התפקיד של מכניזם משותף הנדסה מוקדמת

מנגנונים משלימים מייצגים שינוי פרדיגמטי בעיצוב מכני, ממינוף אלסטיות הטבועה של חומרים להעביר כוחות לייצר תנועה ללא מפרקים קונבנציונליים.בניגוד מנגנונים קשיחים גוף שמסתמך על נושאים דיסקרטיים, צירים, ו שקופיות, מונוליטיים אלה או quasi-monolith להשיג את תפקידם באמצעות עיוות מבוקר.

מה הם מכניזם?

בליבתם, מנגנונים מקבילים הם מבנים גמישים שמאוחסנים ומשחררים אנרגיה מכנית כדי לייצר תנועה שימושית.הבחנה העיקרית של עמיתיהם הנוקשה היא החלפתם של זוגות קרימטיים (למשל, מפרקים) עם (FLT:0 מפרקים גמישים של ריצוף 1) - באזורים מקומיים של חומר זה כמו מתפתל חי.

הקרן המתמטית לתכנון המנגנון התואם שואבת מ-FLT:0 לינארית התיאוריה האלסטית FLT:1, TheFLT:2Kpseudo-rigid-body Model (PRBM) LeadFLT 3, ויותר מאופטימיזציה חישובית (Pengal Preology אופטימיזציה), ניתוח הנדסי מורכב על ידי ייצוג יחסי מקבילה ל-Ferativestorional, המאפשר למהנדסים מתקדמים יותר (Ficial) לשיטות של ניתוח הנדסיות (Ricial) של סימולציה של שיטות ניתוח סימולציה של חומר מבוזרות).

סוגי מכניזם משותף

מנגנונים ראויים לקטגוריות רחבות: (FLT:0partially compliantFLT:1 ו-FLT:2 בכפוף ל-FLT 3: 3 מנגנונים תואמים חלקית משלבים מפרקים גמישים עם קישורים קשיחים, בעוד מנגנונים עקביים לחלוטין שואבים את כל התנועה מן החומריות.

• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ (ב) ⁇ (ב"ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ :0Cross-strip flexuresph:1 ; Pairs of cross-גמישות רצועות אשר מניבות התנהגות של pivot ליד קיבולת עומס גבוהה.
• (ב) מנגנוני הקיצור של ⁇ :0) ,(ב) ,(ב) , (ב) משתמשים בתרגום שלבים שבהם מספר להבים מנחים לאורכו של ציר יחיד.
• (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כל סוג מציע שינויים מסחריים נפרדים בין טווח תנועה, קשיחות וטעויות פרציטיות.עבור הנדסה מדויקת, המטרה היא לייעל את ה- Trading-offs אלה כדי להשיג פתרון תת-מיקרומטר מינימלית מחוץ ל-Axis תנועה.

חשיבות הנדסה מוקדמת

הנדסה מוקדמת היא משמעת של תכנון וייצור מכונות, מכשירים ורכיבים עם דיוק קיצוני. בתחום זה, אפילו סלק מיקרוסקופי במפרקים מסורתיים להציג שגיאות גדולות ללא הצלחה. מנגנונים מתאימים ישירות להתמודד עם נושאים אלה כי הם מבטלים באופן חד-משמעי מספר מקורות של אי דיוק:

• (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) אין שום התנהגות של מקל, המאפשרת התאמה חלקה ומתמשכת לצעדים תת-מיקרומטר.
• (ב) אין צורך ב- 0 (לא) ב- 1:1: זה מפשט את התחזוקה ומונע זיהום בסביבות חדרים נקיים כגון ייצור גרפי למחצה.
• (FLT:0) חזרות גבוהה FLT:1: דיסאליטציה היא ⁇ סטית; עם עיצוב נאות, המנגנון ישוב למצבו הראשוני המדויק כאשר ישוחרר, בתנאי שהחומר נשאר בתוך גבולו האלסטי.
• (FLT:0)Simplified ההרכבה ו- miniaturizationFLT:1; עיצובים רבים של תואמים יכולים להיות מיוצרים כיצירה אחת (למשל, באמצעות wireM, חיתוך לייזר, או הדפסה תלת-ממדית), צמצום ספירת חלק וסובלנות ההתאספות.

