طراحي نرم بهينه يك مكانيزم صفحه اي براي كاهش اثرات نامطلوب لقي مفصل

Optimal compliant design of a planar linkage for decreasingthe undesirable effects of joint clearance

وجود لقي در يك مفصل به دليل ايجاد حركت نسبي بين اعضا و تلرانس هاي موجود در مرحله ساخت، امري اجتناب ناپذير است. بديهي است كه درصورت وجود لقي در يك مفصل لولايي، يك درجه آزادي غير قابل كنترل به مكانيزم افزوده مي شود كه مي تواند منبع ايجاد خطا باشد. همچنين وجود سايش و پس زني در مفصل، موجب افزايش لقي و در نتيجه كاهش دقت و تكرارپذيري خواهد شد. لقي را مي توان با فرض تماس دايم بين دو عضو، به عنوان يك عضو مجازي بدون جرم مدل كرد. در اين مقاله روشي ارايه شده تا بتوان اثرات نامطلوب لقي را كاهش داد. استفاده از مفاصل نرم، يكي از راه كارهاي تحقق اين امر است. به منظور بهبود عملكرد ديناميكي مكانيزم چهارميله اي، دو مفصل لولايي مكانيزم كه محدوده دوران كمتري دارند، با مفاصل نرم جايگزين شده اند. براي مدل سازي مفاصل نرم از مدل شبه جسم صلب (PRBM) استفاده شده است كه در آن مفاصل نرم با فنرهاي پيچشي مدل مي شوند. سفتي مفاصل نرم با استفاده از الگوريتم بهينه سازي و تابع هدف مناسب، بهينه سازي مي شوند. براي بهينه سازي نيز از روش ازدحام ذرات (pso) استفاده شده است. با استفاده از يك مثال عددي و نتايج به دست آمده، مشخص شده است كه استفاده از مفاصل نرم در يك مكانيزم مي تواند موجب كاهش تغييرات زاويه لقي و در نهايت بهبود عملكرد ديناميكي آن شود.

In practice, clearances in the joints are inevitable due to tolerances and defects arising from design and manufacturing. It is well-known that in the presence of clearance at one joint, the linkage gains an additional uncontrollable degree of freedom which is the source of error. Moreover, these joints undergo wear and backlash, resulting in poor accuracy and repeatability, and so cannot be used in precision mechanisms. The model of continuous contact is used here. Therefore, joint clearance was modeled as a small link with the length equals to the clearance. In this paper, a method is proposed to alleviate the undesirable effects of joints clearances. This improvement implemented using compliant joints. The compliances are introduced locally in the form of flexural hinges at the two oscillating revolute joints of a four-bar crank-rocker linkage. Moreover, pseudo-rigid body model is used for modeling the flexures. An optimum design of the flexural hinge for minimum objective function is deduced and used to modify the conventional mechanism. The PSO method is used for optimization process. An example is included in which we show that introduction of compliance will modify the dynamics performances of the linkage.