بهبود خصوصیات دینامیکی مکانیزم لنگ- لغزنده دارای مفصل لق با استفاده از مفصل خمشی بهینه | ||
مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
دوره 12، شماره 3، مرداد و شهریور 1401، صفحه 1-12 اصل مقاله (1.38 M) | ||
نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2022.11684.3557 | ||
نویسندگان | ||
علیرضا جلالی1؛ سید مجتبی واردی کولایی* 2 | ||
1کارشناسی ارشد مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. | ||
2استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. | ||
چکیده | ||
مفاصل سنتی همواره مقداری لقی در خود دارند که موجب افزایش شتابها و نیروها در مکانیزم میشود. مفاصل خمشی نوع جدیدی از مفاصل هستند که لقی در آنها حذف شده و میتوانند بصورت یکپارچه ساخته شوند. وجود سفتی ذاتی در مفاصل خمشی موجب افزایش سفتی کل مکانیزم میشود و این امر میتواند مشکلات ناشی از لقی در دیگر مفاصل را کاهش دهد. هدف این پژوهش کاهش اثرات لقی مفاصل با استفاده از مفاصل خمشی میباشد. در ابتدا معادلات دینامیکی مکانیزم لنگ و لغزنده که دارای مفصل لق و همچنین مفصل خمشی بوده با استفاده از رابطه لاگرانژ استخراج شده است. همچنین مدلسازی مفاصل خمشی براساس مدل شبهجسمصلب انجام شده که در آن مفصل بهصورت یک فنر پیچشی مدلسازی میشود. طراحی دو نوع مختلف از مفاصل خمشی براساس تعریف مساله بهینهسازی انجام و طرح بهینه برای هر کدام بدست آمده است. متغیرهای طراحی مساله بهینهسازی شامل اندازههای هندسی مفصل موردنظر و جنس آن میباشند. برای تابع هدف نیز از کاهش بیشینه شتابهای اعضای مکانیزم استفاده شده و مساله با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شد. نتایج نشان میدهند استفاده از مفاصل خمشی در مکانیزم موردنظر توانسته مقادیر بیشینه شتابها را حدودا 90 درصد کاهش دهد. | ||
کلیدواژهها | ||
مکانیزم لنگ-لغزنده؛ بهینهسازی؛ مفصل لق؛ مفصل خمشی؛ الگوریتم ژنتیک | ||
مراجع | ||
[1] Weisbord L, Paros JM (1965) How to design flexure hinges. Machine Design, 27(3), 151-157.
[2] Midha A, Howell L. L., & Norton, T. W. (2000). Limit positions of compliant mechanisms using the pseudo-rigid-body model concept. Mech. Mach. Theory, 35(1), 99-115.
[3] Howell LL (2013) Compliant mechanisms. In 21st century kinematics (pp. 189-216). Springer, London.
[4] Howell LL, Midha A (1996) A loop-closure theory for the analysis and synthesis of compliant mechanisms, ASME. J. Mech. Des., 118(1): 121–125.
[5] Farhadi Machekposhti, D., Tolou, N., & Herder, J. L. (2012). The scope for a compliant homokinetic coupling based on review of compliant joints and rigid-body constant velocity universal joints. In International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (Vol. 45035, pp. 379-392). ASME.
[6] Lobontiu N (2002) Compliant mechanisms: design of flexure hinges. CRC press.
[7] Moon YM, Trease BP, Kota S (2002) Design of large-displacement compliant joints. In International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (Vol. 36533, pp. 65-76). ASME.
[8] Zhang ZJ, Yuan YB (2006) Research on a novel flexure hinge. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 48, No. 1, p. 053). IOP Publishing.
[9] Tian Y, Shirinzadeh B, Zhang D (2010) Closed-form compliance equations of filleted V-shaped flexure hinges for compliant mechanism design. Precis. Eng., 34(3), 408-418.
[10] Pei X, Yu J (2011) ADLIF: a new large-displacement beam-based flexure joint. Mech. Sci., 2(2), 183-188.
[11] Rommers J, vanderWijk V, Herder JL (2021) A new type of spherical flexure joint based on tetrahedron elements. Precis. Eng., 71, 130-140.
[12] Naves M, Aarts RGKM, Brouwer, DM (2019) Large stroke high off-axis stiffness three degree of freedom spherical flexure joint. Precis. Eng., 56, 422-431.
