Özet: Sıfır sertlikte esnek menteşenin dönme sertliği yaklaşık olarak sıfırdır; bu, sıradan esnek menteşelerin tahrik torku gerektirmesi kusurunun üstesinden gelir ve esnek tutuculara ve diğer alanlara uygulanabilir. Pozitif sertlik alt sistemi olarak iç ve dış halka esnek menteşelerini saf torkun etkisi altına alan araştırma, Negatif sertlik mekanizması ve pozitif ve negatif sertliğin eşleştirilmesiyle sıfır sertlikte esnek menteşe oluşturulabilir. Negatif sertlikte bir dönme mekanizması önerin——Krank yayı mekanizması, negatif sertlik özelliklerini modelleyip analiz etmiştir; pozitif ve negatif sertliği eşleştirerek krank yayı mekanizmasının yapısal parametrelerinin sıfır sertlik kalitesi üzerindeki etkisini analiz etti; özelleştirilebilir sertlik ve boyuta sahip doğrusal bir yay önerdi——Elmas şeklindeki yaprak yay telinin sertlik modeli kurulmuş ve sonlu elemanlar simülasyon doğrulaması gerçekleştirilmiş; son olarak kompakt, sıfır sertlikte esnek bir menteşe numunesinin tasarımı, işlenmesi ve testi tamamlandı. Test sonuçları şunu gösterdi: saf torkun etkisi altında,±18°Dönme açıları aralığında, sıfır sertlikteki esnek menteşenin dönme sertliği, iç ve dış halka esnek menteşelerinkinden ortalama %93 daha düşüktür. Oluşturulan sıfır sertlikte esnek menteşe, kompakt bir yapıya ve yüksek kaliteli sıfır sertliktedir; Önerilen negatif sertlik dönme mekanizması ve doğrusal yay, esnek mekanizmanın incelenmesi için büyük bir referans değerine sahiptir.

0 önsöz

Esnek menteşe (rulman)

^[1-2]

Hareket, kuvvet ve enerjiyi iletmek veya dönüştürmek için esnek ünitenin elastik deformasyonuna dayanarak hassas konumlandırma ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel rijit rulmanlarla karşılaştırıldığında, esnek menteşe döndüğünde bir toparlanma anı vardır. Bu nedenle, tahrik ünitesinin tahrik için çıkış torku sağlaması ve esnek menteşenin dönüşünü koruması gerekir. Sıfır sertlikte esnek menteşe

^[3]

(Sıfır sertlikte bükülme pivotu, ZSFP), dönme sertliği yaklaşık olarak sıfır olan esnek bir döner mafsaldır. Statik dengeli esnek menteşe olarak da bilinen bu tür esnek menteşeler, strok aralığı dahilinde herhangi bir konumda kalabilir.

^[4]

, çoğunlukla esnek tutucular gibi alanlarda kullanılır.

Esnek mekanizmanın modüler tasarım konseptine dayanarak, sıfır sertlikteki esnek menteşe sisteminin tamamı, pozitif ve negatif sertlikte iki alt sisteme ayrılabilir ve sıfır sertlik sistemi, pozitif ve negatif sertliğin eşleştirilmesi yoluyla gerçekleştirilebilir.

^[5]

. Bunlar arasında, pozitif sertlik alt sistemi genellikle çapraz kamışlı esnek menteşe gibi büyük stroklu esnek bir menteşedir.

^[6-7]

, genelleştirilmiş üç çapraz kamış esnek menteşe

^[8-9]

ve iç ve dış halka esnek menteşeler

^[10-11]

Vb. Şu anda, esnek menteşeler üzerine yapılan araştırmalar pek çok sonuç elde etmiştir; bu nedenle, sıfır sertlikte esnek menteşeler tasarlamanın anahtarı, esnek menteşeler için uygun negatif sertlik modüllerini eşleştirmektir[3].

İç ve dış halka esnek menteşeler (İç ve dış halka esnek pivotlar, IORFP) sertlik, hassasiyet ve sıcaklık sapması açısından mükemmel özelliklere sahiptir. Eşleşen negatif sertlik modülü, sıfır sertlikte esnek menteşenin yapım yöntemini sağlar ve son olarak sıfır sertlikte esnek menteşenin tasarımını, numune işlemesini ve testini tamamlar.

1 krank yay mekanizması

1.1 Negatif sertliğin tanımı

K sertliğinin genel tanımı, elastik elemanın taşıdığı F yükü ile buna karşılık gelen dx deformasyonu arasındaki değişim oranıdır.

