Nghiên cứu bản lề linh hoạt không có độ cứng dựa trên cơ cấu lò xo tay quay_Kiến thức về bản lề 1

Tóm tắt: Độ cứng quay của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 xấp xỉ bằng 0, khắc phục được khuyết điểm mà bản lề mềm thông thường yêu cầu mômen truyền động và có thể áp dụng cho các loại kẹp linh hoạt và các lĩnh vực khác. Lấy bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài dưới tác dụng của mô men thuần túy làm hệ con có độ cứng dương, nghiên cứu Cơ chế độ cứng âm và độ cứng dương và độ cứng âm phù hợp có thể tạo ra bản lề mềm có độ cứng bằng 0. Đề xuất cơ chế quay độ cứng âm——Cơ cấu lò xo tay quay, mô hình hóa và phân tích đặc tính độ cứng âm của nó; bằng cách so sánh độ cứng dương và âm, phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu cơ cấu lò xo trục khuỷu đến chất lượng độ cứng bằng 0; đề xuất một lò xo tuyến tính có độ cứng và kích thước có thể tùy chỉnh——Dây lò xo lá hình kim cương, mô hình độ cứng được thiết lập và thực hiện kiểm chứng mô phỏng phần tử hữu hạn; cuối cùng, việc thiết kế, xử lý và thử nghiệm một mẫu bản lề linh hoạt nhỏ gọn không độ cứng đã hoàn thành. Kết quả thử nghiệm cho thấy: dưới tác dụng của mô men xoắn thuần túy,±18°Trong phạm vi góc quay, độ cứng quay của bản lề linh hoạt không có độ cứng trung bình thấp hơn 93% so với bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài. Bản lề linh hoạt không độ cứng được chế tạo có cấu trúc nhỏ gọn và độ cứng không độ cứng chất lượng cao; cơ chế quay có độ cứng âm được đề xuất và lò xo tuyến tính có giá trị tham khảo lớn cho việc nghiên cứu cơ chế đàn hồi.

0 lời nói đầu

Bản lề linh hoạt (ổ trục)

^[1-2]

Dựa vào biến dạng đàn hồi của bộ phận linh hoạt để truyền hoặc chuyển đổi chuyển động, lực và năng lượng, nó đã được sử dụng rộng rãi trong định vị chính xác và các lĩnh vực khác. So với vòng bi cứng truyền thống, có một mômen phục hồi khi bản lề linh hoạt quay. Do đó, bộ truyền động cần cung cấp mô-men xoắn đầu ra để dẫn động và giữ cho bản lề quay linh hoạt. Bản lề linh hoạt không có độ cứng

^[3]

(Trục uốn có độ cứng bằng 0, ZSFP) là khớp quay linh hoạt có độ cứng quay xấp xỉ bằng 0. Loại bản lề linh hoạt này có thể nằm ở bất kỳ vị trí nào trong phạm vi hành trình hay còn gọi là bản lề linh hoạt cân bằng tĩnh

^[4]

, chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực như dụng cụ kẹp linh hoạt.

Dựa trên khái niệm thiết kế mô-đun của cơ chế linh hoạt, toàn bộ hệ thống bản lề linh hoạt không có độ cứng có thể được chia thành hai hệ thống con có độ cứng dương và âm, và hệ thống có độ cứng bằng 0 có thể được hiện thực hóa thông qua việc kết hợp độ cứng dương và âm

^[5]

. Trong số đó, hệ thống con độ cứng dương thường là bản lề linh hoạt hành trình lớn, chẳng hạn như bản lề linh hoạt chéo

^[6-7]

, bản lề linh hoạt ba chữ thập tổng quát

^[8-9]

và bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài

^[10-11]

Vv. Hiện nay, việc nghiên cứu bản lề mềm đã đạt được rất nhiều kết quả, do đó, mấu chốt để thiết kế bản lề mềm không độ cứng là phải ghép các module độ cứng âm phù hợp cho bản lề mềm[3].

Bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài (trục uốn cong vòng trong và vòng ngoài, IORFP) có các đặc tính tuyệt vời về độ cứng, độ chính xác và độ lệch nhiệt độ. Mô-đun độ cứng âm phù hợp cung cấp phương pháp xây dựng bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0 và cuối cùng hoàn thành việc thiết kế, xử lý mẫu và thử nghiệm bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0.

