Istraživanje teorijske osnove dizajna optimizacije fleksibilnih šarki i fleksibilnih tjelesnih mehanizama1

Sažetak: Ovo se istraživanje usredotočuje na proučavanje matrice fleksibilnosti ravnih zglobova zaobljenih fleksibilnih zgloba. Analitička metoda izračunavanja za deformaciju zglobova izvedena je na temelju teorije konzolnog snopa. Analitički model zatvorene petlje za matricu fleksibilnosti je uspostavljen, a pojednostavljena formula izračuna za matricu fleksibilnosti osigurana je kada se uzme u obzir polumjer kuta i debljina šarki. Uz to, razvijen je model konačnih elemenata šarke kako bi se provjerila točnost analitičkog modela. Relativna pogreška između analitičkih i simulacijskih vrijednosti parametara matrice fleksibilnosti analizira se na različite parametre strukture zgloba. Rezultati pokazuju da je analitički model točan, a relativne pogreške mogu se kontrolirati unutar prihvatljivih granica.

Fleksibilne šarke široko se koriste u preciznim uređajima zbog prednosti visoke rezolucije pokreta, bez trenja i jednostavnog procesa proizvodnje. Ove šarke oslanjaju se na vlastitu elastičnu deformaciju za prijenos ili pretvaranje gibanja, sile ili energije, uklanjajući potrebu za krutim komponentama. Ključni parametri fleksibilnog zgloba izravno utječu na njegove dinamičke karakteristike i točnost krajnjeg pozicioniranja. Prethodna su se istraživanja usredotočila na različite vrste fleksibilnih šarki, ali su provedene ograničene studije na zglobovima s zaobljenim mjestima. Ovaj rad ima za cilj popuniti ovaj istraživački jaz proučavanjem matrice fleksibilnosti takvih šarki.

1. Matrica fleksibilnosti ravnih snopa zaobljenih fleksibilnih šarki:

Ravna greda zaobljena fleksibilna zglob je struktura lima sa zaobljenim uglovima kako bi se izbjegla koncentracija stresa. Geometrijski parametri šarke uključuju visinu, duljinu, debljinu i radijus fileta. Analitički model zatvorene petlje za matricu fleksibilnosti šarke uspostavljen je na temelju izvedene metode analitičkog izračuna za deformaciju u ravnini. Parametri matrice fleksibilnosti analiziraju se na različite parametre strukture šarki, a izračunava se relativna pogreška između analitičkih i simulacijskih vrijednosti.

2. Provjera matrice fleksibilnosti konačnih elemenata:

Da bi se potvrdila točnost analitičkog modela, stvara se model konačnih elemenata šarke pomoću UGNX Nastranu softvera. Rezultati simulacije zgloba opterećenih jediničnom silom/momentom uspoređuju se s analitičkim vrijednostima. Relativna pogreška između analitičkih i simulacijskih vrijednosti parametara matrice fleksibilnosti analizira se na različite omjere duljine zgloba prema debljini (L/T) i polumjera kuta i debljine (R/T).

2.1 Učinak L/T na parametre matrice fleksibilnosti:

Otkriveno je da je relativna pogreška između analitičkih i simulacijskih vrijednosti parametara matrice fleksibilnosti unutar 5,5% kada je omjer L/T veći ili jednak 4. Za omjere manje od 4, relativna pogreška značajno se povećava zbog ograničenja pretpostavke vitke grede. Stoga je analitički model zatvorene petlje prikladan za šarke s većim omjerima L/T.

2.2 Učinak R/T na parametre matrice fleksibilnosti:

Relativna pogreška između analitičkih i simulacijskih vrijednosti parametara matrice fleksibilnosti povećava se s povećanjem omjera R/T. Za omjere između 0,1 i 0,5, relativna pogreška može se kontrolirati unutar 9%. Za omjere između 0,2 i 0,3, relativna pogreška može se kontrolirati unutar 6,5%.

2.3 Učinak R/T na parametre pojednostavljene matrice fleksibilnosti:

Pojednostavljene analitičke formule za parametre matrice fleksibilnosti daju se s obzirom na omjer r/t. Relativna pogreška između pojednostavljenih analitičkih vrijednosti i simulacijskih vrijednosti povećava se s povećanjem omjera R/T. Za omjere između 0,3 i 0,2, relativna pogreška može se kontrolirati unutar 9%, odnosno 7%.

Razvijeni analitički model zatvorene petlje matrice fleksibilnosti za ravne zglobove zaobljenih greda pruža teorijsku osnovu za dizajn i optimizaciju fleksibilnih šarki i mehanizama. Točnost modela potvrđena je simulacijama konačnih elemenata, a relativne pogreške su unutar prihvatljivih granica za različite parametre strukture zgloba. Ovo istraživanje doprinosi razumijevanju i primjeni ravnih zglobova zaobljenih greda u različitim preciznim uređajima.