K= dF/dx (1)

Elastik elemanın yük artışı karşılık gelen deformasyon artışının işaretinin tersi olduğunda bu negatif sertliktir. Fiziksel olarak negatif sertlik, elastik elemanın statik kararsızlığına karşılık gelir.

^[12]

.Negatif sertlik mekanizmaları esnek statik denge alanında önemli rol oynar. Genellikle negatif sertlik mekanizmaları aşağıdaki özelliklere sahiptir.

(1) Mekanizma belirli bir miktarda enerji rezerve eder veya belirli bir deformasyona uğrar.

(2) Mekanizma kritik bir kararsızlık durumundadır.

(3) Mekanizma hafifçe rahatsız edilip denge konumundan çıktığında, hareketle aynı yönde olan daha büyük bir kuvveti serbest bırakabilir.

1.2 Sıfır sertlikte esnek menteşenin yapım prensibi

Sıfır sertlikte esnek menteşe, pozitif ve negatif sertlik eşleştirmesi kullanılarak oluşturulabilir ve prensip Şekil 2'de gösterilmektedir.

(1) Saf tork etkisi altında, iç ve dış halka esnek menteşeleri, Şekil 2a'da gösterildiği gibi yaklaşık olarak doğrusal bir tork-dönme açısı ilişkisine sahiptir. Özellikle kesişme noktası tarak uzunluğunun %12,73'ünde bulunduğunda tork-dönme açısı ilişkisi doğrusaldır

^[11]

, bu sırada esnek menteşenin geri yükleme momenti Mpivot (saat yönünde) yatağın dönüş açısıyla ilgilidirθ(saat yönünün tersine) ilişki

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Formülde E malzemenin elastik modülü, L kamışın uzunluğu ve I kesitin atalet momentidir.

(2) İç ve dış halka esnek menteşelerin dönme sertliği modeline göre, negatif sertlik dönme mekanizması eşleştirilmiştir ve negatif sertlik özellikleri Şekil 2b'de gösterilmektedir.

(3) Negatif sertlik mekanizmasının kararsızlığı göz önüne alındığında

^[12]

Şekil 2c'de gösterildiği gibi, sıfır sertlikteki esnek menteşenin sertliği yaklaşık olarak sıfır olmalı ve sıfırdan büyük olmalıdır.

1.3 Krank yayı mekanizmasının tanımı

Literatüre göre [4], esnek menteşenin hareketli rijit gövdesi ile sabit rijit gövdesi arasına önceden deforme edilmiş bir yayın yerleştirilmesiyle sıfır sertlikte esnek bir menteşe oluşturulabilir. ŞEKİL 2'de gösterilen iç ve dış halka esnek menteşe için. Şekil 1'de iç halka ile dış halka arasına bir yay yerleştirilmiştir, yani bir yay-krank mekanizması (SCM) yerleştirilmiştir. Şekil 3'te gösterilen krank kaydırıcı mekanizmasına bakıldığında, krank yayı mekanizmasının ilgili parametreleri Şekil 4'te gösterilmiştir. Krank-yay mekanizması bir krank ve bir yaydan oluşur (sertliği k olarak ayarlayın). başlangıç ​​açısı, yay deforme olmadığında AB krankıyla AC tabanı arasındaki iç açıdır. R krank uzunluğunu temsil eder, l taban uzunluğunu temsil eder ve krank uzunluğu oranını r'nin l'ye oranı olarak tanımlar, yani. = r/l (0<<1).

Krank-yay mekanizmasının yapısı 4 parametrenin belirlenmesini gerektirir: taban uzunluğu l, krank uzunluğu oranı, başlangıç ​​açısı ve yay sertliği K.

Krank yayı mekanizmasının kuvvet altında deformasyonu Şekil 5a'da M anında gösterilmiştir.

_γ

Hareket altında krank AB başlangıç ​​konumundan itibaren hareket eder

_Beta

AB'ye dön

_γ

, dönme işlemi sırasında krankın yatay konuma göre iç açısı

_γ

krank açısı denir.

Kalitatif analiz, krankın AB'den döndüğünü gösterir (başlangıç ​​konumu, M & gama; Sıfır)'dan AB0'a (“ölü nokta”konum, M

_γ

sıfırdır), krank-yay mekanizması negatif sertlik özelliklerine sahip bir deformasyona sahiptir.

1.4 Krank yayı mekanizmasının tork ve dönüş açısı arasındaki ilişki

İncirde. 5, tork M & gama; saat yönü pozitiftir, krank açısı & gama; saat yönünün tersine pozitiftir ve moment yükü M aşağıda modellenmiş ve analiz edilmiştir.