Cơ cấu lò xo 1 tay quay

1.1 Định nghĩa độ cứng âm

Định nghĩa chung về độ cứng K là tốc độ thay đổi giữa tải trọng F do phần tử đàn hồi chịu và biến dạng tương ứng dx

K= dF/dx (1)

Khi cấp tải trọng của phần tử đàn hồi ngược dấu với cấp số biến dạng tương ứng thì đó là độ cứng âm. Về mặt vật lý, độ cứng âm tương ứng với độ mất ổn định tĩnh của phần tử đàn hồi

^[12]

.Cơ chế độ cứng âm đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực cân bằng tĩnh linh hoạt. Thông thường, cơ chế độ cứng âm có các đặc điểm sau.

(1) Cơ cấu dự trữ một lượng năng lượng nhất định hoặc trải qua một biến dạng nhất định.

(2) Cơ chế ở trạng thái mất ổn định tới hạn.

(3) Khi cơ cấu bị xáo trộn nhẹ và rời khỏi vị trí cân bằng, nó có thể giải phóng một lực lớn hơn cùng hướng với chuyển động.

1.2 Nguyên lý cấu tạo của bản lề mềm không độ cứng

Bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0 có thể được chế tạo bằng cách sử dụng kết hợp độ cứng dương và âm và nguyên lý được thể hiện trên Hình 2.

(1) Dưới tác dụng của mô men thuần túy, bản lề mềm của vòng trong và vòng ngoài có mối quan hệ mômen xoắn-góc quay gần như tuyến tính, như minh họa trên Hình 2a. Đặc biệt, khi điểm giao nhau nằm ở 12,73% chiều dài sậy thì mối quan hệ mô men-góc quay là tuyến tính

^[11]

, lúc này, mômen phục hồi Mpivot (theo chiều kim đồng hồ) của bản lề mềm có liên quan đến góc quay của ổ trụcθ(ngược chiều kim đồng hồ) mối quan hệ là

Mpivot=(8EI/L)θ (2)

Trong công thức, E là mô đun đàn hồi của vật liệu, L là chiều dài của sậy và I là mômen quán tính của tiết diện.

(2) Theo mô hình độ cứng quay của bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài, cơ cấu quay có độ cứng âm được khớp và các đặc tính độ cứng âm của nó được thể hiện trên Hình 2b.

(3) Xét về tính không ổn định của cơ chế độ cứng âm

^[12]

, độ cứng của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 phải xấp xỉ bằng 0 và lớn hơn 0, như trong Hình 2c.

1.3 Định nghĩa cơ cấu lò xo trục khuỷu

Theo tài liệu [4], bản lề mềm có độ cứng bằng 0 có thể được chế tạo bằng cách đưa một lò xo biến dạng trước vào giữa phần thân cứng chuyển động và phần thân cứng cố định của bản lề linh hoạt. Đối với bản lề linh hoạt của vòng trong và vòng ngoài được thể hiện trên Fig. 1, một lò xo được đưa vào giữa vòng trong và vòng ngoài, tức là, một cơ cấu tay quay lò xo (SCM) được đưa vào. Xét cơ cấu con trượt tay quay trên hình 3, các thông số liên quan của cơ cấu lò xo trục khuỷu được thể hiện trên hình 4. Cơ cấu lò xo tay quay gồm có một tay quay và một lò xo (đặt độ cứng là k). góc ban đầu là góc xen giữa tay quay AB và đế AC khi lò xo không bị biến dạng. R đại diện cho chiều dài tay quay, l đại diện cho chiều dài cơ sở và xác định tỷ lệ chiều dài tay quay là tỷ số giữa r và l, I.e. = r/l (0<<1).

Việc xây dựng cơ cấu lò xo trục khuỷu cần xác định 4 thông số: chiều dài đáy l, tỷ số chiều dài tay quay, góc ban đầu và độ cứng lò xo K.

Biến dạng của cơ cấu lò xo trục khuỷu dưới tác dụng của lực được thể hiện trên Hình 5a, tại thời điểm M

_γ

Dưới tác dụng, tay quay chuyển động từ vị trí ban đầu AB

_{bản thử nghiệm}

chuyển sang AB

_γ

, trong quá trình quay, góc xen giữa của tay quay so với vị trí nằm ngang

_γ

gọi là góc quay.

Phân tích định tính cho thấy tay quay quay từ AB (vị trí ban đầu M & gamma; Không) đến AB0 (“điểm chết”vị trí, M

_γ

bằng 0), cơ cấu lò xo trục khuỷu có biến dạng với đặc tính độ cứng âm.

