Изследвания на теоретичната основа на оптимизирането на дизайна на гъвкави панти и гъвкави механизми за тяло

Разширен

Гъвкавите панти придобиха значително внимание в прецизните устройства поради способността им да предават движение или енергия чрез еластична деформация, вместо с твърди компоненти. В сравнение с традиционните панти на движение, гъвкавите панти предлагат предимства като висока разделителна способност на движение, без триене, без смазване и прост производствен процес. Те са широко използвани в различни прецизни устройства, включително проекционни литографски обективи, силиконови вафли за работа, електронни сканиращи микроскопи, космически оптични дистанционни сензори и прецизна и ултра-прецизна обработка. Ключовите параметри на съвместимите механизми, като гъвкави панти, пряко влияят на динамичните характеристики и точността на позициониране на края. Следователно са проведени обширни изследвания, за да се разбере гъвкавостта на гъвкавите панти. Настоящият документ има за цел да проучи матрицата на гъвкавостта на закръглените гъвкави панти, да анализира неговите параметри и да предостави теоретична основа за техния дизайн и оптимизация.

Матрица за гъвкавост на панти с гъвкави лъчи:

Заобленият закръглен огън на лъча се състои от структура на листа с права греда със заоблени ъгли в краищата на пантата, за да се избегне концентрацията на напрежение. Основните геометрични параметри включват височина на шарнира (H), дължина на пантата (L), дебелина на пантата (T) и радиус на филе на пантата (R). За да се анализира деформацията в равнината на пантата, се получава метод за аналитично изчисление, основан на теорията на конзолните лъчи. Този метод установява аналитичен модел със затворен контур за матрицата на гъвкавостта в равнината на гъвкавия шарнир. Освен това, опростена формула за изчисление на матрицата на гъвкавост е осигурена, когато е дадено съотношението на радиуса на шарнира на ъгъла към дебелина (r/t).

Проверка на крайните елементи:

За да се потвърди получената аналитична формула, се установява модел с ограничен елемент на шарнира с право закръглена лъча с помощта на софтуера на UGNX Nastran. Резултатите от симулацията на модела на крайните елементи се сравняват с аналитичните стойности на параметрите на матрицата на гъвкавост. Относителната грешка между двете се анализира за различни вариации в структурните параметри на шарнира, като съотношението на дължината на пантата към дебелината (L/T) и съотношението на радиуса на шарнира на ъгъла към дебелина (r/t).

Резултати:

Анализът показва, че за съотношенията L/T, по -големи или равни на 4, относителната грешка между аналитичните и симулираните стойности на матрицата на гъвкавост е в рамките на 5,5%. Въпреки това, за съотношенията L/T по -малко от 4, относителната грешка е сравнително голяма поради невъзможността да се опрости конзолната греда в строен лъч. Това показва, че аналитичният модел на затворен контур е по-подходящ за големи L/T случаи.

По отношение на съотношението r/t, анализът разкрива, че когато 0.1 ≤ r/t ≤ 0.5, относителната грешка между аналитичните и симулираните стойности може да бъде контролирана в рамките на 9%. Освен това, когато 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, относителната грешка може да бъде контролирана в рамките на 6,5%. Тези открития демонстрират точността и приложимостта на аналитичния модел със затворен контур за матрицата на гъвкавост.

Аналитичният модел със затворен контур, разработен в това проучване, предоставя теоретична основа за проектирането и оптимизирането на панти с гъвкаво закръглени лъчи. Анализът демонстрира, че моделът може точно да предскаже параметрите на матрицата на гъвкавост, когато се разглеждат вариациите в дължината на пантата, дебелината и радиуса на ъгъла. Тези открития ще допринесат за развитието на съвместимите механизми и техните приложения в прецизни устройства.