_γ

krank açısı ile

_γ

Modelleme süreci arasındaki ilişki boyutlandırılır.

Şekil 5b'de gösterildiği gibi, AB krankı için tork dengesi denklemi & gama listelenir.

Formülde, F & gama; yay geri getirme kuvvetidir, d & gama; F & gama; A noktasına. Yayın yer değiştirme-yük ilişkisinin şöyle olduğunu varsayalım:

Formülde K, yay sertliğidir (sabit bir değer olması gerekmez),δ

xγ

yay deformasyonunun miktarıdır (pozitif olarak kısaltılmıştır),δ

xγ

=|B

_Beta

C| – |B

_γ

C|.

Eş zamanlı tip (3)(5), moment M

_γ

köşeli

_γ

İlişki

1.5 Krank-yay mekanizmasının negatif sertlik özelliklerinin analizi

Krank-yay mekanizmasının negatif rijitlik özelliklerinin analizini kolaylaştırmak amacıyla (Moment M)

_γ

köşeli

_γ

ilişki), yayın doğrusal bir pozitif sertliğe sahip olduğu varsayılabilir, bu durumda formül (4) şu şekilde yeniden yazılabilir:

Formülde Kconst sıfırdan büyük bir sabittir. Esnek menteşenin boyutu belirlendikten sonra taban uzunluğu l de belirlenir. Bu nedenle l'nin bir sabit olduğu varsayılarak formül (6) şu şekilde yeniden yazılabilir:

burada Kconstl2 sıfırdan büyük bir sabittir ve moment katsayısı m & gama; bir boyutu vardır. Krank-yay mekanizmasının negatif sertlik özellikleri tork katsayısı m arasındaki ilişki analiz edilerek elde edilebilir. & gama; ve dönüş açısı & gama.

Denklem (9)'dan, Şekil 6 başlangıç ​​açısını göstermektedir =π m arasındaki ilişki & gama; ve krank uzunluğu oranı ve dönüş açısı & gama;, & isin;[0.1, 0.9],& gama;& isin;[0, π]. Şekil 7 m arasındaki ilişkiyi göstermektedir. & gama; ve dönüş açısı & gama; = 0,2 ve farklı için. Şekil 8'de =π Farklı altında, m arasındaki ilişki & gama; ve açı & gama.

Krank yayı mekanizmasının tanımına (bölüm 1.3) ve formül (9)'a göre k ve l sabit olduğunda, m & gama; Yalnızca açıyla ilgili & gama;, krank uzunluğu oranı ve krank başlangıç ​​açısı.

(1) Ancak ve ancak & gama; 0'a eşittir veyaπ veya ,m & gama; sıfıra eşittir; & gama; & isin;[0, ],m & gama; sıfırdan büyüktür; & gama; & içinde;[π],M & gama; Sıfırdan daha az. & isin;[0, ],m & gama; sıfırdan büyüktür; & gama;& içinde;[π],M & gama; Sıfırdan daha az.

(2) & gama; [0, ] olduğunda, dönüş açısı & gama; artar, m & gama; sıfırdan bükülme noktası açısına doğru artar & gamma;0 m'nin maksimum değerini alır & gamma;max ve ardından yavaş yavaş azalır.

(3) Krank yayı mekanizmasının negatif sertlik karakteristik aralığı: & gama;& isin;[0, & gamma;0], şu anda & gama; artar (saat yönünün tersine) ve tork M & gama; artar (saat yönünde). Bükülme noktası açısı & gamma;0 krank-yay mekanizmasının negatif sertlik karakteristiğinin maksimum dönme açısıdır ve & gama;0 & isin;[0, ];m & gamma;max maksimum negatif moment katsayısıdır. Verilen ve , denklem (9)'un türetilmesi şunu verir: & gama;0

(4) başlangıç ​​açısı ne kadar büyükse, & gama; daha büyük 0, m

_&gama;maks

daha büyük.

(5) uzunluk oranı ne kadar büyükse, & gama; daha küçük 0, m

_&gama;maks

daha büyük.

Özellikle =πKrank yayı mekanizmasının negatif sertlik özellikleri en iyisidir (negatif sertlik açısı aralığı geniştir ve sağlanabilecek tork büyüktür). =πAynı zamanda farklı koşullar altında maksimum dönüş açısı & krank yayı mekanizmasının negatif sertlik karakteristiğinin gamması; 0 ve maksimum negatif tork katsayısı m & gama; Maksimum tablo 1'de listelenmiştir.

