Paindlike hingede ja paindlike kehamehhanismide disaini optimeerimise teoreetilise aluse uurimine

Laienenud

Paindlikud hinged on pälvinud seadmetes märkimisväärset tähelepanu pälvinud nende võime tõttu liikumist või energiat jäikade komponentide asemel elastse deformatsiooni kaudu. Võrreldes traditsiooniliste liikumishingedega pakuvad paindlikud hinged eeliseid nagu kõrge liikumise eraldusvõime, hõõrdumine, määrimine ja lihtne tootmisprotsess. Neid on laialdaselt kasutatud erinevates täpsusseadmetes, sealhulgas projektsiooni litograafia objektiivsed läätsed, räni vahvlite tööpindid, elektroonilised skaneerivad mikroskoobid, ruumi optilised kaugsensorid ning täpsus- ja ultraperioodi töötlemine. Nõuetele vastavate mehhanismide, näiteks painduvate hingede peamised parameetrid mõjutavad otse dünaamilisi omadusi ja positsioneerimise täpsust. Seetõttu on paindlike hingede paindlikkuse mõistmiseks läbi viidud ulatuslikke uuringuid. Selle artikli eesmärk on uurida sirgete talade ümardatud painde hinge paindlikkuse maatriksit, analüüsida selle parameetreid ja pakkuda teoreetilist alust nende kujundamisel ja optimeerimisel.

Sirgete talade ümardatud painde hinge paindlikkuse maatriks:

Sirge tala ümardatud painde liigend koosneb sirgest talalehekonstruktsioonist, mille ümardatud nurgad on hingeotstarbelised, et vältida pingekontsentratsiooni. Peamised geomeetrilised parameetrid hõlmavad liigendi kõrgust (H), liigendpikkust (L), liigendpaksust (t) ja liigendfilee raadius (R). Hinge tasapinnalise deformatsiooni analüüsimiseks tuletatakse konsooli tala teoorial põhinev analüütiline arvutusmeetod. See meetod loob suletud ahela analüütilise mudeli painduva liigendi tasapinnalise paindlikkuse maatriksi jaoks. Lisaks pakutakse paindlikkuse maatriksi lihtsustatud arvutusvalem, kui antakse liigendnurga raadiuse ja paksuse (R/T) suhe.

Lõplike elementide kontrollimine:

Tuletatud analüütilise valemi valideerimiseks luuakse UGNX Nastrani tarkvara abil sirge tala ümardatud paindevärvi lõplike elementide mudel. Lõplike elementide mudeli simulatsiooni tulemusi võrreldakse paindlikkuse maatriksi parameetrite analüütiliste väärtustega. Nende kahe suhtelist viga analüüsitakse liigendi struktuuriliste parameetrite erinevate variatsioonide osas, näiteks liigendi pikkuse ja paksuse (L/T) suhe ning liigendnurga raadiuse ja paksuse suhe (R/T).

Tulemused:

Analüüs näitab, et L/T suhe on suurem või võrdne 4 -ga, paindlikkuse maatriksi analüütiliste ja simuleeritud väärtuste suhteline viga on 5,5%piires. Kuid L/T suhete korral on vähem kui 4 suhteline viga suhteliselt suur, kuna suutmatust konsooli tala sihvakaks talaks lihtsustada. See näitab, et suletud ahela analüütiline mudel sobib paremini suurte l/t juhtumite jaoks.

R/T osas näitab analüüs, et kui 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, saab analüütilise ja simuleeritud väärtuste suhtelist viga kontrollida 9%piires. Lisaks, kui 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, saab suhtelist viga juhtida 6,5%piires. Need leiud näitavad paindlikkuse maatriksi suletud ahela analüütilise mudeli täpsust ja rakendatavust.

Selles uuringus välja töötatud suletud ahela analüütiline mudel annab teoreetilise aluse sirgete talade ümardatud painde hingede kavandamiseks ja optimeerimiseks. Analüüs näitas, et mudel suudab paindlikkuse maatriksi parameetreid täpselt ennustada, kui arvestada liigendi pikkuse, paksuse ja nurgaraadiuse variatsioonide arvessevõtmisel. Need leiud aitavad kaasa nõuetele vastavate mehhanismide ja nende rakenduste edendamisele.