1.4 Mối liên hệ giữa mô men xoắn và góc quay của cơ cấu lò xo trục khuỷu

Trong bộ lễ phục. 5, mô-men xoắn M & gamma; theo chiều kim đồng hồ là dương, góc quay & gamma; ngược chiều kim đồng hồ là dương và mô men tải M được mô hình hóa và phân tích dưới đây.

_γ

với góc quay

_γ

Mối quan hệ giữa quá trình mô hình hóa được định hướng.

Như trên hình 5b, phương trình cân bằng mômen cho tay quay AB & gamma được liệt kê.

Trong công thức, F & gamma; là lực phục hồi của lò xo, d & gamma; là F & gamma; đến điểm A Giả sử quan hệ chuyển vị - tải trọng của lò xo là

Trong công thức, K là độ cứng của lò xo (không nhất thiết phải là giá trị không đổi),δ

xγ

là độ biến dạng của lò xo (rút gọn về dương),δ

xγ

=|B

_{bản thử nghiệm}

C| – |B

_γ

C|.

Loại đồng thời (3)(5), mô men M

_γ

với góc

_γ

Mối quan hệ là

1.5 Phân tích đặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu

Để thuận tiện cho việc phân tích các đặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu (mômen M

_γ

với góc

_γ

mối quan hệ), có thể giả sử rằng lò xo có độ cứng dương tuyến tính thì công thức (4) có thể được viết lại thành

Trong công thức, Kconst là hằng số lớn hơn 0. Sau khi xác định được kích thước của bản lề mềm thì chiều dài l của đế cũng được xác định. Do đó, giả sử l là hằng số, công thức (6) có thể được viết lại thành

trong đó Kconstl2 là hằng số lớn hơn 0 và hệ số mô men m & gamma; có chiều là một. Đặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu có thể thu được bằng cách phân tích mối quan hệ giữa hệ số mô men xoắn m & gamma; và góc quay & gama.

Từ phương trình (9), Hình 6 cho thấy góc ban đầu =π mối quan hệ giữa tôi & gamma; và tỷ lệ chiều dài tay quay và góc quay & gama;, & isin;[0,1, 0,9],& gamma;& isin;[0, π]. Hình 7 thể hiện mối quan hệ giữa m & gamma; và góc quay & gamma; với = 0,2 và khác nhau. Hình 8 cho thấy =π Khi, dưới sự khác nhau, mối quan hệ giữa m & gamma; và góc & gama.

Theo định nghĩa cơ cấu lò xo trục khuỷu (mục 1.3) và công thức (9) khi k và l không đổi thì m & gamma; Chỉ liên quan đến góc & gamma;, tỷ số chiều dài tay quay và góc ban đầu tay quay.

(1) Nếu và chỉ nếu & gamma; bằng 0 hoặcπ hoặc, tôi & gamma; bằng 0; & gamma; & isin;[0, ],m & gamma; lớn hơn 0; & gamma; & trong;[π],m & gamma; ít hơn không. & isin;[0, ],m & gamma; lớn hơn 0; & gamma;& trong;[π],m & gamma; ít hơn không.

(2) & gamma; Khi [0, ], góc quay & gamma; tăng lên, m & gamma; tăng từ 0 đến góc điểm uốn & gamma;0 lấy giá trị lớn nhất m & gamma;max, sau đó giảm dần.

(3) Dải đặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu: & gamma;& isin;[0, & gamma;0], tại thời điểm này & gamma; tăng (ngược chiều kim đồng hồ) và mô-men xoắn M & gamma; tăng (theo chiều kim đồng hồ). Góc điểm uốn & gamma;0 là góc quay cực đại của đặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu và & gamma;0 & isin;[0, ];m & gamma;max là hệ số mômen âm cực đại. Cho và , đạo hàm của phương trình (9) mang lại & gamma;0

(4) góc ban đầu càng lớn, & gamma; số 0 càng lớn, m

_{γtối đa}

to hơn.

(5) tỷ lệ chiều dài càng lớn, & gamma; số 0 nhỏ hơn, m

_{γtối đa}

to hơn.

Đặc biệt, =πĐặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu là tốt nhất (phạm vi góc độ cứng âm lớn và mô-men xoắn có thể cung cấp lớn). =πĐồng thời, trong các điều kiện khác nhau, góc quay tối đa & gamma của đặc tính độ cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu; 0 và hệ số mômen âm cực đại m & gamma; Max được liệt kê trong bảng 1.