2 Sıfır sertlikte esnek menteşe yapısı

2.1'in pozitif ve negatif sertliğinin eşleşmesi Şekil 9'da gösterilmektedir; paralel krank yayı mekanizmalarının n(n2) grubu çevre etrafında eşit olarak dağıtılır ve iç ve dış halka esnek menteşelerle eşleşen bir negatif sertlik mekanizması oluşturur.

Pozitif sertlik alt sistemi olarak iç ve dış halka esnek menteşelerini kullanarak sıfır sertlikte esnek bir menteşe oluşturun. Sıfır sertliği elde etmek için pozitif ve negatif sertliği eşleştirin

eşzamanlı (2), (3), (6), (11) ve & gama;=θ, yük F & yayın gama değeri elde edilebilir; ve yer değiştirmeδx ilişkisi & gama; dır-dir

Bölüm 1.5'e göre krank yayı mekanizmasının negatif sertlik açısı aralığı: & gama;& isin;[0, & gama;0] ve & gama;0 & isin;[0, ], sıfır sertlikte esnek mafsalın stroku, & gama;0, ben .e. yay her zaman deforme durumdadır (δxγ≠0). İç ve dış halka esnek menteşelerin dönüş aralığı±0,35 rad(±20°), trigonometrik fonksiyonları basitleştirin sin & gama; ve çünkü & gama; aşağıdaki gibi

Basitleştirmeden sonra yayın yük-yer değiştirme ilişkisi

2.2 Pozitif ve negatif sertlik eşleştirme modelinin hata analizi

Denklemin (13) basitleştirilmiş yaklaşımından kaynaklanan hatayı değerlendirin. Sıfır sertlikteki esnek menteşenin gerçek işleme parametrelerine göre (Bölüm 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; İç ve dış halka esnek menteşeli tarağın boyutları L = 46 mm, T = 0,3 mm, G = 9,4 mm; Karşılaştırma formülleri (12) ve (14), sırasıyla Şekil 10a ve 10b'de gösterildiği gibi, ön ve arka yayların yük yer değiştirme ilişkisini ve bağıl hatasını basitleştirir.

Şekil 10'da gösterildiği gibi, & gama; 0,35 rad'dan azdır (20°), yük-deplasman eğrisine basitleştirilmiş uygulamanın neden olduğu bağıl hata %2,0'ı geçmez ve formül

(13)'ün basitleştirilmiş uygulaması, sıfır sertlikte esnek menteşeler oluşturmak için kullanılabilir.

2.3 Yayın sertlik özellikleri

Yayın sertliğinin K olduğunu varsayarsak, eşzamanlı (3), (6), (14)

Sıfır sertlikteki esnek menteşenin gerçek işlem parametrelerine göre (Bölüm 4.2), yay sertliği K'nin açıyla değişim eğrisi & gama; Şekil 11'de gösterilmektedir. Özellikle ne zaman & gamma;= 0, K minimum değeri alır.

Tasarım ve işleme kolaylığı için yay, doğrusal pozitif sertlikte bir yay benimser ve sertlik Kconst'tur. Tüm strok boyunca, sıfır sertlikte esnek mafsalın toplam sertliği sıfırdan büyük veya sıfıra eşitse, Kconst'un minimum K değerini alması gerekir.

Denklem (16), sıfır sertlikte esnek menteşe yapılırken doğrusal pozitif sertlik yayının sertlik değeridir. 2.4 Sıfır sertlik kalitesinin analizi Oluşturulan sıfır sertlikteki esnek menteşenin yük-yer değiştirme ilişkisi şu şekildedir:

Eş zamanlı formül (2), (8), (16) elde edilebilir

Sıfır sertlik kalitesini değerlendirmek için, esnek menteşe sertliğinin negatif sertlik modülünün eklenmesinden önceki ve sonraki azalma aralığı, sıfır sertlik kalite katsayısı olarak tanımlanır.η

η %100'e ne kadar yakınsa sıfır sertliğin kalitesi de o kadar yüksek olur. Şekil 12 1-η Krank uzunluğu oranı ve başlangıç ​​açısı ile ilişki η Paralel krank-yay mekanizmalarının n sayısından ve tabanın l uzunluğundan bağımsızdır ancak sadece krank uzunluk oranı, dönme açısı ile ilgilidir. & gama; ve başlangıç ​​açısı.

(1) Başlangıç ​​açısı artar ve sıfır sertlik kalitesi artar.

(2) Uzunluk oranı artar ve sıfır sertlik kalitesi düşer.

