Erforschung der theoretischen Grundlage für die Entwurfsoptimierung flexibler Scharniere und flexible Körpermechanismen

Erweitert

Flexible Scharniere haben in Präzisionsgeräten aufgrund ihrer Fähigkeit, Bewegung oder Energie durch elastische Verformung anstelle von starre Komponenten zu übertragen, erheblich beachtet. Im Vergleich zu herkömmlichen Bewegungen bieten flexible Scharniere Vorteile wie eine hohe Bewegungsauflösung, keine Reibung, keine Schmierung und einen einfachen Herstellungsprozess. Sie wurden in verschiedenen Präzisionsgeräten häufig verwendet, einschließlich der Projektion Lithographie-Objektivlinsen, Siliziumwafer-Arbeitbänken, elektronischen Scanmikroskope, optischen Remote-Sensoren für Raum und Präzision und ultra-Präzision. Die wichtigsten Parameter konformer Mechanismen wie flexible Scharniere wirken sich direkt auf die dynamischen Eigenschaften und die Positionierungsgenauigkeit des Endes aus. Daher wurden umfangreiche Forschungen durchgeführt, um die Flexibilität flexibler Scharniere zu verstehen. Dieses Papier zielt darauf ab, die Flexibilitätsmatrix von gerundeten Biegerhäfen mit geraden Strahl zu untersuchen, ihre Parameter zu analysieren und eine theoretische Grundlage für ihr Design und ihre Optimierung zu bieten.

Flexibilitätsmatrix aus geraden Strahlflexenscharnern:

Das geraden abgerundete Biegescharnier besteht aus einer geraden Strahlblechstruktur mit abgerundeten Ecken an den Enden des Scharniers, um die Spannungskonzentration zu vermeiden. Zu den geometrischen Hauptparametern gehören Scharnierhöhe (H), Scharnierlänge (L), Scharnierdicke (T) und Scharnierfiletradius (R). Um die In-Plane-Deformation des Scharniers zu analysieren, wird eine analytische Berechnungsmethode basierend auf der Cantilever Strahltheorie abgeleitet. Diese Methode legt ein analytisches Modell mit geschlossenem Kreislauf für die Flexibilitätsmatrix der In-Ebene des flexiblen Scharniers fest. Zusätzlich wird eine vereinfachte Berechnungsformel für die Flexibilitätsmatrix bereitgestellt, wenn das Verhältnis des Scharnier -Eckradius zur Dicke (R/T) angegeben ist.

Finite -Elemente -Überprüfung:

Um die abgeleitete analytische Formel zu validieren, wird ein Finite -Elemente -Modell des geraden abgerundeten Biegescharniers unter Verwendung der UGNX -Nastran -Software festgelegt. Die Simulationsergebnisse des Finite -Elemente -Modells werden mit den analytischen Werten der Flexibilitätsmatrixparameter verglichen. Der relative Fehler zwischen den beiden wird auf unterschiedliche Variationen der Strukturparameter des Scharniers analysiert, wie z.

Ergebnisse:

Die Analyse zeigt, dass für L/T -Verhältnisse größer oder gleich 4 der relative Fehler zwischen den analytischen und simulierten Werten der Flexibilitätsmatrix innerhalb von 5,5%liegt. Bei L/T -Verhältnissen von weniger als 4 ist der relative Fehler jedoch relativ groß, da die Ausleger Strahl in einem schlanken Strahl nicht vereinfacht wird. Dies weist darauf hin, dass das analytische Modell mit geschlossenem Regelkreis besser für große L/T-Fälle geeignet ist.

In Bezug auf das Verhältnis R/T zeigt die Analyse, dass bei 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5 der relative Fehler zwischen den analytischen und simulierten Werten innerhalb von 9%gesteuert werden kann. Bei 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3 kann der relative Fehler innerhalb von 6,5%gesteuert werden. Diese Ergebnisse zeigen die Genauigkeit und Anwendbarkeit des analytischen Modells für die Flexibilitätsmatrix.

Das in dieser Studie entwickelte analytische Modell mit geschlossenem Loop bietet eine theoretische Grundlage für das Design und die Optimierung von gerundeten Flexurscharnieren mit geraden Strahl. Die Analyse zeigte, dass das Modell die Flexibilitätsmatrixparameter bei der Betrachtung von Variationen der Scharnierlänge, der Dicke und des Eckradius genau vorhersagen kann. Diese Ergebnisse werden zur Weiterentwicklung von konformen Mechanismen und ihrer Anwendungen in Präzisionsgeräten beitragen.