Forskning om teoretisk grund för designoptimering av flexibla gångjärn och flexibla kroppsmekanismer

Utökad

Flexibla gångjärn har fått betydande uppmärksamhet i precisionsanordningar på grund av deras förmåga att överföra rörelse eller energi genom elastisk deformation istället för styva komponenter. Jämfört med traditionella rörelsesgångar erbjuder flexibla gångjärn fördelar som hög rörelsesupplösning, ingen friktion, ingen smörjning och en enkel tillverkningsprocess. De har använts i stor utsträckning i olika precisionsanordningar, inklusive projiceringslitografiska objektivlinser, kiselskiva arbetsbänkar, elektroniska skanningsmikroskop, optiska rymdsensorer i rymden och precision och ultralekision. De viktigaste parametrarna för kompatibla mekanismer, som flexibla gångjärn, påverkar direkt de dynamiska egenskaperna och positioneringsnoggrannheten i slutet. Därför har omfattande forskning genomförts för att förstå flexibiliteten hos flexibla gångjärn. Detta dokument syftar till att studera flexibilitetsmatrisen för raka strålrundade flexure -gångjärn, analysera dess parametrar och ge en teoretisk grund för deras design och optimering.

Flexibilitetsmatris av rak stråle rundade flexure -gångjärn:

Den raka strålen rundade flexure -gångjärn består av en rak strålarkstruktur med rundade hörn vid gångjärnets ändar för att undvika spänningskoncentration. De huvudsakliga geometriska parametrarna inkluderar gångjärnshöjd (H), gångjärnslängd (L), gångjärnstjocklek (T) och gångjärnsfiletsradie (R). För att analysera deformationen i planet av gångjärnet härleds en analytisk beräkningsmetod baserad på utskjutningsstrålteorin. Denna metod upprättar en analytisk modell med sluten slinga för flexibilitetsmatrisen i planet för det flexibla gångjärnet. Dessutom tillhandahålls en förenklad beräkningsformel för flexibilitetsmatrisen när förhållandet mellan gångjärnshörnradie och tjocklek (R/T) ges.

Ändring av ändlig element:

För att validera den härledda analytiska formeln upprättas en ändlig elementmodell av det raka strålen rundade flexure -gångjärn med UGNX Nastran -programvara. Simuleringsresultaten från den ändliga elementmodellen jämförs med de analytiska värdena för flexibilitetsmatrisparametrarna. Det relativa felet mellan de två analyseras för olika variationer i gångjärnets strukturella parametrar, såsom förhållandet mellan gångjärnslängd och tjocklek (L/T) och förhållandet mellan gångjärnsradie och tjocklek (R/T).

Resultat:

Analysen visar att för L/T -förhållanden större än eller lika med 4 är det relativa felet mellan de analytiska och simulerade värdena för flexibilitetsmatrisen inom 5,5%. För L/T -förhållanden mindre än 4 är emellertid det relativa felet relativt stort på grund av oförmågan att förenkla utskjutningsstrålen till en smal balk. Detta indikerar att analytisk modell med sluten slinga är mer lämplig för stora L/T-fall.

Beträffande förhållandet R/T avslöjar analysen att när 0,1 ≤ R/T ≤ 0,5 kan det relativa felet mellan de analytiska och simulerade värdena kontrolleras inom 9%. Dessutom, när 0,2

Den slutna analytiska modellen som utvecklats i denna studie ger en teoretisk grund för utformning och optimering av rak stråle rundade flexure-gångjärn. Analysen visade att modellen exakt kan förutsäga flexibilitetsmatrisparametrarna när man överväger variationer i gångjärnslängd, tjocklek och hörnradie. Dessa resultat kommer att bidra till att främja kompatibla mekanismer och deras tillämpningar i precisionsanordningar.