Cercetări pe baza teoretică a optimizării proiectării balamalelor flexibile și a mecanismelor flexibile ale corpului

Extins

Baluntele flexibile au câștigat o atenție semnificativă în dispozitivele de precizie datorită capacității lor de a transmite mișcare sau energie prin deformarea elastică în loc de componente rigide. În comparație cu balamalele tradiționale de mișcare, balamalele flexibile oferă avantaje precum rezoluția de mișcare ridicată, fără frecare, fără lubrifiere și un simplu proces de fabricație. Acestea au fost utilizate pe scară largă în diverse dispozitive de precizie, inclusiv lentile obiective de litografie de proiecție, bancuri de lucru cu placă de siliciu, microscopuri de scanare electronică, senzori de la distanță optică spațială și prelucrare de precizie și ultra-precizie. Parametrii cheie ai mecanismelor conforme, cum ar fi balamalele flexibile, afectează direct caracteristicile dinamice și precizia de poziționare a sfârșitului. Prin urmare, au fost efectuate cercetări ample pentru a înțelege flexibilitatea balamalelor flexibile. Această lucrare își propune să studieze matricea de flexibilitate a balamalelor cu flexuri rotunjite cu fascicul drept, să analizeze parametrii acesteia și să ofere o bază teoretică pentru proiectarea și optimizarea lor.

Matricea de flexibilitate a balamalelor cu flexuri rotunjite cu fascicul drept:

Balama de flexie rotunjită cu fascicul drept este formată dintr -o structură de foi de fascicul drept, cu colțuri rotunjite la capetele balamalei pentru a evita concentrația de stres. Principalii parametri geometrici includ înălțimea balamalei (H), lungimea balamalei (L), grosimea balamalei (T) și raza filei de balamale (R). Pentru a analiza deformarea în plan a balamalei, este derivată o metodă de calcul analitică bazată pe teoria fasciculului cantilever. Această metodă stabilește un model analitic cu buclă închisă pentru matricea de flexibilitate în plan a balamalei flexibile. În plus, este furnizată o formulă de calcul simplificată pentru matricea de flexibilitate atunci când este dat raportul dintre raza de colț de balamale și grosimea (R/T).

Verificarea elementelor finite:

Pentru a valida formula analitică derivată, este stabilit un model de element finit al balamalei de flexie rotunjită cu fascicul drept folosind software -ul UGNX Nastran. Rezultatele de simulare ale modelului elementului finit sunt comparate cu valorile analitice ale parametrilor matricei de flexibilitate. Eroarea relativă între cele două este analizată pentru variații diferite ale parametrilor structurali ai balamalei, cum ar fi raportul dintre lungimea balamalei și grosimea (L/T) și raportul dintre raza de colț de balamală și grosimea (R/T).

Rezultate:

Analiza arată că pentru raporturile L/T mai mari sau egale cu 4, eroarea relativă dintre valorile analitice și cele simulate ale matricei de flexibilitate este de 5,5%. Cu toate acestea, pentru raporturile L/T mai puțin de 4, eroarea relativă este relativ mare datorită incapacității de a simplifica fasciculul de cantilever într -un fascicul zvelt. Acest lucru indică faptul că modelul analitic cu buclă închisă este mai potrivit pentru cazurile mari de L/T.

În ceea ce privește raportul R/T, analiza relevă faptul că atunci când 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, eroarea relativă dintre valorile analitice și cele simulate poate fi controlată în 9%. În plus, când 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, eroarea relativă poate fi controlată în 6,5%. Aceste descoperiri demonstrează exactitatea și aplicabilitatea modelului analitic cu buclă închisă pentru matricea de flexibilitate.

Modelul analitic cu buclă închisă dezvoltat în acest studiu oferă o bază teoretică pentru proiectarea și optimizarea balamalelor cu flexuri rotunjite cu fascicul drept. Analiza a demonstrat că modelul poate prezice cu exactitate parametrii matricei de flexibilitate atunci când se ia în considerare variații în lungimea balamalei, grosimea și raza de colț. Aceste descoperiri vor contribui la avansarea mecanismelor conforme și a aplicațiilor lor în dispozitivele de precizie.