina sakabeh stroke, lamun total stiffness tina enol stiffness engsel fléksibel leuwih gede atawa sarua jeung enol, Kconst kedah nyandak nilai minimum K.

Persamaan (16) nyaéta nilai stiffness tina spring stiffness positif linier nalika ngawangun engsel fléksibel nol stiffness. 2.4 Analisis kualitas nol-stiffness Hubungan beban-pindahan tina engsel fléksibel nol-stiffness diwangun nyaéta

Rumus sakaligus (2), (8), (16) bisa dimeunangkeun

Dina raraga evaluate kualitas enol stiffness, rentang réduksi tina stiffness hinge fléksibel saméméh jeung sanggeus nambahkeun modul stiffness négatip diartikeun salaku koefisien kualitas stiffness enol.η

η Nu ngadeukeutan ka 100%, nu leuwih luhur kualitas enol stiffness. Gambar 12 nyaéta 1-η Hubungan jeung babandingan panjang engkol jeung sudut awal η Éta henteu gumantung kana jumlah n mékanisme crank-spring paralel sareng panjang l dasarna, tapi ngan ukur aya hubunganana sareng rasio panjang engkol, sudut rotasi. & gamma; jeung sudut awal.

(1) Sudut awal naek jeung kualitas stiffness enol ngaronjatkeun.

(2) Babandingan panjangna ningkat sareng kualitas kaku enol turun.

(3) Sudut & gamma; ngaronjat, kualitas stiffness enol turun.

Dina raraga ngaronjatkeun kualitas enol stiffness tina enol stiffness hinge fléksibel, sudut awal kedah nyandak nilai nu leuwih gede; rasio panjang engkol kudu jadi leutik-gancang. Dina waktos anu sami, dumasar kana hasil analisa dina Bagéan 1.5, upami alit teuing, kamampuan mékanisme crank-spring nyayogikeun kaku négatip bakal lemah. Dina raraga ngaronjatkeun kualitas enol stiffness tina enol stiffness engsel fléksibel, sudut awal =π, ratio panjang engkol = 0,2, nyaeta, parameter processing sabenerna bagian 4,2 enol stiffness hinge fléksibel.

Nurutkeun kana parameter processing sabenerna enol-stiffness fléksibel hinge (Bagian 4.2), hubungan torsi-sudut antara hinges fléksibel ring jero jeung luar jeung enol-stiffness hinge fléksibel ditémbongkeun dina Gambar 13; panurunan dina stiffness nyaeta koefisien kualitas enol-stiffnessηHubungan jeung juru & gamma; ditémbongkeun dina Gambar 14. Ku Gambar 14: Dina 0,35 rad (20°) rentang rotasi, stiffness tina enol-stiffness hinge fléksibel diréduksi ku rata-rata 97%; 0,26 rad (15°) juru, éta diréduksi ku 95%.

3 Desain spring stiffness positif linier

Pangwangunan enol stiffness hinge fléksibel biasana sanggeus ukuran sarta stiffness tina hinge fléksibel ditangtukeun, lajeng stiffness tina cinyusu dina mékanisme spring engkol dibalikkeun, jadi stiffness jeung ukuran syarat cinyusu relatif ketat. Sajaba ti éta, sudut awal =π, ti Gambar 5a, salila rotasi hinge fléksibel nol-stiffness, cinyusu sok dina kaayaan dikomprés, nyaéta“Spring komprési”.

Kaku jeung ukuran cinyusu komprési tradisional hese ngaropéa persis, sarta mékanisme pituduh anu mindeng diperlukeun dina aplikasi. Ku alatan éta, cinyusu anu stiffness sarta ukuranana bisa ngaropéa diusulkeun——Tali cinyusu daun ngawangun inten. Senar cinyusu daun ngawangun inten (Gambar 15) diwangun ku sababaraha cinyusu daun ngawangun inten dihubungkeun sacara séri. Éta ngagaduhan ciri desain struktural gratis sareng tingkat kustomisasi anu luhur. Téknologi pangolahanna konsisten sareng engsel anu fleksibel, sareng duanana diolah ku motong kawat presisi.