2 Cấu tạo bản lề mềm không độ cứng

Sự phối hợp độ cứng dương và âm của hình 2.1 được thể hiện trên Hình 9, n(n 2) nhóm cơ cấu lò xo trục khuỷu song song phân bố đều xung quanh chu vi, tạo thành cơ cấu độ cứng âm khớp với bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài.

Sử dụng bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài làm hệ thống con có độ cứng dương, xây dựng bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0. Để đạt được độ cứng bằng 0, hãy kết hợp độ cứng dương và âm

đồng thời (2), (3), (6), (11) và & gama;=θ, tải F & có thể thu được gamma của lò xo; và sự dịch chuyểnδMối quan hệ của x & gamma; là

Theo mục 1.5, phạm vi góc cứng âm của cơ cấu lò xo trục khuỷu: & gamma;& isin;[0, & gamma;0] và & gamma;0 & isin;[0, ], hành trình của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 sẽ nhỏ hơn & gamma;0, tôi.e. lò xo luôn ở trạng thái biến dạng (δxγ≠0). Phạm vi quay của bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài là±0,35 rad(±20°), đơn giản hóa các hàm lượng giác sin & gamma; và vì & gamma; như sau

Sau khi đơn giản hóa, mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của lò xo

2.2 Phân tích lỗi của mô hình so sánh độ cứng dương và âm

Đánh giá sai số do việc xử lý đơn giản phương trình (13). Theo thông số gia công thực tế của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 (Mục 4.2):n = 3,l = 40mm, =π, = 0,2,E = 73 GPa; Kích thước của bản lề mềm vòng trong và ngoài L = 46mm,T = 0,3mm,W = 9,4mm; Công thức so sánh (12) và (14) đơn giản hóa mối quan hệ chuyển vị tải trọng và sai số tương đối của lò xo trước và lò xo sau như trên Hình 10a và 10b tương ứng.

Như thể hiện trong Hình 10, & gamma; nhỏ hơn 0,35 rad (20°), sai số tương đối do xử lý đơn giản đối với đường cong chuyển vị tải không vượt quá 2,0% và công thức

Cách xử lý đơn giản của (13) có thể được sử dụng để chế tạo bản lề mềm có độ cứng bằng 0.

2.3 Đặc tính độ cứng của lò xo

Giả sử độ cứng của lò xo là K thì đồng thời (3), (6), (14)

Theo thông số gia công thực tế của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 (Mục 4.2), đường cong thay đổi độ cứng lò xo K theo góc & gamma; được thể hiện trong Hình 11. Đặc biệt, khi & gamma;= 0, K lấy giá trị nhỏ nhất.

Để thuận tiện cho việc thiết kế và gia công, lò xo sử dụng lò xo có độ cứng dương tuyến tính và độ cứng là Kconst. Trong toàn bộ hành trình, nếu tổng độ cứng của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 lớn hơn hoặc bằng 0 thì Kconst lấy giá trị nhỏ nhất là K

Phương trình (16) là giá trị độ cứng của lò xo có độ cứng dương tuyến tính khi thi công bản lề mềm có độ cứng bằng 0. 2.4 Phân tích chất lượng độ cứng bằng không Mối quan hệ tải trọng-chuyển vị của bản lề mềm có độ cứng bằng không được chế tạo là

Có thể thu được đồng thời công thức (2), (8), (16)

Để đánh giá chất lượng độ cứng bằng 0, phạm vi giảm độ cứng bản lề linh hoạt trước và sau khi thêm mô đun độ cứng âm được xác định là hệ số chất lượng độ cứng bằng 0.η

η Càng gần 100% thì chất lượng độ cứng bằng 0 càng cao. Hình 12 là 1-η Mối liên hệ với tỷ số chiều dài tay quay và góc ban đầu η Nó không phụ thuộc vào số n của cơ cấu lò xo trục khuỷu song song và chiều dài l của đế mà chỉ liên quan đến tỉ số chiều dài tay quay, góc quay & gamma; và góc ban đầu .

(1) Góc ban đầu tăng lên và chất lượng độ cứng bằng 0 được cải thiện.

(2) Tỷ lệ chiều dài tăng và chất lượng độ cứng bằng 0 giảm.

(3) Góc & gamma; tăng, chất lượng độ cứng bằng 0 giảm.

