Kutatás a rugalmas zsanérok és a rugalmas testmechanizmusok tervezési optimalizálásának elméleti alapján

Kiterjesztett

A rugalmas zsanérok jelentős figyelmet fordítottak a precíziós eszközökön, mivel képesek mozgást vagy energiát továbbítani a merev alkatrészek helyett rugalmas deformáción keresztül. A hagyományos mozgási csuklópántokkal összehasonlítva a rugalmas csuklók olyan előnyöket kínálnak, mint a nagymozdulat, a súrlódás, a kenés nélkül és az egyszerű gyártási folyamat. Különböző precíziós eszközökben széles körben használták őket, ideértve a vetítési litográfiai objektív lencséket, a szilícium ostya munkapadjait, az elektronikus szkennelési mikroszkópokat, a tér optikai távérzékelőit, valamint a pontosság és az ultra-pontosságú feldolgozást. A kompatibilis mechanizmusok, például a rugalmas zsanérok kulcsfontosságú paraméterei közvetlenül befolyásolják a vég dinamikus tulajdonságait és a pozicionálási pontosságot. Ezért kiterjedt kutatást végeztek a rugalmas zsanérok rugalmasságának megértése érdekében. Ennek a cikknek a célja az egyenes sugárú, lekerekített hajlékony csuklópántok rugalmassági mátrixának tanulmányozása, a paramétereinek elemzése és a tervezés és optimalizálás elméleti alapjának biztosítása.

Rugalmassági mátrix egyenes gerenda lekerekített hajlító csuklók:

Az egyenes sugárú, lekerekített hajlító csukló egyenes gerenda -szerkezetből áll, lekerekített sarkokkal a csuklópánt végén a feszültségkoncentráció elkerülése érdekében. A fő geometriai paraméterek közé tartozik a csuklómagasság (H), a csuklóhossz (L), a csukló vastagsága (T) és a csuklófilé sugara (R). A csuklóplane-deformáció elemzéséhez a konzolos fénysugár-elméleten alapuló analitikai számítási módszer származik. Ez a módszer létrehoz egy zárt hurkú analitikai modellt a rugalmas csuklópánt síkban lévő rugalmassági mátrixához. Ezenkívül a rugalmassági mátrix egyszerűsített számítási képletét adjuk meg, amikor a csukló sarok sugara és a vastagság aránya (R/T).

Véges elem ellenőrzése:

A származtatott analitikai képlet validálásához az UGNX Nastran szoftver segítségével létrehozzák az egyenes sugárú, lekerekített hajlékony csuklópántok véges elemmodelljét. A véges elem modell szimulációs eredményeit összehasonlítják a rugalmassági mátrix paraméterek analitikai értékeivel. A kettő közötti relatív hibát elemezzük a csuklószerkezeti paraméterek különböző variációi, például a csuklóhossz és a vastagság aránya (L/T) és a csukló sarok sugara és vastagságának aránya (r/t).

Eredmény:

Az elemzés azt mutatja, hogy a 4 -nél nagyobb vagy egyenlő L/T arány esetén a rugalmassági mátrix analitikai és szimulált értékei közötti relatív hiba 5,5%-on belül van. Azonban a 4 -nél kevesebb L/T arány esetén a relatív hiba viszonylag nagy, mivel nem képes egyszerűsíteni a konzolos gerendát karcsú gerendává. Ez azt jelzi, hogy a zárt hurkú analitikai modell jobban alkalmas nagy L/T esetekre.

Az R/T arányt illetően az elemzés azt mutatja, hogy ha 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, akkor az analitikai és a szimulált értékek közötti relatív hiba 9%-on belül szabályozható. Ezenkívül, ha 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, a relatív hiba 6,5%-on belül szabályozható. Ezek az eredmények bemutatják a zárt hurkú analitikai modell pontosságát és alkalmazhatóságát a rugalmassági mátrixhoz.

A tanulmányban kifejlesztett zárt hurkú analitikai modell elméleti alapot nyújt az egyenes sugárú, lekerekített hajlékony csuklók tervezéséhez és optimalizálásához. Az elemzés bebizonyította, hogy a modell pontosan megjósolja a rugalmassági mátrix paramétereit, amikor figyelembe vesszük a csuklóhossz, a vastagság és a sarok sugarai változásait. Ezek az eredmények hozzájárulnak a megfelelő mechanizmusok és azok alkalmazásainak előrehaladásához a precíziós eszközökben.