(3) Açı & gama; arttıkça sıfır sertlik kalitesi düşer.

Sıfır sertlikteki esnek menteşenin sıfır sertlik kalitesini iyileştirmek için başlangıç ​​açısının daha büyük bir değer alması gerekir; krank uzunluğu oranı mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır. Aynı zamanda Bölüm 1.5'teki analiz sonuçlarına göre çok küçük olması durumunda krank-yay mekanizmasının negatif rijitlik sağlama yeteneği zayıf olacaktır. Sıfır sertlikteki esnek menteşenin sıfır sertlik kalitesini iyileştirmek için başlangıç ​​açısı =π, krank uzunluğu oranı = 0,2, yani bölüm 4.2'nin sıfır sertlikteki esnek menteşenin gerçek işleme parametreleri.

Sıfır sertlikte esnek menteşenin gerçek işlem parametrelerine göre (Bölüm 4.2), iç ve dış halka esnek menteşeler ile sıfır sertlikte esnek menteşe arasındaki tork-açı ilişkisi Şekil 13'te gösterilmektedir; sertlikteki azalma sıfır sertlik kalite katsayısıdırηKöşeyle olan ilişki & gama; Şekil 14'te gösterilmektedir. Şekil 14'e göre: 0,35 rad (20°) dönme aralığı, sıfır sertlikteki esnek menteşenin sertliği ortalama %97 oranında azalır; 0,26 rad(15°) köşeler %95 oranında azalır.

3 Doğrusal pozitif sertlik yayının tasarımı

Sıfır sertlikte esnek menteşenin yapısı genellikle esnek menteşenin boyutu ve sertliği belirlendikten sonra yapılır ve ardından krank yayı mekanizmasındaki yayın sertliği tersine çevrilir, bu nedenle yayın sertliği ve boyut gereksinimleri nispeten katıdır. Ayrıca başlangıç ​​açısı =πŞekil 5a'dan, sıfır sertlikte esnek menteşenin dönüşü sırasında yay her zaman sıkıştırılmış durumdadır, yani“Sıkıştırma yayı”.

Geleneksel sıkıştırma yaylarının sertliğinin ve boyutunun tam olarak özelleştirilmesi zordur ve uygulamalarda sıklıkla bir kılavuz mekanizmasına ihtiyaç duyulur. Bu nedenle sertliği ve boyutu özelleştirilebilen bir yay önerilmiştir.——Elmas şeklindeki yaprak yay ipi. Elmas şeklindeki yaprak yay dizisi (Şekil 15), seri olarak bağlanan çok sayıda elmas şeklindeki yaprak yaydan oluşur. Serbest yapısal tasarım ve yüksek derecede kişiselleştirme özelliklerine sahiptir. İşleme teknolojisi esnek menteşelerinkiyle tutarlıdır ve her ikisi de hassas tel kesimiyle işlenir.

3.1 Elmas şeklindeki yaprak yay dizisinin yük-deplasman modeli

Eşkenar dörtgen yaprak yayın simetrisi nedeniyle, Şekil 16'da gösterildiği gibi yalnızca bir yaprak yayın stres analizine tabi tutulması gerekir. α kamış ile yatay arasındaki açıdır, kamışın uzunluğu, genişliği ve kalınlığı sırasıyla Ld, Wd, Td'dir, f eşkenar dörtgen yaprak yay üzerindeki boyutsal olarak birleşik yüktür,δy eşkenar dörtgen yaprak yayın y yönündeki deformasyonudur, fy kuvveti ve m momenti tek bir tarağın ucundaki eşdeğer yüklerdir, fv ve fw wov koordinat sisteminde fy'nin bileşen kuvvetleridir.

AWTAR'ın[13] kiriş deformasyon teorisine göre, tek kamışın boyutsal olarak birleştirilmiş yük-yer değiştirme ilişkisi

Rijit gövdenin tarak üzerindeki kısıt ilişkisinden dolayı tarağın deformasyon öncesi ve sonrası uç açısı sıfırdır, yaniθ = 0. Eşzamanlı (20)(22)

Denklem (23), eşkenar dörtgen yaprak yayın yük-deplasman boyutsal birleşme modelidir. n2 eşkenar dörtgen yaprak yaylar seri olarak bağlanmıştır ve yük-yer değiştirme modeli şu şekildedir:

Formül (24)'ten, ne zamanαd küçük olduğunda, elmas şeklindeki yaprak yay dizisinin sertliği, tipik boyutlar ve tipik yükler altında yaklaşık olarak doğrusaldır.