Để cải thiện chất lượng độ cứng bằng 0 của bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0, góc ban đầu phải lấy giá trị lớn hơn; tỷ lệ chiều dài tay quay phải càng nhỏ càng tốt. Đồng thời, theo kết quả phân tích ở Mục 1.5, nếu quá nhỏ thì khả năng cơ cấu lò xo trục khuỷu tạo ra độ cứng âm sẽ yếu. Để cải thiện chất lượng độ cứng bằng 0 của bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0, góc ban đầu =π, tỷ lệ chiều dài tay quay = 0,2, tức là các thông số xử lý thực tế của phần 4.2 bản lề mềm có độ cứng bằng không.

Theo thông số gia công thực tế của bản lề mềm không độ cứng (Phần 4.2), mối quan hệ góc mô-men xoắn giữa bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài với bản lề mềm không độ cứng được thể hiện trên Hình 13; độ cứng giảm là hệ số chất lượng độ cứng bằng khôngηMối quan hệ với góc & gamma; được thể hiện trong Hình 14. Theo hình 14: Trong 0,35 rad (20°) phạm vi quay, độ cứng của bản lề mềm không có độ cứng giảm trung bình 97%; 0,26 rad(15°) ở các góc thì nó giảm đi 95%.

3 Thiết kế lò xo có độ cứng dương tuyến tính

Việc xây dựng bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0 thường là sau khi xác định kích thước và độ cứng của bản lề linh hoạt, sau đó độ cứng của lò xo trong cơ cấu lò xo trục khuỷu được đảo ngược, do đó yêu cầu về độ cứng và kích thước của lò xo tương đối nghiêm ngặt. Ngoài ra góc ban đầu =π, từ Hình 5a, trong quá trình quay của bản lề mềm không có độ cứng, lò xo luôn ở trạng thái bị nén, nghĩa là“Lò xo nén”.

Độ cứng và kích thước của lò xo nén truyền thống rất khó tùy chỉnh chính xác và cơ chế dẫn hướng thường được yêu cầu trong các ứng dụng. Vì vậy, một lò xo có độ cứng và kích thước có thể tùy chỉnh được đề xuất——Dây lò xo lá hình kim cương. Dây lò xo lá hình kim cương (Hình 15) được cấu tạo từ nhiều lò xo lá hình kim cương nối tiếp nhau. Nó có các đặc điểm của thiết kế cấu trúc tự do và mức độ tùy biến cao. Công nghệ xử lý của nó phù hợp với công nghệ xử lý bản lề linh hoạt và cả hai đều được xử lý bằng cách cắt dây chính xác.

3.1 Mô hình chuyển tải của dây lò xo lá hình kim cương

Do tính đối xứng của lò xo lá hình thoi nên chỉ cần phân tích ứng suất trên một lò xo lá, như trên Hình 16. α là góc giữa lưỡi sàng và phương ngang, chiều dài, chiều rộng và chiều dày của lưỡi lần lượt là Ld, Wd, Td, f là tải trọng thống nhất về kích thước tác dụng lên lò xo lá hình thoi,δy là biến dạng của lò xo lá hình thoi theo phương y, lực fy và mômen m là tải trọng tương đương tác dụng lên đầu một cây sậy, fv và fw là các thành phần lực của fy trong hệ tọa độ wov.

Theo lý thuyết biến dạng chùm tia của AWTAR[13], mối quan hệ chuyển vị tải trọng thống nhất theo chiều của sậy đơn

Do mối quan hệ ràng buộc của thân cứng với cây sậy, góc cuối của cây sậy trước và sau khi biến dạng bằng 0, nghĩa làθ = 0. Đồng thời (20)(22)

Phương trình (23) là mô hình thống nhất chiều chuyển tải và chuyển vị của lò xo lá hình thoi. n2 lò xo lá hình thoi được mắc nối tiếp và mô hình chuyển vị tải của nó là

Từ công thức (24), khiαKhi d nhỏ, độ cứng của dây lò xo lá hình kim cương gần như tuyến tính dưới các kích thước điển hình và tải trọng điển hình.

3.2 Kiểm chứng mô phỏng phần tử hữu hạn của mô hình

Việc kiểm chứng mô phỏng phần tử hữu hạn của mô hình chuyển vị tải của lò xo lá dạng kim cương được thực hiện. Sử dụng ANSYS Mechanical APDL 15.0, các thông số mô phỏng được trình bày trong Bảng 2 và áp suất 8 N được đặt vào lò xo lá hình kim cương.

