유연한 힌지의 설계 최적화 및 유연한 신체 메커니즘의 이론적 기초에 대한 연구1

초록 :이 연구는 직선형 둥근 굴곡 힌지의 유연성 매트릭스를 연구하는 데 중점을 둡니다. 힌지의 평면 내 변형을위한 분석 계산 방법은 캔틸레버 빔 이론에 기초하여 도출된다. 유연성 매트릭스에 대한 폐쇄 루프 분석 모델이 설정되고 코너 반경 및 힌지 두께를 고려할 때 유연성 매트릭스에 대한 단순화 된 계산 공식이 제공됩니다. 또한, 분석 모델의 정확도를 확인하기 위해 힌지의 유한 요소 모델이 개발되었습니다. 유연성 매트릭스 매개 변수의 분석 값과 시뮬레이션 값 사이의 상대 오차는 상이한 힌지 구조 파라미터에 대해 분석된다. 결과는 분석 모델이 정확하고 상대 오류가 허용 가능한 한계 내에서 제어 될 수 있음을 보여줍니다.

유연한 힌지는 높은 모션 해상도, 마찰 및 간단한 제조 공정의 장점으로 인해 정밀 장치에서 널리 사용됩니다. 이러한 경첩은 자체 탄성 변형에 의존하여 운동, 힘 또는 에너지를 전송하거나 변환하여 강성 구성 요소의 필요성을 제거합니다. 유연한 힌지의 주요 매개 변수는 동적 특성과 엔드 포지셔닝 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다. 이전의 연구는 다양한 유형의 유연한 힌지에 중점을 두었지만 직선형 둥근 굴곡 힌지에 대한 제한된 연구가 수행되었습니다. 이 백서는 그러한 경첩의 유연성 매트릭스를 연구 하여이 연구 격차를 메우는 것을 목표로합니다.

1. 직선 빔 둥근 유연한 힌지의 유연성 매트릭스:

직선 빔 둥근 유연한 힌지는 응력 집중을 피하기 위해 둥근 모서리가있는 시트 구조입니다. 힌지의 기하학적 매개 변수에는 높이, 길이, 두께 및 필렛 반경이 포함됩니다. 힌지의 유연성 매트릭스에 대한 폐 루프 분석 모델은 평면 내 변형을위한 파생 된 분석 계산 방법에 기초하여 확립된다. 유연성 매트릭스 매개 변수는 다른 힌지 구조 매개 변수에 대해 분석되고 분석 값과 시뮬레이션 값 사이의 상대 오차가 계산됩니다.

2. 유한 요소 유연성 매트릭스의 유한 요소 검증:

분석 모델의 정확도를 검증하기 위해 UGNX Nastran 소프트웨어를 사용하여 힌지의 유한 요소 모델이 작성됩니다. 단위 힘/모멘트가 장착 된 힌지의 시뮬레이션 결과는 분석 값과 비교됩니다. 유연성 매트릭스 매개 변수의 분석 값과 시뮬레이션 값 사이의 상대 오차는 힌지 길이 대 두께 (L/T) 및 코너 반경에서 두께 (R/T)의 상이한 비율에 대해 분석된다.

2.1 유연성 매트릭스 매개 변수에 대한 L/T의 영향:

유연성 매트릭스 매개 변수의 분석 값과 시뮬레이션 값 사이의 상대 오차는 L/T가 4보다 크거나 동일 할 때 5.5% 내에있는 것으로 나타났습니다. 4 미만의 비의 경우, 가느 다란 빔 가정의 한계로 인해 상대 오차가 크게 증가합니다. 따라서 폐 루프 분석 모델은 L/T 비율이 더 큰 힌지에 적합합니다.

2.2 유연성 매트릭스 매개 변수에 대한 R/T의 영향:

유연성 행렬 매개 변수의 분석 값과 시뮬레이션 값 사이의 상대 오차는 R/T의 비율이 증가함에 따라 증가합니다. 0.1에서 0.5 사이의 비의 경우, 상대 오차는 9%내에 제어 될 수 있습니다. 0.2와 0.3의 비율의 경우, 상대 오차는 6.5%내에서 제어 될 수 있습니다.

2.3 단순화 된 유연성 행렬 매개 변수에 대한 R/T의 영향:

유연성 행렬 매개 변수에 대한 단순화 된 분석 공식은 R/T 비율을 고려하여 제공됩니다. 단순화 된 분석 값과 시뮬레이션 값 사이의 상대 오차는 R/T의 비율이 증가함에 따라 증가합니다. 0.3과 0.2 사이의 비의 경우, 상대 오차는 각각 9%와 7% 내에서 제어 될 수 있습니다.

직선 빔 둥근 굴곡 힌지를위한 유연성 매트릭스의 개발 된 폐쇄 루프 분석 모델은 유연한 힌지 및 메커니즘의 설계 및 최적화를위한 이론적 기초를 제공합니다. 모델의 정확도는 유한 요소 시뮬레이션을 통해 검증되며 상대 오류는 다른 힌지 구조 매개 변수에 대해 허용 가능한 한계 내에 있습니다. 이 연구는 다양한 정밀 장치에서 직선형 둥근 굴곡 힌지의 이해와 적용에 기여합니다.