유연한 힌지의 설계 최적화 및 유연한 신체 메커니즘의 이론적 기초에 대한 연구

퍼지는

유연한 힌지는 단단한 구성 요소 대신 탄성 변형을 통해 운동 또는 에너지를 전송하는 능력으로 인해 정밀 장치에서 상당한 관심을 끌었습니다. 전통적인 모션 힌지와 비교할 때 Flexible Hinges는 높은 모션 해상도, 마찰, 윤활 및 간단한 제조 공정과 같은 장점을 제공합니다. 프로젝션 리소그래피 목표 렌즈, 실리콘 웨이퍼 워크 벤치, 전자 스캐닝 현미경, 우주 광학 원격 센서, 정밀 및 초고전 처리를 포함한 다양한 정밀 장치에서 널리 사용되었습니다. Flexible Hinges와 같은 호환 메커니즘의 주요 매개 변수는 동적 특성 및 위치의 위치 정확도에 직접 영향을 미칩니다. 따라서 유연한 힌지의 유연성을 이해하기 위해 광범위한 연구가 수행되었습니다. 이 논문은 직선형 빔 둥근 굴곡 힌지의 유연성 매트릭스를 연구하고 매개 변수를 분석하며 설계 및 최적화에 대한 이론적 기초를 제공하는 것을 목표로합니다.

직선 빔 둥근 굴곡 힌지의 유연성 매트릭스:

직선 빔 둥근 굴곡 힌지는 응력 집중을 피하기 위해 힌지 끝에 둥근 모서리가있는 직선 빔 시트 구조로 구성됩니다. 주요 기하학적 파라미터에는 힌지 높이 (H), 힌지 길이 (L), 힌지 두께 (T) 및 힌지 필레 반경 (R)이 포함됩니다. 힌지의 평면 내 변형을 분석하기 위해, 캔틸레버 빔 이론에 기초한 분석적 계산 방법이 도출된다. 이 방법은 유연한 힌지의 평면 내 유연성 매트릭스에 대한 폐쇄 루프 분석 모델을 설정합니다. 또한, 힌지 코너 반경 대 두께 (R/T)의 비율이 주어질 때 유연성 매트릭스에 대한 단순화 된 계산 공식이 제공됩니다.

유한 요소 검증:

파생 된 분석 공식을 검증하기 위해 UGNX Nastran 소프트웨어를 사용하여 직선형 둥근 굴곡 힌지의 유한 요소 모델이 설정됩니다. 유한 요소 모델의 시뮬레이션 결과는 유연성 매트릭스 매개 변수의 분석 값과 비교됩니다. 둘 사이의 상대 오차는 힌지 길이 대 두께 (L/T)의 비율과 힌지 코너 반경과 두께 (R/T)의 비율과 같은 힌지의 구조적 매개 변수의 상이한 변화에 대해 분석된다.

결과:

분석은 L/T 비에 대해 4보다 큰 비율에 대해, 유연성 매트릭스의 분석 값과 시뮬레이션 된 값 사이의 상대 오차는 5.5%내에 있음을 보여준다. 그러나 4 미만의 L/T 비의 경우, 캔틸레버 빔을 가느 다란 빔으로 단순화 할 수 없기 때문에 상대 오차가 비교적 큽니다. 이는 폐 루프 분석 모델이 큰 L/T 사례에 더 적합하다는 것을 나타냅니다.

비율 R/T와 관련하여, 분석은 0.1 ≤ r/t ≤ 0.5 일 때, 분석 값과 시뮬레이션 된 값 사이의 상대 오차가 9%내에 제어 될 수 있음을 보여준다. 또한, 0.2 ≤ r/t ≤ 0.3 인 경우, 상대 오차는 6.5%내에 제어 될 수있다. 이러한 결과는 유연성 매트릭스에 대한 폐쇄 루프 분석 모델의 정확성과 적용 가능성을 보여줍니다.

이 연구에서 개발 된 폐쇄 루프 분석 모델은 직선형 둥근 굴곡 힌지의 설계 및 최적화를위한 이론적 기초를 제공합니다. 분석은 힌지 길이, 두께 및 코너 반경의 변화를 고려할 때 모델이 유연성 매트릭스 매개 변수를 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 결과는 준수 메커니즘의 발전과 정밀 장치에서의 응용에 기여할 것입니다.