3.2 Modelin sonlu eleman simülasyonu doğrulaması

Elmas şeklindeki yaprak yayın yük-deplasman modelinin sonlu elemanlar simülasyon doğrulaması gerçekleştirildi. ANSYS Mechanical APDL 15.0 kullanılarak simülasyon parametreleri Tablo 2'de gösterilmiş olup, elmas şeklindeki yaprak yayına 8 N'lik bir basınç uygulanmıştır.

Eşkenar dörtgen yaprak yay yük-yer değiştirme ilişkisinin model sonuçları ile simülasyon sonuçları arasındaki karşılaştırma Şekil 1'de gösterilmektedir. 17 (boyutlandırma). Farklı eğim açılarına sahip dört eşkenar dörtgen yaprak yay için model ile sonlu eleman simülasyon sonuçları arasındaki bağıl hata %1,5'i aşmamaktadır. Modelin (24) geçerliliği ve doğruluğu doğrulanmıştır.

4 Sıfır sertlikte esnek menteşe tasarımı ve testi

4.1 Sıfır sertlikte esnek menteşenin parametre tasarımı

Sıfır sertlikte esnek menteşe tasarımı için öncelikle servis koşullarına göre esnek menteşenin tasarım parametreleri belirlenmeli, daha sonra krank yayı mekanizmasının ilgili parametreleri tersten hesaplanmalıdır.

4.1.1 Esnek menteşe parametreleri

İç ve dış halka esnek menteşelerin kesişme noktası tarak uzunluğunun %12,73'ünde yer almakta olup parametreleri Tablo 3'te gösterilmektedir. Denklem (2) yerine, iç ve dış bilezik esnek menteşelerinin tork-dönme açısı ilişkisi şu şekilde yazılır:

4.1.2 Negatif sertlik mekanizması parametreleri

Şekil 2'de gösterildiği gibi. Şekil 18'de paralel bağlı krank yay mekanizmalarının n sayısı 3 alınarak uzunluk l = 40 mm esnek mafsalın boyutuna göre belirlenir. Bölüm 2.4'ün sonucuna göre, başlangıç ​​açısı =π, krank uzunluğu oranı = 0,2. Denklem (16)'ya göre yayın sertliği (I .e. elmas yaprak yay dizisi) Kconst = 558,81 N/m'dir (26)

4.1.3 Elmas yaprak yay dizisi parametreleri

l = 40mm, =π, = 0,2, yayın orijinal uzunluğu 48 mm'dir ve maksimum deformasyon (& gamma;= 0) 16 mm'dir. Yapısal sınırlamalar nedeniyle, tek bir eşkenar dörtgen yaprak yayının bu kadar büyük bir deformasyon üretmesi zordur. Seri olarak dört eşkenar dörtgen yaprak yay kullanıldığında (n2 = 4), tek bir eşkenar dörtgen yaprak yayın sertliği şu şekildedir:

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

Negatif sertlik mekanizmasının boyutuna göre (Şekil 18), baklava şeklindeki yaprak yayın kamış uzunluğu, genişliği ve kamış eğim açısı dikkate alındığında, kamış formül (23) ve sertlik formülü (27)'den çıkarılabilir. elmas şeklindeki yaprak yay Kalınlığı. Eşkenar dörtgen yaprak yayların yapısal parametreleri Tablo 4'te listelenmiştir.

yüzey4

Özetle, krank yayı mekanizmasına dayanan sıfır sertlikteki esnek menteşenin parametrelerinin tümü Tablo 3 ve Tablo 4'te gösterildiği gibi belirlenmiştir.

4.2 Sıfır sertlikte esnek menteşe numunesinin tasarımı ve işlenmesi Esnek menteşenin işlenmesi ve test yöntemi için literatüre [8] bakın. Sıfır sertlikte esnek menteşe, negatif sertlik mekanizmasından ve paralel olarak bir iç ve dış halka esnek menteşeden oluşur. Yapısal tasarım Şekil 19'da gösterilmektedir.

Hem iç hem de dış halkadaki esnek menteşeler ve elmas şeklindeki yaprak yay telleri, hassas tel kesme tezgahlarında işlenir. İç ve dış halka esnek menteşeler katmanlar halinde işlenir ve birleştirilir. Şekil 20, üç takım elmas şeklindeki yaprak yay dizisinin fiziksel resmidir ve Şekil 21, monte edilmiş sıfır sertlikte esnek menteşe numunesinin fiziksel resmidir.