3.1 Modél pamindahan beban tina senar spring daun ngawangun inten

Alatan simétri tina cinyusu daun rhombic, ngan hiji spring daun perlu subjected kana analisis stress, sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 16. α nyaéta sudut antara reed jeung horisontal, panjang, rubak jeung ketebalan reed masing-masing Ld, Wd, Td, f nyaéta beban ngahiji sacara dimensi dina cinyusu daun rhombus,δy nyaéta deformasi cinyusu daun rhombic dina arah y, gaya fy jeung momen m mangrupakeun beban sarimbag dina tungtung reed tunggal, fv jeung fw mangrupakeun gaya komponén fy dina sistem koordinat wov.

Numutkeun téori deformasi balok AWTAR [13], hubungan beban-pindahan diménsi anu ngahijikeun tina buluh tunggal.

Kusabab hubungan konstrain awak kaku dina reed, sudut tungtung reed sateuacan sareng saatos deformasi nol, nyaétaθ = 0. sakaligus (20)(22)

Persamaan (23) nyaéta modél ngahijikeun dimensi beban-pindahan tina cinyusu daun rhombic. n2 cinyusu daun rhombic disambungkeun runtuyan, sarta modél beban-pindahan na nyaeta

Tina rumus (24), irahaαNalika d leutik, stiffness tina inten ngawangun daun spring string kira linier dina dimensi has jeung beban has.

3.2 Verifikasi simulasi unsur terhingga model

Verifikasi simulasi unsur terhingga tina modél pamindahan beban tina cinyusu daun ngawangun inten dilaksanakeun. Ngagunakeun ANSYS Mechanical APDL 15.0, parameter simulasi ditémbongkeun dina Table 2, sarta tekanan 8 N dilarapkeun ka cinyusu daun ngawangun inten.

Perbandingan antara hasil model jeung hasil simulasi tina rhombus daun spring beban-pindahan hubungan ditémbongkeun dina Gbr. 17 (diménsi). Pikeun opat cinyusu daun rhombus kalawan sudut inclination béda, kasalahan relatif antara model jeung hasil simulasi unsur terhingga teu ngaleuwihan 1,5%. Validitas jeung akurasi model (24) geus diverifikasi.

4 Desain sarta uji enol-stiffness engsel fléksibel

4.1 Desain parameter enol-stiffness engsel fléksibel

Pikeun ngarancang hinge fléksibel enol-stiffness, parameter desain hinge fléksibel kedah ditangtukeun dumasar kana kaayaan jasa heula, teras parameter anu relevan tina mékanisme spring crank kedah diitung sabalikna.

4.1.1 Parameter hinge fléksibel

Titik simpang tina engsel fléksibel cingcin jero sareng luar aya dina 12,73% tina panjangna reed, sareng parameterna dipidangkeun dina Tabel 3. Ngaganti kana persamaan (2), hubungan sudut torsi-rotasi tina engsel fléksibel ring jero jeung luar nyaéta

4.1.2 Parameter mékanisme stiffness négatip

Ditémbongkeun saperti dina Gbr. 18, nyokot jumlah n mékanisme spring engkol dina paralel salaku 3, panjang l = 40 mm ditangtukeun ku ukuran hinge fléksibel. nurutkeun kacindekan tina bagian 2.4, sudut awal =π, babandingan panjang engkol = 0,2. Numutkeun persamaan (16), stiffness tina cinyusu (I .e. inten daun spring string) nyaeta Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Inten daun spring string parameter

ku l = 40mm, =π, = 0.2, panjang asli cinyusu nyaéta 48mm, sareng deformasi maksimum (& gamma; = 0) nyaéta 16mm. Kusabab keterbatasan struktural, hese pikeun cinyusu daun rhombus tunggal pikeun ngahasilkeun deformasi anu ageung. Ngagunakeun opat cinyusu daun belah ketupat dina runtuyan (n2 = 4), kaku hiji spring daun belah ketupat tunggal nyaeta

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

Nurutkeun ukuran mékanisme stiffness négatip (Gambar 18), tinangtu panjang reed, rubak jeung sudut inclination reed cinyusu daun ngawangun inten, reed bisa deduced tina rumus (23) jeung rumus stiffness (27) tina inten ngawangun daun spring Kandelna. Parameter struktur cinyusu daun ketupat dibéréndélkeun dina Tabél 4.

beungeut4

Dina kasimpulan, parameter tina engsel fléksibel nol-stiffness dumasar kana mékanisme spring crank sadayana geus ditangtukeun, sakumaha ditémbongkeun dina Table 3 jeung Table 4.

