البحث على الأساس النظري لتحسين التصميم من المفصلات المرنة وآليات الجسم المرنة

موسع

اكتسبت المفصلات المرنة اهتمامًا كبيرًا في الأجهزة الدقيقة بسبب قدرتها على نقل الحركة أو الطاقة من خلال التشوه المرن بدلاً من المكونات الصلبة. بالمقارنة مع المفصلات التقليدية للحركة ، توفر المفصلات المرنة مزايا مثل دقة الحركة العالية ، ولا الاحتكاك ، ولا تزييت ، وعملية تصنيع بسيطة. لقد تم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة الدقيقة المختلفة ، بما في ذلك العدسات الموضوعية للطباعة الحجرية الإسقاطية ، وركض السيليكون الرقائق ، ومجاهر المسح الإلكترونية ، وأجهزة الاستشعار البصرية البصرية ، ومعالجة الدقة الفائقة. تؤثر المعلمات الرئيسية للآليات المتوافقة ، مثل المفصلات المرنة ، بشكل مباشر على الخصائص الديناميكية ودقة المواقع في النهاية. لذلك ، تم إجراء بحث مكثف لفهم مرونة المفصلات المرنة. تهدف هذه الورقة إلى دراسة مصفوفة المرونة في مفصلات الثني المستديرة المستقيم ، وتحليل معلماتها ، وتوفر أساسًا نظريًا لتصميمها وتحسينها.

مصفوفة المرونة من مفصلات الثني المستديرة المستقيمة:

يتكون مفصلي الثني المستدير المستقيم من بنية ورقة شعاع مستقيمة مع زوايا مستديرة في نهايات المفصل لتجنب تركيز الإجهاد. تشمل المعلمات الهندسية الرئيسية ارتفاع المفصلات (H) وطول المفصل (L) وسمك المفصل (T) ونصف قطر فيليه المفصل (R). لتحليل التشوه في الطائرة للمفصلة ، يتم اشتقاق طريقة حساب تحليلية تستند إلى نظرية شعاع الكابولي. تنشئ هذه الطريقة نموذج تحليلي حلقة مغلقة لمصفوفة المرونة في الطائرة من المفصلات المرنة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير صيغة حسابية مبسطة لمصفوفة المرونة عند إعطاء نسبة نصف قطر زاوية المفصل إلى سمك (R/T).

التحقق من العناصر المحدودة:

للتحقق من صحة الصيغة التحليلية المشتقة ، يتم إنشاء نموذج عنصر محدود لمفصلات الثني المستقيم المستقيم باستخدام برنامج UGNX Nastran. تتم مقارنة نتائج محاكاة نموذج العنصر المحدود بالقيم التحليلية لمعلمات مصفوفة المرونة. يتم تحليل الخطأ النسبي بين الاثنين للاختلافات المختلفة في المعلمات الهيكلية للمفصلات ، مثل نسبة طول المفصل إلى سمك (L/T) ونسبة نصف قطر الزاوية المفصلية إلى سمك (R/T).

نتائج:

يوضح التحليل أنه بالنسبة لنسب L/T أكبر من أو تساوي 4 ، فإن الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة لمصفوفة المرونة هو ضمن 5.5 ٪. ومع ذلك ، بالنسبة لنسب L/T أقل من 4 ، يكون الخطأ النسبي كبيرًا نسبيًا بسبب عدم القدرة على تبسيط شعاع الكابولي في شعاع نحيل. يشير هذا إلى أن النموذج التحليلي حلقة مغلقة أكثر ملاءمة لحالات L/T الكبيرة.

فيما يتعلق بالنسبة r/t ، يكشف التحليل أنه عندما يمكن التحكم في 0.1 ≤ r/t ≤ 0.5 ، يمكن التحكم في الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة في غضون 9 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يكون 0.2 ≤ r/t ≤ 0.3 ، يمكن التحكم في الخطأ النسبي ضمن 6.5 ٪. توضح هذه النتائج دقة وتطبيق النموذج التحليلي حلقة مغلقة لمصفوفة المرونة.

يوفر النموذج التحليلي الحلقة المغلقة التي تم تطويرها في هذه الدراسة أساسًا نظريًا لتصميم وتحسين مفصلات الثني المستقيم المستقيم. أظهر التحليل أن النموذج يمكن أن يتنبأ بدقة بمعلمات مصفوفة المرونة عند النظر في الاختلافات في طول المفصل والسماكة ونصف قطر الزاوية. ستساهم هذه النتائج في تقدم الآليات المتوافقة وتطبيقاتها في الأجهزة الدقيقة.