Pētījumi par elastīgu eņģu un elastīgu ķermeņa mehānismu projektēšanas optimizācijas teorētisko pamatu

Paplašināts

Elastīgas eņģes ir pievērsušas ievērojamu uzmanību precīzas ierīcēs, pateicoties to spējai pārraidīt kustību vai enerģiju, izmantojot elastīgu deformāciju, nevis stingrus komponentus. Salīdzinot ar tradicionālajām kustību eņģēm, elastīgās eņģes piedāvā tādas priekšrocības kā augsta kustības izšķirtspēja, bez berzes, bez eļļošanas un vienkāršu ražošanas procesu. Tie ir plaši izmantoti dažādās precīzas ierīcēs, ieskaitot projekcijas litogrāfijas objektīvus, silīcija vafeļu darbagaldus, elektroniskos skenēšanas mikroskopus, kosmosa optiskos tālvadības sensorus, kā arī precizitāti un īpaši precizitātes apstrādi. Galvenie atbilstošu mehānismu parametri, piemēram, elastīgas eņģes, tieši ietekmē gala dinamiskās īpašības un pozicionēšanas precizitāti. Tāpēc ir veikti plaši pētījumi, lai izprastu elastīgu eņģu elastību. Šī darba mērķis ir izpētīt taisnu staru noapaļotu elastības eņģu elastības matricu, analizēt tā parametrus un nodrošināt teorētisku pamatu to dizainam un optimizācijai.

Taisnu staru noapaļotu elastības eņģu elastības matrica:

Taisnā staru noapaļotā elastības eņģe sastāv no taisnas staru loksnes struktūras ar noapaļotiem stūriem eņģu galos, lai izvairītos no stresa koncentrācijas. Galvenie ģeometriskie parametri ir eņģu augstums (H), eņģu garums (L), eņģu biezums (T) un eņģes filejas rādiuss (R). Lai analizētu eņģes deformāciju plaknē, tiek iegūta analītiskā aprēķina metode, kuras pamatā ir konsoles staru teorija. Šī metode izveido slēgta cikla analītisko modeli elastīgās eņģes elastības matricai plaknē. Turklāt, ja tiek dota vienkāršota aprēķināšanas formula elastības matricai, kad tiek dota eņģu stūra rādiusa un biezuma (R/T) attiecība.

Galīgo elementu pārbaude:

Lai apstiprinātu atvasināto analītisko formulu, taisnas staru noapaļota elastības eņģes galīgo elementu modelis tiek izveidots, izmantojot UGNX Nastran programmatūru. Galīgo elementu modeļa simulācijas rezultāti tiek salīdzināti ar elastības matricas parametru analītiskajām vērtībām. Relatīvā kļūda starp abiem tiek analizēta, lai novērstu dažādus eņģes strukturālo parametru variācijas, piemēram, eņģu garuma un biezuma (L/T) attiecību un eņģu stūra rādiusa un biezuma attiecību (R/T).

Rezultāti:

Analīze rāda, ka L/T attiecībām, kas lielākas vai vienādas ar 4, relatīvā kļūda starp elastības matricas analītisko un imitēto vērtību ir 5,5%robežās. Tomēr L/T attiecībām, kas mazākas par 4, relatīvā kļūda ir salīdzinoši liela, jo nespēja vienkāršot konsoles staru kūli. Tas norāda, ka slēgtā cikla analītiskais modelis ir piemērotāks lieliem L/T gadījumiem.

Attiecībā uz attiecību R/T, analīze atklāj, ka, kad 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, relatīvo kļūdu starp analītiskajām un imitētajām vērtībām var kontrolēt 9%robežās. Turklāt, ja 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, relatīvo kļūdu var kontrolēt 6,5%robežās. Šie atklājumi parāda slēgtā cikla analītiskā modeļa precizitāti un pielietojamību elastības matricai.

Šajā pētījumā izstrādātais slēgtā cikla analītiskais modelis nodrošina teorētisku pamatu taisnu staru noapaļotu elastības eņģu projektēšanai un optimizēšanai. Analīze parādīja, ka modelis var precīzi paredzēt elastības matricas parametrus, ņemot vērā eņģu garuma, biezuma un stūra rādiusa izmaiņas. Šie atklājumi veicinās atbilstošu mehānismu attīstību un to pielietojumu precīzas ierīcēs.