Výskum teoretického základu optimalizácie dizajnu flexibilných pántov a flexibilných mechanizmov tela

Rozšírený

Flexibilné pánty získali významnú pozornosť v presných zariadeniach kvôli ich schopnosti prenášať pohyb alebo energiu prostredníctvom elastickej deformácie namiesto tuhých komponentov. V porovnaní s tradičnými závesmi pohybu ponúkajú flexibilné pánty výhody, ako je vysoké rozlíšenie pohybu, žiadne trenie, žiadne mazanie a jednoduchý výrobný proces. Boli široko používané v rôznych presných zariadeniach vrátane projekčnej litografickej objektívu, pracovné stoly kremíkových doštičiek, elektronické skenovacie mikroskopy, vesmírne optické diaľkové senzory a spracovanie presnosti a ultra presnosti. Kľúčové parametre kompatibilných mechanizmov, ako sú flexibilné pánty, priamo ovplyvňujú dynamické charakteristiky a presnosť umiestnenia konca. Preto sa uskutočnil rozsiahly výskum s cieľom porozumieť flexibilite flexibilných pántov. Cieľom tohto dokumentu je študovať maticu flexibility priameho lúča zaobleného flexure pánty, analyzovať jeho parametre a poskytnúť teoretický základ pre ich návrh a optimalizáciu.

Flexibilita matica priameho lúča zaokrúhleného ohybového pántov:

Priamy lúč zaoblený ohybový záves pozostáva z rovnej štruktúry plechu lúča so zaoblenými rohmi na koncoch závesu, aby sa zabránilo koncentrácii napätia. Medzi hlavné geometrické parametre patrí výška závesu (H), dĺžka závesu (L), hrúbka závesu (T) a polomer Filleta závesu (R). Na analýzu deformácie závesu v rovine je odvodená metóda analytického výpočtu založeného na teórii konzolového lúča. Táto metóda stanovuje analytický model s uzavretou slučkou pre maticu flexibility v rovine flexibilného závesu. Okrem toho je uvedený zjednodušený výpočtový vzorec pre maticu flexibility, keď je uvedený pomer polomeru závesného rohu k hrúbke (R/T).

Overovanie konečných prvkov:

Na overenie odvodeného analytického vzorec sa pomocou softvéru UGNX Nastran stanoví model konečných prvkov priameho lúča. Výsledky simulácie modelu konečných prvkov sa porovnávajú s analytickými hodnotami parametrov matice flexibility. Relatívna chyba medzi nimi sa analyzuje na rôzne variácie v štrukturálnych parametroch závesu, ako je pomer dĺžky závesu k hrúbke (L/T) a pomer polomeru závesného rohu k hrúbke (R/T).

Výsledky:

Analýza ukazuje, že pre pomery L/T väčšie alebo rovné 4 je relatívna chyba medzi analytickými a simulovanými hodnotami matice flexibility v rámci 5,5%. Avšak pre pomery L/T menej ako 4 je relatívna chyba relatívne veľká kvôli neschopnosti zjednodušiť konzolový lúč do štíhleho lúča. To naznačuje, že analytický model s uzavretou slučkou je vhodnejší pre veľké prípady L/T.

Pokiaľ ide o pomer R/T, analýza odhalí, že keď 0,1 ≤ r/t ≤ 0,5, relatívna chyba medzi analytickými a simulovanými hodnotami je možné kontrolovať do 9%. Okrem toho, keď 0,2 ≤ r/t ≤ 0,3, relatívna chyba sa môže regulovať v rámci 6,5%. Tieto zistenia demonštrujú presnosť a použiteľnosť analytického modelu s uzavretou slučkou pre maticu flexibility.

Analytický model s uzavretou slučkou vyvinutý v tejto štúdii poskytuje teoretický základ pre návrh a optimalizáciu závesov s okrúhlym ohybom priameho lúča. Analýza preukázala, že model môže presne predpovedať parametre matice flexibility pri zvažovaní variácií dĺžky závesu, hrúbky a polomeru rohu. Tieto zistenia prispejú k pokroku v kompatibilných mechanizmoch a ich aplikáciám v presných zariadeniach.