Penelitian berdasarkan teoritis optimalisasi desain engsel fleksibel dan mekanisme tubuh yang fleksibel1

Abstrak: Penelitian ini berfokus pada mempelajari matriks fleksibilitas engsel lentur bulat lurus. Metode perhitungan analitik untuk deformasi in-plane engsel diturunkan berdasarkan teori balok kantilever. Model analitik loop tertutup untuk matriks fleksibilitas ditetapkan, dan rumus perhitungan yang disederhanakan untuk matriks fleksibilitas disediakan ketika mempertimbangkan jari-jari sudut dan ketebalan engsel. Selain itu, model elemen hingga engsel dikembangkan untuk memverifikasi keakuratan model analitik. Kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi dari parameter matriks fleksibilitas dianalisis untuk parameter struktur engsel yang berbeda. Hasil menunjukkan bahwa model analitik akurat, dan kesalahan relatif dapat dikontrol dalam batas yang dapat diterima.

Engsel fleksibel banyak digunakan di perangkat presisi karena keunggulannya dari resolusi gerak tinggi, tidak ada gesekan, dan proses manufaktur sederhana. Engsel ini bergantung pada deformasi elastis mereka sendiri untuk mengirimkan atau mengonversi gerakan, gaya, atau energi, menghilangkan kebutuhan akan komponen yang kaku. Parameter kunci dari engsel fleksibel secara langsung mempengaruhi karakteristik dinamis dan akurasi posisi akhir. Penelitian sebelumnya telah berfokus pada berbagai jenis engsel yang fleksibel, tetapi studi terbatas telah dilakukan pada engsel lentur balok lurus. Makalah ini bertujuan untuk mengisi kesenjangan penelitian ini dengan mempelajari matriks fleksibilitas engsel tersebut.

1. Matriks fleksibilitas engsel fleksibel balok lurus:

Balok lurus engsel fleksibel bulat adalah struktur lembaran dengan sudut bulat untuk menghindari konsentrasi tegangan. Parameter geometris engsel termasuk tinggi, panjang, ketebalan, dan jari -jari fillet. Model analitik loop tertutup untuk matriks fleksibilitas engsel ditetapkan berdasarkan metode perhitungan analitik yang diturunkan untuk deformasi dalam pesawat. Parameter matriks fleksibilitas dianalisis untuk parameter struktur engsel yang berbeda, dan kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi dihitung.

2. Verifikasi elemen hingga dari matriks fleksibilitas:

Untuk memvalidasi keakuratan model analitik, model elemen hingga engsel dibuat menggunakan perangkat lunak UGNX NASTRAN. Hasil simulasi engsel yang dimuat dengan gaya/momen unit dibandingkan dengan nilai analitik. Kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi parameter matriks fleksibilitas dianalisis untuk rasio panjang engsel yang berbeda dengan ketebalan (L/T) dan jari -jari sudut menjadi ketebalan (R/T).

2.1 Pengaruh L/T pada parameter matriks fleksibilitas:

Kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi parameter matriks fleksibilitas ditemukan berada dalam 5,5% ketika rasio L/T lebih besar dari atau sama dengan 4. Untuk rasio kurang dari 4, kesalahan relatif meningkat secara signifikan karena keterbatasan asumsi balok ramping. Oleh karena itu, model analitik loop tertutup cocok untuk engsel dengan rasio L/T yang lebih besar.

2.2 Pengaruh R/T pada parameter matriks fleksibilitas:

Kesalahan relatif antara nilai analitik dan simulasi parameter matriks fleksibilitas meningkat dengan peningkatan rasio R/T. Untuk rasio antara 0,1 dan 0,5, kesalahan relatif dapat dikontrol dalam 9%. Untuk rasio antara 0,2 dan 0,3, kesalahan relatif dapat dikontrol dalam 6,5%.

2.3 Pengaruh R/T pada parameter matriks fleksibilitas yang disederhanakan:

Rumus analitik yang disederhanakan untuk parameter matriks fleksibilitas disediakan dengan mempertimbangkan rasio R/T. Kesalahan relatif antara nilai analitik yang disederhanakan dan nilai simulasi meningkat dengan peningkatan rasio R/T. Untuk rasio antara 0,3 dan 0,2, kesalahan relatif dapat dikontrol masing -masing dalam 9% dan 7%.

Model analitik loop tertutup yang dikembangkan dari matriks fleksibilitas untuk engsel lentur bulat balok lurus memberikan dasar teoritis untuk desain dan optimalisasi engsel dan mekanisme yang fleksibel. Keakuratan model divalidasi melalui simulasi elemen hingga, dan kesalahan relatif berada dalam batas yang dapat diterima untuk parameter struktur engsel yang berbeda. Penelitian ini berkontribusi pada pemahaman dan penerapan engsel lentur balok lurus di berbagai perangkat presisi.