Joustavien saranojen ja joustavien kehon mekanismien suunnittelun optimoinnin teoreettisen perustan tutkimus

Laajennettu

Joustavat saranat ovat saaneet merkittävää huomiota tarkkuuslaitteissa johtuen niiden kyvystä siirtää liikettä tai energiaa joustavan muodonmuutoksen kautta jäykkien komponenttien sijasta. Perinteisiin liikkeen saranoihin verrattuna joustavat saranat tarjoavat etuja, kuten korkean liikkeen resoluution, kitkan, ei voitelun ja yksinkertaisen valmistusprosessin. Niitä on käytetty laajasti erilaisissa tarkkuuslaitteissa, mukaan lukien projektiolitografian objektiivilinssit, piikiekkojen työpöydät, elektroniset skannausmikroskoopit, avaruusoptiset kaukosäätimet sekä tarkkuuden ja erittäin tarkan prosessoinnin. Yhteensopivien mekanismien, kuten joustavien saranojen, avainparametrit vaikuttavat suoraan lopun dynaamisiin ominaisuuksiin ja paikannustarkkuuteen. Siksi joustavien saranojen joustavuuden ymmärtämiseksi on tehty laaja tutkimus. Tämän artikkelin tarkoituksena on tutkia suoran säteen pyöristettyjen taivutusaranojen joustavuusmatriisia, analysoida sen parametreja ja tarjota teoreettinen perusta niiden suunnittelulle ja optimoinnille.

Suora säteen pyöristettyjen taivutusaranojen joustavuusmatriisi:

Suora palkki pyöristetty taipumisananaa koostuu suorasta säteen rakenteesta, jossa on pyöristetyt kulmat saranan päissä stressipitoisuuden välttämiseksi. Tärkeimmät geometriset parametrit sisältävät saranan korkeuden (H), saranan pituuden (L), saranan paksuuden (t) ja saranan fileen säde (R). Saranan sisäisen muodonmuutoksen analysoimiseksi johdetaan ulokepalkkiteoriaan perustuva analyyttinen laskentamenetelmä. Tämä menetelmä muodostaa suljetun silmukan analyyttisen mallin joustavan saranan tason joustavuusmatriisiin. Lisäksi annetaan yksinkertaistettu laskentakaava joustavuusmatriisille, kun annetaan saranan kulman säteen suhde paksuuteen (r/t).

Äärellisen elementin varmennus:

Johdetun analyyttisen kaavan validoimiseksi suoritetun pyöristetyn taivutussaranan äärellisen elementin malli määritetään käyttämällä UGNX Nastran -ohjelmistoa. Äärellisen elementtimallin simulaatiotuloksia verrataan joustavuusmatriisiparametrien analyyttisiin arvoihin. Näiden kahden välistä suhteellista virhettä analysoidaan saranan rakenneparametrien erilaisten variaatioiden suhteen, kuten saranan pituuden suhde paksuuteen (l/t) ja saranan kulma -säteen suhde paksuuteen (r/t).

Tulokset:

Analyysi osoittaa, että L/T -suhteissa, jotka ovat suurempia tai yhtä suuret kuin 4, joustavuusmatriisin analyyttisten ja simuloitujen arvojen välinen suhteellinen virhe on 5,5%. Kuitenkin L/T -suhteissa alle 4, suhteellinen virhe on kuitenkin suhteellisen suuri johtuen kyvyttömyydestä yksinkertaistaa ulokepalkki hoikkaksi säteen. Tämä osoittaa, että suljetun silmukan analyyttinen malli sopii paremmin suuriin L/T-tapauksiin.

Suhteen R/T suhteen analyysi paljastaa, että kun 0,1 ≤ R/T ≤ 0,5, analyyttisten ja simuloitujen arvojen välistä suhteellista virhettä voidaan hallita 9%: n sisällä. Lisäksi, kun 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, suhteellista virhettä voidaan ohjata 6,5%: n sisällä. Nämä havainnot osoittavat suljetun silmukan analyyttisen mallin tarkkuuden ja sovellettavuuden joustavuusmatriisiin.

Tässä tutkimuksessa kehitetty suljetun silmukan analyyttinen malli tarjoaa teoreettisen perustan suoran säteen pyöristettyjen taivutusaranoiden suunnittelulle ja optimoinnille. Analyysi osoitti, että malli voi tarkasti ennustaa joustavuusmatriisiparametrit tarkasti, kun tarkastellaan saranan pituuden, paksuuden ja kulmasäteen variaatioita. Nämä havainnot edistävät yhteensopivien mekanismien ja niiden sovellusten tarkkuuslaitteiden etenemistä.