תכונות אלה הופכות מנגנונים מקבילים במיוחד ביישומים כגון:0; 000 רזולוציה של שלבים רזולוציה של שלב 1,FLT:2atomic Power מיקרוסקופs (AFMs)FLT 3: 3, ו-FLT:4 למערכות היערכות אופטית:5 לדוגמה, בסריקה מיקרוסקופית, שלב גמיש של דגימות על פני שלב בלתי אפשרי באמצעות קונבנציונאלי באמצעות מודל קונבנציונאלי של כדור.

השוואה עם מכניזם מסורתי

כדי להעריך את היתרון, לשקול שלב ריקבון טיפוסי. עיצוב קונבנציונלי משתמש נושאים חוצה-roller, אשר יכול להשיג שגיאות תת-מיקרוניים אבל עדיין סובל hysteresis וסחף תרמי. חלופה תואמים - כגון כירקב רוטר רוטורי כי הם אלמנטים מתגלגלים ולכן אין חיכוך או ללבוש.

תגיות Compliant Mechanisms

מנגנונים משלימים מצאו את דרכם לתוך קבוצה מגוונת של מערכות בעלות גבוהה על פני תעשיות מרובות. להלן הם אזורי יישום מרכזיים עם דוגמאות ספציפיות.

מערכות אופטיות ופוטניקים

בטלסקופים, מיקרוסקופים ופלטפורמות היישור לייזר, flexures תואם לספק את ההתאמה העדינה הנדרשת להתמקדות, beam ההגה, ו- טיפ / עד שליטה.TheFLT:0:0 טלסקופ החלל ג'יימס Webb WaveFLT:1, למשל, משתמש מנגנונים מבוססי flexure-מבוססים על מנגנונים במקטע המראה הראשי שלה כדי להשיג שגיאות גל בעשרות ננומטרים, באופן דומה, כלומר, מנגנוני תואמים במהירות של קידוד זמן על פני השטח של מנגנונים מתקדמים ללא מנגנונים מתקדמים.

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS)

MEMS Accelerometers,gyroscopes, ו micro-mirrors הם דוגמאות קנטוןיות של מנגנונים מקבילים במיקרו-אזור.סיליקון micromachining יוצר השעיה זעירה כי מאפשר הוכחה לנוע בתגובה להאצה או סיבוב. היעדר ללבוש וחיכוך חיוני עבור מהימנות ארוכת טווח מכשירים כגון חומרי רכב וחיישנים אוריינטציה הם גם פיתוח מדויק, iconpliers.

מכשירים רפואיים ו-Surgical Robotics

ביישומים רפואיים, מנגנונים מקבילים מאפשרים כלים זעירים, סטריליים שניתן להשתמש בהם הליכים פולשניים מינימליים.לדוגמה, אנדוסקופים גמישים משתמשים במפרקים תואמים לנחש דרך חללים פיזיים תוך העברת כוח לטיפ.רובים סורגים כמו FLT:0da Vinci SystemFLT:1), משתמשים בפרקים המבוססים על flexure המציעים סטיות גבוהות ושופכים דיוקים של חומר ניקוי חלקיקים.

רובוטיקה ואוטומציה

באוטומציה תעשייתית, מנגנונים מקבילים משמשים במוליכים רובוטיים, חיישנים כוח, וסיועי היערכות של הרכב.דוגמה נפוצה היא ה-FLT:0remote Center ציות (RCC) מכשיר התחדשות:1, אשר משתמש אלמנטים כדי לתקן באופן פסיבי את העיוותים באופן פסיבי במהלך שילוב של צינורות קרקע.זה מקטין את כוחות הרכב ומונע נזק לחלקים עדינים יותר כוללים חיפושים אוטונומיים, אפילו לא ניתן להחלפת תאים מורכבים.

מדד ומטרופולין

קואורדינט מדי מכונות (CMMs) וסורק בדיקות לעתים קרובות משלבות הפיכה מבוססת flexure כדי לבודד רעש רטט ולהבטיח רזרבות בדיקה.המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) משתמש מנגנונים גמישים בציוד הזיוף אולטרה-הכיבוד שלהם כדי להשיג אי-ודאות מדידה בקנה מידה האטומי.

יתרונות ואתגרים

בעוד מנגנונים מקבילים מציעים יתרונות טרנספורמטיביים, הם לא ללא האתגרים שלהם. הבנה מאוזנת של שניהם חיונית לתכנון מוצלח.