Việc so sánh giữa kết quả mô hình và kết quả mô phỏng mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của lò xo lá hình thoi được thể hiện trên hình 2. 17 (chiều hóa). Đối với bốn lò xo lá hình thoi có góc nghiêng khác nhau, sai số tương đối giữa mô hình và kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn không vượt quá 1,5%. Tính đúng đắn và chính xác của mô hình (24) đã được kiểm chứng.

4 Thiết kế và thử nghiệm bản lề mềm không có độ cứng

4.1 Thiết kế thông số bản lề mềm không độ cứng

Để thiết kế bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0, trước tiên các thông số thiết kế của bản lề linh hoạt phải được xác định theo các điều kiện sử dụng, sau đó phải tính toán nghịch đảo các thông số liên quan của cơ cấu lò xo trục khuỷu.

4.1.1 Thông số bản lề mềm

Điểm giao nhau của bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài nằm ở 12,73% chiều dài sậy và các thông số của nó được thể hiện trong Bảng 3. Thay thế vào phương trình (2), mối quan hệ mô-men xoắn-góc quay của bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài là

4.1.2 Thông số cơ chế độ cứng âm

Như thể hiện trong hình. 18, lấy số n của cơ cấu lò xo trục khuỷu song song là 3 thì chiều dài l = 40 mm được xác định bằng kích thước bản lề mềm. theo kết luận mục 2.4 thì góc ban đầu =π, tỉ số chiều dài tay quay = 0,2. Theo phương trình (16), độ cứng của lò xo (I .e. dây lò xo lá kim cương) là Kconst = 558,81 N/m (26)

4.1.3 Thông số dây lò xo lá kim cương

bởi l = 40mm, =π, = 0,2 thì chiều dài ban đầu của lò xo là 48 mm và độ biến dạng lớn nhất (& gamma;= 0) là 16 mm. Do những hạn chế về kết cấu, một lò xo lá hình thoi đơn lẻ khó có thể tạo ra biến dạng lớn như vậy. Sử dụng bốn lò xo lá hình thoi mắc nối tiếp (n2 = 4) thì độ cứng của lò xo lá hình thoi đơn là

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

Theo kích thước của cơ cấu độ cứng âm (Hình 18), cho chiều dài, chiều rộng và góc nghiêng của lưỡi nhíp của lò xo lá hình kim cương, có thể suy ra lưỡi dao từ công thức (23) và công thức độ cứng (27) của Độ dày của lò xo lá hình kim cương. Các thông số kết cấu của lò xo lá hình thoi được liệt kê trong Bảng 4.

bề mặt4

Tóm lại, các thông số của bản lề mềm không độ cứng theo cơ cấu lò xo trục khuỷu đều đã được xác định như ở Bảng 3 và Bảng 4.

4.2 Thiết kế và xử lý mẫu bản lề mềm không có độ cứng Tham khảo tài liệu [8] để biết phương pháp xử lý và thử nghiệm bản lề mềm. Bản lề linh hoạt không có độ cứng bao gồm cơ chế độ cứng âm và bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài song song. Thiết kế kết cấu được thể hiện trong Hình 19.

Cả bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài cũng như dây lò xo lá hình kim cương đều được xử lý bằng máy công cụ cắt dây chính xác. Bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài được xử lý và lắp ráp thành từng lớp. Hình 20 là hình ảnh vật lý của ba bộ dây lò xo lá hình kim cương và Hình 21 là hình ảnh vật lý không có độ cứng được lắp ráp của mẫu bản lề linh hoạt.

4.3 Bệ thử độ cứng quay của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 Tham khảo phương pháp thử độ cứng quay trong [8], bệ thử độ cứng quay của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 được chế tạo như trên Hình 22.

4.4 Xử lý dữ liệu thực nghiệm và phân tích lỗi

Độ cứng quay của bản lề mềm vòng trong và vòng ngoài cũng như bản lề mềm có độ cứng bằng 0 đã được thử nghiệm trên bệ thử nghiệm và kết quả thử nghiệm được thể hiện trên Hình 23. Tính toán và vẽ đường cong chất lượng độ cứng bằng không của bản lề mềm không độ cứng theo công thức (19) như hình vẽ. 24.

Kết quả thử nghiệm cho thấy độ cứng quay của bản lề mềm có độ cứng bằng 0 gần bằng 0. So với bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài, bản lề linh hoạt không có độ cứng±0,31 rad(18°) độ cứng giảm trung bình 93%; 0,26 rad (15°), độ cứng giảm đi 90%.