[13] Gerez L, Gao G, Liarokapis M (2020) Laminar Jamming Flexure Joints for the Development of Variable Stiffness Robot Grippers and Hands. In 2020 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (pp. 8709-8715). IEEE.
[14] Pavlović NT, Pavlović ND (2005) Mobility of the compliant joints and compliant mechanisms. Theor. Appl. Mech., 32(4), 341-357.
[15] Parlaktaş V, Tanık E (2014) Single piece compliant spatial slider–crank mechanism. Mech. Mach. Theory, 81, 1-10.
[16] Linß S, Gräser P, Henning S, Harfensteller F, Theska R, Zentner L (2019) Synthesis method for compliant mechanisms of high-precision and large-stroke by use of individually shaped power function flexure hinges. In IFToMM World Congress on Mechanism and Machine Science (pp. 1569-1578). Springer, Cham.
[17] Hu J, Wen T, He J (2020) Dynamics of compliant mechanisms using transfer matrix method. Int. J. Precis. Eng. Manuf., 21(11), 2173-2189.
[18] Lankarani HM, Nikravesh PE (1989) A contact force model with hysteresis damping for impact analysis of multibody systems. In International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (Vol. 3691, pp. 45-51). ASME.
[19] Flores P (2010) A parametric study on the dynamic response of planar multibody systems with multiple clearance joints. Nonlinear Dyn., 61(4), 633-653.
[20] Bai ZF, Zhao Y (2012) Dynamic behaviour analysis of planar mechanical systems with clearance in revolute joints using a new hybrid contact force model. Int. J. Mech. Sci., 54(1), 190-205.
[21] Farajtabar M, Daniali HM, Varedi SM (2017) Pick and place trajectory planning of planar 3-RRR parallel manipulator in the presence of joint clearance. Robotica, 35(2), 241-253.
[22] Parenti-Castelli V, Venanzi S (2005) Clearance influence analysis on mechanisms. Mech. Mach. Theory, 40(12), 1316-1329.
[23] Sardashti A, Daniali HM, Varedi SM (2013) Optimal free-defect function generation synthesis of four-bar linkage with joint clearance using PSO algorithm. J. Sci. Eng., 1(1), 67-78.
[24] Varedi SM, Daniali HM, Dardel M, Fathi A (2015) Optimal dynamic design of a planar slider-crank mechanism with a joint clearance. Mech. Mach. Theory, 86, 191-200.
[25] Varedi SM, Daniali HM, Dardel M (2015) Dynamic synthesis of a planar slider–crank mechanism with clearances. Nonlinear Dyn., 79(2), 1587-1600.
[26] Varedi-Koulaei SM, Daniali HM, Farajtabar M, Fathi B, Shafiee-Ashtiani M (2016) Reducing the undesirable effects of joints clearance on the behavior of the planar 3-RRR parallel manipulators. Nonlinear Dyn., 86(2), 1007-1022.
[27] Yaqubi S, Dardel M, Daniali HM, Ghasemi MH (2016) Modeling and control of crank–slider mechanism with multiple clearance joints. Multibody Syst. Dyn., 36(2), 143-167.
[28] Koulaei SMV, Moahmmadi HR, Dardel M, Fathi A (2014) Optimal Compliant Design of a Planar Linkage for Decreasing the Undesirable Effects of Joint Clearance. Modares Mech. Eng., 14(5), 55-62.
[29] Erkaya S, Doğan S (2015) A comparative analysis of joint clearance effects on articulated and partly compliant mechanisms. Nonlinear Dyn., 81(1), 323-341.
[30] Erkaya S, Doğan S, Ulus Ş (2015) Effects of joint clearance on the dynamics of a partly compliant mechanism: numerical and experimental studies. Mech. Mach. Theory, 88, 125-140.
[31] Erkaya S, Doğan S, Şefkatlıoğlu E (2016) Analysis of the joint clearance effects on a compliant spatial mechanism. Mech. Mach. Theory, 104, 255-273.
]32[ حیدری ح و مالمیرنسب ع (1396)، کاهش ارتعاشات ربات دو لینکی انعطافپذیز با استفاده از مبدل پیزوالکتریک در طی مسیر مشخص، مکانیک سازهها و شارهها، دوره 7، شماره 3، صفحه 185-197.
]33[ غلامی ا و تورجیزاده ح (1398)، مدلسازی و کنترل ربات 3PRS با استفاده از روش لاگرانژ، مکانیک سازهها و شارهها، دوره 9، شماره 3، صفحه 25-38. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,225 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 979 |