Istraživanje teorijske osnove dizajna optimizacije fleksibilnih šarki i fleksibilnih tjelesnih mehanizama

Proširen

Fleksibilne šarke privukle su značajnu pažnju u preciznim uređajima zbog njihove sposobnosti prenošenja gibanja ili energije elastičnom deformacijom umjesto krutih komponenti. U usporedbi s tradicionalnim šarkama za kretanje, fleksibilne šarke nude prednosti kao što su visoka rezolucija pokreta, bez trenja, bez podmazivanja i jednostavan proces proizvodnje. Naširoko su se koristili u različitim preciznim uređajima, uključujući objektivne leće litografije, silicijske radne ploče, elektroničke skenirajuće mikroskope, svemirski optički daljinski senzori, te preciznost i obradu ultra preciznosti. Ključni parametri kompatibilnih mehanizama, poput fleksibilnih šarki, izravno utječu na dinamičke karakteristike i točnost pozicioniranja kraja. Stoga su provedena opsežna istraživanja kako bi se razumjela fleksibilnost fleksibilnih šarki. Ovaj rad ima za cilj proučiti matricu fleksibilnosti ravnih zglobova zaobljenih savijanja, analizirati njegove parametre i pružiti teorijsku osnovu za njihov dizajn i optimizaciju.

Matrica fleksibilnosti ravnih greda zaobljenih šarki sa fleksibilnim fleksima:

Ravna zgloba za zaobljena fleksura sastoji se od ravne strukture lima s zaobljenim kutovima na krajevima šarki kako bi se izbjegla koncentracija stresa. Glavni geometrijski parametri uključuju visinu šarki (h), duljinu šarki (l), debljinu šarki (t) i radijus fileta šarki (R). Da bi se analizirala deformacija unutarnjeg zgloba, izvedena je analitička metoda izračuna utemeljena na teoriji konzolnog snopa. Ova metoda uspostavlja analitički model zatvorene petlje za matricu fleksibilnosti fleksibilnog zgloba. Uz to, data je pojednostavljena formula izračunavanja za matricu fleksibilnosti kada je dan omjer polumjera zgloba i debljine (R/T).

Provjera konačnih elemenata:

Da bi se potvrdila izvedena analitička formula, uspostavljen je model konačnih elemenata ravne zglobove savijenih zgloba pomoću softvera UGNX Nastra. Rezultati simulacije modela konačnih elemenata uspoređuju se s analitičkim vrijednostima parametara matrice fleksibilnosti. Relativna pogreška između njih dvojice analizira se na različite varijacije u strukturnim parametrima šarke, poput omjera duljine zglobova i debljine (L/T) i omjera polumjera kuta i debljine zgloba (R/T).

Rezultati:

Analiza pokazuje da je za omjere L/T većih ili jednakih 4, relativna pogreška između analitičkih i simuliranih vrijednosti matrice fleksibilnosti unutar 5,5%. Međutim, za omjere L/T manjih od 4, relativna pogreška je relativno velika zbog nemogućnosti pojednostavljenja konzolnog snopa u vitku gredu. To ukazuje da je analitički model zatvorene petlje prikladniji za velike L/T slučajeve.

Što se tiče omjera R/T, analiza otkriva da se, kada se 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, relativna pogreška između analitičkih i simuliranih vrijednosti može kontrolirati unutar 9%. Uz to, kada se 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, relativna pogreška može kontrolirati unutar 6,5%. Ovi nalazi pokazuju točnost i primjenjivost analitičkog modela zatvorene petlje za matricu fleksibilnosti.

Analitički model zatvorene petlje razvijen u ovoj studiji pruža teorijsku osnovu za dizajn i optimizaciju zglobova zaobljenog fleksibilnog fleksibilnog zraka. Analiza je pokazala da model može precizno predvidjeti parametre matrice fleksibilnosti kada se uzmu u obzir varijacije duljine zgloba, debljine i polumjera kuta. Ovi će nalazi doprinijeti napredovanju usklađenih mehanizama i njihovim primjenama u preciznim uređajima.