Raziskave na teoretični osnovi oblikovanja optimizacije fleksibilnih tečajev in prilagodljivih telesnih mehanizmov

Razširjen

Prilagodljivi tečaji so pridobili veliko pozornosti v natančnih napravah zaradi svoje sposobnosti prenašanja gibanja ali energije z elastično deformacijo namesto toge komponent. V primerjavi s tradicionalnimi tečaji gibanja fleksibilni tečaji ponujajo prednosti, kot so visoka ločljivost gibanja, trenje, brez mazanja in preprost postopek izdelave. Široko se uporabljajo v različnih natančnih napravah, vključno s projekcijsko litografsko objektivno lečo, silicijeve rezine, mikroskopi elektronskih skeniranja, vesoljskimi optičnimi daljinskimi senzorji ter natančnostjo in ultra natančno obdelavo. Ključni parametri skladnih mehanizmov, kot so prilagodljivi tečaji, neposredno vplivajo na dinamične značilnosti in natančnost pozicioniranja konca. Zato so bile izvedene obsežne raziskave za razumevanje prožnosti prilagodljivih tečajev. Namen tega prispevka je preučiti matriko fleksibilnosti naravnih tečajev z zaokroženimi žarki, analizirati njegove parametre in zagotoviti teoretično osnovo za njihovo oblikovanje in optimizacijo.

Matrika prilagodljivosti naravnih snop zaokroženih tečajev:

Tečaji z zaobljenim žarkom je sestavljeni iz strukture ravne žarke z zaobljenimi vogali na koncih tečaja, da se izognete koncentraciji napetosti. Glavni geometrijski parametri vključujejo višino tečaja (H), dolžino tečaja (L), debelino tečaja (T) in polmer tečaja (R). Za analizo deformacije v ravnini tečaja je izpeljana analitična metoda izračuna, ki temelji na konzolni teoriji žarka. Ta metoda vzpostavlja analitični model z zaprto zanko za matrico fleksibilnosti v ravnini fleksibilnega tečaja. Poleg tega je podana poenostavljena formula izračuna za matrico fleksibilnosti, ko je podano razmerje med polmerom kota in debeline (R/T).

Preverjanje končnih elementov:

Za potrditev izpeljane analitične formule se s pomočjo programske opreme UGNX Nastran vzpostavi model končnih elementov tečaja z zaokroženim žarkom. Rezultati simulacije modela končnih elementov primerjamo z analitičnimi vrednostmi parametrov matrike prožnosti. Relativna napaka med obema se analizira za različne variacije v strukturnih parametrih tečaja, kot sta razmerje med dolžino tečaja in debeline (L/T) in razmerje med polmerom tečaja in debeline (R/T).

Rezultati:

Analiza kaže, da je za razmerja L/T, večja od ali enaka 4, relativna napaka med analitičnimi in simuliranimi vrednostmi matrike fleksibilnosti v 5,5%. Vendar pa je za razmerja L/T, manjša od 4, relativna napaka sorazmerno velika zaradi nezmožnosti poenostavitve konzolnega žarka v vitki žarek. To kaže, da je analitični model zaprte zanke bolj primeren za velike primere L/T.

V zvezi z razmerjem R/T analiza razkriva, da je mogoče relativno napako med analitičnimi in simuliranimi vrednostmi nadzorovati v 9%. Poleg tega, ko 0,2 ≤ R/T ≤ 0,3, lahko relativno napako nadzirate v 6,5%. Te ugotovitve kažejo natančnost in uporabnost analitičnega modela zaprte zanke za matrico fleksibilnosti.

Analitični model z zaprto zanko, razvit v tej študiji, ponuja teoretično podlago za oblikovanje in optimizacijo tečajev z zaokroženim žarkom. Analiza je pokazala, da lahko model natančno napoveduje parametre matrike prilagodljivosti, če upoštevamo razlike v dolžini, debelini in polmeru tečaja. Te ugotovitve bodo prispevale k napredku skladnih mehanizmov in njihovih aplikacij v natančnih napravah.