יתרונות מפתח

• (ב) אין חיכוך או לבישתו"ל:1: מחיקת הצורך בלחיצת שתן ומרחיב באופן דרמטי את חיי השירות ביישומים מחזוריים.
• (ב) ,0) ,Compact and Balance LightFLT:1: בניית מונוליטית מפחיתה ספירה חלקית, לעתים קרובות על ידי סדר גודל.
• (FLT:0) התנהגות מועדפת (Predictable BehaviorFLT:1): רפורמציה של אלסטיאל עוקב אחר חוקי הלחץ הידועים, מה שהופך מודלים וסימולציה מדויקת.
• (FLT:0) נוקשות גבוהה בכיוונים שאינם מכוונות: 1): גמישות מעוצבת כראוי יכול להיות נוקשה מאוד עבור ציר התנועה, שיפור ביצועים דינמיים.
• (ב) ⁇ :0) אינטגרציה של חישה ומעשה: מבנים מתואמים ניתן לשלב עם משככי או זנים אדזואלקטריים כדי ליצור מערכות ביטחון עצמי, סגור.

אתגרים בלתי אפשריים

(FLT:0) ריכוז ועייפות (FLT:1): Flexure hinges עוברים טעינה מחזורית, ומצליונות זעירים ליצור ריכוזי מתח שיכולים להוביל לסדקים. estimation חיי עייפות דורש ניתוח זהיר. חומרים כגון ניקל-טיניום צורה סגסוגת זיכרון יכול לשפר את ההתנגדות, אבל בעלות גבוהה יותר.

(FLT:0) טווח של תנועת FLT:1: רוב המנגנונים התואמים לא יכולים להשיג את העקירות הזוויתיות הגדולות של נושאים קונבנציונליים. צירים גמישים טיפוסיים פועלים בתוך ±10 מעלות ל ±30 מעלות; מעבר לכך, רמות הלחץ הופכות לבלתי מתקבלות על הדעת.ביישומים מדויקים רבים, זה מספיק, אבל עבור מערכות הדורשות הן קורקות ותנועה בסדר, עיצובים עיצובים היברידיים הם הכרחיים.

(FLT:0)Hysteresis ו-FLT:1; אפילו חומרים גמישים מראים רמה מסוימת של היסטריה (התפרקות אנרגיה) על טעינה מחזורית.עבור מיקום גבוה, זה יכול להגביל את החזרה.בנוסף, חומרים פולימרים נוטים לזחול תחת עומס קבוע, מה שהופך אותם ללא תחליף ליישומים סטטיים לטווח ארוך.

(ב) [ה]: [ה], אם כי הפשטות המכנית היא מושכת, תהליך העיצוב הוא אינטנסיבי מבחינה מתמטית מהנדסים חייבים לאזן נוקשות, כוח וטווח תנועה, לעתים קרובות באמצעות FEA ואופטימיזציה טופולוגית.

אסטרטגיות מייגציה

כדי להתגבר על האתגרים הללו, מהנדסים משתמשים בכמה אסטרטגיות:

• (FLT:0) אופטימיזציה של טופולוגיה אופטימיזציהFLT:1: אלגוריתמים משלימים מייצרים את ההפצה החומרית האופטימלית להשגת תאימות הרצויה תוך צמצום מתח ומשקל.
• (ב) ,0) מקבילות מקבילות מקבילות מקבילות (FLT: Using זוגות או קבוצות של flexures (למשל, צנרת צלב) יכולות להגדיל את הנוקשות ולהקטין את התנועה הטפילית.
• (ב) ,0) ,התחילה של קדמה יכולה לחסל את הקריסה ולהקטין את ההיסטריה בכיוונים מסוימים.
• (FLT:0) בחירת מגנט:1: בחירת ⁇ עם כוח תשואה גבוה ומודולולוציות גמישות נמוכות (למשל, טיטניום) משפר גמישות ללא כישלון.

עתיד מכניזם משותף בהנדסת Precision

המסלול של טכנולוגיית המנגנון התואם מעוצב על ידי פריצות דרך במדעי החומרים, הייצור ועיצוב חישובי. כמה התפתחויות מבטיח להרחיב את היישום שלהם בהנדסה מדויקת.