4.3 Sıfır sertlikte esnek menteşenin dönme sertliği test platformu [8]'deki dönme sertliği test yöntemine referansla, sıfır sertlikte esnek menteşenin dönme sertliği test platformu Şekil 22'de gösterildiği gibi inşa edilir.

4.4 Deneysel veri işleme ve hata analizi

İç ve dış halka esnek menteşelerin ve sıfır sertlikteki esnek menteşelerin dönme sertliği test platformunda test edilmiş ve test sonuçları Şekil 23'te gösterilmektedir. Sıfır sertlikteki esnek menteşenin sıfır sertlik kalite eğrisini Şekil 1'de gösterildiği gibi formül (19)'a göre hesaplayın ve çizin. 24.

Test sonuçları, sıfır sertlikteki esnek menteşenin dönme sertliğinin sıfıra yakın olduğunu göstermektedir. İç ve dış halka esnek menteşelerle karşılaştırıldığında sıfır sertlikte esnek menteşe±0,31 rad(18°) sertlik ortalama %93 oranında azaltıldı; 0,26 rad (15°), sertlik %90 oranında azalır.

Şekil 23 ve 24'te gösterildiği gibi, sıfır sertlik kalitesine ilişkin test sonuçları ile teorik model sonuçları arasında hala belirli bir boşluk bulunmaktadır (bağıl hata %15'ten azdır) ve hatanın ana nedenleri aşağıdaki gibidir.

(1) Trigonometrik fonksiyonların basitleştirilmesinden kaynaklanan model hatası.

(2) Sürtünme. Elmas yaprak yay dizisi ile montaj mili arasında sürtünme vardır.

(3) İşleme hatası. Kamışın gerçek boyutunda hatalar vs. var.

(4) Montaj hatası. Elmas şeklindeki yaprak yay dizisinin montaj deliği ile şaft arasındaki boşluk, test platformu cihazının montaj boşluğu vb.

4.5 Tipik bir sıfır sertlikte esnek menteşe ile performans karşılaştırması Literatürde [4], sıfır sertlikte esnek bir menteşe ZSFP_CAFP, Şekil 25'te gösterildiği gibi bir çapraz eksen bükülme pivotu (CAFP) kullanılarak oluşturulmuştur.

Sıfır sertlikte esnek menteşe ZSFP_IORFP'nin karşılaştırılması (Şekil 1). 21) ve ZSFP_CAFP (Şek. 25) iç ve dış halka esnek menteşeler kullanılarak yapılmıştır

(1) ZSFP_IORFP, yapı daha kompakttır.

(2) ZSFP_IORFP'nin köşe aralığı küçüktür. Köşe aralığı, esnek menteşenin köşe aralığı ile sınırlıdır; ZSFP_CAFP'nin köşe aralığı80°, ZSFP_IORFP köşe aralığı40°.

(3) ±18°Köşe aralığında, ZSFP_IORFP daha yüksek sıfır sertlik kalitesine sahiptir. ZSFP_CAFP'nin ortalama sertliği %87 oranında, ZSFP_IORFP'nin ortalama sertliği ise %93 oranında azaltılmıştır.

5 çözüm

Pozitif sertlik alt sistemi olarak iç ve dış halkaların esnek menteşelerini saf tork altında alarak, sıfır sertlikte esnek bir menteşe oluşturmak için aşağıdaki çalışma yapılmıştır.

(1) Negatif sertlikte bir dönme mekanizması önerin——Krank yayı mekanizması için, yapısal parametrelerin negatif sertlik özellikleri üzerindeki etkisini analiz etmek amacıyla bir model (Formül (6)) oluşturulmuş ve negatif sertlik özelliklerinin aralığı verilmiştir (Tablo 1).

(2) Pozitif ve negatif sertliklerin eşleştirilmesiyle krank yayı mekanizmasındaki yayın sertlik özellikleri (Denklem (16)) elde edilir ve yapısal parametrelerin etkisini analiz etmek için model (Denklem (19)) kurulur. Krank yayı mekanizmasının sıfır sertlikteki esnek menteşenin sıfır sertlik kalitesi üzerindeki etkisi Teorik olarak, iç ve dış halkaların esnek menteşesinin mevcut stroku içindeki etkisi (±20°), sertlikteki ortalama azalma %97'ye ulaşabilir.

(3) Özelleştirilebilir bir sertlik önerin“bahar”——Sertlik modelini (Denklem (23)) oluşturmak için elmas şeklinde bir yaprak yay dizisi oluşturulmuş ve sonlu elemanlar yöntemiyle doğrulanmıştır.

