Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Соответствующий механизм переключения - вкл.
Соответствующий механизм переключателя (выкл. / Вкл.)

В машиностроении , А механизм совместимый представляет собой гибкий механизм , который достигает силы и движение передачи через упругое тело деформацию . [1] Он получает часть или все свое движение за счет относительной гибкости своих членов, а не только за счет суставов твердого тела. Это могут быть монолитные (цельные) или бесстыковые конструкции. [2] Некоторые распространенные устройства, в которых используются соответствующие механизмы, - это защелки для рюкзаков, скрепки и кусачки для ногтей. Одним из старейших примеров использования податливых конструкций является лук и стрела . [3]

Совместимый механизм плоскогубцев

Методы проектирования [ править ]

Соответствующие механизмы обычно разрабатываются с использованием двух методов: [4]

Кинематический подход [ править ]

Кинематический анализ может использоваться для разработки совместимого механизма путем создания псевдотвердотельной модели механизма. [3] В этой модели гибкие сегменты моделируются как жесткие звенья, соединенные с поворотными шарнирами с помощью крутильных пружин. Другие конструкции можно смоделировать как комбинацию жестких звеньев, пружин и амортизаторов. [2] [5] [6]

Подход структурной оптимизации [ править ]

В этом методе используются вычислительные методы для оптимизации топологии конструкции. Вводятся ожидаемая нагрузка и желаемое движение и передача усилия, и система оптимизируется по весу, точности и минимальным напряжениям. Более продвинутые методы сначала оптимизируют базовую конфигурацию связи, а затем оптимизируют топологию вокруг этой конфигурации. [2] Другие методы оптимизации фокусируются на оптимизации топологии изгибаемых соединений, принимая в качестве входных данных жесткий механизм и заменяя все жесткие суставы оптимизированными изгибающимися суставами. [6] Для прогнозирования поведения конструкции проводится анализ напряжений методом конечных элементов для определения деформации и напряжений по всей конструкции.

Для разработки этих механизмов разрабатываются другие методы. Податливые механизмы, изготовленные в плоскости, которая имеет движение, исходящее из указанной плоскости, известны как механизмы выхода пластин (LEM).

Преимущества [ править ]

Соответствующие структуры часто создаются как альтернатива аналогичным механизмам, использующим несколько частей. Использование совместимых механизмов дает два основных преимущества:

  • Низкая стоимость: совместимый механизм обычно может быть изготовлен в виде единой конструкции, что значительно упрощает количество необходимых деталей. [2] Цельная податливая структура может быть изготовлена, среди прочего, посредством литья под давлением, экструзии и 3D-печати. Это делает производство относительно дешевым и доступным. [2] [3]
  • Повышенная эффективность: совместимые механизмы не страдают от некоторых проблем, влияющих на многотельные механизмы, таких как люфт или поверхностный износ. Благодаря использованию гибких элементов, соответствующие механизмы могут легко накапливать энергию, которая будет высвобождена позже или преобразована в другие формы энергии. [3]

Недостатки [ править ]

Полный набор механизма зависит от материала и геометрии конструкции; из-за природы изгибаемых суставов ни один полностью податливый механизм не может обеспечить непрерывное движение, такое как нормальный сустав. Кроме того, силы, прикладываемые механизмом, ограничены нагрузками, которые элементы конструкции могут выдерживать без сбоев. Из-за формы изгибаемых соединений они, как правило, являются местами концентрации напряжений. Это, в сочетании с тем фактом, что механизмы, как правило, совершают циклическое или периодическое движение, может вызвать усталость и, в конечном итоге, разрушение конструкции. Кроме того, поскольку часть или вся входная энергия сохраняется в конструкции в течение некоторого времени, не вся эта энергия возвращается обратно, как требуется. Однако это может быть желательным свойством для добавления демпфирования системе. [3]

Приложения [ править ]

Некоторые из самых старых применений совместимых структур датируются несколькими тысячелетиями. Один из самых старых примеров - лук и стрелы. Некоторые конструкции катапульты также использовали гибкость руки для хранения и высвобождения энергии для запуска снаряда на большие расстояния. [3] В настоящее время совместимые механизмы используются в различных областях, таких как адаптивные структуры и биомедицинские устройства. Совместимые механизмы могут использоваться для создания самоадаптивных механизмов , обычно используемых для захвата в робототехнике. [7] Поскольку роботы требуют высокой точности и имеют ограниченную дальность действия, были проведены обширные исследования совместимых механизмов роботов. Микроэлектромеханические системы(MEMS) - одно из основных приложений совместимых механизмов. Преимущества МЭМС заключаются в отсутствии необходимой сборки и простой плоской форме конструкции, которую можно легко изготовить с помощью фотолитографии . [2]