חומרים מתקדמים

סגסוגת זיכרון צורה (SMAs) כגון Nitinol מאפשר מנגנונים מקבילים לשנות צורה תחת גירוי תרמי או חשמלי, המאפשר הפעלה ללא מנועים חיצוניים. בדומה, תרכובות אדזואלקטריות ניתן להטמיע בגמישות כדי ליצור שלבים הפעלה עצמית עם רזולוציה nanometer.

ייצור תוספת

3D טכנולוגיות הדפסה - במיוחד (FLT:0) אבקת אבקת אבקת אבקת היתוך 1:1 עבור מתכות ו-FLT:2stereolithographyFLT 3 עבור photopolymers - עכשיו לאפשר את ייצור של מנגנונים חד-גוניים עם מבנים פנימיים של צמיגים גיאמטריה מורכבים כי לא ניתן למכונה.

אינטגרציה

מערכות דיוק עתידיות ישלבו יותר ויותר מנגנונים מקבילים עם חיישנים חכמים ובקרת משוב בזמן אמת. Embedding indexs או capacitanceחיישנים ישירות לתוך חומר הגמישות מאפשר לולאה הבקרה לפצות על ההיסטריה, חלחול וסחף תרמי זה פעולה סגורה-loop יכול לדחוף את הדיוק הנוקשות בטווח האנסטרום.

Biomimetics ו- Micro-Scale Systems

בהשראת הטבע, מהנדסים מעצבים מנגנונים מקבילים המחקים מפרקים ביולוגיים (למשל, רגליים חרקים, סנפירים דגים) עבור חקר ים או אנדוסקופיה רפואית. במיקרו-סול, מנגנונים מקבילים המונעים על ידי כוחות אלקטרומגנטיים או אלקטרוסטטיים הם מרכיבים מרכזיים של מכשירי מעבדה-on-a-chip עבור ניתוח כימי וגילוי סמים. כמו הביקוש עבור מערכות דיוקים מיני-מחשוב קוונטי - ממטרדמטיקאסטמטי למנגנוני משחק מרכזי יותר.

מסקנה

מנגנונים משלימים התפתחו מסקרנות אקדמית לכלי יסוד בארסנל של מהנדס הדיוק.היכולת שלהם להשיג תנועה ללא מפרקים מבטלת ריאקציה, חיכוך, ללבוש, המאפשר רמות של דיוק וחזרה כי עיצובים קונבנציונליים לא יכולים להתאים. בעוד אתגרים כגון ריכוז וטווח מוגבל נשארים, התקדמות מתמשכת בחומרים, ייצור, מודלים חישוביים דוחפים במהירות את הגבולות האלה, כמו הנדסה ממשיכה ביצועים גבוהים יותר, ללא ספק, מנגנונים חזקים יותר, להישאר יותר, מנגנונים חזקים יותר, יציבים יותר, מנגנונים חזקים יותר, מנגנונים יותר, מנגנונים חזקים יותר, מנגנונים מנגנונים מנגנונים מנגנונים חזקים יותר, מנגנונים מנגנונים מנגנונים יותר, מנגנונים יותר מנגנונים מנגנונים יותר מנגנונים יותר תואמים , מנגנונים יותר , , מנגנונים יותר מנגנונים יותר , , מנגנונים חזקים יותר , , , , מנגנונים מנגנונים מנגנונים מנגנונים , , , , , מנגנונים מנגנונים גמישים יותר מנגנונים גמישים יותר , מנגנונים מנגנונים מנגנונים חלוציים יותר מנגנונים מנגנונים מנגנונים מנגנונים , חלוציים יותר החידושים החידושים החידושים החידושים החידושים חלוציים יותר החידושים החידושים החידושים

לקריאה נוספת על תורת המנגנון התואם ויישומים, בקר במכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (NIST) מנגנונים תואם PageFLT:1, TheFLT:2ScienceDirect Engineering pageciopLT 3: 3, and the FLT:4Brigham Young University Compliant Mechans Research LabFLT:5 ScienceDirect Engineering נושאים Pageciod Engineering Pageciod 3, and the FLT 4Brigham Young University Compliant Mechanalant Mechantant Mechantration Research LabFLT:5:5:5:5 ScienceDirect Engineering נושאים .