Penyelidikan asas teori pengoptimuman reka bentuk engsel fleksibel dan mekanisme badan yang fleksibel

Berkembang

Engsel fleksibel telah mendapat perhatian yang ketara dalam peranti ketepatan kerana keupayaan mereka untuk menghantar gerakan atau tenaga melalui ubah bentuk elastik dan bukannya komponen tegar. Berbanding dengan engsel gerakan tradisional, engsel fleksibel menawarkan kelebihan seperti resolusi gerakan yang tinggi, tiada geseran, tiada pelinciran, dan proses pembuatan mudah. Mereka telah digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti ketepatan, termasuk lensa objektif litografi unjuran, meja kerja silikon wafer, mikroskop pengimbasan elektronik, sensor jauh optik ruang, dan ketepatan dan pemprosesan ultra-ketepatan. Parameter utama mekanisme yang mematuhi, seperti engsel fleksibel, secara langsung memberi kesan kepada ciri -ciri dinamik dan ketepatan kedudukan akhir. Oleh itu, penyelidikan yang luas telah dijalankan untuk memahami fleksibiliti engsel fleksibel. Makalah ini bertujuan untuk mengkaji matriks fleksibiliti lurus lurus bulat flexure engsel, menganalisis parameternya, dan menyediakan asas teori untuk reka bentuk dan pengoptimuman mereka.

Matriks fleksibiliti rasuk lurus bulat lentur engsel:

Rasuk lurus lurus bulat engsel terdiri daripada struktur lembaran rasuk lurus dengan sudut bulat di hujung engsel untuk mengelakkan kepekatan tekanan. Parameter geometri utama termasuk ketinggian engsel (H), panjang engsel (L), ketebalan engsel (T), dan radius fillet engsel (R). Untuk menganalisis ubah bentuk dalam pesawat engsel, kaedah pengiraan analisis berdasarkan teori rasuk cantilever diperolehi. Kaedah ini menetapkan model analitik gelung tertutup untuk matriks fleksibiliti dalam pesawat dalam engsel fleksibel. Di samping itu, formula pengiraan yang mudah untuk matriks fleksibiliti disediakan apabila nisbah radius sudut engsel ke ketebalan (R/T) diberikan.

Pengesahan elemen terhingga:

Untuk mengesahkan formula analisis yang diperolehi, model elemen terhingga dari engsel lurus bulat lurus dibentuk menggunakan perisian UGNX Nastran. Hasil simulasi model elemen terhingga dibandingkan dengan nilai analisis parameter matriks fleksibiliti. Kesalahan relatif antara kedua -dua dianalisis untuk variasi yang berbeza dalam parameter struktur engsel, seperti nisbah panjang engsel kepada ketebalan (L/T) dan nisbah jejari sudut engsel ke ketebalan (R/T).

Hasilnya:

Analisis menunjukkan bahawa untuk nisbah L/T lebih besar daripada atau sama dengan 4, ralat relatif antara nilai analitik dan simulasi matriks fleksibiliti adalah dalam 5.5%. Walau bagaimanapun, untuk nisbah L/T kurang daripada 4, ralat relatif agak besar kerana ketidakupayaan untuk memudahkan rasuk cantilever ke dalam rasuk langsing. Ini menunjukkan bahawa model analisis gelung tertutup lebih sesuai untuk kes L/T yang besar.

Mengenai nisbah R/T, analisis mendedahkan bahawa apabila 0.1 ≤ r/t ≤ 0.5, kesilapan relatif antara nilai analisis dan simulasi boleh dikawal dalam 9%. Di samping itu, apabila 0.2 ≤ r/t ≤ 0.3, ralat relatif boleh dikawal dalam 6.5%. Penemuan ini menunjukkan ketepatan dan kebolehgunaan model analisis gelung tertutup untuk matriks fleksibiliti.

Model analitik gelung tertutup yang dibangunkan dalam kajian ini memberikan asas teoretikal untuk reka bentuk dan pengoptimuman rasuk lurus bulat flexure engsel. Analisis menunjukkan bahawa model itu dapat meramalkan parameter matriks fleksibiliti dengan tepat apabila mempertimbangkan variasi panjang engsel, ketebalan, dan jejari sudut. Penemuan ini akan menyumbang kepada kemajuan mekanisme yang mematuhi dan aplikasi mereka dalam peranti ketepatan.