Гибкий привод или упругий диск , часто используется для пара в электрический двигатель к машине (например, насос ), является одним из примеров. Привод представляет собой резиновый «паук», зажатый между двумя металлическими собачками . Одна собачка прикреплена к валу двигателя, а другая - к валу насоса. Гибкость резиновой части компенсирует любое небольшое смещение между двигателем и насосом. См. Тряпочный сустав и giubo . [ необходима цитата ]

Исследовательские лаборатории и исследователи [ править ]

Ряд лабораторий и исследователей явно исследуют совместимые механизмы:

  • Профессор Ларри Хауэлл , исследование совместимых механизмов Университета Бригама Янга [1]
  • Профессор Хайджун Су из Университета штата Огайо [8] [9]
  • Д-р Шейн Джонсон из Объединенного института Мичиганского университета, SJTU, Шанхай.
  • Профессор Кота из лаборатории проектирования совместимых систем Мичиганского университета [10]
  • Профессор Центнер из Технологического университета Ильменау [11]
  • Профессор Мартин Калпеппер из лаборатории прецизионных систем Массачусетского технологического института [12]
  • Профессор Джаст Л. Гердер из Делфтского технологического университета [13]
  • Профессор Энгин Таник и профессор Волкан Парлакташ из Университета Хаджеттепе [14]
  • Профессор Джонатан Хопкинс из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе [15]
  • Профессор Даннис Брауэр из Университета Твенте, Нидерланды [16]
  • Профессор Александр Хассе из Технологического университета Хемница [17]
  • Профессор Джаред Батлер, Университет штата Пенсильвания, Университетский парк

Кроме того, следующие исследователи могут проводить исследования соответствующих механизмов:

  • Лаборатория многопрофильных и многомасштабных устройств и проектирования (M2D2) Индийского института науки, Бангалор [18]
  • Профессор Шридхар Кота [19]
  • Профессор Сория Автар из Мичиганского университета [20]
  • Проф. Г.К. Анантасуреш из IISc , Бангалор [21]
  • Профессор Стивен Л. Кэнфилд из Технического университета Теннесси [22]
  • Профессор Чарльз Ким из Бакнеллского университета [23]
  • Проф. Анупам Саксена в ИИТ Канпур, Индия [24]
  • Профессор Мэри Фрекер из Университета штата Пенсильвания, Юниверсити-Парк [25]
  • Профессор Гуйминь Чен, «Соответствующие механизмы и их приложения» в Сианьском университете Цзяотун [26]
  • Профессор Гуанбо Хао, Исследовательская группа совместимых механизмов и робототехники Университетского колледжа Корка, Ирландия [27]
  • Профессор В. Дж. Чжан, Исследовательская группа механизмов мягкого тела и роботов Университета Саскачевана, Канада [28]
  • Проф. Стюарт Смит, группа разработки приборов, Университет Северной Каролины в Шарлотте, США [29]

Галерея изображений [ править ]

  • Робот для лазерной сварки позиционирует заготовки с помощью гибкого механизма между столом и приспособлением.

  • Совместимый механизм диафрагмы - закрытый

  • Совместимый механизм диафрагмы - открытый

  • Подходящий зажим

  • Бистабильный механизм переключения

См. Также [ править ]

