Cercetări pe baza teoretică a optimizării proiectării balamalelor flexibile și a mecanismelor flexibile ale corpului1

Rezumat: Această cercetare se concentrează pe studierea matricei de flexibilitate a balamalelor cu flexuri rotunjite cu fascicul drept. Metoda de calcul analitică pentru deformarea în plan a balamalei este derivată pe baza teoriei fasciculului cantilever. Este stabilit modelul analitic cu buclă închisă pentru matricea de flexibilitate și este oferită o formulă de calcul simplificată pentru matricea de flexibilitate atunci când se ia în considerare raza de colț și grosimea balamalei. În plus, este dezvoltat un model de element finit al balamalei pentru a verifica exactitatea modelului analitic. Eroarea relativă între valorile analitice și de simulare ale parametrilor matricei de flexibilitate este analizată pentru diferiți parametri de structură a balamalei. Rezultatele demonstrează că modelul analitic este precis, iar erorile relative pot fi controlate în limite acceptabile.

Balamalele flexibile sunt utilizate pe scară largă pe dispozitivele de precizie, datorită avantajelor lor de rezoluție de mișcare ridicată, fără frecare și un simplu proces de fabricație. Aceste balamale se bazează pe propria lor deformare elastică pentru a transmite sau converti mișcarea, forța sau energia, eliminând nevoia de componente rigide. Parametrii cheie ai unei balamale flexibile afectează în mod direct caracteristicile sale dinamice și precizia poziționării finale. Cercetările anterioare s -au concentrat pe diferite tipuri de balamale flexibile, dar au fost efectuate studii limitate pe balamalele cu flexuri rotunjite cu fascicul drept. Acest articol își propune să completeze acest decalaj de cercetare studiind matricea de flexibilitate a unor astfel de balamale.

1. Matricea de flexibilitate a balamalelor flexibile rotunjite cu fascicul drept:

Balama flexibilă rotunjită cu fascicul drept este o structură de foi cu colțuri rotunjite pentru a evita concentrația de stres. Parametrii geometrici ai balamalei includ înălțimea, lungimea, grosimea și raza de file. Este stabilit un model analitic cu buclă închisă pentru matricea de flexibilitate a balamalei pe baza metodei de calcul analitice derivate pentru deformarea în plan. Parametrii matricei de flexibilitate sunt analizați pentru diferiți parametri de structură a balamalei și se calculează eroarea relativă între valorile analitice și cele de simulare.

2. Verificarea elementelor finite a matricei de flexibilitate:

Pentru a valida precizia modelului analitic, un model de element finit al balamalei este creat folosind software -ul UGNX Nastran. Rezultatele de simulare ale balamalei încărcate cu forța/momentul unitar sunt comparate cu valorile analitice. Eroarea relativă între valorile analitice și de simulare ale parametrilor matricei de flexibilitate este analizată pentru raporturi diferite de lungime a balamalei la grosime (L/T) și raza de colț la grosime (R/T).

2.1 Efectul L/T asupra parametrilor matricei de flexibilitate:

Eroarea relativă între valorile analitice și de simulare ale parametrilor matricei de flexibilitate se constată că este de 5,5% atunci când raportul L/T este mai mare sau egal cu 4. Pentru raporturi mai mici de 4, eroarea relativă crește semnificativ din cauza limitărilor presupunerii fasciculului zvelt. Prin urmare, modelul analitic cu buclă închisă este potrivit pentru balamale cu raporturi L/T mai mari.

2.2 Efectul R/T asupra parametrilor matricei de flexibilitate:

Eroarea relativă între valorile analitice și de simulare ale parametrilor matricei de flexibilitate crește odată cu creșterea raportului R/T. Pentru raporturi cuprinse între 0,1 și 0,5, eroarea relativă poate fi controlată în 9%. Pentru raporturi cuprinse între 0,2 și 0,3, eroarea relativă poate fi controlată în 6,5%.

2.3 Efectul R/T asupra parametrilor matricei simplificate de flexibilitate:

Formule analitice simplificate pentru parametrii matricei de flexibilitate sunt furnizate luând în considerare raportul R/T. Eroarea relativă între valorile analitice simplificate și valorile de simulare crește odată cu o creștere a raportului R/T. Pentru raporturi cuprinse între 0,3 și 0,2, eroarea relativă poate fi controlată în 9%, respectiv 7%.

Modelul analitic dezvoltat cu buclă închisă a matricei de flexibilitate pentru balamalele cu flexuri rotunjite cu fascicul drept oferă o bază teoretică pentru proiectarea și optimizarea balamalelor și mecanismelor flexibile. Precizia modelului este validată prin simulări ale elementelor finite, iar erorile relative sunt în limite acceptabile pentru diferiți parametri de structură a balamalei. Această cercetare contribuie la înțelegerea și aplicarea balamalelor cu flexuri rotunjite cu fascicul drept în diverse dispozitive de precizie.