Forskning om teoretisk grund för designoptimering av flexibla gångjärn och flexibla kroppsmekanismer1

Sammanfattning: Denna forskning fokuserar på att studera flexibilitetsmatrisen för raka stråle rundade flexure -gångjärn. Den analytiska beräkningsmetoden för deformation i planet av gångjärnet härstammar baserat på utskjutningsstrålteorin. Analysmodellen med sluten slinga för flexibilitetsmatrisen är etablerad, och en förenklad beräkningsformel för flexibilitetsmatrisen tillhandahålls när man överväger hörnradie och gångjärnstjocklek. Dessutom utvecklas en ändlig elementmodell av gångjärnet för att verifiera noggrannheten i den analytiska modellen. Det relativa felet mellan analytiska och simuleringsvärden för flexibilitetsmatrisparametrarna analyseras med avseende på olika gångjärnsstrukturparametrar. Resultaten visar att den analytiska modellen är korrekt och de relativa felen kan kontrolleras inom acceptabla gränser.

Flexibla gångjärn används ofta i precisionsanordningar på grund av deras fördelar med hög rörelsesupplösning, ingen friktion och enkel tillverkningsprocess. Dessa gångjärn förlitar sig på sin egen elastiska deformation för att överföra eller omvandla rörelse, kraft eller energi, vilket eliminerar behovet av styva komponenter. De viktigaste parametrarna för ett flexibelt gångjärn påverkar direkt dess dynamiska egenskaper och slutpositioneringsnoggrannhet. Tidigare forskning har fokuserat på olika typer av flexibla gångjärn, men begränsade studier har genomförts på rak stråle rundade flexure -gångjärn. Denna artikel syftar till att fylla detta forskningsgap genom att studera flexibilitetsmatrisen för sådana gångjärn.

1. Flexibilitetsmatris av rak stråle rundade flexibla gångjärn:

Den raka strålen rundade flexibla gångjärn är en arkstruktur med rundade hörn för att undvika spänningskoncentration. Gångjärnets geometriska parametrar inkluderar höjd, längd, tjocklek och filéradie. En analytisk modell med sluten slinga för flexibilitetsmatrisen för gångjärnet är etablerat baserat på den härledda analytiska beräkningsmetoden för deformation i plan. Flexibilitetsmatrisparametrarna analyseras för olika parametrar för gångjärnsstruktur, och det relativa felet mellan analys- och simuleringsvärdena beräknas.

2. Verifiering av begränsad element av flexibilitetsmatrisen:

För att validera noggrannheten i den analytiska modellen skapas en ändlig elementmodell av gångjärn med UGNX Nastran -programvara. Simuleringsresultaten för gångjärnet laddade med enhetskraft/ögonblick jämförs med de analytiska värdena. Det relativa felet mellan analytiska och simuleringsvärden för flexibilitetsmatrisparametrarna analyseras med avseende på olika förhållanden mellan gångjärnslängd till tjocklek (L/T) och hörnradie till tjocklek (R/T).

2.1 Effekt av L/T på flexibilitetsmatrisparametrar:

Det relativa felet mellan analytiska och simuleringsvärden för flexibilitetsmatrisparametrarna har visat sig vara inom 5,5% när förhållandet L/T är större än eller lika med 4. För förhållanden mindre än 4 ökar det relativa felet avsevärt på grund av begränsningarna i det smala strål antagandet. Därför är analytisk modell med sluten slinga lämplig för gångjärn med större L/T-förhållanden.

2.2 Effekt av R/T på flexibilitetsmatrisparametrar:

Det relativa felet mellan analytiska och simuleringsvärden för flexibilitetsmatrisparametrarna ökar med ökningen i förhållandet R/T. För förhållanden mellan 0,1 och 0,5 kan det relativa felet kontrolleras inom 9%. För förhållanden mellan 0,2 och 0,3 kan det relativa felet kontrolleras inom 6,5%.

2.3 Effekt av R/T på förenklad flexibilitetsmatrisparametrar:

Förenklade analytiska formler för flexibilitetsmatrisparametrarna tillhandahålls med tanke på förhållandet R/T. Det relativa felet mellan de förenklade analytiska värdena och simuleringsvärdena ökar med en ökning av förhållandet R/T. För förhållanden mellan 0,3 och 0,2 kan det relativa felet kontrolleras inom 9% respektive 7%.

Den utvecklade analytiska modellen med sluten slinga av flexibilitetsmatrisen för rakstråle rundade flexure-gångjärn ger en teoretisk grund för design och optimering av flexibla gångjärn och mekanismer. Modellens noggrannhet valideras genom begränsade elementsimuleringar, och de relativa felen ligger inom acceptabla gränser för olika gångjärnsstrukturparametrar. Denna forskning bidrar till förståelse och tillämpning av raka strålrundade flexure -gångjärn i olika precisionsanordningar.