Исследования теоретической основы оптимизации проектирования гибких петли и гибких механизмов тела

Расширен

Гибкие петли привлекли значительное внимание в точных устройствах из -за их способности передавать движение или энергию посредством упругих деформации вместо жестких компонентов. По сравнению с традиционными петлями движения, гибкие петли предлагают такие преимущества, как высокое разрешение движения, отсутствие трения, отсутствие смазки и простой производственный процесс. Они широко использовались в различных точных устройствах, включая проекционную литографию, объективные линзы, кремниевые пластины, электронные сканирующие микроскопы, космические оптические дистанционные датчики, а также точность и ультрапецифическая обработка. Ключевые параметры совместимых механизмов, такие как гибкие петли, напрямую влияют на динамические характеристики и точность позиционирования конца. Поэтому были проведены обширные исследования, чтобы понять гибкость гибких петли. Эта статья направлена ​​на изучение матрицы гибкости прямых пучков округлых петли изгиба, проанализировать его параметры и обеспечить теоретическую основу для их проектирования и оптимизации.

Матрица гибкости прямой луче:

Прямая пучка округленная шарнир сгибания состоит из прямой структуры листа луча с округлыми углами на концах шарнира, чтобы избежать концентрации напряжения. Основные геометрические параметры включают высоту шарнира (H), длину шарнира (L), толщину шарнира (T) и радиус филе шарни (R). Чтобы проанализировать деформацию шарнира в плоскости, получен аналитический метод расчета, основанный на теории консольного луча. Этот метод устанавливает аналитическую модель с замкнутым контуром для матрицы гибкости в плоскости гибкого шарнира. Кроме того, упрощенная формула расчета для матрицы гибкости предоставляется при определении отношения радиуса шарнира к толщине (R/T).

Проверка конечных элементов:

Чтобы проверить производную аналитическую формулу, модель конечных элементов прямолинейного шарнира с изгибами пучка устанавливается с использованием программного обеспечения UGNX Nastran. Результаты моделирования модели конечных элементов сравниваются с аналитическими значениями параметров матрицы гибкости. Относительная ошибка между ними анализируется на различные изменения в структурных параметрах шарнира, таких как отношение длины шарнира к толщине (L/T) и отношение радиуса шарнира к толщине (R/T).

Результаты:

Анализ показывает, что для соотношений L/T, более или равных 4, относительная ошибка между аналитическими и смоделированными значениями матрицы гибкости находится в пределах 5,5%. Тем не менее, для соотношений L/T менее 4, относительная ошибка относительно большая из -за невозможности упростить консольный луч в стройной луче. Это указывает на то, что аналитическая модель с закрытым контуром более подходит для больших случаев L/T.

Что касается отношения r/t, анализ показывает, что когда 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, относительная ошибка между аналитическими и смоделированными значениями может контролироваться в пределах 9%. Кроме того, когда 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, относительная ошибка может контролироваться в пределах 6,5%. Эти результаты демонстрируют точность и применимость аналитической модели с замкнутым контуром для матрицы гибкости.

Аналитическая модель с замкнутым контуром, разработанная в этом исследовании, обеспечивает теоретическую основу для проектирования и оптимизации прямых пучков закругленных петлей сгибания. Анализ продемонстрировал, что модель может точно предсказать параметры матрицы гибкости при рассмотрении вариаций длины шарнира, толщины и радиуса углового радиуса. Эти результаты будут способствовать развитию соответствующих механизмов и их применений в точных устройствах.