Như được hiển thị trong Hình 23 và 24, vẫn có một khoảng cách nhất định giữa kết quả thử nghiệm chất lượng độ cứng bằng 0 và kết quả mô hình lý thuyết (sai số tương đối nhỏ hơn 15%), và nguyên nhân chính gây ra sai số như sau.

(1) Lỗi mô hình do đơn giản hóa các hàm lượng giác.

(2) Ma sát. Có ma sát giữa dây lò xo lá kim cương và trục lắp.

(3) Lỗi xử lý. Có sai sót về kích thước thực tế của sậy, v.v.

(4) Lỗi lắp ráp. Khe hở giữa lỗ lắp đặt của dây lò xo lá hình kim cương và trục, khe hở lắp đặt của thiết bị bệ thử, v.v.

4.5 So sánh hiệu suất với bản lề mềm không độ cứng điển hình Trong tài liệu [4], bản lề mềm không độ cứng ZSFP_CAFP được chế tạo bằng cách sử dụng trục uốn chéo trục (CAFP), như trong Hình 25.

So sánh bản lề linh hoạt không độ cứng ZSFP_IORFP (Hình 2). 21) và ZSFP_CAFP (Hình. 25) được chế tạo bằng cách sử dụng bản lề mềm của vòng trong và vòng ngoài

(1) ZSFP_IORFP, cấu trúc nhỏ gọn hơn.

(2) Phạm vi góc của ZSFP_IORFP nhỏ. Phạm vi góc bị giới hạn bởi phạm vi góc của bản lề linh hoạt; phạm vi góc của ZSFP_CAFP80°, phạm vi góc ZSFP_IORFP40°.

(3) ±18°Trong phạm vi các góc, ZSFP_IORFP có chất lượng độ cứng bằng 0 cao hơn. Độ cứng trung bình của ZSFP_CAFP giảm 87% và độ cứng trung bình của ZSFP_IORFP giảm 93%.

5 Phần kết luận

Lấy bản lề linh hoạt của vòng trong và vòng ngoài dưới tác dụng của mômen thuần túy làm hệ con có độ cứng dương, công việc sau đây đã được thực hiện để chế tạo một bản lề linh hoạt có độ cứng bằng 0.

(1) Đề xuất cơ chế quay độ cứng âm——Đối với cơ cấu lò xo trục khuỷu, một mô hình (Công thức (6)) đã được thiết lập để phân tích ảnh hưởng của các tham số kết cấu đến đặc tính độ cứng âm của nó và phạm vi đặc tính độ cứng âm của nó được đưa ra (Bảng 1).

(2) Bằng cách so sánh độ cứng dương và âm, thu được đặc tính độ cứng của lò xo trong cơ cấu lò xo trục khuỷu (Công thức (16)) và thiết lập mô hình (Công thức (19)) để phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu của cơ cấu lò xo trục khuỷu đối với độ cứng bằng không chất lượng của bản lề mềm có độ cứng bằng không Ảnh hưởng, về mặt lý thuyết, trong hành trình sẵn có của bản lề mềm của vòng trong và vòng ngoài (±20°), mức giảm độ cứng trung bình có thể đạt tới 97%.

(3) Đề xuất độ cứng tùy chỉnh“Mùa Xuân”——Một dây lò xo lá hình kim cương được thiết lập để thiết lập mô hình độ cứng của nó (Công thức (23)) và được kiểm chứng bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

(4) Hoàn thành việc thiết kế, xử lý và thử nghiệm mẫu bản lề mềm có độ cứng bằng 0 nhỏ gọn. Kết quả thử nghiệm cho thấy: dưới tác dụng của mô men xoắn thuần túy,36°Trong phạm vi góc quay, so với bản lề linh hoạt vòng trong và vòng ngoài, độ cứng của bản lề linh hoạt không có độ cứng giảm trung bình 93%.

Bản lề linh hoạt không có độ cứng được chế tạo chỉ dưới tác động của mô-men xoắn thuần túy, có thể nhận ra“độ cứng bằng không”, mà không xét đến trường hợp chịu tải có điều kiện phức tạp. Vì vậy, việc chế tạo bản lề mềm không có độ cứng trong điều kiện tải trọng phức tạp là trọng tâm của các nghiên cứu tiếp theo. Ngoài ra, việc giảm ma sát tồn tại trong quá trình chuyển động của bản lề mềm không độ cứng là một hướng tối ưu hóa quan trọng cho bản lề mềm không độ cứng.

người giới thiệu

[1] HOWELL L L. Cơ chế tuân thủ [M]. New York: John Wiley&Con trai, Inc, 2001.

