Výzkum na teoretickém základě optimalizace návrhu flexibilních pantů a flexibilních tělesných mechanismů

Rozšířený

Flexibilní závěsy získaly významnou pozornost v přesných zařízeních kvůli jejich schopnosti přenášet pohyb nebo energii prostřednictvím elastické deformace místo tuhých součástí. Ve srovnání s tradičními pohybovými závěsy nabízejí flexibilní panty výhody, jako je vysoké rozlišení pohybu, žádné tření, žádné mazání a jednoduchý výrobní proces. Byly široce používány v různých přesných zařízeních, včetně objektivů pro projekci litografických objektivů, pracovních stolů silikonu, elektronických skenovacích mikroskopů, prostorových optických dálkových senzorů a přesného a ultra-přesného zpracování. Klíčové parametry kompatibilních mechanismů, jako jsou flexibilní závěsy, přímo ovlivňují dynamické charakteristiky a přesnost polohování konce. Proto byl proveden rozsáhlý výzkum, aby se pochopil flexibilitu flexibilních pantů. Cílem tohoto článku je studovat matici flexibility zaoblených ohybových kloubů zaoblených přímým paprskem, analyzovat jeho parametry a poskytnout teoretický základ pro jejich návrh a optimalizaci.

Matice flexibility přímý paprsek zaoblené ohybové závěsy:

Rovný paprsek zaoblený závěs ohybu sestává ze struktury přímého paprsku se zaoblenými rohy na koncích závěsu, aby se zabránilo koncentraci napětí. Mezi hlavní geometrické parametry patří výška závěsu (H), délka závěsu (L), tloušťka závěsu (T) a poloměr filetu závěsu (R). Pro analýzu deformace v rovině je odvozena analytická metoda výpočtu založená na teorii konzolového paprsku. Tato metoda stanoví analytický model s uzavřenou smyčkou pro matici flexibility v rovině flexibilního závěsu. Kromě toho je poskytnut zjednodušený výpočetní vzorec pro matici flexibility, když je uveden poměr poloměru závěsu k tloušťce k tloušťce (R/T).

Ověření konečných prvků:

Pro ověření odvozeného analytického vzorce je vytvořen model konečných prvků přímého paprsku zaobleného závěsu ohybového závěsu pomocí softwaru UGNX Nastran. Výsledky simulace modelu konečných prvků jsou porovnány s analytickými hodnotami parametrů matice flexibility. Relativní chyba mezi nimi je analyzována pro různé změny strukturálních parametrů závěsu, jako je poměr délky závěsu k tloušťce (L/t) a poměr poloměru závěsu k tloušťce (R/T).

Výsledky:

Analýza ukazuje, že pro L/T poměry větší nebo rovna 4 je relativní chyba mezi analytickými a simulovanými hodnotami matice flexibility v rámci 5,5%. Avšak pro poměry L/T menší než 4 je relativní chyba relativně velká kvůli neschopnosti zjednodušit konzolový paprsek do štíhlého paprsku. To ukazuje, že analytický model s uzavřenou smyčkou je vhodnější pro velké případy L/T.

Pokud jde o poměr R/T, analýza odhaluje, že když 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, lze relativní chybu mezi analytickými a simulovanými hodnotami řídit do 9%. Navíc, když 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, relativní chyba může být ovládána do 6,5%. Tato zjištění ukazují přesnost a použitelnost analytického modelu uzavřené smyčky pro matici flexibility.

Analytický model s uzavřenou smyčkou vyvinutý v této studii poskytuje teoretický základ pro návrh a optimalizaci zaoblených závěsů zaoblených paprsků. Analýza prokázala, že model může přesně předpovídat parametry matice flexibility při zvažování změn délky, tloušťky a poloměru rohu. Tato zjištění přispějí k rozvoji mechanismů kompatibilních a jejich aplikací v přesných zařízeních.