В машиностроении податливый механизм — это гибкий механизм , который обеспечивает передачу силы и движения посредством упругой деформации тела . Он получает часть или все свое движение от относительной гибкости своих элементов, а не только от жестких соединений тела . Они могут быть монолитными (цельными) или бесшарнирными конструкциями. Некоторые распространенные устройства, которые используют податливые механизмы, — это защелки для рюкзаков и скрепки для бумаг. Одним из старейших примеров использования податливых структур является лук и стрела . [1] Податливые механизмы, изготовленные в плоскости, которые имеют движение, исходящее из указанной плоскости, известны как пластинчатые механизмы или ЛЭМ.
Проектирование совместимых механизмов продолжает оставаться активной областью исследований в середине 2020-х годов. [2] Было разработано много методов для проектирования совместимых механизмов, в целом, в двух категориях: [3]
Кинематический синтез рассматривает податливые механизмы как дискретные комбинации жестких и податливых элементов.
Самый ранний кинематический подход основан на модели механизма псевдожесткого тела . [1] В этой модели гибкие сегменты моделируются как жесткие звенья , соединенные с вращательными соединениями с помощью торсионных пружин . Другие структуры могут быть смоделированы как комбинация жестких звеньев, пружин и амортизаторов . [3] [4]
В топологии свободы и ограничений (FACT) и синтезе на основе теории винтов сначала определяются и анализируются основные совместимые элементы по степени их ограничений, а затем они используются для построения сложных совместимых механизмов.
Эти подходы рассматривают всю структуру механизма как одно податливое тело. Вычислительные методы используются для оптимизации топологии структуры. Ожидаемая нагрузка и желаемое движение и передача силы являются входными данными, и система оптимизируется для веса, точности и минимальных напряжений . Более продвинутые методы сначала оптимизируют базовую конфигурацию связей, а затем оптимизируют топологию вокруг этой конфигурации. [ необходима цитата ] Другие методы оптимизации фокусируются на оптимизации топологии гибких соединений, принимая в качестве входных данных жесткий механизм и заменяя все жесткие соединения оптимизированными гибкими соединениями. [4] Чтобы предсказать поведение структуры, выполняется анализ напряжений методом конечных элементов для поиска деформации и напряжений по всей структуре.
Совместимые структуры часто создаются как альтернатива аналогичным механизмам, которые используют несколько частей. Существует два основных преимущества использования совместимых механизмов:
Полный диапазон механизма зависит от материала и геометрии конструкции; из-за природы гибких соединений ни один чисто податливый механизм не может достичь непрерывного движения, как в обычном соединении. Кроме того, силы, прилагаемые механизмом, ограничены нагрузками, которые структурные элементы могут выдержать без отказа. Из-за формы гибких соединений они, как правило, являются местами концентрации напряжений. Это, в сочетании с тем фактом, что механизмы имеют тенденцию выполнять циклическое или периодическое движение, может вызвать усталость и в конечном итоге отказ конструкции. Кроме того, поскольку часть или вся входная энергия хранится в конструкции в течение некоторого времени, не вся эта энергия высвобождается обратно, как хотелось бы. Однако это может быть желательным свойством для добавления демпфирования в систему. [1]
Некоторые из самых старых применений податливых структур датируются несколькими тысячелетиями. Одним из самых старых примеров является лук и стрела. Некоторые конструкции катапульт также использовали гибкость руки для хранения и высвобождения энергии для запуска снаряда на большие расстояния. [1] Податливые механизмы используются в различных областях, таких как адаптивные структуры и биомедицинские устройства. Податливые механизмы могут использоваться для создания самоадаптирующихся механизмов , обычно используемых для захвата в робототехнике. [5] [6] Поскольку роботы требуют высокой точности и имеют ограниченный диапазон, были проведены обширные исследования податливых механизмов роботов. Микроэлектромеханические системы являются одним из основных применений податливых механизмов. Эти системы выигрывают от отсутствия необходимой сборки и простой плоской формы структуры, которую можно легко изготовить с помощью фотолитографии . [7]
Гибкий привод или упругий привод , часто используемый для соединения электродвигателя с машиной (например, насосом ), является одним из примеров. Привод состоит из резинового «паука», зажатого между двумя металлическими собачками . Одна собачка закреплена на валу двигателя, а другая — на валу насоса. Гибкость резиновой части компенсирует любое небольшое несоосность между двигателем и насосом. См. rag joint и giubo . [ требуется цитата ]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )