Penelitian berdasarkan teoritis optimalisasi desain engsel fleksibel dan mekanisme tubuh yang fleksibel

Diperluas

Engsel yang fleksibel telah mendapatkan perhatian yang signifikan pada perangkat presisi karena kemampuannya untuk mengirimkan gerakan atau energi melalui deformasi elastis alih -alih komponen yang kaku. Dibandingkan dengan engsel gerak tradisional, engsel fleksibel menawarkan keuntungan seperti resolusi gerak tinggi, tidak ada gesekan, tidak ada pelumasan, dan proses pembuatan sederhana. Mereka telah banyak digunakan di berbagai perangkat presisi, termasuk lensa objektif litografi proyeksi, meja kerja wafer silikon, mikroskop pemindaian elektronik, sensor jarak jauh optik ruang, dan pemrosesan presisi dan ultra-presisi. Parameter kunci dari mekanisme yang sesuai, seperti engsel yang fleksibel, secara langsung memengaruhi karakteristik dinamis dan akurasi penentuan posisi akhir. Oleh karena itu, penelitian yang luas telah dilakukan untuk memahami fleksibilitas engsel yang fleksibel. Makalah ini bertujuan untuk mempelajari matriks fleksibilitas engsel lentur balok lurus, menganalisis parameternya, dan memberikan dasar teoritis untuk desain dan optimalisasi mereka.

Matriks fleksibilitas engsel lentur balok lurus:

Balok lurus engsel bundar terdiri dari struktur lembaran balok lurus dengan sudut bulat di ujung engsel untuk menghindari konsentrasi tegangan. Parameter geometris utama termasuk tinggi engsel (H), panjang engsel (L), ketebalan engsel (t), dan jari -jari fillet engsel (R). Untuk menganalisis deformasi in-plane engsel, metode perhitungan analitik berdasarkan teori balok kantilever diturunkan. Metode ini menetapkan model analitik loop tertutup untuk matriks fleksibilitas dalam-pesawat dari engsel fleksibel. Selain itu, formula perhitungan yang disederhanakan untuk matriks fleksibilitas disediakan ketika rasio jari -jari sudut engsel terhadap ketebalan (R/T) diberikan.

Verifikasi Elemen Hingga:

Untuk memvalidasi formula analitik yang diturunkan, model elemen hingga dari engsel fleksibel bundar balok lurus didirikan menggunakan perangkat lunak UGNX Nastran. Hasil simulasi model elemen hingga dibandingkan dengan nilai analitik parameter matriks fleksibilitas. Kesalahan relatif antara keduanya dianalisis untuk variasi yang berbeda dalam parameter struktural engsel, seperti rasio panjang engsel dengan ketebalan (L/T) dan rasio jari -jari sudut engsel terhadap ketebalan (R/T).

Hasil:

Analisis menunjukkan bahwa untuk rasio L/T lebih besar dari atau sama dengan 4, kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi matriks fleksibilitas dalam 5,5%. Namun, untuk rasio L/T kurang dari 4, kesalahan relatif relatif besar karena ketidakmampuan untuk menyederhanakan balok kantilever menjadi balok yang ramping. Ini menunjukkan bahwa model analitik loop tertutup lebih cocok untuk kasus L/T besar.

Mengenai rasio R/T, analisis mengungkapkan bahwa ketika 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi dapat dikontrol dalam 9%. Selain itu, ketika 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, kesalahan relatif dapat dikontrol dalam 6,5%. Temuan ini menunjukkan keakuratan dan penerapan model analitik loop tertutup untuk matriks fleksibilitas.

Model analitik loop tertutup yang dikembangkan dalam penelitian ini memberikan dasar teoritis untuk desain dan optimalisasi engsel fleksibel bundar lurus. Analisis menunjukkan bahwa model dapat secara akurat memprediksi parameter matriks fleksibilitas ketika mempertimbangkan variasi panjang engsel, ketebalan, dan jari -jari sudut. Temuan ini akan berkontribusi pada kemajuan mekanisme yang sesuai dan aplikasinya di perangkat presisi.