[2] Yu Jingjun, Pei Xu, Bi Shusheng, v.v. Tiến độ nghiên cứu các phương pháp thiết kế cơ cấu bản lề mềm[J]. Tạp chí Cơ khí Trung Quốc, 2010, 46(13):2-13. Nhà vô địch Yu jin, PEI X U, BIS gọi, ETA tăng. Phương pháp thiết kế tiên tiến nhất cho cơ cấu uốn [J]. Tạp chí Cơ khí, 2010, 46(13):2-13.

[3] MORSCH F M, Herder J L. Thiết kế của một khớp nối chung không có độ cứng [C]// Hội nghị kỹ thuật thiết kế quốc tế ASME. 2010:427-435.

[4] MERRIAM EG, Howell L L. Phương pháp không thứ nguyên để cân bằng tĩnh các uốn cong quay [J]. cơ chế & Lý thuyết máy, 2015, 84(84):90-98.

[5] HOETMER K, Woo G, Kim C, và những người khác. Các khối xây dựng độ cứng tiêu cực cho các cơ chế tuân thủ cân bằng tĩnh: Thiết kế và thử nghiệm[J]. Tạp chí cơ chế & Người máy, 2010, 2(4):041007.

[6] JENSEN B D, Howell L L. Mô hình hóa các trục uốn ngang trục [J]. Cơ chế và lý thuyết máy, 2002, 37(5):461-476.

[7] WITTRICK W H. Các đặc tính của trục uốn chéo và ảnh hưởng của điểm mà các dải cắt nhau[J]. Tạp chí Hàng không Hàng quý, 1951, II: 272-292.

[8] l IU l, BIS, dương Q, ETA. Thiết kế và thử nghiệm các trục uốn ba lò xo chéo tổng quát áp dụng cho các dụng cụ siêu chính xác[J]. Tạp chí Dụng cụ Khoa học, 2014, 85(10): 105102.

[9] Yang Qizi, Liu Lang, Bi Shusheng, v.v. Nghiên cứu đặc tính độ cứng quay của bản lề mềm sậy ba chữ thập tổng quát[J]. Tạp chí Cơ khí Trung Quốc, 2015, 51(13): 189-195.

yang Q I word, l IU Lang, BIS voice, ETA. Đặc tính độ cứng quay của các trục uốn cong ba lò xo chéo tổng quát [J]. Tạp chí Cơ khí, 2015, 51(13):189-195.

[10] l IU l, Zhao H, BIS, ETA. Nghiên cứu so sánh hiệu suất của cấu trúc cấu trúc liên kết của các trục uốn cong qua lò xo [C]// Hội nghị kỹ thuật kỹ thuật thiết kế quốc tế ASME 2014 và Hội nghị máy tính và thông tin trong kỹ thuật, tháng 8 17–Ngày 20 tháng 1 năm 2014, Buffalo, New York, Hoa Kỳ. ASME, 2014 : V05AT08A025.

[11] l IU l, BIS, yang Q. Đặc tính độ cứng của bên trong–trục uốn vòng ngoài được áp dụng cho các dụng cụ siêu chính xác[J]. LƯU TRỮ Kỷ yếu của Viện Kỹ sư Cơ khí Phần C Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Cơ khí 1989-1996 (tập 203-210), 2017:095440621772172.

[12] SANCHEZ J A G. Tiêu chí cân bằng tĩnh của các cơ chế tuân thủ[C]// Hội nghị kỹ thuật kỹ thuật thiết kế quốc tế ASME 2010 và Hội nghị máy tính và thông tin trong kỹ thuật, tháng 8 15–Ngày 18 tháng 1 năm 2010, Montréal, Québec, Canada. ASME, 2010:465-473.

[13] AWTAR S, Sen S. Một mô hình ràng buộc tổng quát cho sự uốn cong của chùm tia hai chiều: Công thức năng lượng biến dạng phi tuyến [J]. Tạp chí Thiết kế Cơ khí, 2010, 132: 81009.

Thông tin về tác giả: Bi Shusheng (tác giả tương ứng), nam, sinh năm 1966, bác sĩ, giáo sư, người hướng dẫn tiến sĩ. Hướng nghiên cứu chính của ông là cơ chế hoàn toàn linh hoạt và robot sinh học.