4.2 Desain jeung ngolah sampel hinge fléksibel nol-stiffness Tingal literatur [8] pikeun ngolah jeung métode nguji tina hinge fléksibel. Engsel fléksibel nol-stiffness diwangun ku mékanisme stiffness négatip sareng engsel fléksibel ring jero sareng luar paralel. Desain strukturna dipidangkeun dina Gambar 19.

Boh engsel fléksibel ring jero sareng luar sareng senar cinyusu daun ngawangun inten diolah ku alat mesin pemotong kawat presisi. Engsel fléksibel ring jero sareng luar diolah sareng dirakit dina lapisan. Gambar 20 mangrupa gambar fisik tilu sét inten ngawangun daun spring string, jeung Gambar 21 teh dirakit enol-stiffness Gambar fisik sampel hinge fléksibel.

4.3 Platform uji kaku rotasi tina hinge fléksibel nol-kaku.

4.4 Ngolah data ékspérimén jeung analisis kasalahan

Kaku rotasi tina engsel fléksibel ring jero sareng luar sareng engsel fléksibel enol-kaku diuji dina platform tés, sareng hasil tés dipidangkeun dina Gambar 23. Itung jeung gambar kurva kualitas nol-stiffness tina engsel fléksibel nol-stiffness nurutkeun rumus (19), ditémbongkeun saperti dina Gbr. 24.

Hasil tés nunjukkeun yén stiffness rotational hinge fléksibel nol-stiffness deukeut ka enol. Dibandingkeun sareng engsel fléksibel ring jero sareng luar, engsel fléksibel nol-kaku.±0,31 rad (18°) stiffness diréduksi ku rata-rata 93%; 0,26 rad (15°), stiffness diréduksi ku 90%.

Ditémbongkeun saperti dina Gambar 23 jeung 24, aya kénéh gap tangtu antara hasil tés kualitas enol stiffness jeung hasil model teoritis (kasalahan relatif kirang ti 15%), jeung alesan utama kasalahan nyaéta kieu.

(1) Kasalahan modél disababkeun ku nyederhanakeun fungsi trigonometri.

(2) Gesekan. Aya gesekan antara senar spring daun inten jeung aci ningkatna.

(3) Kasalahan ngolah. Aya kasalahan dina ukuran sabenerna reed, jsb.

(4) Kasalahan rakitan. Celah antara liang pamasangan senar spring daun ngawangun inten sareng aci, celah pamasangan alat platform uji, jsb.

4.5 Perbandingan kinerja sareng engsel fléksibel nol-kaku has Dina literatur [4], engsel fléksibel kaku-nol ZSFP_CAFP diwangun nganggo pangsi lentur sumbu silang (CAFP), sapertos dipidangkeun dina Gambar 25.

Perbandingan engsel fléksibel ZSFP_IORFP kaku-nol (Gbr. 21) sareng ZSFP_CAFP (Gbr. 25) diwangun ngagunakeun hinges fléksibel ring jero jeung luar

(1) ZSFP_IORFP, strukturna langkung kompak.

(2) Kisaran sudut ZSFP_IORFP leutik. Kisaran sudut diwatesan ku rentang sudut tina hinge fléksibel sorangan; rentang sudut ZSFP_CAFP80°, ZSFP_IORFP rentang sudut40°.

(3) ±18°Dina rentang sudut, ZSFP_IORFP boga kualitas luhur nol stiffness. The stiffness rata ZSFP_CAFP diréduksi ku 87%, sarta stiffness rata-rata ZSFP_IORFP diréduksi ku 93%.

5 kacindekan

Nyandak hinge fléksibel tina cingcin jero jeung luar handapeun torsi murni salaku subsistem stiffness positif, karya handap geus dipigawé dina raraga ngawangun hiji engsel fléksibel enol-stiffness.

(1) Ngajukeun mékanisme rotasi stiffness négatip——Pikeun mékanisme spring engkol, model (Rumus (6)) diadegkeun pikeun nganalisis pangaruh parameter struktural dina ciri stiffness négatip na, sarta rentang ciri stiffness négatip na ieu dibikeun (Tabel 1).

(2) Ku nyocogkeun stiffnesses positif jeung negatif, karakteristik stiffness tina cinyusu dina mékanisme spring engkol (Persamaan (16)) dicandak, sarta model (Persamaan (19)) diadegkeun pikeun nganalisis pangaruh parameter struktural. tina mékanisme spring engkol dina kualitas nol stiffness tina enol stiffness fléksibel hinge Pangaruh, sacara téoritis, dina stroke sadia tina hinge fléksibel tina cingcin jero jeung luar (±20°), pangurangan rata-rata stiffness tiasa ngahontal 97%.

