Έρευνα σχετικά με τη θεωρητική βάση της βελτιστοποίησης σχεδιασμού των ευέλικτων μεντεσέδων και των εύκαμπτων μηχανισμών σώματος

Αναπτυγμένος

Οι ευέλικτοι μεντεσέδες έχουν αποκτήσει σημαντική προσοχή στις συσκευές ακριβείας λόγω της ικανότητάς τους να μεταδίδουν κίνηση ή ενέργεια μέσω ελαστικής παραμόρφωσης αντί για άκαμπτα συστατικά. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς μεντεσέδες κίνησης, οι ευέλικτοι μεντεσέδες προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως η υψηλή ανάλυση κίνησης, η τριβή, η λίπανση και η απλή διαδικασία κατασκευής. Έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορες συσκευές ακριβείας, συμπεριλαμβανομένων των αντικειμενικών φακών προβολής, των αντικειμενικών φακών, των εργαστηριακών πλακιδίων πυριτίου, των μικροσκοπίων της ηλεκτρονικής σάρωσης, των οπτικών απομακρυσμένων αισθητήρων και της επεξεργασίας ακριβείας και εξαιρετικά προέλευσης. Οι βασικές παράμετροι των συμβατών μηχανισμών, όπως οι ευέλικτοι μεντεσέδες, επηρεάζουν άμεσα τα δυναμικά χαρακτηριστικά και την ακρίβεια τοποθέτησης του τέλους. Ως εκ τούτου, έχει διεξαχθεί εκτεταμένη έρευνα για να κατανοηθεί η ευελιξία των ευέλικτων μεντεσέδων. Το παρόν έγγραφο στοχεύει να μελετήσει τη μήτρα ευελιξίας των μεντεσέδων με στρογγυλεμένες ακτίνες, να αναλύει τις παραμέτρους του και να παρέχει μια θεωρητική βάση για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίησή τους.

Πέρασμα ευελιξίας με στρογγυλεμένες μεντεσέδες ευθείας δέσμης:

Η στρογγυλεμένη με άρθρωση της με άρθρωση της ακτίνας αποτελείται από μια ευθεία δομή φύλλου δέσμης με στρογγυλεμένες γωνίες στα άκρα του μεντεσέ για να αποφευχθεί η συγκέντρωση του στρες. Οι κύριες γεωμετρικές παράμετροι περιλαμβάνουν το ύψος με άρθρωση (Η), το μήκος μεντεσέδας (L), το πάχος μεντεσέδας (Τ) και την ακτίνα φιλέτου μεντεσέδες (R). Για να αναλυθεί η παραμόρφωση του επιπέδου στο επίπεδο του μεντεσέ, προκύπτει μια αναλυτική μέθοδος υπολογισμού που βασίζεται στη θεωρία της δέσμης προβόλου. Αυτή η μέθοδος δημιουργεί ένα αναλυτικό μοντέλο κλειστού βρόχου για τη μήτρα ευελιξίας στο επίπεδο του εύκαμπτου μεντεσέ. Επιπλέον, παρέχεται ένας απλοποιημένος τύπος υπολογισμού για τη μήτρα ευελιξίας όταν δίνεται η αναλογία ακτίνας με άρθρωση προς το πάχος (R/T).

Επαλήθευση πεπερασμένων στοιχείων:

Για την επικύρωση της προερχόμενης αναλυτικής φόρμουλας, δημιουργείται ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων του στρογγυλεμένου μεντεσέ με στρογγυλεμένη ακτίνα χρησιμοποιώντας το λογισμικό UGNX Nastran. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων συγκρίνονται με τις αναλυτικές τιμές των παραμέτρων της μήτρας ευελιξίας. Το σχετικό σφάλμα μεταξύ των δύο αναλύεται για διαφορετικές παραλλαγές στις δομικές παραμέτρους του μεντεσέ, όπως η αναλογία του μήκους του μεντεσέ προς το πάχος (L/T) και η αναλογία της ακτίνας της γωνίας με άρθρωση προς το πάχος (R/T).

Αποτελέσματα:

Η ανάλυση δείχνει ότι για τις αναλογίες L/T μεγαλύτερες ή ίσες με 4, το σχετικό σφάλμα μεταξύ των αναλυτικών και προσομοιωμένων τιμών της μήτρας ευελιξίας είναι εντός 5,5%. Ωστόσο, για τις αναλογίες L/T μικρότερες από 4, το σχετικό σφάλμα είναι σχετικά μεγάλο λόγω της αδυναμίας απλοποίησης της δέσμης προβόλου σε μια λεπτή δέσμη. Αυτό δείχνει ότι το αναλυτικό μοντέλο κλειστού βρόχου είναι πιο κατάλληλο για μεγάλες περιπτώσεις L/T.

Όσον αφορά την αναλογία R/T, η ανάλυση αποκαλύπτει ότι όταν 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, το σχετικό σφάλμα μεταξύ των αναλυτικών και προσομοιωμένων τιμών μπορεί να ελεγχθεί εντός 9%. Επιπλέον, όταν 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, το σχετικό σφάλμα μπορεί να ελεγχθεί εντός 6,5%. Αυτά τα ευρήματα καταδεικνύουν την ακρίβεια και τη δυνατότητα εφαρμογής του αναλυτικού μοντέλου κλειστού βρόχου για τη μήτρα ευελιξίας.

Το αναλυτικό μοντέλο κλειστού βρόχου που αναπτύχθηκε σε αυτή τη μελέτη παρέχει μια θεωρητική βάση για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση των μεντεσέδων στρογγυλεμένων ακτίνων. Η ανάλυση έδειξε ότι το μοντέλο μπορεί να προβλέψει με ακρίβεια τις παραμέτρους της μήτρας ευελιξίας όταν εξετάζει τις μεταβολές του μήκους μεντεσέδες, του πάχους και της ακτίνας της γωνίας. Αυτά τα ευρήματα θα συμβάλλουν στην πρόοδο των συμβατών μηχανισμών και των εφαρμογών τους σε συσκευές ακριβείας.