  • Жесткость
  • Соответствие удаленного центра
  • Живая петля
  • Подшипник изгиба
  • Самоадаптивные механизмы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «CMR получил исследовательский грант от Национального научного фонда» . Cmr.byu.edu . Проверено 21 февраля 2015 года .
  2. ^ a b c d e f Пераи, Себеранг. «Методология совместимых механизмов и ее текущие разработки в приложениях: обзор». Американский журнал прикладных наук 4.3 (2007): 160-167.
  3. ^ a b c d e f Хауэлл, Ларри Л. «Послушные механизмы». Кинематика 21 века . Springer, London, 2013. 189–216.
  4. ^ Алехандро Э. Альбанези, Виктор Д. Фачинотти и Мартин А. Пучета: [www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/3015/2946%7Cdate=October Обзор методов проектирования для совместимые механизмы. ] В: Mecánica Computacional, Том XXIX, страницы 59–72. Эдуардо Дворкин, Марсела Гольдшмит, Марио Сторти (ред.) Буэнос-Айрес, Аргентина, 15-18 ноября 2010 г.
  5. ^ Альбанези, Алехандро Э., Виктор Д. Фачинотти и Мартин А. Пучета. «Обзор методов проектирования совместимых механизмов». Mecánica Computacional 29,3 (2010).
  6. ^ a b Витторио Мегаро, Йонас Цендер, Мориц Бехер, Стелиан Корос, Маркус Гросс и Бернхард Томашевски. 2017. Средство вычислительного проектирования для совместимых механизмов. ACM Trans. График. 36, 4, статья 82 (июль 2017 г.), 12 стр. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1145/3072959.3073636
  7. ↑ Дориа, Марио; Бирглен, Лайонел (17 марта 2009 г.). «Дизайн невосприимчивого податливого захвата для хирургии с использованием нитинола». Журнал медицинского оборудования . 3 (1): 011007–011007–7. DOI : 10.1115 / 1.3089249 . ISSN 1932-6181 . 
  8. ^ "Домашняя страница - DAS 2D / 3D" . DAS 2D / 3D . Проверено 11 ноября 2015 .
  9. ^ "Лаборатория инноваций и моделирования" . Лаборатория дизайнерских инноваций и моделирования . Проверено 11 ноября 2015 .
  10. ^ "U of M - Лаборатория проектирования совместимых систем" . Sitemaker.umich.edu. Архивировано из оригинала на 2014-05-06 . Проверено 21 февраля 2015 .
  11. ^ "FG Nachgiebige Systeme" . www.tu-ilmenau.de (на немецком языке) . Проверено 3 августа 2017 .
  12. ^ "Дом лаборатории систем, соответствующих требованиям точности MIT" . Pcsl.mit.edu. Архивировано из оригинала на 2012-12-14 . Проверено 21 февраля 2015 .
  13. ^ [1] Архивировано 16 ноября 2012 г., в Wayback Machine.
  14. ^ "CRMR" . Yunus.hacettepe.edu.tr . Проверено 21 февраля 2015 .
  15. ^ "Гибкая исследовательская группа" . ucla.edu . Проверено 2 декабря 2017 .
  16. ^ «Точное машиностроение» . utwente.nl . Проверено 26 ноября 2018 .
  17. ^ "Nachgiebige Systeme" . www.tu-chemnitz.de/mb/mp/ (на немецком языке) . Проверено 22 мая 2018 .
  18. ^ «Индекс M2D2» . Mecheng.iisc.ernet.in. Архивировано из оригинала на 2015-02-21 . Проверено 21 февраля 2015 .
  19. ^ "Шридхар Кота | me.engin.umich.edu" . Personal.umich.edu . Проверено 21 февраля 2015 .
  20. ^ "Лаборатория проектирования систем точности" . Personal.umich.edu . Проверено 21 февраля 2015 .
  21. ^ "Анантасуреш" . Mecheng.iisc.ernet.in. Архивировано из оригинала на 2015-02-21 . Проверено 21 февраля 2015 .
  22. ^ "Стивен Л. Кэнфилд, доктор философии, профессор машиностроения" . Архивировано из оригинального 20 ноября 2012 года . Проверено 15 июля 2013 года .
  23. ^ "Отдел машиностроения: Чарльз Дж. Ким" . Архивировано из оригинального 13 мая 2008 года . Проверено 9 мая 2008 года .
  24. ^ "index_iitk_32" . Home.iitk.ac.in . Проверено 21 февраля 2015 .
  25. ^ "Дом" . Edog.mne.psu.edu. Архивировано из оригинала на 2015-02-16 . Проверено 21 февраля 2015 .
  26. ^ «Совместимые механизмы и прецизионные инструменты» . web.xidian.edu.cn . Проверено 6 мая 2015 .
  27. ^ https://sites.google.com/site/doctorghao/
  28. ^ https://homepage.usask.ca/~wjz485/

Внешние ссылки [ править ]

  • Почему машины, которые гнутся, лучше - видео на YouTube от Veritasium
  • [2] - Видео на YouTube - Инструмент вычислительного дизайна для совместимых механизмов от Disney Research Hub
  • [3] - Исследование механизмов соответствия УБЯ