Výskum teoretického základu optimalizácie dizajnu flexibilných pántov a flexibilných mechanizmov tela1

Abstrakt: Tento výskum sa zameriava na štúdium matice flexibility priameho lúča zaokrúhlených závesov. Metóda analytického výpočtu pre deformáciu závesu v rovine je odvodená na základe teórie konzolového lúča. Je stanovený analytický model s uzavretou slučkou pre maticu flexibility a pri posudzovaní rohového polomeru a hrúbky závesu je poskytnutý zjednodušený vzorec výpočtu pre maticu flexibility. Okrem toho je vyvinutý model konečných prvkov závesu na overenie presnosti analytického modelu. Relatívna chyba medzi analytickými a simulačnými hodnotami parametrov matice flexibility sa analyzuje pre rôzne parametre štruktúry závesu. Výsledky ukazujú, že analytický model je presný a relatívne chyby môžu byť kontrolované v rámci prijateľných limitov.

Flexibilné závesy sa široko používajú v presných zariadeniach kvôli ich výhodám vysokého rozlíšenia pohybu, bez trenia a jednoduchého výrobného procesu. Tieto pánty sa spoliehajú na svoju vlastnú elastickú deformáciu, aby prenášali alebo premenili pohyb, silu alebo energiu, čo eliminuje potrebu tuhých komponentov. Kľúčové parametre flexibilného závesu priamo ovplyvňujú jeho dynamické charakteristiky a presnosť polohy konca. Predchádzajúci výskum sa zameriaval na rôzne typy flexibilných závesov, ale na základe závesov s okrúhlymi ohybovými závesmi z priameho lúča sa uskutočnili obmedzené štúdie. Cieľom tohto dokumentu je vyplniť túto medzeru v oblasti výskumu štúdiom matice flexibility takýchto pántov.

1. Matica flexibility z priameho lúča za zaoblené flexibilné pánty:

Rovný lúč zaoblený flexibilný záves je štruktúra plachty so zaoblenými rohmi, aby sa zabránilo koncentrácii napätia. Geometrické parametre závesu zahŕňajú výšku, dĺžku, hrúbku a polomer filé. Analytický model s uzavretou slučkou pre maticu flexibility závesu je stanovený na základe metódy odvodeného analytického výpočtu pre deformáciu v rovine. Parametre matice flexibility sa analyzujú pre rôzne parametre štruktúry závesu a vypočíta sa relatívna chyba medzi analytickými a simulačnými hodnotami.

2. Overenie konečných prvkov matice flexibility:

Na overenie presnosti analytického modelu sa pomocou softvéru UGNX Nastran vytvorí model konečných prvkov závesu. Výsledky simulácie závesu zaťaženého jednotkovou silou/momentom sa porovnávajú s analytickými hodnotami. Relatívna chyba medzi analytickými a simulačnými hodnotami parametrov matrice flexibility sa analyzuje na rôzne pomery dĺžky závesu k hrúbke (L/T) a rohovým polomerom k hrúbke (R/T).

2.1 Vplyv L/T na parametre matice flexibility:

Zistilo sa, že relatívna chyba medzi analytickými a simulačnými hodnotami parametrov matrice flexibility je v rámci 5,5%, keď je pomer L/T väčší alebo rovný 4. V prípade pomerov menej ako 4 sa relatívna chyba výrazne zvyšuje v dôsledku obmedzení predpokladu štíhleho lúča. Preto je analytický model s uzavretou slučkou vhodný pre pánty s väčšími pomermi L/T.

2.2 Vplyv r/t na parametre matice flexibility:

Relatívna chyba medzi analytickými a simulačnými hodnotami parametrov matrice flexibility sa zvyšuje so zvýšením pomeru R/T. Pre pomery medzi 0,1 a 0,5 sa relatívna chyba môže regulovať do 9%. Pre pomery medzi 0,2 a 0,3 sa relatívna chyba môže regulovať v rámci 6,5%.

2.3 Vplyv R/T na zjednodušené parametre matice flexibility:

Zjednodušené analytické vzorce pre parametre matice flexibility sú poskytované vzhľadom na pomer R/T. Relatívna chyba medzi zjednodušenými analytickými hodnotami a simulačnými hodnotami sa zvyšuje so zvýšením pomeru R/T. Pre pomery medzi 0,3 a 0,2 sa relatívna chyba môže kontrolovať v rámci 9% a 7%.

Vyvinutý analytický model s uzavretou slučkou matice flexibility pre priame zaokrúhlené závesy ohybu poskytuje teoretický základ pre návrh a optimalizáciu flexibilných pántov a mechanizmov. Presnosť modelu je overená simuláciou konečných prvkov a relatívne chyby sú v rámci prijateľných limitov pre rôzne parametre štruktúry závesu. Tento výskum prispieva k porozumeniu a uplatňovaniu priameho zaokrúhľovaného závesu ohybu v rôznych presných zariadeniach.