Исследования теоретической основы оптимизации проектирования гибких петли и гибких механизмов тела1

Аннотация: Это исследование фокусируется на изучении матрицы гибкости прямых пучков округлых петли изгиба. Метод аналитического расчета для деформации в плоскости шарнира получен на основе теории консольного луча. Аналитическая модель с замкнутым контуром для матрицы гибкости установлена, и при рассмотрении углового радиуса и шарнирной толщины предусмотрена упрощенная формула расчета для матрицы гибкости. Кроме того, разработана конечная модель шарнира для проверки точности аналитической модели. Относительная ошибка между аналитическими и моделирующими значениями параметров матрицы гибкости анализируется для различных параметров структуры шарниров. Результаты демонстрируют, что аналитическая модель является точной, и относительные ошибки можно контролировать в приемлемых пределах.

Гибкие петли широко используются в точных устройствах из -за их преимуществ высокого разрешения движения, без трения и простого производственного процесса. Эти петли основаны на их собственной упругой деформации для передачи или преобразования движения, силы или энергии, устраняя необходимость в жестких компонентах. Ключевые параметры гибкого шарнира непосредственно влияют на его динамические характеристики и точность конечного позиционирования. Предыдущие исследования были сосредоточены на различных типах гибких петли, но были проведены ограниченные исследования на прямых закругленных пучках. Эта статья направлена ​​на то, чтобы заполнить этот пробел в исследовании, изучая матрицу гибкости таких петли.

1. Матрица гибкости прямых пучков закругленные гибкие петли:

Гибкий шарнир с прямым пучком - это листовая структура с округлыми углами, чтобы избежать концентрации напряжения. Геометрические параметры шарнира включают высоту, длину, толщину и радиус филе. Аналитическая модель с замкнутым контуром для матрицы гибкости шарнира установлена ​​на основе метода полученного аналитического расчета для деформации в плоскости. Параметры матрицы гибкости анализируются на различные параметры структуры шарниров, и рассчитывается относительная ошибка между аналитическими и моделирующими значениями.

2. Проверка конечных элементов матрицы гибкости:

Чтобы подтвердить точность аналитической модели, модель конечных элементов шарнира создается с использованием программного обеспечения UGNX Nastran. Результаты моделирования шарнира, нагруженного с силой единицы/момента, сравниваются с аналитическими значениями. Относительная ошибка между аналитическими и моделирующими значениями параметров матрицы гибкости анализируется на различные соотношения длины шарнира к толщине (L/T) и радиус углового радиуса к толщине (R/T).

2.1 Влияние L/T на параметры матрицы гибкости:

Относительная ошибка между аналитическими и моделируемыми значениями параметров матрицы гибкости, как установлено, находится в пределах 5,5%, когда отношение L/T больше или равно 4. Для соотношений менее 4, относительная ошибка значительно увеличивается из -за ограничений положения тонкого пучка. Следовательно, аналитическая модель с закрытым контуром подходит для петли с большими соотношениями L/T.

2.2 Влияние R/T на параметры матрицы гибкости:

Относительная ошибка между аналитическими и моделирующими значениями параметров матрицы гибкости увеличивается с увеличением отношения R/T. Для соотношений от 0,1 до 0,5 относительную ошибку можно контролировать в пределах 9%. Для соотношений от 0,2 до 0,3 относительную ошибку можно контролировать в пределах 6,5%.

2.3 Влияние R/T на упрощенные параметры матрицы гибкости:

Упрощенные аналитические формулы для параметров матрицы гибкости предоставляются с учетом соотношения r/t. Относительная ошибка между упрощенными аналитическими значениями и значениями моделирования увеличивается с увеличением отношения R/T. Для соотношений от 0,3 до 0,2 относительную ошибку можно контролировать в пределах 9% и 7% соответственно.

Разработанная аналитическая модель с замкнутым контуром матрицы гибкости для прямых закругленных пучков петли сгибания обеспечивает теоретическую основу для проектирования и оптимизации гибких петли и механизмов. Точность модели проверяется с помощью конечных элементов, а относительные ошибки находятся в приемлемых пределах для различных параметров структуры шарнира. Это исследование способствует пониманию и применению прямых пучков закругленных петли сгибания в различных точных устройствах.