(4) Kompakt sıfır sertlikte esnek menteşe numunesinin tasarımı, işlenmesi ve testi tamamlandı. Test sonuçları şunu göstermektedir: saf torkun etkisi altında,36°Dönme açıları aralığında, iç ve dış halka esnek menteşelerle karşılaştırıldığında, sıfır sertlikteki esnek menteşenin sertliği ortalama %93 oranında azalır.

Oluşturulan sıfır sertlikte esnek menteşe yalnızca saf torkun etkisi altındadır ve bu da gerçekleşebilir“sıfır sertlik”, karmaşık yükleme koşullarını taşıma durumu dikkate alınmadan. Bu nedenle karmaşık yük koşulları altında sıfır sertlikte esnek menteşelerin yapımı ilerideki araştırmaların odak noktasıdır. Ayrıca sıfır sertlikteki esnek menteşelerin hareketi sırasında ortaya çıkan sürtünmenin azaltılması, sıfır sertlikteki esnek menteşeler için önemli bir optimizasyon yönüdür.

Referanslar

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

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, vb. Esnek menteşe mekanizmasının tasarım yöntemleri üzerine araştırma ilerlemesi[J]. Çin Makine Mühendisliği Dergisi, 2010, 46(13):2-13. Yu jin şampiyonu, PEI X U, BIS çağrısı, ETA yukarı. Eğilme Mekanizmaları için Tasarım Yönteminin En Son Teknolojileri[J]. Makine Mühendisliği Dergisi, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH FM, Herder JL. Genel Sıfır Sertliğe Uyumlu Bir Bağlantının Tasarımı[C]// ASME Uluslararası Tasarım Mühendisliği Konferansları. 2010:427-435.

[4] MERRIAM EG, Howell LL. Dönme bükülmelerinin statik dengelemesi için boyutsuz yaklaşım[J]. mekanizma & Makine Teorisi, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, ve diğerleri. Statik Olarak Dengelenmiş Uyumlu Mekanizmalar için Negatif Sertlik Yapı Taşları: Tasarım ve Test[J]. Mekanizmalar Dergisi & Robotik, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN BD, Howell LL. Çapraz eksenli eğilme pivotlarının modellenmesi[J]. Mekanizma ve makine teorisi, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Çapraz bükülme pivotlarının özellikleri ve şeritlerin kesiştiği noktanın etkisi[J]. Aeronautical Quarterly, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, yang Q, ETA. Ultra hassas aletlere uygulanan genelleştirilmiş üçlü çapraz yaylı bükülme pivotlarının tasarımı ve deneyi[J]. Bilimsel Cihazların İncelenmesi, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, vb. Genelleştirilmiş üç çapraz kamışlı esnek menteşenin[J] dönme sertliği özellikleri üzerine araştırma. Çin Makine Mühendisliği Dergisi, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I kelimesi, l IU Lang, BIS sesi, ETA. Genelleştirilmiş Üçlü-çapraz yaylı Eğilme Pivotlarının[J] Dönme Sertliği Karakterizasyonu. Makine Mühendisliği Dergisi, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Çapraz Yaylı Eğilme Pivotlarının Topoloji Yapısının Performans Karşılaştırması Araştırması[C]// ASME 2014 Uluslararası Tasarım Mühendisliği Teknik Konferansları ve Bilgisayarlar ve Mühendislikte Bilgi Konferansı, Ağustos 17–20, 2014, Buffalo, New York, ABD. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. İç sertliğin özellikleri–ultra hassas aletlere uygulanan dış halka bükülme pivotları[J]. ARŞİV Makine Mühendisleri Enstitüsü Bildirileri Bölüm C Makine Mühendisliği Bilim Dergisi 1989-1996 (cilt 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Uyumlu Mekanizmaların Statik Dengelenmesine İlişkin Kriterler[C]// ASME 2010 Uluslararası Tasarım Mühendisliği Teknik Konferansları ve Bilgisayarlar ve Mühendislikte Bilgi Konferansı, Ağustos 15–18, 2010, Montreal, Quebec, Kanada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. İki boyutlu kiriş bükülmeleri için genelleştirilmiş bir kısıtlama modeli: Doğrusal olmayan gerinim enerjisi formülasyonu[J]. Mekanik Tasarım Dergisi, 2010, 132: 81009.

Yazar hakkında: Bi Shusheng (sorumlu yazar), erkek, 1966 doğumlu, doktor, profesör, doktora danışmanı. Ana araştırma yönü tamamen esnek mekanizma ve biyonik robottur.