(3) Ngajukeun stiffness customizable“cinyusu”——Senar cinyusu daun ngawangun inten didirikan pikeun ngadegkeun modél kaku (Persamaan (23)) sareng diverifikasi ku metode unsur terhingga.

(4) Réngsé desain, pamrosésan sareng uji sampel engsel fléksibel enol-kaku kompak. Hasil tés nunjukkeun yén: dina aksi torsi murni, éta36°Dina rentang sudut rotasi, dibandingkeun jeung ring jero jeung luar hinges fléksibel, stiffness tina enol-stiffness fléksibel hinge ngurangan ku 93% rata-rata.

hinge fléksibel enol-stiffness diwangun ngan dina aksi torsi murni, nu bisa ngawujudkeun“nol stiffness”, tanpa tempo kasus bearing kaayaan loading kompléks. Ku alatan éta, pangwangunan hinges fléksibel enol-stiffness dina kaayaan beban kompléks nyaéta fokus panalungtikan salajengna. Sajaba ti éta, ngurangan gesekan nu aya salila gerakan enol-stiffness engsel fléksibel mangrupa arah optimasi penting pikeun enol-stiffness engsel fléksibel.

rujukan

[1] HOWELL L L. Mékanisme patuh [M]. York énggal: John Wiley&Putra, Nyarita, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, jsb. Kamajuan panalungtikan ngeunaan métode desain mékanisme hinge fléksibel [J]. Cina Journal of Téknik Mesin, 2010, 46 (13): 2-13. Y u jin jawara, PEI X U, BIS panggero, ETA up. Métode Desain canggih pikeun Mékanisme Flexure[J]. Jurnal Téknik Mesin, 2010, 46 (13): 2-13.

[3] MORSCH F M, Herder JL. Desain Gabungan Generik Zero Stiffness Compliant [C] // ASME International Design Engineering Conferences. 2010:427-435.

[4] MERRIAM EG, Howell LL. Pendekatan non-dimensi pikeun balancing statik flexures rotational[J]. Mékanisme & Téori mesin, 2015, 84 (84): 90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, jeung sajabana. Blok Gedong Stiffness négatip pikeun mékanisme patuh statis saimbang: Desain jeung Tés[J]. Journal of Mékanisme & Robotika, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN BD, Howell L L. The modeling tina cross-axis flexural pangsi [J]. Mékanisme jeung téori mesin, 2002, 37 (5): 461-476.

[7] WITTRICK W H. Sipat pivots flexure meuntas jeung pangaruh titik di mana strips cross[J]. The Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, anu Q, ETA. Desain sareng ékspérimén tina pangsi flexure triple-cross-spring umum anu diterapkeun kana instrumen ultra-precision [J]. Tinjauan Instrumén Ilmiah, 2014, 85 (10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, jsb. Panalungtikan ngeunaan karakteristik stiffness rotational tina digeneralisasi tilu-cross Reed hinge fléksibel [J]. Cina Journal of Téknik Mesin, 2015, 51 (13): 189-195.

anu Q I kecap, l IU Lang, sora BIS, ETA. Karakterisasi Kaku Rotational tina Pangsi Flexure Triple-cross-spring Umum [J]. Journal of Téknik Mesin, 2015, 51 (13): 189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Panalungtikan Perbandingan Kinerja Struktur Topologi Cross-Spring Flexural Pivots[C]// ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, August 17–20, 2014, munding, York énggal, AS. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, anu Q. Ciri stiffness tina batin–pangsi flexure ring luar dilarapkeun kana instrumen ultra-precision [J]. Arsip Prosiding Lembaga Insinyur Mesin Bagian C Journal of Élmu Téknik Mesin 1989-1996 (vols 203-210), 2017: 095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Kriteria pikeun Balancing Statis Mékanisme patuh[C] // ASME 2010 International Design Engineering Technical Conference and Computers and Information in Engineering Conference, Agustus 15–18, 2010, Montréal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Modél konstrain umum pikeun flexures balok dua diménsi: formulasi énergi galur nonlinier [J]. Jurnal Desain Mékanis, 2010, 132: 81009.

Ngeunaan panulis: Bi Shusheng (panulis anu cocog), lalaki, lahir taun 1966, dokter, profésor, pengawas doktor. Arah panalungtikan utama na nyaéta mékanisme anu fleksibel sareng robot bionik.